Глава V.
Повторяемость и цикличность в процессе развития техники
Вопросу о повторяемости в
конструкции технических объектов была посвящена наша работа
[103], ориентированная на поиск возможностей использования
некоторых технических решений прошлого на современном этапе.
Решался он в этой работе в достаточно узкой форме и имел чисто
прагматическую направленность. Вместе с тем, он имеет и другие
аспекты своей привлекательности, поскольку повторяемость
является важнейшей характеристикой процесса развития техники.
Итак, повторяемость
осуществляется по весьма простой схеме: существует явление
(конструкция, объект), затем оно исчезает (первое отрицание),
потом вновь появляется (второе отрицание). Другими словами,
повторяемость проявляется как результат действия закона
отрицание отрицания. Обратим внимание на второе отрицание: оно
как раз и выступает повторяемостью первоначального явления. Эта
повторяемость может происходить либо на высшей основе
(прогрессивное развитие), либо на низшей основе (регрессивное
развитие), либо на одной основе (застой, хотя и не покой:
например, маятник часов регулярно возвращается в свое исходное
положение).
Особенностью повторяемости
является ее до известной степени условность, поскольку, скажем,
высшая ее основа выступает свидетельством неповторяемости,
отличием от первоначальной модели (явления). Поэтому под
повторяемостью понимают как бы, якобы
повторяемость. В технике, например, может повториться лишь
основная идея при резком отличии ее конкретного конструктивного
оформления. Например, идея залпового ракетного огня по площади
впервые была реализована в XIII в. в Китае посредством
многозарядных пусковых установок. Затем она была забыта и вновь
появилась в СССР в 30-е годы на легендарной «Катюше», но
конструктивно она не имела ничего общего со своим китайским
прототипом.
Может быть, конечно, и
повторяемость в конструкции технического объекта, используемого
для иных функциональных целей. Крыло, например, изменяемой
геометрии, как уже отмечалось, до конца 1910-х гг.
использовалось для обеспечения устойчивости и управляемости
самолетов, в период 1920-х гг. – начало 50-х гг. – для улучшения
взлетно-посадочных характеристик самолетов, а с конца 1950-х гг.
– для обеспечения многорежимности полета.
Заметим, что в примере с
«Катюшей» наблюдалась повторяемость на высшей основе, а в
примерах с крылом – на одной основе с точки зрения, конечно,
конструкции.
Обратимся теперь к идее
цикличности процесса развития. Ее история началась, вероятно, в
1925 году в России, когда директор Конъюнктурного института Н.Д.
Кондратьев опубликовал статью «Большие циклы конъюнктуры» в
сборнике «Вопросы конъюнктуры», №1, вып.1. Автор показал, что
процесс развития экономики совершается неравномерно: подъемы
сменяются спадами. На основе анализа большого количества
статистических данных за 140 лет он выявил в развитии
промышленности циклы, повторяющиеся каждые 7-11 лет, более
короткие циклы с периодом 3-3,5 года, большие циклы конъюнктуры,
большие «волны» в динамике капиталистического хозяйства.
Он считал, что переход от одного
цикла к другому связан с изменениями в технике, вызванными
научными открытиями и изобретениями.
С тех пор анализ цикличного
характера развития экономики не только стал проводиться
регулярно, но и распространился на другие сферы человеческой
деятельности. В Ставрополье организован Научно-исследовательский
институт «Циклы природы, экономики и общества», где под
руководством профессора Ю.Н. Соколова изучаются циклы почти во
всех сферах жизни общества.
Он считает, что цикл выступает
«универсальным и абсолютным началом окружающего мира» [108, с.
5], а общая теория цикла – единой теорией поля [108, с. 85].
В настоящем разделе мы попытаемся
обобщить уже полученные выше результаты о цикличности процессов
развития техники. При этом все другие традиционно интересующие
исследователей вопросы, связанные с циклами в экономике, в
науке, в образовании и пр. мы затрагивать не будем.
В литературе хорошо «прижилось»
понятие жизненного цикла каждого технического объекта,
включающего этапы его разработки, освоения, производства,
потребления и пр. [129, с. 15].
Рассмотрим, как появилась первая
в мире штатная ракета на жидком топливе, известная под индексом
ФАУ-2.
С глубокой древности (с XIII в.
н.э.) в Китае и в других восточных странах существовали
пороховые ракеты. В 1903 году русский учитель физики К.Э.
Циолковский показал, что если в такой ракете заменить порох на
жидкое топливо (например, жидкие водород и кислород), подаваемые
в камеру сгорания специальными насосами, то можно создать весьма
мощную ракету (если решить при этом проблему ее тепловой защиты,
поскольку иначе она просто сгорит).
До конца 20-х гг. исследователи
различных стран (Ф.А. Цандер и Ю.В.Кондратюк – Россия; Р.
Годдард – Америка; Г. Оберт – Германия) теоретически осмысливали
возможность разработки соответствующих космических ракет.
В конце 20-х гг. (в США – в
начале 20-х гг.) начались первые практические работы по созданию
жидкостных ракет или (и) двигателей к ним.
К концу 30-х гг. появилось
довольно много всевозможных экспериментальных ракет с дальностью
полета до нескольких километров, и только в Германии была
создана ФАУ-2, летавшая на расстояние в 230 километров.
Появилась, таким образом, первая штатная ракета, которая стала,
затем, тиражироваться на сверхсекретных фашистских заводах и
использоваться для обстрела английских городов. Всего по одним и
тем же чертежам до мая 1945 года было выпущено 10800 ракет [52,
с. 131-132].
В период с 1942 года по май 1945
года производилось и запускалось в среднем по 30 ракет, и после
окончания Второй мировой войны их выпуск прекратился.
Однако ее использование все еще
продолжалось. Немецкие специалисты вместе с В. фон Брауном, вся
техническая документация, несколько сотен собранных ракет и
большое количество отдельных их частей были перевезены в США.
Эти ракеты запускались на
полигоне в Белых песках (шт. Флорида) для тренировки стартовых
расчетов.
На этом судьба отдельного
технического объекта
- ФАУ-2 – закончилась. Запуски показали на низкую надежность
ракеты, поэтому ее стали совершенствовать, заменяя на ней части
системы управления, двигателя и пр. Стали появляться, таким
образом, ракеты нового качества, каждая из которых, разумеется,
тиражировалась (т.е. изменялось их количество при одном
качестве). Обычно модификации вводятся на новых сериях
технических объектов, объем которых бывает разным (в авиации и
космонавтике – это три-пять штук).
Отдельные технические объекты
составляли в своей совокупности новый, более широкий ряд,
который назовем параметрическим.
Опыт работ позволил в 1952 году
создать новую ракету «Редстоун», которая хотя и была прямой
«наследницей» ФАУ-2, тем не менее, представляла собой нечто
новое: кроме высокой надежности, она имела большую
грузоподъемность и могла нести атомную бомбу массой 5 т. Эта
ракета также была размножена и поступила на вооружение Армии
США. Появился, таким образом, другой отдельный объект, который
далее совершенствовался, составляя свой параметрический ряд.
Совокупность рядов ракет ФАУ-2 и «Редстоун» составила
генетический ряд, который был продолжен появлением ракет «Юпитер
А», а потом и «Юпитер С», также размноженных в больших
количествах и представлявших свои параметрические ряды.
Обратим внимание, что здесь мы
сталкиваемся с одной тонкостью, в отношении которой нет
достаточного понимания в литературе.
В самом деле, с точки зрения
Конструктора (НИИ ОКР) тиражирование не есть развитие. Он
считает развитием лишь процесс появления технических объектов
нового качества. Именно этот процесс развития изучает и Историк
техники. Однако с точки зрения руководителя предприятия, на
которое поступает оттиражированная техника – это, несомненно,
научно-технический прогресс этого предприятия. Отсюда возникают
временами недоразумения между специалистами, непонимающими друг
друга даже в условиях, когда обе стороны оказываются
сторонниками одних и тех же дефиниций.
Действительно, в работе [64] под
научно-техническим прогрессом понимается «…взаимосвязанное
поступательное развитие науки и техники, проявляющееся, с одной
стороны, в постоянном воздействии научных открытий и изобретений
на уровень техники и технологии, а с другой, - в применении
новейших приборов и оборудования в научных исследованиях» [64,
с. 115].
Здесь источником разногласий (или
непонимания) могут выступать слова «развитие…техники». Если они
исключают тиражирование технических объектов, то с этой
формулировкой согласятся и Конструктор, и Историк, но она будет
выглядеть абсурдной в глазах промышленника, руководителя
предприятия. Если она включает тиражирование, то становится
неинтересной и Историку, и Конструктору, но оказывается близкой
директору завода, фабрики и пр.
В.И. Ленин в одной из своих работ
отметил: «…прогресс техники в том и выражается, что человеческий
труд все более и более отступает на задний план перед трудом
машин» (ПСС, т. 1, с. 78).
Здесь в понятие технического
прогресса процесс тиражирования включен прямо и недвусмысленно.
Нетрудно понять, что и в этих
случаях проявляется проблема относительности развития, которую
современные авторы попросту не замечают. Разрабатывая подобного
рода формулировки, следует более строго ориентировать слова
«развитие» и «прогресс». В самом деле, если под
научно-техническим прогрессом понимается взаимосвязанное
поступательное развитие науки и техники для создания качественно
новых потребительных свойств последней, то это одно дело,
касающееся задач НИИ и КБ. В случае если это такое развитие,
целью которого выступает повышение производительности
общественного труда, то это совсем другое, включающее в себя и
развитие производства.
Однако вернемся к ракетам. Итак,
каждая из них имеет свой жизненный цикл, сущность которого мы
показали только что на примере ФАУ-2. Вместе с тем, почему-то до
сих пор никто не сфокусировал свое внимание на том простом
обстоятельстве, что он сам включает в себя более мелкие циклы,
которые только что были нами рассмотрены:
I.
Высказывание первой идеи и ее теоретическая разработка.
II.
Начальные практические работы по реализации идеи, первые
экспериментальные образцы; освоение этого объекта производством;
создание первого объекта, пригодного для штатной эксплуатации.
III.
Тиражирование объекта.
IV.
Снятие его с производства.
V.
Вытеснение из сферы потребления.
Обратим внимание, что с
принципиальной точки зрения, такой же жизненный цикл был и у
последующей ракеты, а это означает, что каждый из пяти
перечисленных более мелких циклов в будущем повторяются. В самом
деле, первый цикл, отрицаясь последующим вторым – пятым, вновь
повторяется на новой ракете, но на более высоком уровне. Налицо
повторяемость на высшей основе. Конечно, эта повторяемость не
является абсолютной: она выступает лишь в общих чертах, в
известного рода абстракции. Итак, имеет место цикл – его
отрицание другими циклами – повторение первоначального цикла на
высшей или иной основе.
Каждый из этих циклов, в свою
очередь, включает в себя ряд более мелких циклов.
В самом деле, разработка изделия
– это цикл, состоящий в появлении соответствующего (быть может)
научного открытия и следующего за ним изобретения, в разработке
проектно-конструкторской документации, в создании
экспериментального образца (а может быть и нескольких), в
испытаниях, в обработке их данных, во внесении изменений в
экспериментальный образец, вновь в испытании, в выпуске
сопутствующих документов и передаче его в производство.
Этот меньший цикл, являющийся
одним из многих в общем жизненном цикле, в свою очередь состоит
из этапов, представляющих из себя также циклы.
Например, разработка
проектно-конструкторской документации начинается во многих
случаях с составления предэскизного проекта. Затем выпускается
эскизный проект, потом проводятся расчеты, изготавливаются
чертежи, по результатам испытаний в них вносятся исправления,
наконец, выпускаются техническое описание и инструкция по
эксплуатации, а также и некоторые другие сопутствующие
документы.
Но и здесь наблюдается та же
картина: любой из представленных здесь этапов – цикличен, причем
эта архитектоника циклов такова, что они стремятся стать
исчезающе малыми: например, цикл заточки карандаша конструктором
или цикл закрепления листа ватмана на кульмане, которые, в свою
очередь, могут состоять и из еще меньших циклов.
По всей вероятности у рукотворных
феноменов циклы не устремлены в минус бесконечность, т.е. не
бывают бесконечно малыми и имеют некий предельный случай своего
уменьшения, хотя в сфере, скажем, элементарных частиц вряд ли
можно об этом вынести категорическое суждение.
Обратим внимание на весь
генетический ряд объектов, основанных на одном принципе, каждый
последующий из которых заменяет предшествующий, более полно
используя при этом соответствующее явление природы. Это тоже
цикл, и он включает в себя циклы всех отдельных технических
объектов, входящих в этот ряд.
Технические объекты, выполняющие
одну и ту же функциональную задачу, в ходе своего развития
«вглубь» постепенно исчерпывают возможности основного
научно-технического принципа и переходят к использованию новых
явлений природы (смена старой техники новой). Этот процесс может
повторяться сколько угодно много раз, включая в себя все новые и
новые параметрические ряды, т.е. образуя все более «длинный» по
времени генетический цикл.
В процессе развития техники эти
циклы стремятся по своей протяженности к плюс бесконечности.
Самый длительный среди известных в настоящее время циклов связан
с развитием орудий труда, которые, совершенствуясь, дошли до
наших дней из глубокой древности (50000 лет до н.э.) и еще будут
существовать неопределенно долго (вероятно до появления роботов
с искусственным интеллектом), а возможно и всегда.
Проведем мысленный эксперимент.
Возьмем цилиндр (камеру сгорания)
с отверстием (соплом) в одном из его торцов. Ко второму торцу
(головка) подведем две трубки, по одной из которых будем
подавать из одного бака спирт, а по другой из другого бака –
жидкий кислород. На этом же торце разместим также автомобильную
свечу. Прежде чем спирт впрыскивать в камеру, направим его с
помощью специального кожуха вдоль ее стенки в направлении от
сопла к головке. Спирт при этом будет снимать тепло со стенки,
охлаждая ее. И спирт, и жидкий кислород из баков будем вытеснять
избыточным давлением какого-либо газа.
Итак, мы получили простейший
жидкостный ракетный двигатель. Запустим его. Для этого начнем
подавать компоненты топлива в камеру и с помощью свечи
воспламеним их. Однако если мы на какую-то долю секунды
запоздаем с зажиганием, то скопившиеся в камере компоненты
топлива, загоревшись, создадут сильное давление и камера
разрушится. Эта проблема постоянно возникала перед всеми
исследователями в 30-е гг. независимо от того, где они работали:
в СССР, США или Германии.
Решим эту проблему тем или иным
способом, начнем (при давлении в камере равном 15 кг/см2)
увеличивать размеры камеры (т.е. ее тягу) и время ее непрерывной
работы. Конечно, при этом нужно предусмотреть больше топлива в
баках, а значит, следует увеличить их объем. Но так как в баках
создано избыточное давление, то с увеличением их объема нужно
увеличивать из условий прочности и толщину их стенок. В
результате масса баков становится весьма большой и необходимо
найти другой способ подачи топлива, не имеющий этого недостатка.
Допустим, что и эта проблема решена. Попытаемся теперь улучшить
экономичность двигателя (имеющего тягу, равную, например, 30 тс)
путем повышения давления в камере.
Однако это повышение должно
сопровождаться увеличением толщины внутренней (огневой) стенки
двигателя, на которую действуют сжимающие усилия хладоагента
(спирта), имеющего давление в охлаждающей рубашке выше, чем
давление в камере. Но утолщение стенки не может продолжаться до
бесконечности, т.к. оно ухудшает условия теплопередачи от
продуктов сгорания к хладоагенту – с повышением давления в
камере, исходя из этих условий, толщину стенки, наоборот, нужно
делать тоньше. Опять возникла проблема, решением которой
вынуждены были заниматься в свое время специалисты разных стран.
В результате нашего «мысленного»
эксперимента мы, по существу, смоделировали (в основных чертах)
ранний этап развития жидкостных ракетных двигателей, разработка
которых проводилась в разных странах независимо и в условиях
большой секретности. Оказывается, таким образом, что параллельно
протекающие процессы развития технических объектов имеют
повторяемость на одной основе, что являет собой отражение
одинакового действия внутреннего и внешнего «механизмов» этого
развития в рамках схожих внешних условий.
Закономерность повторяемости на
одной основе позволяет утверждать, что циклы распространяются и
по своей широте: в пространстве. С одной стороны, они стремятся
к некоторой бесконечно малой величине (например, к циклу на
уровне простейшего элемента технического объекта: болт, гайка,
шайба и пр.), а с другой – к бесконечно большому своему ареалу
(вся техника, все техника галактики).
Таким образом, весь процесс
развития техники состоит из циклов: от весьма узких до очень
широких, от крайне кратковременных до чрезвычайно длительных.
Нет развития вне циклов. Цикл – основа развития техники, его
элементарная ячейка, а повторяемость на высшей основе (через
закон отрицание отрицания) – одна из основных его
закономерностей.
В разделе о взаимодействии
революций в процессе материального производства показано, что в
ходе развития производительных сил наблюдаются четко выраженные
многоуровневые циклы. Прежде всего, это большие циклы,
охватывающие времена и события от одной до другой
производственной революции, от технической до технической
революции, от революции до революции в технологических методах и
формах организации производства. Каждая последующая революция
осуществляется на более высоком уровне по сравнению со своей
предшественницей, так что развитие идет по спирали в
соответствии с законом отрицания отрицания.
Длительность каждого цикла при
этом с течением времени уменьшалась.
В самом деле, от первой до второй
технической революции прошло примерно 1 млн. лет, от второй до
третьей – 50 тыс. лет, от третьей до четвертой – около 200 лет и
от четвертой до НТР – примерно 100 лет.
Сокращаются периоды
производственных переворотов, т.е. время от технической до
производственной революций, а также и периоды между каждой из
соседних революций.
Интенсификация – одна из
определяющих закономерностей развития Техники и Производства.
