Масштаб. Универсальные законы роста, инноваций, устойчивости и темпов жизни организмов, городов, экономических систем и компаний

Уэст Джеффри

В 1830 г. двадцатичетырехлетний Брюнель в чрезвычайно острой борьбе выиграл конкурс на строительство подвесного моста через ущелье реки Эйвон в Бристоле. Это была дерзкая конструкция, и после завершения строительства моста в 1864 г., через пять лет после смерти его автора, пролет этого моста стал самым длинным в мире (214 м, из которых 76 проходят над рекой). Отец Брюнеля не верил, что единый пролет такой длины физически возможно соорудить, и советовал Изамбарду сделать мост с центральной опорой – каковым советом тот благополучно пренебрег.

Позднее Брюнель стал главным инженером и проектировщиком Большой западной железной дороги (Great Western Railway), считавшейся лучшей железной дорогой своего времени: она проходила от Лондона до Бристоля и далее на запад. Работая в этой должности, он спроектировал множество прекрасных мостов, виадуков и туннелей – туннель Бокс недалеко от Бата был в то время самым длинным железнодорожным туннелем в мире – и даже вокзалов. Например, многим знаком лондонский

вокзал Паддингтон и его великолепный декор из кованого железа.

Одним из самых замечательных его нововведений была уникальная широкая железнодорожная колея с расстоянием 7 футов и 1/4 дюйма (2140 мм). Стандартная колея шириной 4 фута и 8 1/2 дюйма (1435 мм), использовавшаяся в то время на всех остальных железных дорогах Великобритании, распространилась по всему миру и до сих пор применяется почти на всех железных дорогах [38] . Брюнель отмечал, что этот стандартный размер – случайно сохранившийся пережиток колей для шахтенных вагонеток, которые строили еще до появления в 1830-х гг. первых пассажирских поездов. Их ширины просто должно было хватать для того, чтобы ломовая лошадь могла поместиться между оглоблями, за которые она тянула вагонетку в шахте. Брюнель справедливо полагал, что следует серьезно обдумать вопрос оптимальной ширины колеи, и пытался внести в эту задачу рациональные соображения. Он утверждал, что, по его расчетам, подкрепленным целой серией опытов, оптимальной является более широкая колея, обеспечивающая более высокие скорости, лучшую устойчивость и большее удобство для пассажиров. Поэтому Большая западная железная дорога, единственная в своем роде, имела колею почти вдвое большей ширины, чем у всех остальных железных дорог. К сожалению, в 1892 г., после создания единой железнодорожной сети, британский парламент обязал Большую западную перейти на стандартную колею, даже несмотря на ее известные недостатки.

38

Второе место по распространенности занимает пятифутовая, или «русская», колея шириной 1520–1524 мм. Этот размер является стандартом в странах бывшего СССР, Финляндии и Монголии. – Прим. перев.

Изамбард Кингдом Брюнель позирует с щегольским видом на фоне цепей, сконструированных им для спуска на воду корабля «Грейт Истерн» в 1858 г. На других иллюстрациях – процесс постройки этого гигантского судна и Клифтонский подвесной мост через реку Эйвон, который Брюнель спроектировал в 1830 г., всего двадцати четырех лет от роду

Здесь ясно видны параллели с аналогичными проблемами, с которыми мы сталкиваемся и сегодня, касающимися неизбежных противоречий и компромиссов между оптимизацией, единообразием и исправлением стандартов, сложившихся исторически, особенно в стремительно развивающейся области высоких технологий. Битва за ширину железнодорожной колеи дает поучительный пример того, что инновационные изменения не всегда приводят к оптимальному решению.

Хотя проекты Брюнеля не всегда бывали полностью успешными, в них обычно содержались изобретательные инновационные решения давно существовавших инженерных задач. Вероятно, самые значительные его достижения – как и крупнейшие неудачи – были связаны с судостроением. По мере развития торговли во всемирном масштабе и установления конкурирующих друг с другом империй становилась все более насущной потребность в быстрых и эффективных перевозках на большие расстояния. Брюнель создал грандиозную концепцию непосредственного перехода с поездов Большой западной железной дороги на суда недавно созданной им Большой западной пароходной компании: чтобы пассажир, купивший билет на лондонском вокзале Паддингтон, мог проделать по нему весь путь до Нью-Йорка, перемещаясь исключительно на паровой тяге. Брюнель дал этой системе причудливое название – Океанская железная дорога. Однако тогда считалось, что судно, движущееся только на паровой тяге, не способно перевозить топливо, необходимое для такого путешествия, сохраняя при этом достаточно места для коммерческих грузов, чтобы сделать рейс экономически целесообразным.

Брюнель думал иначе. Его выводы основывались на простом рассуждении о масштабировании. Он понял, что объем груза, который может перевозить судно, увеличивается пропорционально кубу его размеров (как и его вес), а сопротивление, которое оно испытывает при движении в воде, возрастает пропорционально площади поперечного сечения

корпуса и, следовательно, лишь квадрату размеров. Это очень похоже на вывод Галилея относительно масштабирования прочности балок и конечностей с увеличением веса. В обоих случаях прочность или сила возрастает медленнее, чем соответствующий вес, в соответствии с законом масштабирования с показателем 2/3 . Таким образом, сила гидродинамического сопротивления, воздействующего на единицу веса груза судна, уменьшается прямо пропорционально длине корабля. Или, если взглянуть на эту ситуацию с другой стороны, возможный вес груза на единицу силы сопротивления, которую должны преодолевать двигатели судна, систематически возрастает с увеличением его размеров. Другими словами, более крупному судну требуется для перевозки каждой тонны груза пропорционально меньшее количество топлива, чем судну меньшего размера. Поэтому большие суда более производительны и более выгодны экономически, чем мелкие, – еще один замечательный пример экономии на масштабе, оказавший огромное влияние на развитие мировой торговли [39] .

39

Увлекательнейший обзор истории развития пароходов в XIX столетии, и в частности той эпохальной роли, которую сыграл в ней Брюнель, можно найти в книге: Stephen Fox. The Ocean Railway. N. Y.: Harper-Collins, 2004.

Хотя эти выводы не казались очевидными и в них мало кто верил, Брюнель и Большая западная пароходная компания были убеждены в их правоте. Брюнель отважно взялся за проектирование первого судна компании, «Грейт Вестерн», которое стало первым пароходом, построенным специально для трансатлантических переходов. Это был колесный пароход, построенный из дерева (и имевший про запас четыре паруса – просто на всякий случай); на момент окончания постройки в 1837 г. он был самым крупным и самым быстрым судном в мире.

Воодушевленный успехом «Грейт Вестерн» и полученным подтверждением справедливости принципа масштабирования – согласно которому крупные суда обладают большей производительностью, чем мелкие, – Брюнель построил еще более крупный корабль, разработанный со смелым использованием новых технологий и материалов, никогда ранее не совмещавшихся в одной конструкции. «Великобритания», спущенная на воду в 1843 г., была построена не из дерева, а из железа, и приводилась в движение не боковыми гребными колесами, а винтом, установленным на корме. Тем самым «Великобритания» была прототипом всех современных кораблей. Она была длиннее всех ранее построенных судов и стала первым винтовым кораблем с железным корпусом, пересекшим Атлантику. Еще и сегодня ее можно видеть полностью отреставрированной и законсервированной в сухом доке в Бристоле, созданном Брюнелем специально для ее постройки.

Покорив Атлантику, Брюнель обратил свое внимание на самую трудную задачу – соединение дальних концов разрастающейся Британской империи для укрепления ее положения в качестве господствующей мировой державы. Он хотел построить судно, которое смогло бы пройти без остановок от Лондона до Сиднея и обратно без дозаправки, на одной-единственной загрузке угля (причем дело было еще до открытия Суэцкого канала). Это означало, что такой корабль должен быть свыше 200 м длиной, более чем в два раза длиннее «Великобритании» и иметь почти в десять раз большее водоизмещение (то есть, по сути, вес). Судно, названное «Грейт Истерн», было спущено на воду в 1858 г. Следующее судно сравнимых размеров появилось почти пятьдесят лет спустя, уже в ХХ в. Чтобы почувствовать масштаб, о котором идет речь, можно отметить, что даже длина гигантских нефтяных супертанкеров, бороздящих океаны сегодня, более 150 лет спустя, превышает длину «Грейт Истерн» лишь немногим более чем в два раза.

Однако, как ни печально, «Грейт Истерн» оказался неудачным проектом. Хотя это судно было замечательным достижением инженерной мысли, поднявшим ее уровень до высоты, вновь достигнутой лишь через долгое время после начала ХХ в., его сооружение, как и многие другие проекты Брюнеля, сопровождалось многочисленными нарушениями сроков изготовления и превышениями бюджета. Но еще более явной была техническая неудача «Грейт Истерн». Судно оказалось тяжеловесным и неуклюжим, испытывало чрезмерную бортовую качку даже при умеренно сильном волнении и, что особенно важно, с трудом перемещало свою гигантскую массу даже на умеренной скорости. Как ни удивительно, не давало оно и большой экономической выгоды, в результате чего так и не было поставлено на службу империи для решения исходно поставленной перед ним грандиозной задачи – перевозки крупных грузов и многочисленных пассажиров в Индию и Австралию и обратно. Корабль совершил несколько трансатлантических переходов, после чего был бесславно преобразован в кабелеукладочное судно. Первый надежный трансатлантический телеграфный кабель, который обеспечил надежную связь между Европой и Северной Америкой и произвел тем самым революцию в области всемирной связи, был уложен в 1866 г. именно с борта «Грейт Истерн».