Передвижение по разрастающимся городам начала двадцатого века было бы совсем другим, если бы не электромеханические железнодорожные и лифтовые системы, разработанные Фрэнком Спрэгом.
Классическая планировка современного мегаполиса – ядро из небоскребов, окруженное многими квадратными милями плотно застроенных деловых и жилых кварталов, – это то, что мы склонны воспринимать как должное. Однако такая схема предполагает наличие технологий, которые эффективно и надежно перемещают человеческие тела в трехмерных городских пространствах. В эпоху, когда города расширялись в плоскости x–y, а здания удлинялись по оси z, амбициозный и блестящий инженер по имени Фрэнк Дж. Спрэг (Frank J. Sprague) разработал горизонтальные и вертикальные транспортные решения, необходимые современному обществу (Рисунок 1).
 |
|
| Рисунок 1. | Фрэнк Дж. Спрэг в то время, когда он был президентом Американского института инженеров-электриков. |
Динамоэлектрическая машина
Хотя его считают инженером-электриком, работа Спрэга в значительной степени была связана с электромеханической составляющей электрики. Его долгую и очень продуктивную карьеру предпринимателя, изобретателя и новатора сложно описать несколькими словами, но основной линией его истории, несомненно, является электродвигатель.
Спрэг родился в 1857 году, учился в средней школе Друри в Массачусетсе и проявлял способности к математике. Затем он учился в Военно-морской академии США в Аннаполисе и, окончив ее в 1878 году, поступил на службу мичманом в военно-морской флот; его служба на флоте давала возможность экспериментировать с электрооборудованием и посещать технологические выставки в Европе. В 1881 году, служа на корабле Richmond, Спрэг изобрел инверсионную динамо-машину, которую он назвал «динамо-электрической машиной», и с тех пор его жизнь была посвящена неустанному поиску электромеханических инноваций (Рисунок 2).
 |
|
| Рисунок 2. | Рисунок электрического двигателя из записной книжки самого Спрэга. |
После ухода из военно-морского флота Спрэг узнал больше об электродвигателях, работая в компании Edison. Его активный дисциплинированный ум накапливал идеи для изобретений и, в соответствии с амбициозным предпринимательским духом конца девятнадцатого века, Спрэг бросил работу в корпорации и открыл собственное дело. Компания Sprague Electric Railway and Motor продала множество небольших двигателей для различных видов промышленного и бытового оборудования, но самым заметным ее достижением стала новаторская технология электрических железных дорог, которая превратила инженерный стартап Sprague в международную историю успеха.
Лошади ушли, пришли моторы
В середине девятнадцатого века городской общественный транспорт приводился в движение лошадьми. Однако переход от четвероногих к электродвигателям был более плавным, чем вы могли подумать, поскольку в попытке сделать конный транспорт более эффективным во многих городах уже были проложены рельсы на дорогах. Таким образом, рельсы уже были на месте, ожидая технологических инноваций, которые позволили Спрэгу превзойти своих предшественников и предложить действительно осуществимую систему электрических железных дорог.
Инновационные разработки Спрэга распространились на системы управления, подвеску, тормозные устройства и трансмиссию. Среди его различных усовершенствований электромеханических устройств и железнодорожного оборудования, пожалуй, самым значительным был самоуправляемый электродвигатель, то есть двигатель, который мог поддерживать постоянную скорость вращения при изменении нагрузки. (Я не специалист ни по моторам, ни по трамваям, но, учитывая постоянный вход и выход пассажиров, могу представить, что без этой функции поездка была бы довольно некомфортной). Кроме того, если вы думали (как и я), что рекуперативное торможение – это относительно новая технология, на самом деле Спрэг изобрел его в 1880-х годах; однако в его случае транспортными средствами были скромные трамваи (Рисунок 3), а не роскошные Тесла, и в них не использовались батареи.
 |
|
| Рисунок 3. | Электрический трамвай 1880-х годов, движущийся по рельсам и питающийся от воздушных линий. |
В дополнение к усовершенствованиям, достигнутым инженером Фрэнком Спрэгом, бизнесмен Фрэнк Спрэг опубликовал несколько соображений, защищающих и рекламирующих его систему. Он отметил, что электроэнергия устранит санитарные проблемы и обесценивание недвижимости, связанные с постоянно растущим поголовьем лошадей, тянущих трамваи, утверждая, что с помощью электричества «сохраняются здоровье и комфорт всего населения». Здесь есть банальная, но забавная ирония – после того, как во время разработки первой системы электрического трамвая в Ричмонде, штат Вирджиния, произошел отказ двигателя, понадобилась упряжка мулов, чтобы оттащить вышедший из строя агрегат обратно в мастерскую.
При создании первой городской транспортной системы, работающей на электричестве, Спрэг столкнулся с серьезными техническими проблемами, но благодаря его упорству и опыту они решались одна за другой. Движение электрических трамваев в Ричмонде было запущено в 1888 году, и с тех пор технология Спрэга быстро распространилась по всем Соединенным Штатам и даже в Европе. В статье историка Майкла Роббинса приводятся некоторые впечатляющие подробности:
К 1 июля 1890 года в Соединенных Штатах было электрифицировано 914 миль [уличных железных дорог] – в два раза больше, чем паровых, и более чем в три раза больше длины кабельных линий. В течение трех лет 200 трамвайных систем были переоборудованы или находились в процессе модернизации, 50 процентов из них были созданы компанией Спрэга, более 90 процентов – на основе его патентов. К концу 1893 года было электрифицировано 60 процентов всех путей, а через десять лет – 98 процентов.
Он заключает, что «демонстрация в Ричмонде оказалась поворотным моментом, какие редко происходят в истории технологий».
Героический изобретатель
В 1890 году Спрэг продал свою компанию Sprague Electric Railway and Motor и занялся изучением возможностей перемещения в вертикальном измерении. Он использовал свой обширный опыт в области электрических двигателей для разработки электрической замены паровых и гидравлических лифтов, и уже через несколько лет компания Sprague Electric Elevator поставила сотни единиц оборудования.
В 1895 году Спрэг продал свой лифтовый бизнес и вернулся к горизонтальному транспорту, работая над электрическими системами для метро и железнодорожного транспорта. Во время Первой мировой войны он служил техническим советником военно-морского флота, а умер в 1934 году после долгой жизни, наполненной инновациями и амбициозным предпринимательством.
Изобретательство было образом жизни Фрэнка Спрэга – фундаментальным аспектом его личности. По словам историка Марка Галлимора, впоследствии Спрэг рассматривал свои инженерные начинания как «легендарные технологические приключения» и хотел, чтобы его запомнили как «героического изобретателя».
