...В рассказе фантаста Клиффорда Саймака "Мир, которого не может быть" описано некое существо по имени Цита: в минуты опасности оно распадается на множество мелких существ, каждое из которых начинает жить самостоятельной жизнью. Этот фантастический вымысел оказывается вполне реальным по отношению к миру "второй природы". В сфере водного транспорта Цита существует давно, но называется довольно прозаически: лихтеровоз.
Практически лихтеровоз - воплощение все той же тенденции к симбиозу централизации и автономности, остроумное сочетание преимуществ того и другого. Это большое судно, берущее на борт множество небольших самоходных (или несамоходных) баржлихтеров. При подходе, скажем, к устью реки он останавливается и спускает на воду свои плавучие контейнеры, которые уже самостоятельно (или на буксире) заходят в реку и идут в порты назначения. А навстречу им устремляются другие, загруженные лихтеры, которые, воссоединившись с судномматкой, продолжают затем путь как одно целое.
Сегодня лихтеровозы начинают усиленно развиваться. Успешно действует в Дунайском пароходстве грузовая линия, где курсируют лихтеровозы, построенные для нашей страны в Финляндии. Трехпалубный судоноситель берет на борт 26 лихтеров грузоподъемностью по 1300 тонн каждый. А недавно вышел в плавание первый отечественный лихтеровоз "Алексей Косыгин", заложенный в первый день
боты XXVI съезда партии на Херсонском судостроительном заводе. Судно такого типа берет на борт по 80 лихтеров, грузоподъемность каждого из них 370 тонн.
Есть основания полагать, что и развитию авиации не чуждо использование подобного же принципа. В США, например, разрабатывается проект системы "релейных" авиационных перевозок. Главное звено этой системы самолет-лайнер, вмещающий до 4000 пассажиров,-составляется из нескольких самолетов-модулей, каждый из которых может летать и автономно. Самолет практически превращается в тот же контейнер.
Мы говорили только об одной тенденции в техноэволюции (хотя и в разных ипостасях). Сама по себе она не определяет конкретный ход развития того или иного технического средства даже на ближайший период, поскольку существует куда большая зависимость от множества сопутствующих обстоятельств и - чаще - от того, насколько данное средство соответствует комплексу других, насколько соотносятся их этапы развития.
Скажем, трактор родился как универсальная система. Период жесткой специализации он прошел в рекордно короткое время - еще в период "эмбрионального" развития, когда вынашивались первые проекты создания механизированного пахотного устройства. А вот у автомобиля, почти его ровесника, наоборот, период специализации оправданно затянулся. Он практически продолжается по сей день, порождая различные панелевозы, муковозы, молоковозы и даже автомобилевозы. И только недавно, как уже говорилось, проявилась тенденция к созданию седельных тягачей силовая установка и кузов наконец-то выходят из жесткого сцепления, образуя гибкую, современного типа техническую систему.
Это лишь один пример несоответствия этапов развития "видов"
эволюции. А сколько еще причин влияет на реализацию любого прогноза!
Например, двадцать лет назад никто не мог предвидеть, что начнется "вторая жизнь" трамвая. Казалось бы, жестко привязанный к рельсам, неповоротливый, звенящий и громыхающий трамвай должен был уступить место бесшумным троллейбусам и автобусам, а затем и вовсе исчезнуть, как исчезли паровички на железных дорогах. Но вот оказалось, что обособленность трамвайных линий на забитых автомобилями улицах современных крупных городов дает большое преимущество в скорости передвижения.
Трамвай может перевезти по одной линии 12-14 тысяч пассажиров в час, тогда как автобус или троллейбус только 4-4,5 тысячи. А недостатки этого вида транспорта, в первую очередь шум и скрежет, можно значительно уменьшить, одновременно повысив скорость. И вот появляются новые типы трамваев - скоростные, комфортабельные, почти бесшумные. И они вторично совершают триумфальное шествие по улицам больших городов, для них прокладываются новые линии, роются тоннели. Трамвай приобретает черты метрополитена, постепенно зарываясь в землю, и в то же время превосходит своего нового "родственника" по такому важному показателю, как снижение капитальных затрат. А поскольку впереди маячит неизбежная автоматизация управления городским транспортом, то метрополитен и трамвай, "привязанные" к рельсам (и образующие с ними систему более прочную и более детерминированную, чем транспорт на шоссе), имеют здесь неоспоримое преимущество и, следовательно, еще долго сохранят свое лидирующее положение на городских магистралях.
Вынесение главного элемента за скобки системы (обособление локомотива от цепочки вагонов) еще вовсе не предел совершенства. Но, линейно экстраполируя такую систему, мы
избежно приходим к железнодорожному составу тысячекилометровой длины. Ясно, что с таким прогнозом нельзя согласиться. Выход (видимо, лишь один из многих возможных) - переход на транспортировку по трубопроводам таких непривычных для него грузов, как уголь, аммиак, руда, штучные грузы в потоке жидкости, капсулы с мусором, почта и даже люди в оборудованных для того кабинах. Действительно, проекты аммиакопровода и углепровода уже реализованы, и теперь прогнозировать можно лишь масштабы внедрения.
Переход на "нелинейное" решение может коснуться самых неожиданных сторон развития весьма разных технических устройств. Стимулом, первым толчком здесь могут послужить причины экономические. Так возникают сберегающие металл технологии - порошковая и гранульная металлургия, а ведь это одновременно переход технологии на принципиально новый, дисперсный, даже молекулярный уровень. К такому же переходу - на ионный, молекулярный, атомный, квантовый уровень - невольно приводит и общий прогресс техники, конкретно воплощенный в требованиях создать новые материалы с новыми свойствами и качествами. И тогда появляется электронная и лазерная обработка материалов, ионное напыление особо качественных материалов на менее дефицитные, ионное упрочнение деталей за счет почти микроскопических тонких, но прочных наслоений, появляется почти идеальная защита от коррозии и других неприятностей покрытием, тоже сравнимым с размерами ионов, молекул, атомов. Словом, технология идет "в глубь" вещества.
Естественно, что инженерные идеи стремятся отвечать требованиям практики, но ответ этот становится наиболее убедительным, наиболее смелым и значительным только тогда, когда инженерная мысль "нелинейна". Нелинейность касается прогнозов
появления и развития не только отдельных машин и процессов, но и всей системы, организации производства. Пример - проявление "гибких производств", сочетающих достоинства массовых производств и мелкосерийных и отметающих их недостатки.
Сейчас, двадцать лет спустя после памятного взрыва предсказаний, мы наконец-то начинаем осмысливать весь (а скорее всего, даже не весь) комплекс вопросов, с которыми сталкивается развитие любого технического средства. Во всяком случае, это движение отнюдь не по прямой. Вид технической эволюции то отступает, то опять набирает силу, то прячется в новую "экологическую нишу" (как, например, парусные суда, сохранившиеся в качестве лишь спортивного снаряда, а теперь вновь заявившие о своем праве на существование в "большом мире"), то возвращается, обогащенный принципами и приспособлениями, заимствованными у своих собратьев. И мы, учитывая причины всех "зигзагов", должны видеть, как стрелку компаса, закономерности этого пути и возможные отклонения, без чего немыслим любой прогноз.
Так каким же все-таки будет оно, наше ближайшее будущее? Каким видится сегодня начало XXI столетия?
Научно-техническая революция не расклеивает на улицах своих декретов. Смена вех происходит незаметно для глаза, и только ретроспективно, много лет спустя, мы начинаем вдруг задумываться и удивляемся, как же нам удавалось хранить масло без холодильников, как это мы умудрялись проводить вечера без телевизоров, как сложились бы сейчас наши отношения с близкими людьми, не будь телефонов... . Думается, 2000 год мы встретим в таких же, в общем-то, домах, с такими же удобствами, на таких же улицах, какие мы видим сегодня. Мало изменится и внешний облик заводов, аэровокзалов, магазинов, кинотеатров. И
все же перемены будут. Вот только как их увидеть?
Прошедшее двадцатилетие обогатило нас пониманием важного принципа: наступление НТР должно вестись не по всему фронту одновременно, а сначала на отдельных участках, которые постепенно будут сливаться вместе, образуя новый тип производства, новую транспортную систему, новую жилищную ячейку. О необходимости создания таких участков, об обязательности комплексного подхода к проблемам роботизации, внедрения новой технологии теперь пишут и говорят все чаще. Это - веление времени.
Причем подобные локальные производственные модули - кстати, опять же наделенные способностью как к автономному существованию, так и к управлению из "центра",- станут и полигонами не только для доработки, доводки до технического совершенства, но и для тех социальных преобразований, которые неизбежно следуют за изменением средств производства.
Так что, если говорить о 2000 годе, то его облик, характер, что ли, будет определяться не тем, какая доля в металлорежущем оборудовании будет приходиться на ультразвуковые установки, не тем, будем ли мы переправляться на другой берег реки, чтобы искупаться, на обычных катерах или на кораблях на воздушной подушке, не тем, какой тип реакторов будет преобладать в атомной энергетике на рубеже столетий (хотя само по себе, конечно, это очень важно), а тем, что подобных "оазисов" станет больше и они, сливаясь вместе, зададут тон в производственной, да и во всякой другой жизни страны. Именно в уменьшении "зряшной работы", если хотите, энтропии в производстве, видится основное достижение XXI века.
2000 год - произвольно взятый срок, отделенный от нас полутора десятками лет,-не изменит, видимо, как уже говорилось, облика существующей ныне технической цивилизации. Но
знание тенденции и закономерностей техноэволюции за эти годы должно качественно возрасти. И это следует учитывать всем, кто занимается прогнозированием.
ТВОРЧЕСТВО ПОД КОПИРКУ
Переводные картинки, которые так нравятся детям, могут с успехом применить проектировщики, если на липкую аппликацию нанести не изображения веселых зверушек, а слова и символы, обозначения различных аппаратов, коммуникаций. Ведь любой чертеж на 60-80 процентов состоит из таких стандартных элементов-зачем же конструктору заниматься рутинной работой? Автору будущей машины или станка достаточно вырезать нужный элемент и наклеить его на чертеж. Это особенно удобно, когда аппликации напечатаны на бумаге "Темп" с несохнущим липким слоем, а чертеж выполняется не на обычной ворсистой бумаге, а на синтетической. В этом случае можно многократно отклеивать типовые "картинки", переносить их в другое место, выбирая оптимальный вариант. Когда "монтаж" закончен, остается лишь вычертить нестандартные элементы.
Конечно, полиграфическое оборудование есть далеко не в каждой проектной организации, и это сдерживает широкое распространение метода. Выход в применении светочувствительной бумаги с липким слоем "Диазо-кор" - светокопировальной техникой оснащены большинство институтов и КБ.
Внедрение модульного проектирования с помощью аппликаций улучшает
качество документов и повышает производительность труда конструкторов. А каталог типовых элементов может стать существенным подспорьем при создании САПР - систем автоматизированного проектирования.
ПЛАСТИК, ОЩУЩАЮЩИЙ ТЕПЛО
Уж на что привычным материалом кажутся в наше время пластики, и тем не менее химия полимеров продолжает нас удивлять. Не так давно, например, получены полимеры, превращающие тепловое излучение в электрический ток. На основе таких материалов создан пироэлектрический датчик температур. Полимерная пленка толщиной около десяти микрон наносится на небольшое параболическое зеркало. Если нацелить его на какой-нибудь объект, в структуре полимера возникает ток, пропорциональный силе инфракрасного излучения. Электронный блок логики мгновенно переводит результат измерения в градусы. Стоит пластиковый прибор дешевле таких же устройств на кристаллах.
ТЕПЛОКИНО
Тепловизоры уже перестали быть диковинкой, их все шире используют в медицинской практике. Любой живой
организм, в том числе и тело человека, теплее окружающей среды, и он непрерывно излучает поток электромагнитных колебаний в диапазоне инфракрасных волн. Но тепловизоры и раньше фотографировали организм. А что, если снять теплокино, то есть показать изменения температуры тела в динамике?
В Институте радиотехники и электроники АН СССР создана принципиально новая установка, которая позволила проследить за малыми изменениями температуры во времени. Действительно, организм - это нестационарная, постоянно меняющаяся система, и физиологические процессы регулируют эти изменения так, чтобы поддерживать параметры системы, например температуры, в заданных границах. Очевидно, проследив за тем, как меняется температура тела, можно получить информацию о состоянии регуляторных систем организма, что очень важно для медицинской диагностики.
Созданная на базе тепловизора и специализированной ЭВМ новая установка имеет высокую чувствительность - 0,03 градуса и разрешение в доли миллиметра. Оказалось, что для большего контраста изображений лучше всего регистрировать не сами меняющиеся температуры, а изменение их скоростей - регистрировать поле скоростей.
Исследователям удалось снять фильм о том, как постепенно теплеет рука человека, пришедшего с холода, при этом были наглядно продемонстрированы особенности системы терморегуляции.
Ученые записали на магнитную пленку и воспроизвели на видеомагнитофоне динамику меняющейся температуры на лице человека. В области ноздрей температура меняется в ритме дыхания - охлаждение при входе, нагрев на выдохе; перепад температур достигает трех градусов. На щеке, наоборот, нагрев при вдохе, охлаждение при выдохе.
Впервые удалось зарегистрировать изменение потоков тепла, связанное с работой мозга животного. В ответ на раздражение - вспышку света или звуковой сигнал - в мозгу крысы начинается активация процессов тепловыделения, за которой следует депрессия. Разница в температуре теплых и холодных участков составляет десятую долю градуса, но тем не менее она наглядно видна на экране телевизора. На кадрах, которые следуют через 20, 40, 60 секунд после вспышки, видны температурные волны, которые распространяются в виде кольцевого фронта, исходящего из очага возбуждения.
Обычно ответы на раздражение принято регистрировать с помощью техники вживленных микроэлектродов и отведения биопотенциалов. Новая установка имеет неоценимое преимущество-за животным можно наблюдать, находясь от него на значительном расстоянии.
ЛАЗЕРНЫЙ "НЮХ"
"Только одно чувство-обоняние, иными словами, определение и обнаружение небольших примесей органического вещества, у животных более совершенно, чем у существующих приборов. Догнать обоняние собаки - одна из проблем физики будущего" - так сформулировал одну из сложнейших задач науки выдающийся советский ученый академик Петр Леонидович Капица.
За этой задачей стояло не просто стремление превзойти природу. Во многих областях современной техники - в электронике, радиотехнике, химии - требуются вещества уникальной
чистоты: в них на многие миллионы собственных атомов допускается присутствие лишь одного атома примесей. А на другом полюсе задачи проблемы здравоохранения, охраны окружающей среды. Как, например, бороться с ничтожными количествами химических веществ, которые выделяют в воздух и растения, и машины, и строительные материалы? Ведь именно эти вещества нередко срабатывают как спусковой крючок аллергических заболеваний, широко распространенных сейчас на нашей планете.
Путь к решению этой задачи открыл так называемый эффект электронного парамагнитного резонанса-ЭПР. Оказалось, что электронное облако атома изучаемого вещества можно "сплющить", наложив на него сильное магнитное поле. И тогда оно будет поглощать радиоволны только какой-то одной частоты, а другие будут проходить через него беспрепятственно. Иными словами, атомы как бы настраивались на прием определенной волны, как колебательный контур в радиоприемнике...
На этом эффекте и были созданы приборы, позволяющие обнаружить ничтожные примеси. В их камеру-резонатор помещали изучаемое вещество и облучали радиоволнами той длины, на которую были "настроены" атомы примесей. По тому, как в результате поглощения падала мощность излучения, и определялось их количество. Беда лишь в том, что этот метод позволял "ловить" примеси в виде отдельных атомов, в лучшем случае-двух- или трехатомных молекул. На более крупные образования его чувствительности уже не хватало. А большинство примесей, интересующих ученых и производственников, представляют собой многоатомные молекулы. Как научиться "опознавать" и их?
За решение этой задачи взялись сотрудники лаборатории химической радиоспектроскопии Института химической физики Академии наук СССР во
главе с профессором Я. Лебедевым. В качестве источника излучения они решили применить лазер, работающий на инфракрасных и субмиллиметровых волнах. Именно в этом диапазоне многоатомные молекулы заявили о себе, что называется, во весь голос. Лазерный спектрометр позволял точно оценить количество не только многоатомных молекул, но и радикалов химически активных "осколков".