Техника машинная и безмашинная: сущность, история, перспективы Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Абачиев Сергей Константинович

S. K. Abachiev Институт Г осударственного управления, пра-ва и инновационных технологий.

Москва, Ан-дроновское шоссе, д. 24а.

College of the Government,

the right and innovative technologies

Кандидат философских наук, и. о. профессора The candidate of philosophical sciences who is performing the duties the professor E-mail: abachiev@yandex.ru

Техника машинная и безмашинная: сущность, история, перспективы

Technics machine and not machine: essence, history, prospects

Аннотация: Представляются основные положения гносеологической теории труда и техники, разработанные в советской философии науки и техники. Конструктивнокритически анализируются обобщённые понимания феномена машины Ч. Бэббиджем и К. Марксом. Формулируется современное обобщённое понимание этого феномена. На основе этого понимания естественно формулируется обобщённое понимание сущности безмашин-ных технологий. Показывается, что в таких технологиях устраняются искусственные посредники между человеком и технологическим процессом. Эта существенная тенденция увенчивается первыми реальными и реалистичными технологиями без техники, т. е. без искусственных инженерных конструкций и сооружений. С позиций такого обобщённого понимания по-новому интерпретируется история техники.

The Abstract: The article presents the main provisions of the epistemological theory of labour and technology developed in the Soviet philosophy of science and technology. It gives constructive and critical examination of the generalized Ch. Babbidge and K.Marx's understanding of the phenomenon of a machine and formulates sophisticated generalized understanding of this phenomenon. Based on this understanding, a generalized understanding of the essence of a without-using-a-machine technology is formulated. It is shown that in such technology artificial intermediaries between a person and technological process are eliminated. This significant trend is crowned with the first real and realistic technology without using artificial engineering constructions and installations. From the positions of the generalized understanding the history of technology is interpreted in a new way

Ключевые слова: технологический процесс, техника, механизм, машина, главное звено, искусственность, естественное происхождение, безмашинная техника, безорудийная технология.

Keywords: technological process, technique, mechanism, engine, main link, artificiality, natural origin, non-machine technique, non-instrument technique.

От редакции. Для этой неординарной статьи мы решили снять редакционные ограничения на объём ради её богатого и информативного иллюстративного ряда. Статья конструктивно увенчивает более чем двухвековую историю дискуссий по одному из кардинальных вопросов машиноведения и вообще философии труда и техники. Её

научные результаты уже невозможно оспаривать. Они уже — «для учебников». Об этих результатах теперь должны знать все специалисты в области прикладных и технических наук, преподаватели технических дисциплин, инженеры и изобретатели, студенты и аспиранты, решившие посвятить себя техническому творчеству.

1. Об актуальности проблемы и об уровне её разработанности

Как дидактическая, поднимаемая проблема весьма актуальна. Она прямо связана с формированием у будущих творцов новой техники эффективной методологии эвристического решения изобретательских задач. Но понятно, что методически оптимальная, «учебниковая» форма освещения этой ключевой темы предполагает её академическую проработанность на уровне строгих и уже бесспорных исходных понятий. Как мы попытаемся показать, эта цель не только достижима, но фактически уже достигнута.

Предыстория проблемы восходит к «Науке Логики» Г. В. Ф. Гегеля, где он терминологически различал технику механическую и химическую, не развивая эту тему далее. В ХХ в. многообразие безмашинных технологий стало неизмеримо более богатым. Их отличия от машинных технологий стали фиксировать как классики машиноведения, так и профессиональные историки техники. (См., напр., в работах [1]—[8].)

Приведём одну из попыток понятийного противопоставления безмашинной техники машинной: «Технические устройства, в относительно неподвижных частях которых происходят физические или химические процессы (химические, тепловые, электрические), называют аппаратами (в отличие от машин. - С. А.)» [3, с. 13]. Такое противопоставление весьма спорное (и потому - стимулирующее). Во-первых, определение явно неполное, так как оно не охватывает биологические и микробиологические технологии, которые заведомо не являются машинными. Например, бактериальное выщелачивание в гидрометаллургии с соответствующими аппаратами. Во-вторых, явно безмашинными, хотя и механическими, являются некоторые созидательные взрывные технологии - вскрытие карьеров открытой угледобычи, возведение дамб, взрывная штамповка и сварка и др. Их формообразующие ударные волны очень даже подвижны.

Причина этой типичной неудачи понятна: определения такого рода в логике называются номинальными, т. е. не «схватывающими» самую суть дела. На поверку таким же является интуитивный стереотип безмашинной техники, культивируемый в современной инженерной среде.

Насколько нам известно, наиболее систематическая версия истории проблемы и попыток её решения предпринята в последние годы А. Г. Войтовым в работе [9].

Мы солидаризируемся с ним в ключевых общеметодологических моментах: проблему следует решать в контексте общей теории феномена технологий и техники; такая теория должна охватывать всю историю научно-технического прогресса; сначала следует дать точное и бесспорное определение сущности машинных технологий, а уж на его основе естественно может быть выработано и определение сущности технологий безмашинных.

Согласны мы с этим автором и в том, что эта тема требует диалектической гибкости анализа. В наше время есть все возможности для того, чтобы понимать и культивировать диалектическую гибкость мышления адекватно и отлично от «диаматовских» стереотипов советских учебников по философии [10, с. 232-266]. И это позволяет систематически развивать гносеологическую теорию труда и техники [11, с. 378-501]. В ней феномен техники систематически понимается как специфическая материализация (овеществление) научных знаний. Качественно разные формы техники непосредственно определяются качественно разными формами последних. Эта теория труда и техники восходит к работам К. Маркса [12], [13],

[14] и в ключевых моментах уточнена в ряде работ советских исследователей ([15]—[ 18] и

др-)

Методологии предлагаемого подхода следует уделить особое внимание.

2. Методология анализа и обобщений

Прежде всего, для адекватных обобщений необходимо анализировать современное, всесторонне развитое многообразие безмашинных технологий. Поэтому бессмысленно искать соответствующие определения сущности безмашинных технологий в трудах машиноведов и, тем более, экономистов и философов XIX в. У них просто не было должной опытной базы для сравнительного анализа и обобщений, поскольку сами безмашинные технологии тогда были представлены лишь «зачаточными» формами химической индустрии, а также электротехнологий связи (телеграф).

Что касается понимания сущности машин, то здесь, напротив, требуется проявить по-научному здоровый консерватизм. Такое понимание de facto было выработано К. Марксом в начале 60-х гг. XIX в. И это тоже естественно: машинные технологии на производстве и на транспорте тогда уже получили разностороннее развитие.

Далее, необходимо радикально отойти от узкого, экономического подхода к феномену техники и систематически придерживаться широкого, гносеологического подхода. Экономический подход навязывает исследователю стереотипы крупномасштабных отраслей производства основных жизненных благ. Технология и техника с позиций такого подхода - это нечто сугубо масштабно-целостное, непременно выдающее конечную продукцию на рынок, массовому потребителю. Но очевидно, что такая техника в современной техносфере сосуществует бок о бок с другой техникой, включая уникальную технику научных лабораторий и т. п. вплоть до бытовой. И зачастую именно техника второго рода несравненно ярче «высвечивает» сущность машинных и безмашинных технологий.

Специфики экономического и гносеологического подходов особенно ярко и даже конфликтно проявляются в понимании того, что такое наукоёмкость техники. Экономический смысл таков: наукоёмкая техника - такая, создание которой требует предварительного вложения средств в соответствующие опережающие фундаментальные, академические естественнонаучные исследования. Г носеологический смысл существенно иной и существенно более широкий: любая эффективная техника базируется на объективно-истинных естественнонаучных знаниях.

С позиций двух подходов существенно по-разному представляется также история наукоёмкой техники. В экономическом аспекте техника представляется таковой, начиная с ХХ в. В гносеологическом аспекте она была таковой уже в античных механизмах, работа которых базировалась на Архимедовом законе рычага как частной форме закона сохранения энергии.

В дальнейшем мы будем иметь в виду только гносеологическое понимание наукоёмкости техники. А здесь понятие «наукоёмкость техники», важное для дальнейшего, демонстрирует то, что такое диалектическая гибкость анализа - реальная, а не мифологизированная в духе советского «диамата». Она сводится лишь к чёткой фиксации одного из содержаний многозначного понятия. При анализе достаточно лишь систематически иметь в виду какой-то один смысл и не перескакивать на другой смысл. Ничего сверх требования закона тождества из традиционной формальной логики.

Сходным образом дело обстоит и в случае сложных понятий с относительным (релятивным) содержанием. Таковы, прежде всего, понятия «предмет труда», «продукт труда» и «средство труда». Надо лишь чётко фиксировать целевые установки конкретных технологических процессов, а далее всё встаёт на свои места. Так, в случае паровой машины XIX в. механическая энергия на её выходном валу является продуктом машинизированного труда, предметом труда являются уголь, воздух и вода на её входе, а главным машинным средством труда является её кривошипно-шатунный механизм. В случае паровоза предметом труда является местность, относительно которой перемещается поезд, продуктом труда - масса поез-

да в пункте назначения, а основным средством труда - паровоз как генератор кинетической энергии поезда. Работа тяговой техники в экономике машинных транспортных технологий и оценивается в единицах энергии - в тонно-километрах.

Важно систематически учитывать и то, что реальные технические конструкции представляют собой многоуровнево-иерархичные системы, состоящие из подсистем, узлов и, в конечном счёте, отдельных деталей. И чаще всего они являются многоукладными. Это значит, что, наряду со своими узлами, которые овеществляют в себе новейшие научные открытия, они зачастую включают в себя пережиточные узлы и подсистемы. Достаточно вспомнить электронные компьютеры недавнего прошлого с введением информации на перфокартах, что было заимствовано ещё в 40-х гг. XIX в. Ч. Бэббиджем у ткацкого станка-автомата Ж. Жаккара (1799 г.). Достаточно вспомнить и механические принтеры-телетайпы этих электронных компьютеров. (По поводу таких исторических компромиссов нового и старого в технике см.

Но тем важнее уметь абстрагировать сущность машинных и безмашинных технологий в чистом виде, на образцах сравнительно простых и даже элементарных подсистем и узлов инженерных конструкций и сооружений. Эта сущность здесь та же самая, но выражена несравненно ярче и чётче, чем в больших технических системах с их историческими компромиссами технологических новшеств и старых технических решений. При этом также всё начинается с чёткого определения целевой установки того или иного конкретного узла, а после этого легко определить, что является техническим средством её достижения и какое оно -машинное или безмашинное.

Наконец, наиболее общие определения сущности машинной и безмашинной техники должны быть достаточно конкретными. В отличие от итогов философски-поискового анализа, они должны стимулировать не дальнейшие поиски, а дальнейшие конкретизации этой научной находки. То есть, деления и классификации машинной и безмашинной техники по множеству оснований. В машиноведении такие классификации механизмов и машин предпринимаются давно, и речь может идти только о перспективе их уточнений и корректив. Что касается безмашинной техники, то её классификаций пока нет, поскольку нет сколь-нибудь чёткого наиболее общего понимания её сущности.

3. Базисные понятия «технологический процесс» и «техника»

Технологический процесс - это, прежде всего, объективный природный процесс. Но его течение искусственно видоизменено так, что он даёт на выходе тот или иной нужный обществу продукт труда. Этим продуктом может быть деталь машины, электроэнергия, полупроводниковая микросхема, вещество с требуемыми свойствами, зафиксированная, преобразованная или переработанная информация и т. д. и т. п. Спектр современных конкретных смыслов понятия «продукт труда» чрезвычайно широк и продолжает неуклонно расширяется. Предметом труда является сам объективный природный процесс, который постепенно трансформируется в продукт труда. Трансформируется он искусственными посредниками между субъектом и объективным процессом. До эпохи первых механизмов и машин в роли таких искусственных посредников выступали простые орудия ручного труда. Начиная с этой эпохи, в такой роли стали выступать всё более сложные и наукоёмкие искусственные инженерные конструкции и сооружения - техника. В технологических процессах такого рода стали физически трудиться не столько сами люди, сколько управляемые ими объективные природные процессы.

В отличие от абстрактно-философского, научно-теоретический подход к уяснению этих принципиальнейших положений предполагает их осмысление на конкретных, достаточно очевидных и особо показательных моделях. Вот одна из них: течение Ангары - это объективный природный процесс; её протекание через водохранилище, плотину и турбины Братской ГЭС - это процесс технологический; искусственные инженерные конструкции и сооружения Братской ГЭС - это техника, при посредничестве которой течение Ангары способно

[19, с. 59-63].)

вырабатывать нужную обществу электроэнергию. Эта «наглядно-обыденная» суть дела одна и та же в любом технологическом процессе.

На этой модели очевидно, что человеческая техника не противоречит ни одному закону природы. Она лишь творчески варьирует и комбинирует частные формы их проявлений.

Так, самолёт летает не вопреки закону всемирного тяготения, а в полном соответствии с ним. Власть этого закона над самолётом не более чем искусственно скомпенсирована законами аэродинамики, создающими подъёмную силу его крыльев. И это искусственное уравновешивание должно постоянно поддерживаться тягой самолётных двигателей.

Таким образом, свобода человеческого технического творчества ограничивается только свободой искусственного комбинирования частных условий протекания природных процессов по своим объективным законам. Но эта человеческая свобода может заходить так далеко, что человеческая техника способна вызывать к жизни даже такие явления, процессы и объекты, которых нет в природе. Ярким примером может служить ныне уже коммерческая техника получения и поддержания температур порядка 10-2 К и ниже. Таких температурных режимов протекания природных процессов никогда не было и нигде нет во Вселенной, пространство которой равномерно заполнено реликтовым тепловым излучением с температурой 2,7 К.

Это исходное гносеологическое понимание сущности технологий и их инженерно-технического оформления восходит к «Экономическим рукописям» К. Маркса 50-60-х гг. XIX в. и к его «Капиталу». (Здесь нет места для соответствующих пространных цитирований и современных комментариев. Подробнее см. в нашей книге [11, с. 396-400].) В свете кибернетических понятий и принципов эта гносеологическая сущность становится особенно прозрачной. Естествознание более или менее адекватно информирует людей об объективных природных процессах, а техника на основе этой информации более или менее эффективно управляет ими, превращая их в процессы целенаправленные, т. е. технологические. Чем полнее и адекватнее это фундаментальное информирование со стороны естествознания, тем эффективнее человеческое управление ими при посредничестве техники.

Та же кибернетика даёт два главных критерия эффективности человеческого управления объективными природными процессами. Во-первых, субъект управления с помощью соответствующих технических средств должен достигать поставленных целей, получать заранее предвиденный результат. Во-вторых, он должен делать это, по возможности тонко и деликатно искусственно вмешиваясь в объективный процесс.

Может возникнуть и такой вопрос: «А можно ли говорить о технологическом процессе в случае какой-нибудь силовой конструкции здания, которая веками стоит себе на месте и делает своё дело? Что здесь может быть процессуального?»

В свете механицизма, господствовавшего в науке до ХХ в., это именно так и воспринимается. Однако в свете квантовой физики металлов всё выглядит иначе. В кристаллических структурах строительной конструкции ни один атом, ни один электрон не находится в покое. Здесь всё в вечном движении по законам квантовой механики. Так что, и эта внешне статическая технология выглядит вполне процессуально, если не доверяться обманчивым свидетельствам органов чувств. Вообще, современная наука говорит, что нет в мире такого объекта, который не был бы процессом. Вопрос о том, есть ли у него поступательное развитие, -это уже второй вопрос. Процесс же есть в любом случае. Поэтому, в частности, и любая технология в широком понимании определяется как технологический процесс.

4. Сущность машинных технологий

В работе [9] отражена долговременная дискуссионность вопроса о наиболее существенной отличительной черте машинных технологий и их оформления в соответствующих искусственные инженерных конструкциях. Основным поводом для дискуссий является вопрос о том, где граница между механизмами и машинами.

Так, очевидно, что ножницы, объединяющие в качественно новое целое два ножа, - это явно уже механизм и явно ещё не машина. А вот паровой станок для резки металлических

листов - это те же ножницы, но уже явно машина. Он имеет все её основные подсистемы -станину, исполнительный узел (ножницы), двигатель, механическую систему передачи усилий от двигателя к исполнительному узлу. Но можно ли считать полноценными машинами ручную швейную машину «Зингер», механическую пишущую машинку «Оптима» или велосипед? Везде можно увидеть ту же станину или раму, исполнительный узел (соответственно, игла-челнок-перемещатель ткани, литеры-валик, колёса), жёсткие механические цепи передачи усилий от человека к исполнительному узлу. Но приведение в действие этих механизмов усилиями человека до сих пор склоняет часть исследователей к мнению, согласно которому всё это - сложные механизмы, но ещё не машины.

Вопрос о границе между механизмом и машиной сродни непростому вопросу о границе между живой и неживой природой. Так, вирус вне живой клетки не живее булыжника, а внутри неё ведёт себя, как живой микроорганизм. Как в природе, так и в технике нет резких разграничительных линий между качествами объектов более низких и более высоких структурных уровней. Но в понимании наиболее существенного качества машин эта «размытость границ» не представляется важной: машинна - это большой и многоуровневый механизм, а механизм - это сравнительно простая и даже элементарная машина. Суть в любом случае заключается в механическом автоматизме выполнения более или менее сложной технологической функции. Важна именно эта системная, организационная сторона машинномеханических технологий, а не их энергетические показатели и не источники их энергии.

К такому пониманию в середине XIX в. вплотную подошёл Ч. Бэббидж - выдающийся английский механик, математик, машиновед, изобретатель первой программируемой вычислительной машины. Конструктивно-критически развивая его концепцию, К. Маркс в начале 60-х гг. XIX в. подчёркивал: «Начиная с того момента, когда непосредственное участие человека в процессе производства свелось к тому, что он стал действовать в качестве простой силы, принцип выполняемой работы стал выполняться машинами. Механизм был налицо: двигательная же сила впоследствии могла быть заменена водой, паром и т. п. / После этой первой великой промышленной революции применение парового двигателя в качестве машины, производящий движение, явилось второй революцией. / Если закрывать глаза на это обстоятельство и обращать взор только на двигательную силу, то будет упущено из вида как раз то, что исторически явилось поворотным пунктом.» [13, с. 406].

Эту аргументацию Маркса можно усилить. Паровой двигатель, который, по мнению части исследователей, в конце XVIII в. превратил рабочие машины (станки) из «недомашин» в полноценные машины, и сам представляет собой, прежде всего, сложный механизм, особенно - в кривошипно-шатунном узле. В этом плане паровой двигатель ничем принципиально не отличается от рабочей машины, для функционирования которой не существенен источник энергии. Так, в той же швейной машине «Зингер» ничего существенно не изменится, если её ведущий вал будет приводить в движение не человек, а электродвигатель.

Современное, кибернетическое понимание управляющей функции техники позволяет уточнить и это понимание сущности машин. Машина суть жёстко (однозначно) детерминистский (механистической) автомат, алгоритм работы которого тождественен его конструкции [20, с. 40]. Чаще всего конструкция классической машины нацеливает её на выполнение одной-единственной функции: на швейной машине «Зингер» нельзя вязать кружева; на пишущей машинке «Оптима» нельзя рисовать графики и т. п. В узких пределах оснастка машины может перепрограммировать её работу. Например, благодаря ей токарновинторезный станок может ограниченно использоваться для сверления, зенкерования, шлифования, нарезки резьбы и др. Особенно богат набор сменных программ работы у механического патефона: что ни пластинка, то своя программа. Но и в таких случаях всё в пределах жёстко детерминистского, чисто механистического и сравнительно простейшего алгоритма работы.

К пониманию самого главного качества механизмов и машин позволяет прийти сама этимология слова «машина» (от лат. таеИта - сооружение). Она подчёркивает искусственное происхождение деталей и узлов механизмов и машин. В классических машинах XVШ-XIX

вв. таковы все основные подсистемы - исполнительное звено, станина (или рама), силовые цепи (механические трансмиссии того или иного типа), двигатели и их узлы, оснастка как зачаточная форма многообразия программ работы. Это - макроскопические, грубо вещественные, «зримые и ощутимые» человеческие изделия, которые (за исключением станин и опорных рам) совершают «зримые и ощутимые» макромеханические движения.

Это качество особенно важно подчеркнуть, говоря об исполнительном узле, главном звене механизмов и машин, которое непосредственно формирует из того или иного предмета труда тот или иной продукт труда. Таковы: резец, сверло или фреза металлообрабатывающих станков; колёса наземных транспортных машин; тяговые винты судов и части самолётов; литеры и валы механических печатающих устройств и т. д. и т. п. Во всех машинно-механических технологиях они воздействуют на предметы труда чисто внешним образом. Говоря языком современной физики, в пределах упругого взаимодействия внешних электронов своих атомов с атомами предмета труда.

Это искусственное происхождение макроскопических, грубо вещественных главных звеньев машинно-механических средств труда является их наиболее существенной особенностью. Именно в этом ключевом моменте безмашинные технические узлы, подсистемы и системы в корне отличаются от механизмов и машин.

Механические технологии могут быть и реально бывают также и безмашинными. Например, уже упоминавшиеся взрывные технологии, технологии ультразвуковой обработки материалов, интенсификации химических реакций мощными акустическими полями и др. Обобщённо говоря, всякая машинная технология является механической, но не всякая механическая технология является машинной. Поэтому применительно к машинным технологиям представляется целесообразным культивировать термин «машинно-механические». Он полностью соответствует их сущности, не оставляя поводов для разночтений.

Говоря о машинах, следует обратить внимание и на такую их особенность, как механическая цикличность работы. В машинах всё так или иначе «привязано к колесу». И это имеет многочисленные механистически-пережиточные «проекции» в самых разных областях техники, которые по своей сущности являются безмашинными. Так, 50 Гц в электрических сетях переменного тока (т. н. промышленная частота) - дань тому, что конечным звеном современных электростанций является механический электрогенератор, будь эти электростанции хоть гидравлическими, хоть тепловыми, хоть ядерными. Того же качества частота кадров современного, сугубо электронного телевидения. Того же качества тактовая частота работы существенно безмашинных микропроцессоров на основе сверхбольшых интегральных схем. Подобные примеры можно умножать и умножать.

В заключение данного параграфа отметим, что границу между механизмами и машинами провести всё же можно и эта граница совершенно чёткая. Её провела сама реальная история физики. Анализ и синтез многоуровневых машинно-механических систем в теории механизмов и машин стал возможен только на базе теоретической механики Галилея-Ньютона, которая в XVIII в. приняла зрелую, каноническую форму аналитической механики. Поэтому паромашинная индустрия XIX в. с её безраздельным господством классических машин - это техника не просто наукоёмкая. Она наукоёмкая в высшей степени, так как научно-теоретическая форма объективно-истинных знаний является их высшей формой. Этого нельзя сказать о механизмах и машинах, которые изобретались и эксплуатировались в эпохи, когда механика находилась на эмпирическом уровне зрелости своих знаний и была далёкой от постижения основных законов динамики.

Тем не менее, качественное усовершенствование науки механики в XVII-XVШ вв. не внесло принципиальных изменений в рассмотренную наиболее существенную особенность машинно-механических технологий. Просто механизмы и машины стали более сложными и многоуровневыми.

5. Сущность безмашинных технологий

Общее понимание сущности механизмов и машин по Бэббиджу-Марксу немедленно даёт общее понимание сущности безмашинной техники: в ней функции исполнительных узлов, главных звеньев возлагаются на чисто естественные элементы и структуры.

Исторически беспрецедентное многообразие современных видов техники предоставляет богатейший опытный материал для сравнительного анализа с таким обобщением. Он особенно показателен постольку, поскольку состояние современной техносферы переходное. Она полна пережиточных форм техники, а также исторических компромиссов безмашинных и машинно-механических технологий. В таком переходном состоянии современная техносфера демонстрирует множество безмашинных эквивалентов машинно-механических технологий. Приведём ряд примеров именно такого рода, которые особенно показательны.

Прежде всего, обратимся к большим и малым технологиям передачи энергии на расстояние. В XIX в. на паромашинных фабриках и заводах они выполнялись исключительно механическими трансмиссиями. Их дальнодействие в принципе не могло превышать нескольких сотен метров, поэтому крупномасштабные механические трансмиссии были исключительно средством разводки энергии от цеховой паровой машины к нескольким десяткам станков. Силовой электрический кабель не только революционно преобразовал станки, фабричные и заводские цехи, но и вышел далеко за их пределы. В форме ЛЭП он осуществляет безма-шинные переброски энергии на тысячи километров. С машинно-механическим эквивалентом этой технологии ЛЭП роднит только функциональное подобие опорных рам - искусственные инженерные конструкции ажурных опор. Главными же агентами технологического процесса являются чисто естественные электроны в веществе проводов. Переброска энергии осуществляется невидимо (хотя и осязаемо даже в случае домашней электропроводки) по законам квантовой механики, а не классической макромеханики. И у этой крупномасштабной технологии есть другие, машинно-механические эквиваленты. Например, железные дороги, по которым перевозятся органические энергоносители (особенно, на уходящей в историю паровой тяге).

Насыщенность современного производства большими и малыми силовыми кабелями делает кардинально безмашинным и то, что в силу терминологической инерции именуется крупным машинным производством. Большие и малые электрические машины - это уже далеко и далеко не классические машины XIX в., так как в них безмашинным способом осуществляется силовая связь источника энергии и исполнительного узла. Это - своего рода исторический компромисс классической машины и электротехнологий, которые так ярко демонстрируют свою безмашинную сущность в ЛЭП.

Есть свой электротехнологический безмашинный эквивалент и у переброски на большие расстояния ряда веществ и, прежде всего, водорода как перспективного основного энергоносителя. Имеются в виду искусственно синтезированные проводники не с электронной, а с протонной проводимостью (суперионные кристаллы - твёрдые электролиты).

У механического редуктора есть свой безмашинный эквивалент - электрический трансформатор. У машинного преобразователя постоянного тока в переменный трёхфазный (т. е., у системы генератора последнего на одном валу с двигателем постоянного тока) есть безма-шинный полупроводниковый эквивалент силовой электроники. Даже у механического коллекторного узла электродвигателей есть свои безмашинные эквиваленты в бесколлекторных двигателях, в частности, в трёхфазных асинхронных. Ещё в начале 70-х гг. ХХ в. реализована идея М. О. Доливо-Добровольского по преобразованию последних в линейные. Имеются в виду безмашинные скоростные поезда на магнитном подвесе, в которых кванты электромагнитного поля выполняют функцию главных звеньев - ведущих и опорных колёс.

Современный мир безмашинных технологий чрезвычайно обширен и многообразен. Одним из первых оснований его разветвлённой классификации представляется такое: физические, химические, биологические и комбинированные (физико-химические, биохимические, биофизические и др.). Следующим представляется основание по видам главных звеньев ес-

тественного происхождения. Эти звенья могут быть либо макроскопическими (акустические поля, ударные волны и др. в безмашинно-механических технологиях), либо микроскопическими (атомы, молекулы и радикалы в химических технологиях; элементарные переносчики зарядов в электротехнологиях; нейтроны в ядерных технологиях; фотоны в оптических и фотохимических технологиях; микроорганизмы в микробиологических технологиях и т. п.).

Тезис о чисто естественном происхождении главных звеньев безмашинных технологий может вызвать такой вопрос: а разве не искусственной является конструкция того же силового кабеля? Да, это так. Но, в отличие от главных звеньев механизмов и машин, она статична и только создаёт искусственные условия для работы этих главных чисто естественных исполнителей безмашинной технологии. Следующий параграф покажет, что научно-технический прогресс развивается в сторону «упразднения» и этих искусственных инженерных конструкций.

Понимание сущности безмашинных технологий позволяет адекватно понять их место в истории научно-технического прогресса человечества. В свете этого понимания эпоха классических машин XVIII-XIX вв. представляется мимолётным эпизодом в многотысячелетней истории безмашинных технологий. Разница только в том, что с эпохи классических машин началась эпоха такой наукоёмкости технологий, которая опирается, в основном, на объективно-истинные знания высшего, научно-теоретического качества. Спектр современных реальных и разрабатываемых безмашинных технологий именно такого уровня наукоёмкости.

Поэтому невозможно согласиться с такой периодизацией истории техники, которая делит её на три этапа - предмашинный, машинный и послемашинный (постмашинный, сверхма-шинный). При этом с последним ассоциируется воцарение безмашинных технологий как некая генеральная перспектива [8]. Между тем, реально такое воцарение состоялось в ХХ в., в результате чего теперь безмашинная техника окружает нас со всех сторон даже у себя дома (бытовая электротехника и электроника). Речь может идти только о безмашинных технологиях прошлых исторических эпох (начиная с парусного судоходства) и о безмашинных технологиях, овеществляющих в себе естественнонаучные знания эпохи эффективной теорети-зации физики, химии и биологии.

6. Что понимать под наиболее совершенными технологиями?

Тему этого параграфа начнём, опять-таки, с издержек анализа научно-технического прогресса в свете узко-экономической парадигмы, ориентирующей исследователя только на сферу массового производства основных жизненных благ. Её лицо и в наше время определяет крупное машинное производство. А где машины (пусть даже электрифицированные), там и громоздкие, грубо вещественные искусственные детали и узлы. В результате над мышлением исследователя, как и в XIX веке, властвует стереотип «техническая система - значит машина». Или, по крайней мере, нечто машиноподобное.

Этот стереотип заявлял о себе и в попытках некоторых исследователей наметить генеральные перспективы дальнейшего развития создаваемых людьми технических систем. Так, в 70х гг. была выдвинута оригинальная периодизация научно-технического прогресса на основе критерия сложности создаваемых людьми технических систем. Современный этап при этом представляется как переходный к зрелому периоду, ибо сложность современных технических систем уже измеряется числом их элементов 104 -107, а связи между ними уже гибкие, вероятностные (в отличие от жёсткого детерминизма чисто механических систем с числом деталей порядка 102-103). Ближайшей исторической перспективой с таких позиций пред-

28 30

ставлялся переход к ультрасложным системам с числом элементов 10 -10 и «с такой сложной организацией между элементами, благодаря которой система становится способной к росту, развитию, превращению, к усложнению своей организации» [21, с. 164].

Однако, если учесть, что человек уже давно использует в своих технологиях в качестве главных агентов-исполнителей чисто естественные элементы и структуры, то получится совсем иная теоретическая картина истории техники, а также её генеральных перспектив. Пока

подчеркнём, что технические системы с количеством элементов порядка 1023-1030 - обыденное дело в любой химической технологии. Того же астрономического порядка число молекул бромистого серебра, формирующих скрытое изображение на фотоплёнке при каждом щелчке фотоаппарата. Того же порядка число молекул проявителя, делающего это изображение видимым. Обыденностью приведённого примера не следует смущаться: ведь сходным фотохимическим способом формируются и транзисторные интегральные микросхемы в самой современной «производительной» микроэлектронике.

Таким образом, сложность реальных технологических процессов давно перешагнула порог зрелости, который машинная и машиноподобная техника не способна перешагнуть в принципе. И вероятностные связи между элементами при этом налицо. И их способность к поступательному развитию давно используется в реальных технологиях. Например, при выращивании сверхчистых монокристаллов кремния или арсенида галлия в той же микроэлектронике.

Стало быть, не в количественном усложнении искусственных посредников между человеком и природой заключается главная закономерность технического прогресса, а как раз в обратном — в устранении этих посредников.

Пока безмашинные технологии, в основном, заменяют главные искусственные звенья техники на чисто естественные элементы и структуры. Но в целом они остаются весьма опосредованными макроскопическими деталями, узлами и конструкциями искусственного происхождения. Вместе с тем, и в многосложном, многоукладном мире современных безмашин-ных технологий чётко наметился свой авангардный рубеж. Это - технологии с нулевым участием искусственных посредников между человеком и природой, т. е. безорудийные технологии, технологии без техники.

Самой масштабной и показательной технологией такого рода является использование радиоэфира (говоря языком современной науки, физического вакуума) в качестве чисто естественного канала связи. Конечно, информация заводится в радиоэфир с помощью передающей техники и извлекается из него с помощью всевозможных приёмников. Тем не менее, канал связи является весьма самостоятельной частью радио- и телевещания. И у него было и есть несколько эквивалентов, сильно опосредованных искусственными звеньями.

Вообще, именно технология передачи информации по каналам связи исторически прошла по всем ступеням облачения в искусственные технические формы и избавления от них. В древности всё начиналось с технологий, когда пеший или конный гонец был единственным носителем информации, т. е. непосредственным исполнителем функции её передачи на расстояние. В средние века настала эпоха систематической почтовой связи посредством конного транспорта (почтовые кареты) и парусных судов. В XIX в. функцию каналов почтовой связи взяли на себя механические системы - железные дороги и пароходные маршруты на реках и морях. С 30-х гг. XIX в. шеренги неподвижных телеграфных столбов с проводами наглядно свидетельствовали о том, что информация может передаваться на большие расстояния не только без непосредственного участия людей, но и без машин. Но воплощённость этого без-машинного канала связи в искусственные инженерные конструкции (в основном, в опорные в поле тяготения Земли) ещё сохранялась. С изобретением радиосвязи было достигнуто их полное устранение. Радиоволновые каналы связи не требуют даже опорных искусственных конструкций в поле земного тяготения.

Дебюты «беспроволочного телеграфа» производили на их современников потрясающее впечатление. Даже в 30-х гг. ХХ в. радио, наряду с авиацией, ещё воспринималось как фантастика наяву, рекрутировавшая целые армии молодых и романтичных радиолюбителей, радиоинженеров и учёных. Каналы связи при этом достигли наивысшего совершенства, какое только возможно: они утратили всякую видимость искусственных систем, которую техника выставляет напоказ. Они вообще ушли в царство объектов, не воспринимаемых человеческими органами чувств.

Произошло полное отрицание их предшествующей воплощённости в искусственные технические конструкции. Вместе с тем, это стало определённым возвратом к исто-

рическим первоистокам, когда древнейшие каналы связи в человеческом обществе также не были облачены в какие-либо технические формы.

Но этот возврат осуществился на качественно новом уровне — на уровне наукоёмких технологий. Только полное отсутствие искусственных конструкций роднит работу современного радиоэфира с пешими и верховыми технологиями-аналогами древности. Дальше - сплошные радикальнейшие отличия, начиная с пространственно-временной структуры распространения радиоволн со скоростью света сразу по всем направлениям от радиостанции.

Но особенно богата реалистичными технологиями без техники современная биология. Причём, такие технологии в ряде случаев способны привести к глобальным переворотам в производстве продовольствия и другого белкового сырья.

Примером может служить программа привития важнейшим сельскохозяйственным культурам способности самостоятельно фиксировать атмосферный азот. Она разрабатывается в разных версиях вплоть до изменения генома растений методами генной инженерии. Здесь остаются проблематичными экологические последствия, но достижимость этой цели несомненна. Представим себе, что цель достигнута и на полях растёт пшеница, самостоятельно фиксирующая атмосферный азот. Технологический процесс налицо. Рост такой пшеницы эквивалентен работе гигантской индустрии азотных удобрений - от технологий добычи сырья до технологий дозированнного внесения удобрений в почву. Но в этой технологии также нет ни единого искусственного звена между человеком и сложнейшим природным процессом, развивающимся в соответствии с его целями.

С точки зрения кибернетики, именно в безорудийных технологиях человек достигает наиболее эффективного, тонкого и изящного управления объективными процессами, превращая их в процессы технологические, текущие в соответствии с его целями.

Подчеркнём ещё раз: в отличие от древних, современные безорудийные технологии в высшей степени наукоёмкие. В результате человек несравненно свободнее в своём непосредственном управлении природой, в деле превращения природных процессов в целенаправленные, технологические. И эта свобода является познанной природной необходимостью. Именно зрелые научные знания позволяют управлять природными процессами столь тонко и эффективно, что они теряют всякую видимость искусственных процессов, в которых люди преследуют свои субъективные цели. Именно этот невидимый и неосязаемый идеальный посредник вклинивается теперь между человеческой деятельностью и природой, устраняя посредников видимых и осязаемых.

Если последнее обстоятельство уточнить, то материальный посредник в технологиях без техники всё же обнаруживается, но он сосредоточен совсем в других местах. Мы имеем в виду то, что объективно-истинные знания высокой научной зрелости всегда воплощены в грубо вещественную форму текстов научных публикаций на долговременных материальных носителях.

Подчеркнём также, что эмпирически данный феномен реальных и реалистичных технологий без техники чётко ориентирует на то, что в общей теории научно-технического прогресса понятие «технологический процесс» должно быть первичным, а понятие «техника» — производным от него.

Целостно оценивая историю безмашинной техники, можно сказать, что по своей сути она является именно историей безорудийных технологий. Точнее говоря - историй всё более и более безорудийных технологий. Всё началось с малого - с естественности только главных звеньев сложных технологических процессов. Общая опосредованность искусственными конструкциями при этом сохранялась и даже возрастала. Более того, в безмашинные по своей сути системы могли вводиться машинные узлы, но только на правах вспомогательных подсистем, помогающих реализовать миссию естественных исполнительных агентов. Но прогресс безмашинной техники состоит именно в поэтапном устранении искусственных деталей и узлов из новых и новых участков сложных технологических процессов. Так, экспансия газодинамических и магнитных подшипников, где чисто естественные элементы и

структуры берут на себя миссию шариков и роликов с обоймами, в наше время основательно размывает устои механических технологий в необозримом многообразии таких участков.

И этот многовековой процесс естественно венчается полным устранением искусственных деталей и узлов в сложных технологиях без техники.

7. Эволюция и генеральные перспективы автоматизации технологических процессов

В отечественном техникознании 70-80-х гг. ХХ в. феномен автоматизации общественного производства был разносторонне исследован. В этой связи отсылаем студенческую часть наших читателей к работе [22], которая до сих пор не утратила своей академической результативности и просветительского значения. Здесь же уделим внимание феномену автоматизации в контексте нашего единого и прогностичного логико-гносеологического подхода к развитию науки и общественной производственной практики.

Автоматизация в широком смысле означает переложение какой-либо функции технологического процесса с человека на те или иные технические устройства и системы. Исторически первые шаги автоматизации были связаны с изобретениями простейших механизмов типа центробежного регулятора Уатта для паровых машин. В XIX в. было осознано, что и любая машина является, в первую очередь, автоматом. Машина и автомат тогда часто отождествлялись, поскольку эпоха разработки и внедрения автоматов других типов наступила лишь в ХХ в. С позиций современной кибернетики любой автомат интерпретируется как система, действующая по определённому алгоритму, который предписывается соответствующей программой. В машинах XIX в. и то, и другое было тождественно их инженерной конструкции. В свете кибернетики машины представляются жёстко-детерминистскими автоматами, способными выполнять только одну функцию, определяемую их программой-конструкцией. (Подробнее см. в [20].) Так, тепловая машина способна только вырабатывать механическую энергию с жёстко предписанными показателями мощности. Повторим показа-тельнейшие примеры из области бытовой техники: швейная машина «Зингер» способна только строчить швы и не способна вязать кружева; пишущая машина способна только печатать текст и не способна рисовать графики. И т. д. и т. п.

С развитием автоматизации в ХХ в., особенно - после создания кибернетики в его середине, функция программирования работы машин обособилась от их основных конструкций и стала функцией особых конструктивных узлов машин - систем числового управления, микропроцессорных узлов и др. Машины стали многофункциональными. Так, современная швейная машина со сменными программами на магнитных носителях уже позволяет не только строчить швы, но и вышивать, вязать кружева и др. Промышленные роботы в современных цехах сборки автомобилей достаточно узко специализированы, но весьма многофункциональны. Но, анализируя подобные достижения современной автоматизации материального производства, следует иметь в виду, что с началом его электрификации в ХХ в. оно перестало быть машинным. Даже сугубо механический цех современного завода является сугубо безмашинным в своей первооснове энергоснабжения станков и их узлов с помощью больших и малых силовых электрических кабелей. (На это обращалось особое внимание в параграфе 5.) В классической машинной версии XIX в. эту жизненно важную функцию механических цехов выполняли механические же системы - большие и малые трансмиссии, разводившие энергию от одной паровой машины к станкам. Без понимания этого ключевого обстоятельства с понятием «автоматизация» связывается некий механистический, машино-морфный парадигмальный стереотип, который и соответствует, в основном, машинному производству (в частности, машиностроению) типа роботизированных цехов по сборке продукции массового производства - телевизиров, автомобилей и др. Между тем, безмашинная техника реально развивается в направлении безорудийных технологий, в которых искусственные инженерные конструкции радикально упрощаются и даже вообще сходят на нет. При этом сущность автоматизации технологических процессов совсем иная.

В этой связи уместно провести чёткую границу между искусственной автоматизацией технологических процессов и их естественной автоматизацией. В первом случае автоматизация технологического процесса возлагается на особые искусственные инженерные конструкции. Они могут быть (и чаще всего являются) безмашинными по своей сути (в частности, электронными), но степень опосредованности субъект-объектного взаимодействия в технологическом процессе искусственными звеньями остаётся высокой и даже очень высокой. В пример можно привести современное производство полупроводниковых микросхем для вычислительной техники. Во втором случае безмашинные технологии в минимальной степени опосредованы искусственными звеньями. В качестве примера-сопоставления приведём технологию формирования голографической памяти архивного типа, представляющую собой самоорганизующийся оптический суперкомпьютер с ассоциативной переработкой информации и с качественно новыми показателями быстродействия. Сложнейшие микроструктуры голографического суперкомпьютера формируются в обычном фотохимическом процессе, знакомом каждому фотолюбителю. И, тем не менее, это - полностью автоматизированная технология производства совершеннейшей кибернетической системы. Однако программа и алгоритм её реализации не нуждаются в каких-либо особых искусственных инженерных конструкциях. Они органично «встроены» в невидимую и неосязаемую систему знаний физической оптики, творчески скомбинированных в принципах теории голографии. Сходным образом обстоит дело с автоматизацией биотехнологий, которые по самой своей природе не склонны облекаться в форму сложных искусственных инженерных конструкций.

И есть серьёзные основания полагать, что будущее — за вторым типом автоматизации технологических процессов. Первый же тип в конце концов сойдёт на нет — подобно тому, как в современном материальном производстве фактически сошли на нет машины в классическом смысле XIX столетия.

Г оворя о современной технике автоматического управления разнообразными технологическими процессами, специалисты различают её аппаратное оформление и её программное обеспечение.

Аппаратное оформление непосредственно связано с элементной базой систем автоматического управления. Бурная история автоматики ХХ в. явила в этой области не одну революцию. Автоматика вступила в него в чисто механическом качестве, когда её вершиной были жёстко-детерминистские станки-автоматы с программой работы в виде профилированных кулачков. (В ручной швейной машине «Зингер» нечто подобное в элементарной форме демонстрирует механизм намотки нитки на катушку, вставляемую в челнок.) Затем наступила эпоха релейно-контактной электроавтоматики, которая до сих пор не сдала своих позиций в некоторых отраслях общественного производства (неэлектронные АТС, автоблокировка на железных дорогах и др.). Затем наступила эпоха автоматики на основе первой, электронноламповой формы бесконтактной реализации функции быстрых и частых переключений, которая в информационно-управленческих технологиях является основной. В 50-х гг. она была заменена дискретно-транзисторной версией, а в 60-70-х гг. - версией на основе полупроводниковых микросхем возрастающей степени интеграции, которая господствует до сих пор.

В настоящее время эта версия, которая привела к нынешнему расцвету информационных технологий, достигла своих пределов. С 70-х гг. теоретически разрабатывается и опытно изучается широкий спектр концепций посттранзисторной элементной базы аппаратного оформления цифровых автоматов, составляющих основу искусственной автоматизации технологических процессов. И здесь в возрастающем ряде случаев можно эмпирически констатировать всё ту же генеральную тенденцию радикального переложения функций на чисто естественные элементы и структуры. Так, в русле современного направления технического прогресса под названием «нанотехнологии» находятся реалистичные концепции переложения переключающих функций с микроминиатюрных, но всё равно искусственных, транзисторных структур непосредственно на энергетические переходы электронов в атомных оболочках. Интенсивно разрабатывается концепция биокомпьютеров, в которых роль транзистор-

ных структур возьмут на себя специально синтезированные белковые макромолекулы - объекты без единого макроскопического искусственного элемента.

Таким образом, хотя в ХХ в. автоматизация управления технологическими процессами обособилась в отдельные подсистемы инженерно-технических конструкций, сами эти подсистемы становятся всё менее искусственными. В сущности, как уже отмечалось, в своих исторических эволюциях они повторяют тот же путь, по которому наукоёмкие технологии Нового времени идут от машинно-механических версий через существенно безмашинные к без-орудийным.

Говоря о программном обеспечении автоматизированных технологий, следует подчеркнуть, что это поприще творческой деятельности людей является исторически новейшим, и потому далёким от достижения совершенных форм, несмотря на все его впечатляющие успехи. Достаточно упомянуть качественно более совершенное программирование на основе иррациональной «золотой» системы счисления, которое в силу случайного стечения исторических обстоятельств не было востребовано в эпоху закладки программных основ цифровых информационных технологий. (См.: [23]-[25].) Качественно новые резервы реализации информационно-управленческих технологий сулят фрактальная упаковка информации, теория клеточных автоматов, переход на случайную несущую частоту в передаче информации по каналам связи и другие инновации, предлагаемые синергетикой. Подобные инновации программного обеспечения также будут иметь следствием конструктивное упрощение аппаратных средств автоматизации технологических процессов, поскольку и здесь соответствующие невидимые и неосязаемые научные знания возьмут на себя миссию соответствующих видимых и осязаемых искусственных инженерных конструкций.

Возвращаясь к давно реализованному процессу формирования самоорганизующегося голографического суперкомпьютера в ванночках с проявителем и фиксажом, можно эмпирически констатировать, что в данном конкретном случае этот идеал полной и естественной автоматизации технологических процессов достигнут.

Теория голографии парадоксальна в плане системного подхода: базируясь на сугубо классической электродинамике Фарадея-Максвелла, она до кибернетики и независимо от неё позволила высокоадекватно отразить самоорганизующуюся большую управляющую систему с ассоциативной переработкой информации [26]. Тем самым голография не оставляет камня на камне от популярных в 70-х гг. философских представлений о неспособности классической физики адекватно отражать феномен организованной сложности объективного мира [27]. Голография парадоксальна в плане схемо- и системотехники: никак не «пересекаясь» с этими разделами электроники и технической кибернетики, она явила образец синтеза и системного проектирования такой кибернетической системы, которая по сей день для той же технической кибернетики остаётся идеалом. При этом аппаратное оформление голографического суперкомпьютера неотделимо от программного обеспечения его работы, но эта неотделимость - уже совсем другого качества по сравнению с тождественностью конструкции машины с программой её работы. Наконец, голография парадоксальна в технологическом аспекте: аппаратная база кибернетического чуда создаётся не в условиях архисложного и прецизионного производства полупроводниковых микропроцессоров, а всего лишь в ванночках с проявителем и фиксажом.

Этот реальный образец полной и естественной автоматизации сложнейшего технологического процесса весьма впечатляет и стимулирует разработку новых подходов не только в техникознании, но также в широком спектре вопросов современной логики и методологии науки.

8. Легко ли распознать инженерную деятельность внеземных цивилиз аций ?

Идя от понимания сущности машины по Бэббиджу-Марксу, легко понять сущность без-машинных технологий, а также логического конца их развития - технологий без техники. В последних идеальные знания субъекта об объекте становятся главными посредниками в технологических процессах взамен посредников грубо материальных, искусственных, сработанных человеком и его производственными машинами. Эта закономерность научнотехнического прогресса - не какая-то философская гипотеза. Она обобщает опытные факты истории науки и техники двух последних веков. И её понимание позволяет построить генеральный прогноз научно-технического прогресса на обозримое будущее.

Несомненно, что большие и малые технологии с минимальным участием техники и даже вовсе без неё будут и впредь умножаться. На очереди - интенсивное умножение их разнообразия в связи с успехами молекулярной биологии и генной инженерии. Ведь биотехнологии по самой своей сути не склонны облекаться в формы сложных искусственных конструкций. Эпоха эффективных биотехнологий грядёт как технологическое продолжение тех интеграционных процессов, которые в науке ХХ века начаты неклассической физикой. Между тем, естествознание стоит на пороге новых грандиозных открытий в понимании фундамента материи, её космологической эволюции, феноменов пространства и времени. За ними последует новая «взрывообразная» концептуальная интеграция знаний физики, химии и биологии. Есть все основания считать, что этот вариант концептуально Единого естествознания будет качественно более эффективным по сравнению со своим историческим прецедентом-аналогом - форсированным теоретико-синтетическим единением физики, химии и биологии на концептуальной первооснове квантовой теории атомов. Естественно предположить и то, что вступление человечества в царство безорудийных технологий станет генеральным технологическим следствием этой научной революции обозримого будущего.

Пожалуй, даже самые смелые и раскованные писатели-фантасты не отважатся на попытку детально описать конкретный характер полномасштабной человеческой практики такого качества. Увидеть глазами её признаки будет так же невозможно, как в наше время невозможно увидеть повсеместную погружённость земных и морских ландшафтов, а также интерьеров зданий, в бурную жизнь радио- и телеэфира. В нашем варианте научного анализа данной темы тем более нет смысла пытаться рисовать какие-то конкретные картины этого обозримого будущего. Здесь важно лишь ещё раз подчеркнуть главное: безорудийные технологии утрачивают всякую видимость искусственных процессов. Постигнуть их искусственность, субъективно-целевую направленность можно только умом. И не просто умом, а умом, который соответствующим образом концептуально подготовлен.

Г оворя словами Лиса из «Маленького принца» А. де Сент-Экзюпери, здесь самого главного глазами не увидишь. Наглядно при этом только отсутствие чувственно данных проявлений разумной инженерной деятельности людей.

Вступая в царство безорудийных технологий, техносфера с естественным запаздыванием по-своему повторяет путь фундаментальной науки, которая ещё в XIX веке стала отходить от объектов, непосредственно данных человеку в его чувственных восприятиях, в сторону объектов невидимых, но умопостигаемых. В обозримом будущем и вся технологическая деятельность человечества переместится в эту же область невидимого, но умопостигаемого. И это понятно: ведь в технологиях такого качества на человека работают и познанные природные объекты такого же качества.

Всё это позволяет существенно по-новому взглянуть на захватывающую проблему поисков во Вселенной признаков разумной деятельности внеземных цивилизаций.

И в первую очередь, эта проблематика должна быть избавлена от наивных стереотипов, нацеливающих на поиск каких-то грандиозных по масштабам искусственных астроинженер-ных конструкций. Если человечество готовится переступить порог царства безорудий-

ных технологий, то тем более его переступили цивилизации, опередившие землян уже на ближайшую качественную ступень прогресса науки и технологий.

Между тем, специалисты допускают существование только в нашей Галактике тысяч цивилизаций, оставивших человечество позади на тысячи и миллионы лет. И при этом иной раз предлагается искать именно грандиозные искусственные астроинженерные сооружения размером порядка Солнечной системы.

Согласно одной из версий, качественно более развитая цивилизация закономерно выходит за пределы своей планеты-колыбели и постепенно расселяется в сферическом слое космических городов вокруг звёздного центра своей планетной системы. При этом плотность искусственных космических сооружений такова, что они затеняют для земного наблюдателя видимый свет звезды, пропуская только её тепловое излучение. С позиций такой версии обнаружение точечных источников инфракрасного излучения представляется верным свидетельством того, что звезда находится в поле инженерной деятельности цивилизации, которая в своём научно-техническом развитии на тысячелетия опередила человечество. Такие источники предлагается систематически искать с помощью орбитальных инфракрасных телескопов, чувствительности которых уже хватает для их обнаружения в радиусе сотен световых лет.

Н. Винер заметил, что самая большая ошибка прогнозов футурологического толка состоит в проецировании на будущее современного качества науки и техники. Ещё раньше такую методологию прогнозов общественного развития классики марксизма критиковали как плоский эволюционизм, не считающийся с неизбежными качественными изменениями в этом развитии.

Пытаясь представить облик более развитых внеземных цивилизаций, исследователи этой проблемы, по сути дела, отваживаются прогнозировать на тысячелетия научно-техническое развитие человечества: ведь никакой опытной базы для сравнительного анализа в данном случае просто не существует. И часто эта подмена проблем космических проблемами земного обществоведения ими не осознаётся. Они рассуждают здесь как астрофизики, космологи, астрономы-наблюдатели, не имея представления о том, что наработано историками земной науки и техники, а также специалистами в области эволюционной гносеологии, науковедения, техникознания.

Рассмотренное показывает, что достижения в обществоведческой отрасли земной науки способны самым существенным образом скорректировать естественно-научные представления о Жизни и Разуме в качестве космических феноменов.

9. Подведение итогов

1. Понимание сущности машинных и безмашинных технологий достигается в рамках гносеологического подхода к феномену труда и техники, при котором понятие «технологической процесс» является базовым, а понятие «техника» - производным от него.

2. Машинно-механическую технику в любой её форме отличает искусственность её главных звеньев, совершающих чувственно воспринимаемые макромеханические движения.

3. В любой безмашинной технике главные звенья естественного происхождения. Они могут быть и бывают как макроскопическими, так и микроскопическими.

4. Электротехнологии по своей сущности являются безмашинными, а современные электрические машины представляют собой их исторический компромисс с классическими машинами.

5. Безмашинные технологии в своих главных звеньях демонстрируют генеральную линию научно-техноголического прогресса на полное избавление технологических процессов от искусственных инженерных конструкций и сооружений. Исторические прецеденты таких технологий без техники уже имеются.

6. Вопрос о сущности машинных и безмашинных технологий можно считать закрытым. Его пора переводить из сферы дискутируемых академических вопросов техникознания в учебники для будущих творцов новой техники.

ЛИТЕРАТУРА

1. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин. 3-е изд. - М.: Наука, 1975.

2. Добровольский В. А. Развитие понятия «машина» и необходимость его уточнения // Научные записки Одесского политехнического ин-та, 1955, т. 4, вып. 2.

3. Лебедев Л. В. Анализ и уточнение основных понятий техники. - В сб.: «Вопросы науки и техники». Ивановский Государственный педагогический ин-т им. Д. А. Фурманова: Учёные записки. Т. 64, вып. 2. - Иваново, 1968.

4. Гарковенко Р. В. Некоторые теоретические вопросы химического производства // Вопросы философии, 1968, № 8.

5. Гудожник Г. С. Научно-технический прогресс. (Сущность, основные тенденции.) - М.: Наука, 1970.

6. Майзель И. А. Наука, автоматизация, общество. - М.: Наука, 1972.

7. Волков Г. Н. Социология науки: социологические очерки научной деятельности. - М.: Политиздат, 1968. - 386 с.

8. Бурмистрова Н. Процесс развития машин: методологические вопросы социально-экономического исследования // Экономические науки, 1984, № 8.

9. Войтов А. Г. Техника: общая теория. - М.: Издат. «Дашков и КО», 2001. - 269 с.

10. Абачиев С. К. Формальная логика с элементами теории познания: учебник. - Р.-н.-Д: Феникс, 2012. - 635 с.

11. Абачиев С. К. Эволюционная теория познания. (Опыт систематического построения.) -М.: URSS, 2004. - 522 с.

12. Маркс К. Экономические рукописи 1857-1858 гг. - Маркс К. и Энгельс Ф. Собрание сочинений. 2-е издание. Т. 12.

13. Макрс К. Экономическая рукопись 1861-1863 гг. - Маркс К. и Энгельс Ф. Собрание сочинений. 2-е издание. Т. 47.

14. Маркс К. Капитал. Т. 1. - Маркс К. и Энгельс Ф. Собрание сочинений. 2-е издание. Т. 23.

15. Кедров Б. М. Соотношение фундаментальных и прикладных наук // Вопросы философии, 1972, № 2.

16. Кедров Б. М. О науках фундаментальных и прикладных // Вопросы философии, 1972, № 10.

17. Кузнецов Б. Г. Философия оптимизма. - М.: Политиздат, 1972.

18. Товмасян С. С. Философские проблемы труда и техники. - М.: Политиздат, 1972.

19. Абачиев С. К. Подлинная наука и спекулятивная псевдонаука // В защиту науки: Бюллетень Комиссии Президиума РАН по борьбе с лженаукой и фальсификацией научных исследований, № 3. - М.: Наука, 2008.

20. Апокин И. А. Закономерности развития автоматической техники // Вопросы истории естествознания и техники, 1982, № 3.

21. Поваров Г. Н. Daidaluptero (К познанию научно-технического прогресса). - В кн.: Системные исследования: Ежегодник. - М., 1972.

22. Черепнев А. И. Истоки автоматизации. - М.: Наука, 1975.

23. Помехоустойчивые коды. (Компьютер Фибоначчи.) - М.: Знание, 1989, № 9. - (Новое в жизни, науке, технике. Серия «Радиотехника и связь».)

24. Стахов А. П. Коды золотой пропорции. - М.: Радио и связь, 1984.

25. Абачиев С. К. Математика гармонии глазами историка и методолога науки // Сайт «Академия Тринитаризма», публикация № 15991 от 11.07.2010.

26. Абачиев С. К. О физике и кибернетике. - В сб.: Самоорганизация и наука. - М.: Ин-т фи-

лософии РАН, 1994.

27. Абачиев С. К. Возможно ли эмпирическое опровержение в науках о науке? - В сб.: Методологические проблемы историко-научных исследований. - М., Ин-т истории естествознания и техники, 1985, с. 72-102. - (Сборник деп. в ИНИОН, рег № 21276.)

Приложение

Машинная и безмашинная техника в картинах с комментариями

В мировом развитии техники в целом, во всей его сложности нет какой-то генеральной линии, однозначно определяемой общими гносеологическими законами овеществления научных знаний в искусственных инженерных конструкциях и сооружениях. Наиболее чётко и однозначно эти генеральные законы проявляют себя лишь во взаимоотношениях эволюционирующих знаний и техники эксперимента в конкретных циклах познания конкретных новых объектов [11, с. 427-488]. В развитии техники всевозможных непознавательных целевых предназначений действие этих генеральных законов сплошь и рядом заслоняется действием других общественных факторов, внешних по отношению к внутренней логике научно-технического прогресса. Таковы, прежде всего, экономические факторы, когда дело касается техники, массово тиражируемой современными индустриальными методами. Эти факторы могут даже десятилетиями консервировать функционально качественно менее эффективные, но мощно «раскрученные» технологии, намертво блокируя внедрение новых и качественно более эффективных технологий. (См., напр., [25].) Случается и так, что и по сугубо функциональным критериям в конкретных ситуациях развитие техники даёт «задний ход». Так, для бортовой солнечной энергетики некоторых космических аппаратов целесообразен возврат от безмашинных солнечных батарей к машинной версии: солнечные лучи фокусируются на головке двигателя Стирлинга, а он вращает генератор переменного трёхфазного тока, если такой ток необходим для бортовой аппаратуры космического аппарата, для его научных приборов.

Но, в общем, генеральная линия замены в технологиях искусственных деталей, узлов и т. д. вплоть до технологий в целом чисто естественными элементами и структурами неуклонно пробивает себе дорогу через все препятствия экономического, военно-политического и других факторов общественного развития, внешних по отношению к этой внутренней логике развития науки и техники. И это происходит отнюдь не в эпоху после научно-технической революции второй половины ХХ в. В конкретных областях развития техники это началось с началом XIX в., когда в лице телеграфа человечество обрело первую безмашинную технологию электромагнитной связи. А в других областях безмашинные технологии и вовсе безраздельно господствовали тысячелетиями. Ярчайшим примером может служить морское парусное судоходство, которое тысячелетиями выступало в роли одного из ключевых экономических и военно-политических факторов общественной жизни. На фоне этой истории история машинных судов Х1Х-ХХ вв., которым уже разработаны современные безмашинные альтернативы, представляется поистине мимолётным историческим эпизодом!

В целом, современная техносфера идёт «столбовой дорогой» в царство наукоёмких без-машинных и безорудийных технологий. С началом электрификации общественного производства её состояние стало переходным. В больших и малых узлах современных технических систем вплоть до крупномасштабных технологических процессов всё меньше остаётся места для классических механизмов и машин. У их пережитков, которые пока не могут быть устранены, есть многообразные прямые безмашинные аналоги и эквиваленты. Всё это даёт особенно богатую опытную базу для сравнительного анализа и для понимания гносеологической сущности безмашинной техники и безмашинных технологий, включая их наивысшее развитие - наукоёмкие технологии вообще без зримых и ощутимых искусственных инженерных конструкций, т. е. без техники. Памятуя о том, что лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать (равно как и прочитать), проиллюстрируем всё это на примерах нескольких прошлых и современных ключевых направлений развития техники.

Из мира классических машин

Илл. 2

На илл. 1 и 2 показана примитивная машинная техника, которая применялась в древние эпохи. Илл. 1 представляет водно-мельничный комплекс на реке Рона на территории нынешней Франции в эпоху ДревнеРимской империи. Этот комплекс воляных мельниц производил муку в количестве, достаточном для того, чтобы прокормить 12,5-тысячное население города Арля. Илл. 2 даёт представление о работе ирригационной системы, применявшейся на Древне-Арабском Востоке.

На илл. 3 представлена ветряная мельница, обычная в Западной Европе уже в ХУ-ХУ1 вв. Это - полноценная машина, хотя тогда до изобретения и оптимизации паровых машин оставалось несколько столетий. На илл. 4 представлена ручная швейная машина XIX в. Она воочию демонстрирует то, на что обращал особое внимание К. Маркс: для машинных технологий первостепенно важен механический автоматизм выполнения работы, а не то, чем машина приводится в движение - человеческой рукой, лошадью или каким-то двигателем (паровым, электрическим и др.). Илл. 5 представляет работу зерноуборочной жатки с очевидной мощностью в две лошадиные силы. Рисунок запечатлел работу американских фермеров в 70-х гг. XIX в. Две лошади не просто тянут жатку, но заодно и приводят в действие её достаточно сложный механизм с его главным искусственным звеном - колесом жатки. На илл. 6 представлены работа и схема зна-

менитого ткацкого станка-автомата Ж. Жаккара со сменными программами вплетания в ткань рисунков, закодированными на перфорированных картах (1799-1805 гг.). Это - как раз одно из немногих исключений из правила жёсткой настроенности машины самой своей конструкцией на выполнение единственного алгоритма работы. Тем не менее, это механистическое «чудо автоматизации» начала XIX в. приводилось в действие усилиями человека. В 40-х гг. XIX в. идеей гибкого программирования работы машины на перфокартах воспользовался Ч. Бэббидж в своей вычислительной машине, которая была машиной на все сто процентов (в отличие от электронных компьютеров). Более того, вплоть до перехода на микроэлектронную элементную базу и встроенное программное обеспечение информация заводилась на перфокартах и в электронные компьютеры 40-70-х гг. XX века.

Илл. 4

Илл. 5

Илл. 6

Классические машины, изображённые на илл. 7 и 8, следует прокомментировать особо. Это - машины, которые работают с информацией. Патефон суть механический автомат для воспроизведения записанной информации. Каждая граммпластинка суть жёстко, однозначно, необратимо определённая программа его работы. О том, что на вход пишущей машины подаётся именно информация, свидетельствует многообразие клавиш, на которые нажимают пальцы печатающего человека. (В отличие от единственной ручки на входе в швейную машину, в мясорубку и т. п.) Сходство клавиатуры механической пишущей машины с клавиатурой современных персональных компьютеров чисто внешнее. В пишущей машине усилие от пальцев человека через жёсткие механические связи передаётся на пружину, а от неё - на литеры, формирующие идеально каллиграфичный печатный текст. При этом пружину вновь и вновь заводит печатающий перед очередной строкой текста. В клавиатуре компьютера жёсткие связи к тексту, формируемому на мониторе, обрываются уже под клавишами. Последние вырабатывают соответствующие электрические сигналы, которые далее транслируются и обрабатываются немеханическими способами.

Илл. 9

Илл. 9 представляет промышленную паровую машину Дж. Уатта (80-х гг. XVIII в.). Ничего принципиально нового по сравнению с ручными машинами она сама по себе не давала: тот же механизм (хотя ещё не классический кривошипно-шатунный), то же искусственное, грубо вещественное главное звено - выходной вал с маховым колесом. Разница только в конкретном продукте труда. Им стала механическая энергия мощностью в сотни лошадиных сил, выработка которой уже не зависела от капризов погоды. Тем не менее,

паровая машина принесла в машинное производство на рубеже XVШ-XIX вв. новое качество именно в системном, организационном плане машинных технологий. Рабочие машины (разнообразные станки), разработанные к этому времени, стало возможно объединять в системы машин, собранные в цехах, на фабриках и заводах в целом. Первопроходцем в этом деле стала текстильная промышленность.

Илл. 10 представляет мануфактурное производство первых паровых машин в Англии 80-х гг. XVIII в. Этому рисунку можно дать такое название: «На заре машиностроения». Мануфактуры в XVIII в. стали первым типом общественно-комбинированного производства достаточно сложной продукции. Они были основаны на разделении ручного труда работников и на узкой специализации орудий ручного труда. Вместе с тем, работники трудились согласованно по проекту создания конечного продукта. Мануфактурное производство впервые многократно подняло производительность и прибыльность производства по сравнению с трудом многотысячелетней эпохи ремесленников-одиночек, которые производили конечный продукт (ткани, обувь, одежду и др.) с начала до конца.

Илл. 10

В дальнейшем специализировались уже рабочие машины, приводимые в действие либо усилиями человека, либо паровой машиной. Ярким примером рабочих машин первого рода может служить станок-автомат на илл. 6. Илл. 11 и 12 представляют примеры машин второго рода - токарно-лобового станка (11) и ткац-ко-печатного станка (12) середины XIX в. На обоих рисунках видны трансмиссии, с помощью которых энергия от мощной паровой машины подводилась к станкам. Никаких других способов приводить в движение мощные станки тогда не было. Чисто механической была и версия вычислительных автоматов Ч. Бэббиджа, которые в 40-х гг. XIX в. воплощали в себе не только высший уровень многовекового развития вычислительной техники, но также и предельные возможности вычислительной техники такого типа (см. далее илл. 86 и 87.)

Но вернёмся к заре машиностроения на илл. 10. Мануфактурное производство самих машин не могло продолжаться долго. Сразу же возникла необходимость и сами машины производить с помощью машин. С начала XIX в. стало бурно развиваться машиностроение. Станок на илл. 11 - это уже станок цеха машиностроительного завода середины XIX в.

На илл. 13 представлен механический цех машиностроительного завода середины XIX в. Обращаем особое внимание читателей на валы с колёсами под потолком, которые на этом рисунке изображены в полной мере. Это - механические трансмиссии, которые шли от мощной паровой машины и разводили механическую энергию по десяткам станков в цехе. С помощью ремней энергия передавалась к конкретным станкам, а на станках преобразовывалась с помощью клино-ременных передач меньших размеров и шестерёнчатых редукторов. Это была классическая машинная индустрия, овеществлявшая в зримых и осязаемых формах концепции механистической физики XVIII в.

Будучи ключевым элементом механических фабрик и заводов, механические трансмиссии к началу ХХ в. стали одним из главных тормозов дальнейшего развития машинного производства, перехода к поточному производству. Их недостатки очевидны: громоздкость, ломкость, невозможность передачи энергии на расстояние более 100-150 м., большие потери энергии на трение. И, конечно, повышенная опасность для рабочих: бесчисленны жертвы соответствующего производственного травматизма, нет числа рабочим, которые ещё в молодости стали тугоухими от работы в этих грохочущих цехах.

Электрифицированное общественное производство, таким образом, в своём ключевом моменте энергоснабжения является существенно безмашинным. Это так даже тогда, когда речь идёт о современном крупном машинном производстве. Последнее - уже далеко не классическое машинное производство XIX в. (илл. 14). Электрические машины производства и транспорта представляют собой своего рода исторический пережиток на фоне технологий и техники, в которых существенно безмашинными являются главные узлы, чисто естественными являются главные звенья. Без больших и малых силовых кабелей немыслимы как современный механический цех, так и каждый станок в нём.

Передача энергии на расстояние

Возьмём за отправную точку классическую систему машин в механическом цехе середины XIX в. (Илл. 13.) Механическим трансмиссиям под потолком цеха тогда не было никаких альтернатив. Для транспортирования энергии на большие расстояния они очевидным образом не годились. Для этой цели тогда подходили только грузовые поезда на паровой тяге, перевозившие органический энергоноситель, в те времена почти исключительно - уголь

На снимке 50-х гг. ХХ в. представлено это пережиточное техническое наследие XIX в. (илл. 15.) С тех пор паровозы ушли в прошлое, но механическая транспортировка органических энергоносителей не только не сдала позиций, но и существенно интенсифицировалась, особенно - морская.

Илл.16 Илл.17

Силовой электрический кабель (илл. 16) - безмашинный эквивалент механической трансмиссии. На такой физической основе транспортировка энергии не только качественно преобразовала цеха крупного машинного производства, но и вышла на тысячи километров за их пределы. Надёжность такого способа транспортирования энергии неизмеримо выше, поскольку электроны как непосредственные переносчики энергии - чисто естественного происхождения, в отличие от ломких искусственных деталей механических трансмиссий. Свободные электроны в кристаллической решётке металлов просто не могут сломаться. Конечно, у силовых кабелей свои специфические проблемы надёжности, коррозионной стойкости, старения изоляции и т. п., но они не идут ни в какое сравнение с принципиально неразрешимыми проблемами механических трансмиссий с такими же показателями транспортирования энергии. Говоря языком современной методологии науки, в ключевой проблеме качественного повышения эффективности транспортирования энергии (а не энергоносителей) требовалось радикально заменить механическую парадигму и она была радикально заменена.

Воздушная ЛЭП высокого и сверхвысокого напряжения (илл. 17) - это тот же самый силовой кабель, но в воздушной версии. Несущие его ажурные мачты с гирляндами изоляторов сильно опосредуют работу ЛЭП искусственными инженерными конструкциями, но они не имеют отношения к существенно безмашинному транспортированию энергии электронами в веществе воздушного кабеля по законам квантовой механики. Их роль сугубо вспомогательная - опорная, как и у любой техники, работающей в поле тяготения Земли. Это - рамы, функциональные эквиваленты и аналоги которых присутствуют в любой инженерной конструкции (рама кузова автобуса, станина станка, шасси и платы радиоэлектронной аппаратуры и т. п.)

Фотография на илл. 18 демонстрирует транспортирование электроэнергии на расстояние без кабелей и опорных рам, вообще без единой искусственной инженерной конструкции. Как и в случае радиосвязи, в роли их функционального эквивалента выступает чисто естественная структура физического вакуума, в которой распространяются электромагнитные волны. Иначе говоря, здесь мы имеем дело с технологией без техники. Масштабы, конечно, пока комнатные, но теоретически рассчитаны безору-дийные каналы переброски электроэнергии микроволнами на десятки тысяч километров. Проект космической солнечной электростанции мощность 1 ГВт на геостационарной орбите (илл. 19) и соответствующей приёмной антенны на Земле (илл. 20) не просто реалистичен, но и может быть реализован в перспективе ближайших десятилетий. А между ними - ни единого искусственного звена типа ажурных опор с гирляндами изоляторов. Остаются проблематичными климатические и экологические последствия прохождения таких мощных потоков микроволнового излучения через плазменную ионосферу Земли, но для целей нашего анализа это не существенно. Существенно то, что принципиально возможна и практически осуществима крупномасштабная промышленная технология переброски электро-

энергии на 36 тысяч километров без единой искусственной инженерной конструкции между местом её выработки и местом её приёма. Это совершенно очевидно и даже наглядно, когда есть, с чем сравнивать (илл. 13, 15-17).

Илл. 20

У электрического способа безмашинного траспортирования энергии есть и другой безмашинный аналог - тепловая трубка. (илл. 21 и 22.) Её действие основано на аккумуляции тепла в скрытой теплоте испарения и конденсации рабочего вещества, которое в газообразной форме переносит тепло к участку его отдачи, отдав его, конденсируется и по пористой внутренней структуре под действием капиллярных сил возвращается к месту его получения, чтобы принять новую порцию тепла (илл. 21). В зависимости

Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» №3 2012

от типа рабочего вещества, тепловые трубки могут работать как на обогрев, так и на охлаждение. Пространственные масштабы такого транспортирования энергии невелики - в отличие от силового электрического кабеля. Но это не суть важно - тем более, что и малые силовые кабели выполняют свою миссию также и в малых масштабах станков и вообще всевозможной электроаппаратуры вплоть до сетевой электробритвы. Илл. 23 представляет работу тепловых трубок в системе конструктивно простого и особо надёжного охлаждения радиоаппаратуры. На фотографии илл. 24 слева и справа от железнодорожного полотна БАМа - тепловые трубки, которые летом стабилизируют вечную мерзлоту под насыпью в окрестностях моста через речку.

Casing

Илл. 21

Илл. 22

Илл. 25

Искусственно синтезированные проводники с протонной проводимостью (т. н. суперионные кристаллы) позволяют электрическим безмашинным способом транспортировать по соответствующим проводам не только энергию, но и водород как перспективный основной и экологически чистый энергоноситель. Пространственные масштабы пока скромные, как в случае транспортирования ионов водорода от воды, в которой измеряется их концентрация (илл. 25), до соответствующего измерительного прибора. Но в данном случае важны не масштабы этой реальной безмашинной технологии переброски вещества на расстояние, а сама её принципиальная осуществимость. А что касается масштабов, то ведь и железные дороги в начале XIX стартовали с потешных паровозиков, способных заменить пару-тройку лошадей для перевозок в пределах фабрики или рудника.

Илл. 26

Тепловоз - это автономный электровоз, который возит на себе мощную дизельную электростанцию. В начале 60-х гг. ХХ в. пытались избавиться от этого посредничества элекрогенератора и электродвигателей, связав напрямую дизельный двигатель с колёсными парами механической трансмиссией с использованием гидравлики. На экспериментальном советском тепловозе с фотографии илл. 26 на это указывает вторая буква в наименовании типа машины ТГП: Т - «тепловоз», Г - «с гидравлической трансмиссией», П -«пассажирский». Конструктивно получилось проще, но по надёжности хуже, чем с существенно безмашин-ным электроприводом. Кроме того, привод на основе механической трансмиссии не обеспечивал должных тяговых характеристик локомотива при трогании состава с места и его первичном разгоне. Запечатлённый фотоснимком тепловоз так и остался вторым в экспериментальной серии из двух экземпляров, и с тех пор уже нигде не экспериментируют с механическими трансмиссиями магистральных и мощных маневровых тепловозов. В частности, почти все серии отечественных тепловозов именуются ТЭ («тепловоз с электроприводом»). Более того, современные тепловозы, как и электровозы, также оборудуются сложной бортовой силовой электроникой, позволяющей использовать бесколлекторные тяговые электродвигатели, многократно повышающие надёжность и без того высоконадёжного электропривода - безмашинного в плане передачи энергии дизельного двигателя на расстояние до ведущих колёс.

Преобразования энергии

Здесь представляется достаточно одного общеизвестного примера: наглядного сопоставления планетарного механического редуктора (илл. 27) и его безмашинного эквивалента - электрического трансформатора (илл. 28), работа которого основана на фарадеевских законах электромагнитной индукции. На словах можно дополнить этот пример множеством других. Так, общеизвестны преимущества бесколлекторных трёхфазных асинхроных электродвигателей с короткозамкнутыи ротором. В 30-х гг. ХХ в. их пытались использовать в качестве высоконадёжных тяговых на экспериментальных элект-

Илл. 29

ровозах. В одном варианте их запитывали непосредственно от контактной сети с двумя воздушными проводами (по типу троллейбусной). На память об этих экспериментах в Швейцарии до сих пор функционирует горная железная дорога, которая теперь воспринимается, как технический курьёз (илл. 29). В другой версии на борту локомотива размещался мощный двигатель постоянного тока от контактной

сети, который был на одном валу с генератором трёхфазного переменного тока, а тот, в свою очередь, питал бесколлектроные тяговые двигатели. Последние получались особо надёжными, но громоздким и ненадёжным был машинный преобразователь тока. В настоящее время такие преобразования тока на борту электровозов и скоростных поездов с бесколлекторными тяговыми двигателями осуществляются средствами безмашинной силовой электроники. По сравнению с первыми кремниевыми выпрямителями середины 60-х гг., которые окончательно определили дальнейшую электрификацию железных дорог во всём мире только на переменном токе промышленной частоты, эта полупроводниковая бортовая аппаратура существенно и даже качественно сложнее. Но безмашинные принципы её работы обеспечивают ей высокую надёжность. В сущности, в силовой электронике произошло то же самое, что произошло в электронике слабых токов благодаря транзисторной революции 40-50-х гг. Мощностные показатели преобразований энергии не существенны, когда речь идёт о самом электронном принципе бесконтактных переключений в сложных электрических цепях.

Производство электроэнергии

На фотографии илл. 30 представлена общеизвестная динамо-машина. Работа этого машинного генератора электроэнергии основана на законах электромагнитной индукции и её суть одна и та же как в случае велосипедной динамо-машины, так и в случае электрогенераторов современной тепловой электростанции (31).

Советские исследователи философских проблем труда и техники в 60-80-х гг. ХХ в. обычно мыслили в духе марксистского «экономического детерминизма», а он обращал их внимание, в основном, в сферу крупномасштабных и экономически ключевых технологий общественного производства. С без-машинными электрогенераторами у них ассоциировались промышленные электрогенераторы на основе магнитной гидродинамики (МГД), в которых искусственная инженерная конструкция ротора заменяется потоком плазмы в магнитном поле (илл. 32). И вообще, безмашинное производство представлялось технологическим базисом будущей коммунистической экономики изобилия материальных благ. Такие представления можно приводить в качестве классического примера того, как парадигма (в данном случае - «экономико-детерминистская») зашоривала мышление исследователей, буквально не позволяя им видеть того, что находится перед глазами и окружает со всех сторон. В частности, промышленные МГД-генераторы по сей день не вышли из качества экспериментальных, но уже в те же 60-80-е гг. МГД-насосы (илл. 33) широко использовались для перекачки электролитических жидкостей. Уже тогда внедрялись МГД-насосы для циркуляции жидкого натрия в теплообменной аппаратуре ядерных электростанций. А что касается малой энергетики, то здесь безмашинные электрогенераторы уже тогда окружали человека со всех сторон, начиная с батареек в транзисторном радиоприёмнике.

Институт Государственного управления, права и инновационных технологий (ИГУПИТ) Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» №3 2012

Илл. 31

Илл. 33

De facto безмашинные электрогенераторы появились ещё в XVIII в. - задолго до открытия законов электромагнитной индукции и изобретения машинных электрогенераторов на их основе. В исторически первородной форме XVIII в. это был знаменитый вольтов столб (илл. 34). Его современным, существенно более компактным и эффективным эквивалентом является общеизвестная гальваническая батарея (илл. 35). Она продолжает совершенствоваться уже на основе новейших открытий электрохимии, позволяющих многократно повысить её ёмкость. Это общеизвестно из соответствующей рекламы, которая в данном случае не обманывает.

В самом начале XIX в. был экспериментально открыт термоэлектрический эффект прямого превращения теплоты в электричество. Соединяя последовательно и параллельно термопары, уже тогда получали безмашинные электрогенераторы с параметрами, достаточными для нужд телеграфа и физических лабораторий, где экспериментально всесторонне изучались электричество и магнетизм. Для того, чтобы в 1844 г. М. Фарадей смог открыть и достоверно обосновать свои законы электромагнитной индукции, надо было обобщить результаты целой эпохи эмпирико-аналитического изучения электричества и магнетизма. А для таких экспериментов его надо было получать - и не от случая к случаю, а систематически и стандартно. Иначе говоря, нужны были технологии генерации электричества. До изобретения динамо-машины они могли быть только безмашинными за исключением электрофорной машины, позволявшей вырабатывать и накапливать в лейденских банках статическое электричество.

Квантовая физика полупроводников уже в 30-х гг. ХХ в. позволила существенно усилить термоэлектрический эффект и сделать термобатареи существенно более компактными (илл. 36). Термобатареями такого типа в годы Великой Отечественной войны снабжались партизанские отряды для питания радиоаппаратуры в полевых условиях. Они были вмонтированы в котелки, которые подвешивались над кострами. Отметим также, что квантовая физика твёрдого тела позволила на порядки усилить обратные эффекты прямого превращения электрической энергии в холод (эффекты Пельтье, Эстингсгау-зена и др.). В комбинациях они ещё в 70-х гг. ХХ в. позволяли создавать конструктивно простейшие и особо надёжные безмашинные устройства прямого превращения электрической энергии в холод на уровне температуры жидкого азота (77 К). В настоящее время существенно безмашинная твердотельная криогеника продвигается к достижению температур жидкого водорода (23 К) и гелия (4,2 К).

Илл. 36

С 50-х гг. ХХ в. началось всё более широкое практическое использование другого безмашинного генератора электроэнергии - солнечных батарей. На основе квантовой физики полупроводников неуклонно повышался и повышается к. п. д. прямого превращения солнечного света в постоянный электри-

Илл. 38

ческий ток. Первые практические применения солнечные батареи нашли в космонавтике. Тогда не шла речь об экономической эффективности этих электрогенераторов: там им просто не было никаких альтернатив. На третьем советском искусственном спутнике Земли, запущенном 15 мая 1958 г., солнечные батареи были использованы впервые. На фотографии илл. 37 запечатлена сборка этого спутника, который стал первой советской комплексной физической лабораторией в космосе. Солнечная энергетика советской автоматической станции «Луна-3», запущенной 4 октября 1959 г., уже была существенно более мощной. Внушительная безмашинная солнечная энергетика современной международной космической станции «Альфа» видна с первого взгляда (илл. 38).

За десятилетия, прошедшие с 1958 г., солнечные батареи стали многократно более эффективными и дешёвыми, как гибкая солнечная батарея на илл. 39. Уже становятся экономически конкурентоспо-

собными экологически чистые солнечные электростанции промышленного масштаба в местностях, где изобилие солнечного света, как в Калифорнии (Илл. 40).

Илл. 41

На снимке илл. 41 изображена солнечная энергетика коттеджа, которая не только покрывает все его нужды, но и позволяет запасать энергию впрок в современных аккумуляторах повышенной ёмкости. Эта малая безмашинная электроэнергетика перестала быть экспериментальной и получает всё более широкое распространение. Энергетика индивидуального человеческого жилища вновь становится автономной - подобно извечной энергетической автономности деревенского дома до эпохи электрификации села в ХХ в. Но это уже - высший виток спирали трёхфазного исторического развития, который в гегелевско-марксистской традиции именуется отрицанием отрицания. Наукоёмкая автономная солнечная энергетика семейного жилья - это далеко и далеко не деревенская русская печь. К тому же, она соединяется с энергосберегающей революцией в современной бытовой электротехнике, в частности, со светодиодной в светотехнике. Такая малая энергетика в массовом масштабе - это подлинная техническая революция с грандиозными социально-экономическими последствиями. Кроме того, в автономную малую энергетику индивидуального жилья внедряются и другие наукоёмкие технологии запасания солнечной энергии впрок на холодное время года, её использования для откачки подземной воды в автономном водопроводе и др. Малая, но массовая автономная энергетика может стать большой. В перспективе она может если и не упразднить за ненадобностью, то существенно сократить масштабы большой централизованной энергетики.

Новым примером малой и автономной, но всё более массовой безмашинной электроэнергетики являются топливные элементы - прямые преобразователи химической реакции окисления воздухом топлива в постоянный электрический ток. На илл. 42 показана зарядка спиртом топливного элемента бытового электроприбора. В случае сотового телефона 30 г этилового спирта хватает на полгода его работы без забот о подзарядке каждые 3-5 дней. Батареи топливных элементов начинают работать и в силовой энергетике. Электромобиль «Хонда» (илл. 43) с к. п. д. 95% прямого преобразования химической энергии топлива в электрический ток и с к. п. д. 98% электротяги - это хотя и полуэксперимен-тальная, но уже реальность.

Электродвигатели

В традиционных электродвигателях постоянного тока чисто механическим узлом является коллектор со щётками, осуществляющий непосредственно переключения секторов обмоток двигателя в магнитном поле (Илл. 31). Этот механический, сравнительно ненадёжный и даже пожароопасный узел из современных двигателей постоянного тока устраняется по-разному. Разработаны и уже получили широкое распространение бесколлекторные двигатели постоянного тока с бесконтактным осуществлением этой функции с помощью полупроводниковых тиристоров. Где это возможно, внедряются принципиально бесколлекторные асинхронные двигатели переменного тока или двигатели с конструктивно упрощёнными и более надежными кольцевыми коллекторами (Илл. 32).

Коллекторный электрический двигатель постоянного тока:

I — вал; 2 — передний подшипниковый щит; 3 — коллектор; 4 — щеткодержатель; 5 — сердечник якоря с обмоткой; б — сердечник главного полюса; 7 — полюсная катушка; 8 — станина; 9 — задний подшипниковый щит; 10 — вентилятор; 11 — лапы; 12 — подшипник

А Б

Асинхронные электродвигатели (в разобранном виде) с короткозамкнутым (А) и фазным (Б) роторами: 1 - статор; 2 - ротор; 3 - вентилятор; 4 - крышки; 5 - отверстия для вентиляции; 6 - кольца;

7 - щёткодержатели со щётками

Илл. 32

Реактивный прямоточный водомётный МГД-движитель для морского судна:

1 - полый корпус МГД-двигателя; 2 - прямоточная совмещённая электроразрядная камера; 3 - входное сопло МГД-двигателя; 4 - выходное конусное сопло; 5 - центральный о севой электрод; 6 - электрический изолятор; 7 - кольцевой электрод (намагниченный); 8 - реверсивный преобразователь напряжения; 9 - автономный источник электроэнергии; 10 - система управления блоком 8; 11 - кольцевой постоянный магнит; 12 - вращающаяся дуга; 13 - подвижные платформы-отражатели; 14 - зарядосборные пластины; 15 - электрическая нагрузка; 16 - реактивная струя мороской воды; 17 - силовые линии магнитного поля; V- скорость движения судна в морской воде; С - накопительный электрический конденсатор

Илл. 34

Принципиальная схема безмашинного МГД-движителя морских судов (морская вода - электролит) (илл. 33) была предложена ещё М. Фарадеем, когда морские пароходы приводились в движение огромными гребными колёсами с плицами, сохраняя как пережиточное оснащение и для хода под парусами. Изобретение гребного винта сделало морские пароходы пароходами без парусных пережитков и более чем на век оставило схему Фарадея чисто теоретической. В последние десятилетия она не только возрождена, но и воплощена в первые малые морские суда (илл. 34). Для перевода больших и гигантских судов на безмашинный МГД-привод требуются уже сверхмощные и компактные сверхпроводящие магниты. Япония как по необходимости мировой лидер морского судостроения разрабатывает и такие суда. Кстати, этот пример показывает, каким долгим и трудным может быть путь от простой и теоретически безупречной принципиальной схемы новой технологии до её воплощения в жизнь. Так, для реализации схемы Фарадея в современном супертанкере фундаментальной физике объективно потребовалось не только пройти через квантовую революцию первой четверти ХХ в., но и постигнуть природу сверхпроводимости, на что уже неклассической, квантовой физике потребовалось почти полвека.

Электрические машины - это всё же исторический компромисс принципиально безмашинных электротехнологий с классическими машинами. Безмашинная сущность электротехнологий ярко демонстрируется транспортированием энергии по силовым кабелям и воздушным ЛЭП. Но и не только. Можно приводить многочисленные примеры электротехнологий, где их безмашинная сущность используется в чистом виде: электрохимическое фрезерование, магнитная штамповка и т. п. Показательна современная технология производства алюминия на основе фарадеевских законов электролиза (Илл. 35). Не зря алюминий называют твёрдым электричеством. Когда в своё время, до изобретения этой промышленной электротехнологии, Д. И. Менделееву на юбилей подарили вазу из алюминия, этот металл был полудрагоценным.

Илл. 35

Машинный и безмашинный транспорт

Начнём с водного транспорта. За его исходный исторический пункт естественно принять плавание человека безо всяких искусственных средств. Уже с плота начинаются технические средства плавания, которые придают человеческим перемещениям по воде новые качества: дальность, перевозку грузов и даже независимость от умения плавать. Многовековая история больших и малых судов демонстрирует образцы всех основных типов технологии перемещения человека по транспортным магистралям, созданным самой природой. Здесь были и есть ручные технологии приведения судна в движение исключительно мускульными усилиями человека - всевозможные гребные суда. Здесь есть классические машины, которые также приводятся в действие мускульными усилиями человека, - водные вело-

сипеды (илл. 36). В последние годы гопоявились даже скоростные водные велосипеды на подводных крыльях.

История судоходства - это практически исключительно история безмашинных транспортных средств. Парусное судоходство имеет историю в 6 тысячелетий. Оно - ровесник письменности и человеческих поселений городского типа. Парусное судно очевидным образом - безмашинное средство транспорта. Вплоть до эпохи первых железных дорог, оно тысячелетиями было монополистом в крупнотоннажных грузоперевозках, одним из ключевых экономических и военно-политических факторов общественной жизни. В XVIII в. на основе научной гидродинамики морское парусное судно было доведено до совершенства. Оно символизировало гармонию человека и природы на границе морской и воздушной стихий. На илл. 37 запечатлён легендарный в своё время английский клипер «Катти Сарк», воспетый советским писателем-фантастом И. А. Ефремовым в одноимённой повести.

Илл. 37

Подобно паровозам на железных дорогах, пароходы были классическими траспортными машинами

XIX в. Уже дизельные суда, которые к 70-м гг. ХХ в. окончательно вытеснили пароходы на морях и реках, не были классическими машинами - подобно тепловозам с электроприводом на железных дорогах. В первой половине XIX в. пароходы были обременены пережитками парусного судна. В дополнение к паровой машине, они имели оборудование для хода под парусами. В одних случаях парусное оборудование дублировало паровую машину на случай поломки. В других случаях паровая машина включалась в работу в случае полного штиля. Пережитки парусного судоходства были особенно экономически оправданы на морских грузовых пароходах, где каждый лишний кигограмм веса на борту имел свою цену. (Чего стоил только бортовой запса угля!) От этих пережитков морские пароходы избавились лишь во второй половине XIX в., когда был изобретён ходовой винт. Что касается исторически первородной версии пароходного движителя с гребными колёсами, то на речных пароходах она использовалась

вплоть до конца пароходной эры в 70-х гг. ХХ в. На снимке илл. 38 изображён окский речной пароход второй половины XIX в. с гребными колёсами. На снимке илл. 39 запечатлён трагически знаменитый «Титаник», который к 1912 г. олицетворял собой совершенство морских пароходов.

Илл. 38

Илл. 39

Современные морские и речные дизель-электроходы уже являются историческим компромиссом классических машин и безмашинной техники. В последние годы им предложена чисто безмашинная альтернатива в лице морских судов с МГД-движителем. (См. илл. 34.) На морском транспорте истори-

ческий трёхфазный цикл диалектического квазивозврата к наукоёмким безмашинным системам замкнулся.

За исторический исходный пункт наземных средств транспорта также надо принять естественные перемещения человека по местности пешим шагом или бегом. Приручение вьючных и ездовых животных само по себе не было переходом на опосредованность путешествий какой-либо техникой. Эта опосре-дованность началась с первых колесниц древности, телег и карет Средневековья. Отметим, что изобретение оптимальной упряжи для лошадей оказалось весьма трудной инженерной проблемой, которая неспешно решалась почти тысячелетие. Когда она ко II тысячелетию н. э. была решена, грянула первая революция в области наземного транспорта. Лошади стали массово доступными не только для перевозок людей и грузов на дальние расстояния, но и для облегчения человеческого труда в сельском хозяйстве.

В многообразии средств наземного транспорта есть классические машины, приводимые в действие непосредственно мускульными усилиями человека. Это - всевозможные велосипеды. И они существенно экономят человеку силы и время. Так, у молодого человека с илл. 40 при его велосипеде с деся-

Илл. 40

тком передач на слегка пересечённой местности есть возможность разгоняться на спусках до 60-70 км/час и с лёту брать подьёмы. В таком скоростном режиме даже человек с самыми заурядными физическими данными может преодолеть по шоссе марафонскую дистанцию (42,195 км) за полтора часа и менее, напрягаясь при этом не больше, чем при умеренной ходьбе. Последний мировой рекорд сверх-выносливых бегунов на эту дистанцию составляет 2 часа и 4 минуты, а до полутора часов им вряд ли вообще когда-нибудь удастся добраться. Это сравнение прекрасно демонстрирует то, что велосипед суть классическая транспортная машина. Ровестником железных дорог является рельсовый велосипед, в основном, для путевых рабочих - ручная дрезина (илл. 41). В разных модификациях такие дрезины приводятся в движение по-разному: от ножных педалей или от тягового ручного рычага. Но велосипедная суть этой классической транспортной машины остаётся той же самой.

Илл. 41

Подобно морским судам, подвижной состав железных дорог демонстрирует свой полный трёхфазный цикл диалектического квазивозврата через машинно-механические и переходные формы к наукоёмким безмашинным. С автомобильным транспортом ничего подобного не происходит, поэтому за дальнейшими иллюстрациями обратимся к истории железнодорожного транспорта.

Классическими транспортными машинами были всевозможные паровозы. За более чем вековую историю усовершенствований они прошли путь от первородных форм (илл. 42) до весьма совершенных, как американский циклопический грузовой паровоз 50-х гг. ХХ в. (илл. 43) и советский пассажирский паровоз 30-х гг. с конструкционной скоростью 180 км/час (илл. 44). Паровозы были классическими ма-

шинами. Их работа не поддавалась автоматическому контролю и управлению в силу того, что классическая машина сама по себе суть жёстко детерминистский автомат. Эффективная эксплуатация паровозов сильно зависела от личного мастерства и профессиональной интуиции машинистов, работа которых во многом была вдохновенным искусством, а не стандартными алгоритмами вождения поездов. Кроме того, инженерные ухищрения вроде тех, которые позволили поднять мощность паровоза с илл. 43 до 4 тысяч лошадиных сил, упёрлись в принципиально низкий «паровозный» КПД.

С 40-50-х гг. ХХ в. требовался тотальный переход железных дорог на новые виды тяги с целью, в первую очередь, крупномасштабного энергосбережения. Заодно тяговые показатели качественно новых локомотивов становились качественно новыми. Так, пассажирский электровоз постоянного тока начала 60-х гг. ХХ в. ЧС2 (илл. 45) на фоне паровоза-гиганта с илл. 43 воспринимался бы игрушкой, но его мощность 6 тысяч лошадиных сил.

Илл. 45

В отличие от паровозов, электровозы уже не являются классическими машинами. Как их электродвигатели постоянного тока, так и сами эти локомотивы суть исторический компромисс принципиально без-машинных электротехнологий и классичекских машин. Достаточно упомянуть принципиально безма-шинный подвод энергии к электровозам, а также многие километры силовых и управляющих электрических кабелей в их внутренней «начинке».

К началу 60-х гг. электровозы, в основном, приняли современный внешний вид, который мало что говорил и говорит о дальнейших изменениях электротехники и электроники внутри них. (Кстати, это -один из верных показателей качественно большей наукоёмкости электровозов по сравнению с паровозами, у которых все существенные изменения были на виду. Подобно этому, например, ламповый цветной телевизор 70-х гг. внешне мало чем отличался от своего чёрно-белого собрата.) А эти изменения были весьма существенными вплоть до качественных в духе всё той же закономерной тенденции перехода с машинно-механических и электромеханических узлов и подсистем на безмашинные.

Илл. 46

На илл. 46 и 47 представлены два импортных пассажирских электровоза переменного тока для железных дорог Советского Союза. Первый (Фп) был изготовлен малой серией во Франции в 1960 г., а второй (ЧС4) с 1966 г. стал поставляться чехословацким концерном «Шкода» крупной серией. Система переменного тока промышленной частоты обладает многими существенными преимуществами перед системой постоянного тока. Сердцем электровоза переменного тока является мощный трансформатор (принципиально безмашинный преобразователь энергии), от которого через выпрямители переменного тока энергия поступает к тяговым двигателям постоянного тока. (Такие локомотивы именуются электровозами однофазно-постоянного тока - однофазного переменного из контактной сети и постоянного на тяговых двигателях.) На Фп в качестве бортовых выпрямителей использовались т. н. игнитроны, работавшие на ионизированных парах ртути при температурах электрической дуги. Но уже были «на подходе» тоже безмашинные, но «холодные», существенно более надёжные и долговечные кремниевые выпрямители. Разница в показателях надёжности была того же качества, что и разница между электронно-ламповой и транзисторной радиоаппаратурой. К середине 60-х гг. появление бортовых кремниевых выпрямителей сделало на вновь электрифицируемых магистралях систему переменного тока безальтернативной. При этом электровозы Фп морально устарели буквально за два-три года. С 70-х гг. они остались только в воспоминаниях (в том числе, автора этих строк) да на фотографиях, а эксплуатация ЧС4 (как и ЧС2) лишь в настоящее время входит в завершающий этап. Вот какие технические революции могут невидимо происходить под внешней оболочкой этих весьма наукоёмких локомотивов!

Илл. 50

Для современных скоростных поездов становится обычной путевая скорость 300-350 км/час, как у «Сапсана» (илл. 48). А у новейшего китайского поезда для магистрали Пекин-Шанхай (илл. 49) конструкционная скорость и вовсе 500 км/час. Прорыв в эту область скоростей потребовал перехода на бес-коллекторные тяговые двигатели. На изображённых поездах они трёхфазные с короткозамкнутым ротором, т. е. вообще безо всяких искусственных звеньев в энергетическом взаимодействии ротора и статора. «Сапсан» работает от контактной сети как на постоянном токе, так и на переменном токе промышленной частоты. Китайский суперэкспресс - только на переменном, так как Китай приступил к электрификации своих железных дорог в 80-х гг., когда система переменного тока уже была во всём мире безальтернативной. Переход на особо надёжные бесколлекторные тяговые двигатели требует весьма сложной силовой электроники на борту подвижного состава для соответствующих преобразований электроэнергии. Её высокая надёжность обеспечивается всё теми же примуществами полупроводниковой силовой электроники как техники существенно безмашинной.

В русле этих же качественных преобразований и современнные версии электровозов. Новейший российский пассажирский электровоз ЭП20 работает как на постоянном, так и на переменном токе от контактной сети. Он имеет мощность 10,3 тысяч лошадиных сил и конструкционную скорость 200 км/час (илл. 50). Во внешнем облике локомотива нет никаких существенных отличий от ЧС2 (илл. 45), хотя он качественно более сложный и совершенный, более быстроходный и на 70% мощнее, чем его 50-летний собрат родом из тогдашней Чехословакии. Новейший российский грузовой электровоз постоянного тока «Гранит» имеет мощность 12 тысяч лошадиных сил. На снимке илл. 51 он ведёт тяжеловесный состав по горной Южно-Уральской железной дороге. Асинхронные тяговые двигатели позволили не только существенно поднять мощность этих локомотивов. Они почти десятикратно удешевили их текущее ремонтное обслуживание и определили их эксплуатационную кампанию длительностью не менее 40 лет.

Илл. 52 представляет первую коммерческую железную дорогу на магнитном подвесе длиной около 30 км между аэропортом и деловым центром Шанхая. Немецкий поезд «Трансрапид» проходит это расстояние за 7 минут, разгоняясь до скорости 450 км/час. Благодаря видеороликам Интернета на нём можно «заочно» совершать такие поездки. С традиционными железными дорогами магистрали на магнитном подвесе роднит только одна существенная особенность - одномерность, невозможность подвижного состава двигаться в двух измерениях по подобию автомобилей и кораблей. Здесь уже реализован радикальный отказ от самой традиционной схемы железных дорог «колесо - рельс». У поезда на магнитном подвесе функцию главных звеньев (ведущих и опорных колёс) выполняют чисто естественные элементы - кванты электромагнитного поля. Япония приступила к строительству своей магистрали на магнитном подвесе между Токио и Нагойя длиной более 400 км. В лице первых магистралей на магнитном подвесе наземный транспорт de facto становится безмашинным в своей принципиальной основе. О сугубой наукоёмкости такой техники нет смысла много говорить. Достаточно сказать, что японцы используют на своих поездах-магнитопланах мощные и компактные сверхпроводящие магниты.

Ничего подобного пока нет в развитии автотранспорта. Там на средства транспорта без главных зеньев-колёс пока нет и полунамёка. Зато в человеческих передвижениях по воздуху, где везде и опора, и дорога, были и есть свои образцы машинной и безмашинной техники.

Отправляться в иллюстрациях соответствующей истории от естественных способностей человека в данном случае не приходится: в отличие от ходьбы и плавания, у человека от природы не та концентрация энергии на массу тела, которую имеют летающие животные. Поэтому история человеческих передвижений по воздуху изначально требовала технических средств.

Общеизвестно, что успешность человеческих полётов по воздуху определяется успешностью решения двух одинаково важных проблем. Во-первых, необходимостью уравновесить земное притяжение какой-то силой. Во-вторых, необходимостью каким-то образом отталкиваться от воздуха для поступательного движения летательного аппарата. В XVIII в. была решена только первая проблема и созданы воздушные шары, которые земному притяжению противопоставляют Архимедов закон плавучести тел меньшей плотности в среде с большей плотностью. Это были первые летательные аппараты легче воздуха. На илл. 53 изображён современный вариант монгольфьера, оболочка которого наполнятся горячим и более лёгким воздухом от пропановой горелки. Если сравнивать такое воздухоплавание с плаванием человека по воде, то это будет сплавление на плотах по воле речных и морских течений. Никаких возможностей двигаться по заранее запланированному маршруту такие средства воздушного транспорта не предоставляли. Что касается безмашинного способа создания подъёмной силы летательных аппаратов легче воздуха, то он очевиден и не нуждается в особых комментариях.

Когда к началу ХХ в. стал доступен в больших объёмах самый лёгкий газ водород, летательные аппараты легче воздуха получили дальнейшее развитие в лице дирижаблей (илл. 54). Они также реализовывали свою подъёмную силу безмашинным способом, но для движений по воздуху и манёвров использовали тепловые двигатели внутреннего сгорания с пропеллерами. Если сравнивать такое возду-хоплаванье с плаваньями по воде, то дирижабли подобны судам с тепловыми двигателями и с механическими главными звеньями - гребными колёсами и ходовыми винтами. Там плавучесть также обеспечивается безмашинным способом - меньшей плотностью судна по сравнению с плотностью воды, а за передвижения по требуемым маршрутам приходится платить наличием тепловых двигателей с механическими исполнительными узлами. Благодаря безмашинному способу создания подъёмной силы дирижабли многократно экономичнее самолётов и, тем более, вертолётов, хотя и многократно уступают самолётам по скорости. Замена взрывоопасного водорода инертным гелием, который стал доступен в больших количествах только со второй половины ХХ в., в настоящее время способствует возрождению дирижаблей. В современной системе коммерчески эффективных воздушных перевозок (прежде всего, грузовых) у них имеется просторная «экологическая ниша».

Летательные аппараты тяжелее воздуха уравновешивают силу земного притяжения подъёмной силой своих соответствующих узлов. У самолётов это - крылья (илл. 55), у вертолётов - несущие винты, которые при должном наклоне обеспечивают также их поступательное перемещение (илл. 56). Само-

лётное крыло развивает свою подъёмную силу за счёт встречного воздушного потока, но для её «пробуждения» и поддержания самолёт должен иметь, соответственно, минимальную скорость отрыва от земли и крейсерскую скорость в полёте. Это обеспечивается тягой самолётных двигателей, которые являются тепловыми машинами. Вертолётный винт целиком берёт на себя миссию создания подъёмной силы летательного аппарата тяжелее воздуха. Машинный способ её обеспечения в случае вертолёта особенно очевиден.

Следует подчеркнуть высокую наукоёмкость самолётной и вертолётной технологий создания подъёмной силы. Её аналог у воздушных шаров и дирижаблей базировался на сугубо эмпирическом законе Архимеда. Ещё в начале ХХ в. специалисты аргументаированно оспаривали саму жизнеспособность самолётов. Поводов для этого первые самолёты давали достаточно. Чисто эмпирический подход к их подъёмной силе приводил к неустойчивостям обтекания воздухом первых самолётных крыльев. В своей исторически первородной форме самого начала ХХ в. полёты на самолётах были уделом отчаянных смельчаков, для которых каждый полёт мог стать последним. Для превращения авиации в более или менее «рутинное» средство транспорта нужна была научно-теоретическая обоснованность самолётной технологии создания подъёмной силы крыла. Это стремительное превращение началось после того, как Н. Е. Жуковский построил свою знаменитую теорию оптимального профиля самолётного крыла в плане. Она опиралась не только на знания законов аэродинамики, но и на изящное использование математической теории функций комплексного переменного.

Летательные аппараты тяжелее воздуха демонстрируют свои примеры как безмашинной техники, так и классической машины, приводимой в действие мускульными усилиями человека.

Илл. 57

Первое демонстрируется планёрами. В современной версии (илл. 57) они вбирают в себя все достижения научно-теоретической аэродинамики. Подъёмная сила крыльев планёра обеспечивается как восходящими потоками атмосферного воздуха (особенно - под мощными кучевыми облаками), так и его встречным потоком. Никаких тепловых двигателей планёр не имеет. Он очевидным образом является безмашинным средством воздушного транспорта, причём - безмашинно-механическим. Если

сравнивать полёты на планёрах с человечскими перемещениями по воде, то аналогом будет совершенное парусное судно типа того, которое изображено на илл. 37. Парусники способны ходить при любом ветре, включая встречный (т. н. ход боковыми и встречными галсами). Аналогично этому, запущенный планёр (вернее, планерист), выявляя и ловя восходящие потоки воздуха, способен держаться в воздухе часами и передвигаться по намеченным маршрутам длиной в сотни километров. В отличие от возрождаемых дирижаблей, планёры практически не имеют народно-хозяйственного значения. В основном, они являются техническим средством великолепного вида спорта. Но для их сущности как безмашинно-механической техники воздушного транспорта это не имеет никакого значения.

Илл. 58

Не имеет никакого народно-хозяйственного значения и воздушный велосипед, представленный на илл. 58. От силы он станет лишь средством нового вида спорта, где, в отличие от наземных и водных велосипедов, от человека изначально потребуются весьма незаурядные физические данные. Но факт остаётся фактом: летательный аппарат тяжелее воздуха в версии классической машины, приводимой в действие усилиями человека, не только возможен, но и реально существует.

Вместе с тем, в Большой авиации пока просматривается лишь единственная реалистичная версия превращения летательных аппаратов тяжелле воздуха в безмашинные системы. Всё остальное - из области фантазий типа гравитолётов, под которые современная наука не даёт никакой научно-теоретической базы. Для представления об этой версии надо иметь представление о том, что такое современные авиационные двигатели.

Со второй половины ХХ в. в авиации господствуют воздушно-реактивные двигатели, причём в своей газотурбинной версии. Это значит, что для термодинамической эффективности (она же - и коммерческая эффективность) сжигание топлива должно в них осуществляться при высоком давлении. Поэтому воздух в них поступает сначала в сжимающий компрессор, затем в камеру сгорания, затем в турбину, которая вращает компрессор, а уж потом так или иначе создаёт тягу, которая движет самолёт.

В зависимости от способа создания тяги, газотурбинные двигатели подразделяются на три основных типа. В турбореактивных двигателях тягу создаёт реактивная струя горячих продуктов сгорания топлива (в основном, керосина), которая после турбины расширяется в реактивном сопле (илл. 59). При

1 - воздухозаборник; 2 - осевой компрессор; 3 - трубчато-кольцевая камера сгорания; 4 - жаровые трубы; 5 - газовая турбина; 6 - реактивное сопло; 7 - форсунки для впрыскивания топлива

Илл. 59

1 - вал тягового винта; 2 - редуктор; 3 - осевой компрессор; 4 - камера сгорания; 5 - газовая турбина; 6 - реактивное сопло, создающее дополнительную тягу

Илл. 60

і

1 - удлинённые лопатки первых ступеней осевого компрессора (вентилятор); 2 - осевой компрессор первого каскада; 3 -осевой компрессор второго каскада; 8 и 9 - оси первого и второго каскадов; 4 - камера сгорания; 5 - газовая турбина второго каскада; 6 - газовая тербина первого каскада; 7 - реактивное сопло.

этом существенная часть тепловой энергии сгорания топлива бесполезно рассеивается в атмосфере. В турбовинтовом двигателе (илл. 60) турбокомпрессор как генератор тепла отделён от движителя, которым является тяговый винт - чисто механическое главное искусственное звено двигателя. Такие двигатели являются наиболее экономичными, но они - не для скоростей полёта свыше 700 км/час. Для современных самолётов с крейсерскими трансзвуковыми скоростями (до 1000 км/час) с 70-х гг. используются двигатели промежуточного класса - двухконтурные (илл. 61). В них аналогом тягового винта являются удлинённые лопатки первых ступеней компрессора. Они вписаны в габарит двигателя и гонят сжатый воздух через кольцевой туннель второго контура к реактивному соплу.

1 - набегающий сверхзвуковой поток атмосферного воздуха; 2 - подача топлива, встроенная в конструкцию центрального тела; 3 - стабилизатор пламени; 4 - камера сгорания; 5 - сверхзвукое реактивное сопло; 6 - форсунки для впрыскивания

топлива в камеру сгорания

Илл. 62

Отметим, что все эти схемы были научно-теоретически разработаны ещё в 30-х гг. ХХ в., когда технологии не позволяли изготавливать газотурбинные двигатели в металле. Тогда же была научно-теоретически разработана и версия прямоточного воздушно-реактивного двигателя (илл. 62). Он более чем эффективен, но только при сугубо сверхзвуковых скоростях полёта - минимум в три раза выше скоротсти звука в воздухе, которая составляет 330 м/сек. При этом отпадает надобность в турбокомпрессоре - в этой сугубо машинно-механической и весьма сложной технической подсистеме. Скоростной напор встречного воздуха сжимает воздух до высоких давлений в диффузоре. В последнем его центральное тело должно совершать только простейшие поступательные движения в горизонтальном направлении, подстраивая режим работы двигателя под изменения скорости полёта. В общем, получается техническая система с минимальным участием искусственных, механически движущихся деталей и узлов. Экономичность авиационных двигателей оценивается по показателю удельного расхода топлива, и у безмашинных прямоточных двигателей он ниже, чем у турбовинтовых. С началом космической эры в 1957 г. была оценена перспективность таких двигателей для сверхэкономичных средств запуска космических аппаратов. Они могли бы взлетать по-самолётному с обычных аэродромов и проходить через земную атмосферу, где обычные космические ракеты-носители растрачивают основную часть своих запасов топлива, в особо экономичном самолётном режиме. В одном из советских проектов 60-х гг. эти воздушно-космические самолёты представлялись в виде, изображённом на илл. 63. (Вид снизу - со стороны группы прямоточных двигателей.)

Как это нередко бывает в развитии техники, от научно-теоретически обоснованной схемы конструктивно простого безмашинного авиационного двигателя и, соответственно, летательного аппарата до её воплощения в жизнь пролегла дистанция огромного размера. (См. комментарий к аналогичной истории МГД-движителей для морских судов на стр. 43 в связи с илл. 33 и 34.) Физика гиперзвукового горения топлива в камере сгорания конструктивно простой безмашинной «прямоточки» оказалась чрезвычайно сложной. Она и поныне полна открытых проблем. Научно-техническая проблема безмашинной гипер-звуковой «прямоточки» оказалась под стать проблеме овладения энергией ядерного синтеза, которая с тех же 50-60-х гг. ХХ в. также не разрешена по сей день. Или проблеме ядерного реактора с плазменной активной зоной без искусственных элементов и узлов, которая с тех же 50-60-х гг. также по сей день не разрешена. Но реалистичность безмашинных прямоточных двигателей для летательных аппаратов тяжелее воздуха несомненна.

Диск Нипкова как механическое средство построчного свёртывания и развёртывания (сканирования) изображений (илл. 64) был запатентован в 1884 г. Тогда ещё не были изобретены ни радио, ни кинематограф, так что это сканирующее устройство никак не могло предназначаться телевидению - технологии передачи движущихся изображений с помощью радиоволн. Реальное телевидение изначально проектировалось под чисто механическую технологию кинематографа. Более того, в этой своей концептуальной первооснове оно по сей день остаётся механистическим, несмотря на всё его современное наукоёмкое электронное и оптоэлектронное аппаратное оформление. Но в исторически первородной версии телевидение было механическим по всем статьям, за исключением передачи видеосигнала через радиоэфир (илл. 65, 66). Превращение двумерного изображения в одномерный видеосигнал на телестудии (илл. 67) и обратное развёртывание телесигнала в движущееся изображение (илл. 68) осуществлялось сканированием с помощью диска Нипкова. У механического телевидения 20-30-х гг.

ХХ в. было только одно преимущество - вещание в диапазоне коротких волн, которые распространяются на многие сотни километров от передатчика. Движущиеся картинки на маленьком экранчике «моторного телевизора» (илл. 69) были немногим выше уровня распознаваемости человеческими глазами. Скептики механического телевидения в 30-х гг. окрестили его «елевидением». В сущности, это был телевизор для индивидуального пользования глазами вплотную к экранчику. О цветном телевидении на такой аппаратной основе не могло быть и речи. Это направление было тупиковым.

Автоматическое кодирование информации

Илл.64

Илл. 65

Илл. 70

В дореволюционной России к изобретению телевидения с электронным сканированием картинок уверенно продвигались Борис Львович Розинг (1869-1933) и его ученик Владимир Кузьмич Зворыкин (1888-1982). Революционные потрясения 1917 г. и гражданская война пресекли этот путь России к статусу родины электронного телевидения. Б. Л. Розинг стал жертвой сталинских репрессий и умер в ссылке. В. К. Зворыкин в 1919 г. был вынужден эмигрировать в США и стал отцом электронного телевидения, уже будучи гражданином этой страны. Тем не менее, он многократно бывал в Советском Союзе и лично участвовал в становлении советского телевидения. На фотографии илл. 70 В. К. Зворыкин изображён в связи со своим юбилеем со своим давним детищем - электронно-лучевой приёмной телевизионной трубкой (иконоскопом). В нём впервые была успешно осуществлена сугубо немеханическая, чисто электромагнитная свёртка коммутирующим электронным лучом массива электрических зарядов с приёмной светочувствительной матрицы микрофотоэлементов (с мозаичного фотокатода) в одномерный телевизионный сигнал для передачи по кабелю или через радиоэфир. В приёмной электронно-лучевой трубке телевизионного приёмника таким же образом осуществляется обратное развёртывание одномерного видеосигнала в двумерное изображение на экране, покрытом люминофором. Несмотря на свою коренную кинематографическую механистичность, телевидение стало электронным, качественно более совершенным и надёжным. Перед ним открылась перспектива развития вплоть до современных форм. В наше время приёмная аппаратура перешла на приёмные полупроводниковые микросхемы приборов с зарядовой связью без сканирующего электронного луча. Обратная развёртка телесигнала теперь также осуществляется не только (и уже даже не столько) электронно-лучевым способом. Но это означает, что телевидение в этой базисной технологии формирования и «распаковывания» одномерного телевизионного сигнала ещё на одну качественную ступень отошло от исторически первородной, механической версии.

Илл. 71

На схеме илл. 71 представлен принцип работы электронно-лучевой трубки, которая в передающей телекамере преобразует двумерную картинку в одномерный телевизионный сигнал. Электродинамика

- самая количественно точная из всех теорий классической физики. И эта точность проявилась в том, как прецизионный процесс электромагнитного сканирования осуществляется в иконоскопе Зворыкина. Его основой является мозаичный фотокатод - система из более чем миллиона микрофотоэлементов. Каждый из них вырабатывает и хранит свой электрический заряд под влиянием сложного светового поля, создаваемого на плоскости фотокатода объективом. Электронный луч замыкает (коммутирует) электрическую цепь. С помощью генератора пилообразного напряжения и магнитной системы его отклонения он строка за строкой опрашивает ячейки этой светочувствительной матрицы. Разряжая их, он модурирует электрический ток в цепи, формирует строку одномерного телевизионного сигнала. И так -по 625 строкам в течение 1/24 секунды, что соответствует частоте смены кадров в кинематографе. После опроса коммутирующим электронным лучом фотоэлементы тут же вырабатывают новый заряд и готовы к следующему построчному опросу следующего кадра. Скорость горизонтальных перемещений электронного луча по фотокатоду - сотни метров в секунду. А в больших приёмных трубках телевизоров, осуществляющих обратное сканирование, она и вовсе сравнивается с первой космической скоростью. Но на то и точность классической электродинамики, чтобы с помощью прецизионной электромагнитной системы электронно-лучевой трубки управлять этим сверхскоростным движением сканирующего луча точно по строкам мозаичного фотокатода. Совершенно очевидно, что никакой механической системе подобные скоростные режимы работы недоступны уже по причине инертности её движущихся искусственных деталей, не говоря об их надёжности. А на немеханической (безмашинной) основе они осуществляются, причём с высокой надёжностью: электромагнитная система трубки неподвижна, а электроны в принципе не могут сломаться.

На снимках илл. 72 и 73 представлены, соответственно, советские телевизоры 40-50-х гг. «КВН-49» и «Ленинград», объединённый с широковещательным радиоприёмником в диапазоне длинных, средних и ультракоротких волн. Экраны, по современным понятиям, потешные, но качество изображений было неизмеримо лучшее, чем у механических телевизоров на основе сканирования вращающимся диском Нипкова. Это уже - телевизоры для семейного пользования. А когда в первой половине 50-х гг. телевизоры ещё не были общедоступными и когда наши соотечественники были намного более общительными, был обычай ходить к соседям по подъезду «на телевизор». Водяные линзы в два-три раза

Илл. 72

Илл. 73

увеличивали размер изображения. Чтобы в них не заводились водоросли, они заполнялись дистиллированной водой. Чисто электронная телевизионная техника системы Зворыкина поступательно совершенствовалась. На её основе в 60-70-х гг. телевидение стало цветным и, в свою очередь, также было доведено до высокого совершенства. Для механического телевидения такая эволюция была исключена

- подобно тому, как для механических трасмиссий заводов и фабрик XIX в. была исключена история последующего превращения в средство мнговенной переброски энергии на тысячи километров.

Развитие микроэлектроники в начале 70-х гг. позволило разработать принципиально новый способ электронного сканирования изображений - в приборах с зарядовой связью (ПЗС). На схеме илл. 74 в разрезе показаны соседние элементы строки ПЗС-матрицы, на фотографии илл. 75 представлен внешний вид фотоэлектрической микросхемы современного цифрового фотоаппарата, которая работает по тому же принципу и формируется теми же методами микроэлектроники.

Свет создаёт в элементарной ячейке электрический заряд, который перемещается к соседней ячейке, когда подаётся напряжение на её положительный электрод. Оно создаёт в этой соседней ячейке энергетическую потенциальную яму, в которую устремляются электроны из первой ячейки. Затем этот процесс повторяется с третьей ячейкой и т. д. по всем последующим ячейкам ПЗС-строки (ПЗС-линейки). В результате осуществляется самосканирование изображения в той же форме элементар-

Илл. 76

ных электрических зарядов, но без коммутирующего электронного луча. В ПЗС-матрицах с множеством строк (с 625 строками по отечественным стандартам телевещания) заряды из выходных ячеек строк оказываются в ячейках ещё одного сдвигового устройства, но работающего на большей частоте. Он управляет опрашиванием отдельных строк в пределах 24 кадров в секунду. (Уместно напомнить, что и такая, опто-электронная версия телевещания в своей концептуальной первооснове остаётся подстроенной под чисто механическую технологию кинематографа.)

В отличие от мозаичного фотокатода, который в электронно-лучевом иконоскопе играет роль пассивного генератора элементарных электрических зарядов, ПЗС-матрица светочувствительных элементов представляет собой сложнейшую активную электрическую цепь, в которой непрерывно осуществляются тысячи ежесекундных переключений. Понятно, что надёжными такие переключения могут быть только и только на существенно немеханической основе полупроводниковой микроэлектроники. Надёжность ПЗС-матриц ещё существенно увеличивается благодаря тому, что соответствующие электрические цепи низковольтные и слаботочные.

Революция в телевизионной технике и в фотографии, произведённая ПЗС-матрицами, в 2009 г. была по достоинству оценена комитетом по Нобелевским премиям. Лауреатами Нобелевской премии по физике тогда стали также американские физики Уиллард Бойл (р. 1924) (на фотографии илл. 76 слева) и Джеймс Смит (р. 1930).

Интересно отметить, что в первой половине тех же 70-х гг. удалось организовать процесс самоска-нирования в строке принципиально другим способом - акустофотоэлектрическим. Полупроводниковая строка покрывается слоем прозрачного пьезоэлектрика и по её концам простым методом плёночного напыления формируются генераторы поверхностных акустических волн. Эти волны пускаются навстречу друг другу. Они интерферируют так, что зоны минимумов и максимумов амплитуд постоянно перемещаются в одну сторону. В зонах минимумов световое поле проецируемого изображения создаёт своих аналогов потенциальных ям ПЗС-строки, которые переносят заряды без изменений и считываются электродом на выходе. Только, в отличие от ПЗС-матрицы, в такой акустофотоэлектрической строке вообще нет надобности формировать многоступенчатыми методами микроэлектроники какие-либо многослойные искусственные конструкции. На гладкой и бесструктурной поверхности полупро-

водника, покрытого прозрачным слоем пьезоэлектрика, всё подобное формируется само собой, чисто естественным способом. Это - одна из уже реализованных вариаций на всё ту же тему технологий с минимальным участием искусственных элементов вплоть до нулевого. В этой связи важен только сам фактический прецедент такого рода, а не то, какая из технологий самосканирования более совершенная и перспективная.

Передача информации по каналам связи

Илл. 77

Илл. 79

Что такое машинно-механический канал связи XIX в., наглядно показывает соответствующая советская юбилейная тематическая почтовая марка на илл. 77. Почтовые самолёты многократно ускорили механическую передачу информации на большие расстояния. На снимке илл. 78 запечатлён почтовый самолёт 30-х гг. ХХ в. типа того, трагический последний рейс которого А. де Сент-Экзюпери описал в рассказе «Ночной полёт».

Снимок илл. 79 сделан в ближнем Подмосковье в начале 50-х гг. ХХ в. Он интересен тем, что документально запечатлел пережиток безмашинных технологий передачи информации Х1Х столетия. В полосе отчуждения магистрали справа от железнодорожного полотна - в два ряда шеренги деревянных столбов с телеграфными и телефонными проводами. Снимок не мог запечатлеть того, как эти столбы непрерывно гудели, особенно - в сырую погоду. Звуковой спектр этого гудения был сходным со звуковым спектром большого церковного колокола. Вплоть до 80-х гг. ХХ в. шеренги опорных столбов с проводами междугородней телеграфной и телефонной связи были атрибутом всех железнодорожных и автомобильных магистралей. В конце 90-х гг. ХХ в. вдоль полотна Октябрьской магистрали была уложена оптико-волоконная линия связи между двумя столицами. Ныне она с лихвой обеспечивает обмен информацией между ними, включая радио- и телевизионные трансляции заодно с Интернетом.

Оптико-волоконный кабель хотя и искусственный канал связи, но колоссальной пропускной способности благодаря частоте электромагнитных волн оптического диапазона. Никаких лазерно-волноводных кабелей связи не надо было бы на Луне и вообще в космосе, где нет ни атмосферы, ни погоды: колоссально информативные лазерные лучи перемещали бы информацию через физический вакуум как чисто естественный канал связи. Что касается электрических связных кабелей (илл. 80), то они неуклонно выходят из употребления.

Радиосвязь сделала электромагнитные каналы передачи информации полностью лишёнными каких-либо искусственных инженерных конструкций. Искусственной осталась только невидимая и неощутимая модуляция несущих радиоволн человеческой информацией. Между приёмными антеннами (илл. 81) и спутниками-ретрансляторами на геостационарных орбитах в 36 тысячах километрах от земной поверхности нет абсолютно ничего видимого и ощущаемого. (Ср. с илл. 79.) Даже людям середины XIX

века современные человеческие манипуляции с радиоволнами показались бы кому - мистикой, кому -фокусническим иллюзионизмом. Впрочем, в начале XIX в. и электрический телеграф казался мистикой наяву на фоне неторопливых почтовых карет, паровых почтовых поездов и пароходов.

В связи с вышеупомянутыми лазерно-волноводными каналами связи уместно привести в пример ещё одну безорудийную технологию. Это - технология удвоения частоты лазерного света. Она не глобальна, как современные радиоволновые технологии связи. Она работает лишь как узел в сложных лазерных системах разных целевых предназначений. Но, как подчёркивалось в параграфе 2, масштабность технологических процессов и их роль в общественном производстве не имеют отношения к логико-гносеологическому закону эволюции технологий от наукоёмких машинных через наукоёмкие безма-шинные к наукоёмким безорудийным. Технология удвоения частоты лазерного света в этом плане весьма показательна и наглядна.

Илл. 83

На илл. 82 наглядно представлена работа нелинейного кристалла-удвоителя частоты лазерного света в фотонных технологиях, а на илл. 83 представлена одна из сложных фотонных технологий с использованием нелинейных сред. Здесь работает само вещество нелинейной среды и только оно. Но для того, чтобы заставить вещество так работать, потребовалась опора на современный уровень развития квантовой теории вещества и нелинейной оптики. Изобретателями технологий такого рода уже могут быть только учёные - подобно изобретателям транзистора, голографии, лазера, электротехники переменного тока и др. Вот она - полная мера превращения науки в непосредственную производительную силу общества, которую в 60-х гг. XIX в. гениально предвидел К. Маркс, имея перед глазами только чисто механическую индустрию материального производства свой исторической эпохи.

Техника автоматических вычислений

На илл. 84 и 85 представлены элементы вычислительной машины Ч. Бэббиджа 40-50-х гг. XIX в. Как видно, то, что теперь именуется элементной базой вычислительных автоматов, представляло собой

буквально детали машин, хотя и весьма специфические. На илл. 86 представлена копия самой вычислительной машины Бэббиджа, которая стала первой в истории программируемой вычислительной машиной. В 1998 г. эта копия методами технологий середины XIX в. и по чертежам самого Бэббиджа была изготовлена для Британского Музея науки в Лондоне. Машина Бэббиджа предназначалась для решения дифференциальных уравнений численными методами. Она весит около 4 тонн и содержит в себе около 8 тысяч деталей. Справа видна ручка, с помощью которой машина приводится в действие усилиями человека. Усилия при этом требуются немалые, так что автоматические вычисления на ней превращаются в нелёгкий физический труд. Для его облегчения Бэббидж предполагал использование небольшой паровой машины. (До первых электрических двигателей в те времена оставалась дистанция почти в полвека.) Последнее обстоятельство вместе с илл. 86 воочию показывает ту наиболее существенную особенность машин, которая подчёркивалась К. Марксом: сущность машин определяется не их мощностью и не источниками их энергии, а механическим автоматизмом выполнения ими своих функций. Настольный механический арифмометр (илл. 87) представлял собой упрощённую компактную версию механического вычислительного автомата. Он был широко востребованным (особенно, бухгалтерами) вплоть до 70-х гг. ХХ в., когда ему на смену стали приходить настольные безмашинные, электронно-транзисторные калькуляторы (илл. 101 и 102).

Илл. 88

Даже в эпоху создания первых спутников в конструкторских бюро ещё господствовали настольный арифмометр и логарифмическая счётная линейка (илл. 88). Последняя уже была не машиной, а механизмом. Этот механический вычислительный автомат по-своему уникален. На его движок и неподвижную часть перенесена вся алгебраическая теория замены перемножения и деления чисел сложениями и вычитаниями их логарифмов. И эта «впечатанная» в логарифмическую линейку математическая теория до предела упрощает её конструкцию и работу как вычислительного механизма: человек только перемещает её движок и стеклянный ползунок с визирной линией.

Илл. 89

В вычислительных автоматах одной из главных является функция быстрых и частых перестроек их структуры. В существенно безмашинной, электротехнической версии таких автоматов она становится функцией быстрых и частых переключений в особо сложных электрических цепях. Переход вычислительных автоматов с машинно-механической версии на электротехническую осуществлялся в 40х гг. ХХ в. Первыми претендентами на роль переключетелей сложных электрических цепей стали реле. Но эпоха релейно-контактных вычислительных автоматов длилась буквально считанные месяцы. Этот механический узел в электрических цепях был ненадёжным уже из-за одного подгорания контактов. Кроме того, механическая инертность реле сильно ограничивала быстродействие вычислительных автоматов. Электронно-ламповые триггеры (илл. 89) осуществляют быстрые и частые переключения в электрических цепях бесконтактно. В 40-50-х гг. ХХ в. они превратили вычислительные автоматы в существенно и полностью безмашинную технику (илл. 90). Надёжность последних скачкообразно возросла и подняла производительность автоматических вычислений на такой уровень, на который вычислительные машины не способны подняться в принципе. Однако первые электронные компьюте-

ры оставались чрезвычайно громоздкими и, в целом, весьма ненадёжными. Панель во всю стену с тысячами радиоламп на илл. 91 в современной мкроэлектронной версии разместилась бы на кристалле с площадью 1 см2. Кроме того, ламповые компьютеры были чрезвычайно дорогим национальным достоянием нескольких наиболее передовых стран. Но они уже были незаменимыми при расчетах кинетики ядерных реакций, траекторий первых космических аппаратов и др.

Илл. 92

Илл. 93 Илл. 94

На верхней групповой фотографии илл. 92 запатлены Уильям Шокли (1910-1989) (сидит), Джон Бардин (1908-1991) (стоит слева) и Уолтер Браттейн (1902-1987) у только что изготовленного (1948 г.) первого транзистора со стандартно воспроизводидыми параметрами (илл. 93). Открыта прямая, хотя и не лёгкая, дорога к первой интегральной схеме (1959 г.) (илл. 98) Роберта Нойса (1927-1990) (на фотографии илл. 96) и Джека Килби (1923-2005) (на фотографии илл. 97). Килби дожил до высшего признания своего давнего результата и в 2000 г. разделил с Ж. И. Алфёровым Нобелевскую премию по физике. Но до начала 70-х гг. в электронно-вычислительной технике в качестве элементной базы утвердились дискретные и далеко не микроминиатюрные транзисторы (илл. 94). Они ещё на порядки удешевили компьютеры и сделали их ещё существенно более надёжными (илл. 95). Они сделали их существенно более компактными, но не до такой степени, чтобы можно было переходить на встроенное программное обеспечение и избавить пользователей компьютеров от посреднического участия профессиональных программистов.

Илл. 96 Илл. 97

Илл.100

Сложнейшая, прецизионная, принципиально безмашинная фотохимическая планарно-эпитаксиальная технология изготовления интегральных микросхем совершенствовалась и продолжает совершенствоваться. Если до середины 60-х гг. она позволяла изготавливать интегральные схемы с десятками транзисторов на площади 1 см2 (илл. 99), то уже в середине 70-х гг. стало возможно изготовление больших интегральных схем (БИС) с сотнями тысяч транзисторов на той же площади кремниевого моно-

кристалла. Это была «финишная прямая» к встроенному в компьютер программному обеспечению и к появлению первых персональных компьютеров на рубеже 70-80-х гг. На илл. 100 представлена микрофотография современной сверхбольшой интегральной схемы (СБИС) с 55 миллионами транзисторов на площади 146 мм2.

Илл. 102

Вычислительные автоматы, изображённые на илл. 101 и 102, уже не одно десятилетие являются бытовой техникой. По своей производительности они неизмеримо превосходят своих прямых машинномеханических аналогов XIX в. с илл. 86 и 87. Они в полной мере вбирают в себя достижения микроэлектроники. Они являются в высшей степени наукоёмкой техникой. Но прежде всего эти вычислительные автоматы - техника существенно и полностью безмашинная. Это совершенно очевидно в срав-

нении с их машинно-механическими эквивалентами с илл. 86 и 87. Этим, в первую очередь, и определяются их компактность, функциональная эффективность и высочайшая надёжность. В бытовом микрокалькуляторе на илл. 102, кроме того, используется и безмашинный источник энергии - солнечная батарея. Сколько научных знаний вложено в этот миниатюрный автономный источник энергии по сравнению с эпохой первых спутников, когда солнечные батареи были несравненно менее эффективными и несравненно более дорогими! (См. серию илл. 37-41.)

Илл.103

Голография парадоксальна в том плане, что совершенно независимо от становления теоретической и технической кибернетики она предложила свою версию сложных и самоорганизующихся кибернетических систем. Чтобы включить эти «Богом данные» кибернетические сверхспособности голограмм в инфраструктуру информационных технологий, требуется разрешить проблему обратимого формирования голограмм в светочувствительных средах - по подобию обратимой записи информации на магнитную плёнку. Эту проблему физики пытаются решить уже не одно десятилетие, но до полного успеха здесь и в настоящее время неопределённо далеко. Поэтому голографические суперпроцессоры с органически присущей им ассоциативной памятью пока представлены лишь специализированными информационно-поисковыми системами архивного типа. Они формируются на обычных бромосеребряных фотоматериалах необратимо. Но данное обстоятельство не существенно для понимания того, что голография парадоксальна и как технология формирования совершеннейших кибернетических систем. В сравнении с феноменально сложным и утончённым комплексом фотохимических технологий изготовления современных интегральных микросхем, формирование голографического суперпроцессора выглядит феноменально простым (илл. 103).

За кибернетическим парадоксом голографии, вероятнее всего, скрывается какая-то ещё неразгаданная наукой специфика электромагнитно-полевой формы материи. Что касается технологического парадокса голографии, то он снимается пониманием того, что человеческие наукоёмкие технологии закономерно продвигаются к своему наивысшему качеству технологий без техники.

Научно-теоретическое техникознание в двух главных лицах

Чарльз Бэббидж (1792-1871). Английский математик, экономист, машиновед. Как математик, решил несколько актуальных задач формирующейся теории вероятностей и математической статистики. Систематический интерес Ч. Бэббиджа к вычислительной технике стимулировался необходимостью облегчить трудоёмкие экономические расчёты. В 1820-1822 гг. сконструировал и построил машину для табулирования функций. В 1834 г. пришёл к концепции аналитической машины - прообраза современных программируемых компьютеров, но её постройку не завершил. Его сын Г. Бэббидж построил малую вычислительную машину, которая ныне находится в Лондонском Музее наук. Шведский изобретатель П. Шютц по идеям Бэббиджа построил разностную машину, которая в одной из американских обсерваторий работала до 1924 г. Вычислительные машины Бэббиджа в первой половине XIX в. были наивысшим развитием машинной техники. Имея опыт их проектирования, он предпринял попытку сформулировать общее понимание сущности машинной техники, которое К. Маркс в «Экономической рукописи 1861-1863 гг.» довёл до классического понимания.

Карл Маркс (1818-1883). Основоположник эволюционистского направления в обществоведении, именуемого марксистским. Крупный теоретик экономической науки XIX в. Результативнейший разработчик методологических аспектов истории экономических учений и вообще методологии научнотеоретического обществоведения. В контексте этих исследований в 1858 г. открыл и чётко сформулировал законы теоретического синтеза научных знаний, общенаучное значение которых в полной мере

выявлено автором этих строк. В «Капитале» дал образец научно-теоретической систематизации обществоведческих знаний, их взаимоотношений с историей эволюционирующего объекта и с историей его познания. Этот образец является методологически эталонным независимо от собственно экономической результативности «Капитала», которая остаётся предметом ожесточённых идеологических споров и политизированных спекуляций. Здесь уместно положиться на мнение крупного американского экономиста и идеолога либерализма ХХ в. Дж. Гэлбрейта, который отнюдь не разделял его коммунистического учения: «Маркс - слишком крупная фигура, чтобы целиком отдать его коммунистам и социалистам».

В «Экономической рукописи 1861-1863 гг.» К. Маркс конструктивно-критически развил понимание сущности машинной техники Ч. Бэббиджем и дал своё классическое определение, на основе которого естественно определяется сущность всех родов, видов и подвидов безмашинной техники. В «Экономических рукописях 1857-1858 гг.», наряду с открытием законов теоретического синтеза знаний, сформулировал общее понимание гносеологической сущности техники как овеществлённой формы естественно-научных знаний. В начале «Капитала» чётко зафиксировал сущность опосредующей роли техники в технологических процессах.

Это даёт все основания считать К. Маркса основоположником гносеологической теории труда и техники как неотъемлемой части эволюционной теории познания. Сам он, естественно, в свою эпоху не представил и в принципе не мог представить эту теорию в канонической форме, равно как и эволюционную теорию познания. Последнее в первичной версии осуществлено автором этих строк в монографии [11].