И только паровоз, несмотря на то, что над усовершенствованием его работали и работают по сей день выдающиеся умы всего мира, имеет коэффициент полезного действия не свыше шести-семи процентов. А так как из этих шести-семи процентов еще одна шестая часть теряется на трение механизмов, то получается, что только около пяти процентов сожженного в топке паровоза топлива переходит в механическую работу, остальные же 95 процентов в буквальном смысле слова вылетают в трубу!

Прожорливость паровозов такова, что не менее третьей части всего добываемого в СССР топлива поглощает железнодорожный транспорт.

Когда несколько лет тому назад на одном из научно-технических совещаний академик Сергей Петрович Сыромятников заключил свой доклад о проекте нового, высокоэкономического паровоза заявлением, что по самым осторожным расчетам этот паровоз будет иметь коэффициент полезного действия не менее чем в десять с половиной процентов, один из присутствующих воскликнул:

— Если это вообще возможно, так почему же за границей нет ничего подобного?

— Да потому, — внушительно ответил Сергей Петрович, — что наша страна является родиной железнодорожной науки, и никто в мире не располагает и не может располагать таким огромным научно-исследовательским опытом в паровозостроении, как мы!

Именно благодаря внедрению научного метода во все отрасли железнодорожной техники на русских железных дорогах раньше, чем в других странах, вводился перегрев пара, принцип «компаунд», сочлененные паровозы «маллеты» и многие другие достижения паровозостроительной техники. Высокому состоянию железнодорожной науки в нашей стране обязаны мы и тем, что у нас появились первые тепловозы с электропередачей, разрешившие в основном проблему тепловоза и положившие начало современному тепловозостроению.

Сейчас советское паровозостроение приступило к созданию паровоза с коэффициентом использования топлива, в полтора раза превышающим нынешний, достигнутый паровозостроением за сто лет его беспрерывного развития. Создателем такого паровоза является академик Сергей Петрович Сыромятников.

Сын железнодорожного врача, Сергей Петрович Сыромятников рос и учился в Пензе. Круг тех людей, с которыми имел дело отец, мальчику в раннем возрасте представлялся таинственным, почти сказочным, потому что ребенок этих людей не видел, не знал, между тем постоянно слышал разговоры о них, о непонятных событиях, происходивших в особом мире железных дорог, существовавшем где-то очень близко.

Скоро, впрочем, он получил доступ в этот мир, доселе дававший знать о своем существовании только тонкими гудками маневровых паровозов, доносившимися беспрерывно в квартиру врача, жившего поблизости от станции. Как только мальчик получил возможность отлучаться из дому без взрослых, он стал довольно много времени проводить на станции возле мощных, сверкающих и ревущих паровозов, казавшихся почти одушевленными и независимыми.

Эти первые впечатления детства, видимо, оставили свой след. По окончании Пензенской гимназии он во что бы то ни стало решил поступить в Московское высшее техническое училище, хотя для этого и пришлось ему держать конкурсный экзамен, в то время как в любой университет он мог поступить со своим «аттестатом зрелости» без всякого экзамена.

Здесь юноша столкнулся с такими замечательными представителями русской науки, как Жуковский, Бриллинг, Раевский, Гавриленко. Его товарищами оказались ныне широко известные советские авиаконструкторы Герои Социалистического Труда Туполев, Микулин, Климов, Швецов.

Жуковский был замечательным учителем, видевшим в учениках не студентов, которым нужно было держать экзамен и получить диплом, а своих преемников в науке, в которых он верил, пожалуй, даже больше, чем в самого себя по присущей ему скромности.

Для глубокого изучения полного курса аналитической механики Жуковский вел дополнительные занятия с группой студентов, в числе которых был и Сыромятников. Целый год студенты решали сложнейшие задачи, требовавшие глубокого и тонкого анализа. Но, заканчивая эти занятия, Жуковский добродушно предупредил:

— Конечно, господа, на экзаменах вас будут не это спрашивать, но зато вы теперь знаете метод аналитических решений, и мы с вами хорошо поработали…

Подобно своим товарищам, Сергей Петрович убедился очень скоро в том, насколько важнее владеть методом в науке, нежели суммой затверженных наизусть формул и правил.

Для своего дипломного проекта Сыромятников взял проект паровоза, который и выполнил под руководством А. С. Раевского, проходя практику на Путиловском заводе. Сыромятников уже в это время обращает внимание на слабую изученность теплового процесса в паровозе при высоком состоянии термодинамики и теплотехники вообще и, в частности, при постоянном стремлении паровозостроителей к повышению экономичности паровоза.

Со времени первых русских паровозостроителей Черепановых мощность паровозов возросла больше чем в сто раз, число их увеличилось в тысячи раз, а их экономичность удалось поднять примерно только в два раза. Потребность в угле для паровозов возросла в огромной степени.

Надо сказать, что особенно настойчиво вопросом о повышении экономичности паровых машин стали заниматься лишь с последней четверти прошлого века, когда цены на нефть и уголь необычайно поднялись вследствие усилившегося на них спроса. До этого времени конструкторы в паровозостроительном деле стремились главным образом к увеличению мощности и силы тяги.

Сила тяги паровоза зависит, с одной стороны, от его сцепного веса, а с другой — от мощности самой машины.

Мощность машины, в свою очередь, зависит от величины давления пара в котле. Однако давление пара и в новейших паровозах не превышает 15–18 атмосфер. Дело заключается вовсе не в ограниченной прочности материалов, которые могут выдерживать и более высокие давления. Основная трудность сводится к тому, как поддерживать это давление на постоянной высоте.

Ведь по мере расходования пара машиной давление в котле, естественно, падает. Стало быть, котел должен обладать такой паропроизводительностью, чтобы немедленно возмещать убыль пара.

Увеличивая площадь нагрева в котле, можно повысить паропроизводительность, и если площадь нагрева у паровоза Черепановых равнялась всего-навсего 13 квадратным метрам, то у современных паровозов она доходит до семисот и более квадратных метров, причем такое резкое увеличение котловой мощности достигнуто при неизменности железнодорожных габаритов.

Увеличивая поверхность нагрева, конструкторы в то же время, конечно, работали и над улучшением пропорций котла: расширяли размеры топки и площадь колосниковой решетки. Вместе с тем росли и размеры самого котла, хотя железнодорожные габариты ограничивают его высоту, ширину и длину, а верхнее строение пути ставит предел сцепному весу паровоза, нагрузке на ось.

Современный паровоз вырос так, что у него почти исчезла труба. Тяга в топке достигается установкой конуса, усовершенствование которого — постоянная забота всех конструкторов.

Рост паровоза в длину также ограничен: удлиняя котел, приходится, естественно, увеличивать и протяжение экипажной части для размещения на ней котла. Но на известном пределе такой паровоз уже не может свободно проходить на закруглениях рельсового пути, рассчитанных на установившиеся габариты. С таким положением дела столкнулись прежде всего американцы: у них из-за экономии и спешки практиковались особенно крутые повороты пути. Американские инженеры вышли из положения, применив поворотные тележки, на которых концы экипажной рамы лежат свободно, так что, проходя кривые, тележки делают повороты самостоятельно, рама же поворачивается при прохождении закругления движущими осями, на которых она покоится неподвижно.

Но дело ведь не только в размерах котла. Раз увеличены его размеры, возрастает неизбежно и общий вес паровоза, а тяжесть его не может быть больше допускаемой прочностью рельсов.