Удивительные механические устройства, созданные мусульманской цивилизацией

 Джем Низамоглу (Cem Nizamoglu)

Полностью автоматизированные экологичные приспособления для подъема воды, насосы, ветряные мельницы и многое другое! Узнайте о самых поразительных устройствах «золотого века» мусульманской цивилизации, породившей множество творческих идей и изобретений, давших новый толчок к развитию промышленности и сельского хозяйства на огромной территории от юга Испании до Китая.

Новаторские идеи, возникшие в эпоху «золотого века» мусульманской цивилизации, распространились по всему евразийскому континенту от Испании до Китая, воплотившись в нововведениях в области медицины, астрономии, навигации, архитектуры, торговли, промышленности, сельского хозяйства и множестве других, внедрявшихся повсеместно.

Новаторство в сельском хозяйстве означало распространение новых культур и органических удобрений, новейших ирригационных технологий и агротехнических приемов, при этом происходила адаптация общих знаний к условиям конкретных регионов. Следствием всего этого стала сельскохозяйственная революция, которая заключалась в использовании новых источников энергии, что привело к повышению производительности труда и объемов производимой продукции.

«Трудно признать, что преимущественно кочевому народу могли быть известны какие-либо сельскохозяйственные технологии, кроме сеяния пшеницы и ячменя. Это заблуждение происходит от редкости работ на данную тему… Если мы затрудним себя открыть и изучить старые рукописи, как много взглядов переменится, как много предрассудков рухнет…» (Ж.-О. Шербонно (J.A. Cherbonneau), французский ориенталист XIX века).

Земледельцы и инженеры «золотого века» мусульманской цивилизации унаследовали и сохранили существующие ирригационные технологии, некоторые из них модифицировали, а также создали новые. Например, повсеместно в мусульманском мире можно было увидеть сотни ветряных мельниц и водяных колес, с помощью которых осуществлялось орошение. Но все же их не хватало на все населенные пункты. Благодаря изобретению инженером аль-Джазари водоподъемного механизма, появилась возможность доставлять воду непосредственно местным крестьянам, за счет чего увеличилась производительность их труда.

Давайте рассмотрим несколько механизмов новой конструкции, способствовавших сельскохозяйственной революции мусульманской цивилизации.

Насос двойного всасывания аль-Джазари, начало XII века

Рис.1. Слева: Рисунок из рукописи, изображающий возвратно-поступательный насос аль-Джазари, первое известное изображение коленвала. Справа: Трехмерное изображение возвратно-поступательного насоса

Одна из глав сочинения аль-Джазари посвящена водоподъемным механизмам. В ней же даны описания замысловатых приспособлений, приводимых в движение силой воды или гравитации и демонстрирующих действие принципа баланса, который лежит в основе работы, например, всасывающего насоса.

Одно из таких устройств описано следующим образом: когда вода заполняет один из стаканов и проникает в большой цилиндр, то срабатывает сифон, возникает давление воздуха во флейте и она издает звук через равные промежутки времени. Эти промежутки можно регулировать напором подаваемой из крана воды.

«Невозможно переоценить важность труда аль-Джазари для истории инженерного дела. До наших дней ни одна область культуры не дала другого документа, который содержал бы сопоставимый объем информации относительно конструкции, изготовления и сборки механизмов… Аль-Джазари не только заимствовал технические приспособления своих арабских и неарабских предшественников, но и проявил творческий подход. Он изобрел ряд механических и гидравлических устройств. Эти изобретения сыграли свою роль в более поздней разработке парового двигателя и двигателя внутреннего сгорания, подготовили почву для возникновения автоматизированных систем управления и других современных механизмов. Влияние изобретений аль-Джазари до сих пор ощущается в современном машиностроении…» (Д.-Р. Хилл (Donald R. Hill), английский инженер, историк науки, перевел сочинение аль-Джазари «Книга знаний об остроумных механических устройствах»).

Водяной двухцилиндровый насос аль-Джазари имеет следующие основные характеристики: двойное действие, преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное и наличие двух всасывающих трубок. Насосы с ручным приводом, существовавшие в античности и в эпоху эллинизма, имели вертикальные цилиндры и стояли непосредственно в воде, которая поступала в них при всасывании через дисковые клапаны внизу цилиндров. Т.е. такие насосы нельзя было устанавливать выше уровня воды. Насос аль-Джазари можно считать первым всасывающим (вакуумным) насосом. Утверждение, что первым, кто описал всасывающий насос, был итальянский художник и инженер Таккола примерно в 1450 году, несостоятельно. Единственным объяснением внезапного появления всасывающего насоса в трудах европейских инженеров эпохи Возрождения может быть то, что они были заимствованы у мусульманской цивилизации, которой были хорошо известны поршневые насосы, широко применявшиеся в Средние века.

Шестицилиндровый водяной насос Таки ад-Дина аш-Шами, XVI век

Рис. 2. Слева: Третья страница раздела труда Таки ад-Дина аш-Шами «Ат-турук ас-сания» (Высшие принципы механики), посвященного шестицилиндровому насосу. Справа: Трехмерное изображение шестицилиндрового насоса

Среди оригинальных машин, описанных в трактатах мусульманских ученых, особое место занимает шестицилиндровый «моноблочный» поршневой насос, спроектированный Таки ад-Дином аш-Шами в конце XVI века. Это сложное устройство, работающее как всасывающий насос, состоит из частей, обычно присутствующих во многих современных механизмах: распредвала, блока цилиндров, поршней и невозвратных клапанов.

Автор ряда моделей древних изобретений Джозеф Вера (Joseph Vera) воссоздал и этот замечательный насос, а также смоделировал его работу. В результате он пришел к выводу, что инженеры периода расцвета мусульманской цивилизации, в частности, Таки ад-Дин, обладали весьма основательными знаниями в кинематике, динамике и пневматике. При этом он считает «моноблочный» насос Таки ад-Дина выдающимся примером механизма, работающего на возобновляемых источниках энергии – тема, безусловно, актуальная в наше время…

«Таки ад-Дин … завершил важнейшую фазу в развитии инженерной механики исламской эпохи» (Рагеб эль-Сергани (Ragheb El-Sergany), современный мусульманский ученый).

Вертикальные ветряные мельницы, с VI века до наших дней

Рис. 3. Слева: Рукопись XIV века Шамсуддина ад-Димашки с изображением типичной ветряной мельницы в разрезе, ее лопасти расположены вертикально и вращаются вокруг вертикальных осей. Справа: Ветряные мельницы в Наштифане, Иран

Большинство историков считают, что ветряные мельницы появились в Европе в XII веке благодаря крестоносцам. Есть предание о том, что однажды ко второму халифу Умару, который правил десять лет с 634 года, пришел некий перс и объявил, что может построить мельницу, работающую с помощью силы ветра. Халиф приказал ему построить. С тех пор энергия ветра широко использовалась, чтобы приводить в движения жернова для помола зерна и подачи воды для орошения. Первые такие мельницы появились в Сейстане. Географ X века аль-Масуди описывает этот регион как «страну ветра и песка».

«Характерной чертой этой области является то, что энергию ветра здесь используют для работы насосов, которые поливают сады», – отмечает он.

«В своем многотомном труде о науке и цивилизации Китая Джозеф Нидэм (Joseph Needham) пишет, что "история ветряных мельниц действительно начинается с исламской культуры и в Иране". Бану Муса упоминают ветряные мельницы в своей "Книге механических устройств", где отмечают, что они "широко используются народом". Эти ветряные мельницы были горизонтального типа и в Европе вошли в обиход в XVI веке. По Нидэму, "это, безусловно, пример передачи на Запад культуры Пиренейского полуострова, первоначально имевшей своим источником мусульманскую Испанию". Нидхэм считает, что вертикальная ветряная мельница была европейским изобретением, возникшим по примеру мельниц горизонтального типа, заимствованного из аль-Андалуса» (Джон Фрили (John Freely), американский писатель).

Тысячу лет назад географ аль-Истахри писал о том, что ветряные мельницы строятся повсеместно для преобразования энергии ветра. В отличие от традиционной европейской конструкции, центрально-азиатские ветряные мельницы имели вертикальные лопасти. Они строились на вершинах холмов или на крышах замков и имели два яруса. На первом находились жернова, соединенные с вертикально стоящей осью. На втором ярусе к той же оси вертикально крепятся от шести до двенадцати лопастей, обтянутых тканью или пальмовыми листьями. Мельница была открыта с одной стороны так, чтобы улавливать северо-восточный ветер.

Водяное колесо (нория), начало VII века до наших дней

Рис. 4. Водоподъемное колесо на реке Оронт в Хаме, Сирия

Огромные водяные колеса (нории) использовались для подъема воды наверх еще в I веке до н.э. Об этом простом и эффективном устройстве писал еще римский архитектор и механик Витрувий. Как любое водяное колесо, нория вращается за счет силы течения, оказывающей давление на лопатки или ковши на его ободе. Наполненные водой, они при вращении колеса поднимаются наверх, где вода из них выливается в основной резервуар, соединенный с акведуком. Нории были известны еще римлянам и персам, а мусульманские ученые их усовершенствовали.

«Нории были широко распространены в исламских землях, по словам Сартона, водяные колеса в Хаме были ее гордостью» (Аль-Джазайри (S.E. Al-Djazairi), писатель).

«Утверждалось, что водяные колеса были возвращены в Европу крестоносцами. Должно быть, кое-где водяные колеса существовали в Европе и до этого времени (см. также сочинения Григория Турского), но возможно, крестоносцы увидели, что на Востоке их много и они лучше, и привезли домой улучшенную модель или, по крайней мере, четкое представление об их пользе. Более того, колоссальный экономический рост, имевший место в Западной Европе в XII-XIII веках, должен был сопровождаться появлением огромного количества водяных колес западного или восточного образца…» (Джордж Сартон (George Sarton), химик, историк науки).

Первое упоминание о нории у мусульман связано со строительством канала в Басре в конце VII века. Водяные колеса на реке Оронт в Хаме, которые Сартон называл «гордостью Хамы», существуют до сих пор, хотя больше не используются по назначению. Размер самых больших водяных колес в Хаме достигал 20 метров в диаметре, а обод делился на 20 отсеков-лопаток. Нория в испанской Мурсии до сих пор действует, хотя первоначальное деревянное колесо заменено стальным. Не считая этого, в остальном «мавританское» устройство осталось практически неизменным. Нории по-прежнему стоят во многих уголках мира и порой они успешно конкурируют с современными насосами.

Ученые отмечают высокий уровень механики в период расцвета мусульманской цивилизации и в Китае, особенно в том, что касается использования водяных колес для выработки энергии.

Третий водоподъемный механизм аль-Джазари, XII век

Слева: Иллюстрация из рукописи XIII века, изображающая водоподъемную машину аль-Джазари. Водоподъемные машины работают благодаря водяной турбине, которая приводит в движение систему передаточных колес, вращающую основное колесо с закрепленной на нем длинной цепью ковшей. Аль-Джазари поставил на вращающийся диск машины деревянное животное, вероятно, чтобы никто не думал, что автоматическое устройство приводит в движение волшебная сила. Люди считали, что его приводит в движение животное, через зубчатые колеса движение передается на колесо с ковшами, которые черпают воду из реки. В чертеже присутствует распределительный вал, контролирующий весь механизм. Справа: Трехмерная модель водоподъемного механизма аль-Джазари

«Третья водоподъемная машина» задумывалась как аттракцион с элементом мистификации на декоративном озере. В чем она состоит? На озере сооружается изящное открытое строение, при этом зрителям видны только подвижные части механизма и они не могут понять принцип работы устройства. Учитывая обстановку, в которой работал аль-Джазари, вероятнее всего, такое устройство было предназначено для сада правителя, где оно должно было развлекать и доставлять эстетическое наслаждение придворным и заодно поднимать воду для полива сада.

На самом деле, это просто более изящный вариант устройства сугубо утилитарного назначения, используемого для орошения и подачи воды для бытовых нужд. Само сооружение относительно мало и состоит из двух частей: нижней, где спрятаны механизмы, приводимые в движение водой, и верхней, видимой части устройства.

В «Китаб фи марифат аль-хиял аль-хандасийя» (Книга знаний об остроумных механических устройствах) аль-Джазари повествует:

«Однажды я предстал перед султаном [Насир ад-Дином] и представил ему что-то из того, что он мне заказал. Он смотрел на мою работу и о чем-то думал, не замечая меня. Он угадал мои мысли и безошибочно открыл то, что я скрывал. Он сказал: "Ты создал бесподобные устройства и заставил их работать, так не теряй то, что ты выстрадал и создал. Я хочу, чтобы ты составил для меня книгу, в которой будет собрано то, что ты создаешь отдельно, сведены вместе отдельные предметы и картины…"».

Так аль-Джазари составил свое сочинение, которое, по словам Сартона, стало «апогеем этого направления мусульманских достижений».

 

Дополнительная информация

Помимо различных водоподъемных приспособлений, аль-Джазари придумывал и другие механизмы самого разного свойства, например, часы. Пользовались известностью изобретения Таки ад-Дина, Аль-Муради и Ризвана аль-Саати. Братья Бану Муса тоже создавали различные удивительные машины, например, гидравлический орган, автомат для омовения, самотрансформирующийся фонтан, механическую поилку для животных, механические игрушки, например, пьющего быка или женщину-робота, разливающую чай. Не стоит забывать и сочинение аль-Муради «Книга секретов». Среди прочих устройств и приспособлений, изобретенных или усовершенствованных учеными мусульманской цивилизации, аппарат для изготовления бумаги, стекла и керамики, всевозможные музыкальные, астрономические, медицинские, военные, сельскохозяйственные, алхимические инструменты.

«На протяжении почти восьмисот лет при магометанских правителях Испания была для всей Европы блестящим примером цивилизованного и просвещенного государства. Ее изобильные провинции, удвоившие свои богатства за счет трудолюбия и инженерных навыков их завоевателей, принесли десятикратные плоды. В плодородных долинах Гвадалквивира и Гвадианы возникали бесчисленные города, названия которых – одни только названия – до сих пор напоминают об их былой славе…» (C. Лейн-Пул (S.Lane-Poole), писатель)

Устройства, придуманные мусульманскими учеными, применялись для многих практических целей, таких как ныряние за жемчугом, защита колодцев от загрязнения, водяными часами пользовались для весьма точного регулирования режима орошения на протяжении года и сообщения времени. Что касается объемных механизмов, то и здесь преобладали соображения практичности. Например, водоподъемные механизмы применялись для орошения, иные – для измельчения сахарного тростника, выдавливания растительных масел. Вообще, следует отметить, что наряду с несомненными творческими достижениями «золотого века» мусульманской науке был присущ интерес к конкретным областям, решению вполне определенных проблем. Предмет заслуживал внимания ученых постольку, поскольку он имел практическое применение. Построение отвлеченных теорий, занятие наукой ради науки, столь вдохновлявшие древних греков, не привлекали мусульманских ученых.

Гидравлическая водоподъемная машина из книги аль-Джазари о механических устройствах

Трехмерная модель механического устройства для омовения, воссозданная по рукописям Бану Муса

Трехмерная модель торпеды с пороховым двигателем, воссозданная по рукописям Хасана ар-Раммы

Фонтан братьев Бану Муса, автоматически меняющий форму с «лилии» на «щит» и затем «копье»

Так в представлении художника в XII века могли повышать мощность гидравлического водоподъемного устройства на одну бычью силу для подъема воды на высоту

Мельница Альболафия с ее огромным водяным колесом (норией) – последняя из великого множества мельниц и запруд, сооружавшихся на реке Гвадалквивир в Кордове в 8-10 вв. Современный вид

Изображение нории на миниатюре в рукописи андалузской поэмы «Байяд и Рийяд», XIII век. Нарисованные вода и водяное колесо позволяют предположить, что за стеной дворца находятся сельскохозяйственные угодья

Источник: The Muslim Times