Глава VI. Определяющие тенденции развития техники

Определяющие тенденции развития любого феномена, в том числе и техники, наиболее удобно выявлять с помощью приема, известного как периодизация.

К сожалению, до сравнительно недавнего времени (точнее, до выхода нашей статьи [93]) не был разработан методический подход к разработке научно-обоснованной периодизации.

Академик Б.М. Кедров писал, что «Проблема периодизации какого-либо исторического процесса – это, в сущности, вопрос о структуре этого процесса, о его закономерном членении на отдельные отрезки (периоды и этапы), из которых он складывается» [41, с. 365].

Однако в этом объяснении ничего не говорится ни о том, зачем необходимо это членение, ни о методических подходах к его практическому осуществлению.

Проблема периодизации для инженеров представляется достаточно сложной. Автор этих строк однажды, выступая на заседании секции истории авиации и космонавтики в ИИЕиТ РАН, сказал, что эта проблема – не теория пограничного слоя и инженеры не имеют право ее не понимать. В ответ на это профессор М.Л. Галлай (бывший летчик-испытатель) высказался в том смысле, что, наоборот, это теория пограничного слоя – не периодизация и не может быть не понятной инженерам.

Этот вопрос мы в целом разработали применительно к истории техники еще в середине 70-х гг. и с тех пор неоднократно рассматривали его на различных научных заседаниях. Полученные результаты весьма активно используют в своей практической работе многие исследователи, особенно, специализирующиеся на истории авиации и космонавтки, и достаточно хорошо себя зарекомендовали. Однако, к сожалению, опубликованы они были только в 1990 году в сборнике «Актуальные вопросы истории техники», выпущенном совместно Политехническим музеем и ИИЕ и Т РАН. Однако сборник этот, с одной стороны, малоизвестен, а с другой – представлял собой расшифрованные записи устных выступлений авторов на семинаре в этом музее, так что был лишен научно-справочного аппарата. Поэтому прежде, чем перейти к обсуждению поставленного в настоящем разделе вопроса, остановимся на методологических подходах к самой периодизации.

После социалистической революции в России и до середины 50-х гг. в истории техники использовалась периодизация, принятая в истории общества, которая в то время строилась по «векам», «по царям», по «общественно-экономическим формациям». Последний подход получил в истории техники особенно широкое распространение. Периодизацию по общественно-экономическим формациям предлагалось использовать не только в работах по всеобщей истории техники (т.е. истории техники всех времен и народов), но и в исследованиях по истории отдельных технических средств. Так, например, в работе [35] некоторые историки техники критиковались за использование периодизации летательных аппаратов, основанной на появлении принципиально новых их типов («до Монгольфье», до «Райтов» и т.д.). При этом отмечалось, что такая периодизация не научна и предлагалось изучать историю авиации по общественно-экономическим формациям [35, с. 4].

В 1951 году в журнале «Вопросы истории» [67] появилась редакционная статья, подводившая итоги дискуссии о периодизации истории СССР. В ней, в частности, отмечалось, что «участники дискуссии единодушно высказались за пересмотр старой, существующей ныне периодизации. В ее защиту в ходе дискуссии не раздалось ни единого слова. …В принятой ныне «периодизации непомерно большое место занимает «государственный принцип» … В наших учебниках сохранились элементы периодизации «по векам» и «по царям» [67, с. 54]. Сама по себе неудовлетворенность в этом вопросе была уже определенным шагом вперед, однако нового подхода в ходе дискуссии предложено не было.

В тот период историки техники по-прежнему продолжали использовать для анализа развития техники периодизации, характеризующие развитие общества. На заседании Комиссии по истории техники, состоявшемся 16-17 декабря 1952 года, например, отмечалось, что периодизация, данная в Кратком курсе истории ВКП (б), «…является руководящей при освещении истории производства техники в целом и ее отдельных отраслей» [32, с. 159].

В середине 50-х гг. в работе [32] впервые был предложен подход к разработке периодизации на основе внутренних закономерностей развития техники. При этом подчеркивалось, что нельзя одну и ту же периодизацию применять для всеобщей истории техники и истории отдельных ее отраслей и, тем более, для истории отдельных машин и механизмов [32, с. 161-162]. Эта, безусловно, целесообразная идея была поддержана С.В. Шухардиным, подробно рассмотревшим ее в работе [128], остающейся до сих пор единственным учебником по истории техники. Однако историки приступили к разработке подходов, основанных на поиске универсальной периодизации, пригодной для всех технических средств, находящихся на одном иерархическом уровне техники. С.В. Шухардин, например, выделил три таких уровня:

• -        вся техника,

• -        отдельные ее области,

• -        отдельные технические средства.

Для каждого из них он попытался найти одну закономерность и разработать на ее основе соответствующую периодизацию. Ход его рассуждений нетрудно реконструировать. Они состояли примерно в следующем. Каждое техническое средство имеет закономерности специфические, присущие только ему, и общие, проявляющиеся в развитии всех средств. Если в основу периодизации отдельного средства положить общую закономерность, то удается разработать универсальную периодизацию, пригодную для каждого из средств. Из множества общих закономерностей, которым подчиняется развитие каждого технического средства, С.В. Шухардин выбрал одну – характеризующую последовательность работ по созданию соответствующего средства. Он, в частности, писал:

«Таким образом, машины, орудия труда, способы и методы ведения работ в своем развитии проходят следующие периоды: рождение идеи, разработка первой конструкции (способа), испытание первых образцов, доводка конструкции до работоспособной, внедрение в производство, широкое использование в производстве, замена новой техникой» [128, с. 110].

Подход, основанный на использовании некоторой универсальной периодизации, получил широкое распространение и находил свое отражение по существу во всех появлявшихся время от времени методологических работах, посвященных этому вопросу. Так, например, в работе [23] предлагается периодизацию (всех!) технических средств выбирать на основе качественных скачков в развитии методов изучения физических принципов, лежащих в основе этих средств.

Принимая в целом положение работы [32] о том, что периодизация должна быть основана на некоторой закономерности (определяющей тенденции, которая обычно закономерна в развитии техники) развития, добавим одно весьма существенное положение. Периодизация должна выделять, «подчеркивать» эту закономерность. В этом плане она становится удобным «инструментом» для выявления новых не известных ранее закономерностей.

Поэтому, исследователи, преследующие цель выявить новую закономерность, должны стремиться не к универсальной, а, наоборот, к индивидуальной периодизации. Каждое техническое средство имеет множество закономерностей, а значит, его развитие может характеризоваться множеством периодизаций (для каждой закономерности – одна периодизация).

Если периодизация «подчеркивает» соответствующую закономерность, то очевидно, что периоды развития имеет лишь феномен, являющийся системой. Периодизация развития любой системы должна быть тесно связана как с целью исследования, так и с сущностью самой системы (предмета исследования). Нельзя в рамках рассматриваемой системы периодизацию, пригодную для одной цели, использовать в исследовании, преследующем другую цель. Аналогично, изучая одну систему, нельзя для анализа ее развития применять периодизацию, пригодную для изучения другой системы.

В уже цитировавшейся работе [23] автор, помимо стремления к универсальной периодизации, допускает еще одну неточность, по существу, предлагая о закономерности развития субстанциальных аспектов технических средств судить по развитию методов изучения физических принципов, на которых основана работа этих средств. Другими словами, здесь налицо подмена одной периодизации другой, пригодной для иной цели.

В уже цитировавшейся теоретической работе [41] академик Б.М. Кедров, рассматривая вопрос о принципах периодизации в истории естествознания, писал, что при его решении необходимо исходить из учета «…взаимодействия двух главных моментов научного движения, один из которых выступает как движущаяся сила развития науки, как лежащий вне самой науки, другой – как собственная логика движения научного познания, заключенная внутри самой науки и выражающая ее относительную самостоятельность» [41, с. 367]. Нетрудно видеть, что в предложенном подходе также содержится попытка судить о развитии науки по характеру изменения ее взаимосвязи с внешними по отношению к ней факторами. Поэтому для общего случая такой подход нецелесообразен, хотя он, разумеется, вполне приемлем для решения задачи о взаимосвязи науки с этими внешними факторами.

Для того, чтобы лучше понять сущность этой широко распространенной ошибки, проведем одну аналогию. Предположим, что нам поручено составить описание дороги (например, описание маршрута для автомобильных гонщиков), т.е. установить места где дорога асфальтирована, где она грунтовая, где горная, имеющая многочисленные повороты и т.д. Мы отправляемся в путь и после выполнения этой работы представляем следующие ее результаты: дорога делится на три части – сначала она проходит около прекрасного луга, затем идет по берегу чудесного озера и, наконец, через изумительный сосновый бор. Нам говорят: «То, что за бортом автомобиля красиво – это, конечно, хорошо, но какова сама дорога, какие данные вы привезли для штурмана гоночного автомобиля?»

Если дорога – развитие конструкции технического средства (вообще, развитие той или иной системы, предмета исследования), а местность вокруг нее – внешние по отношению к нему факторы, то совершенно очевидно, что указанная ошибка в выборе основания для периодизации сродни нашей ошибке при описании дороги. В этом примере периодизация, соответствующая поставленной цели исследования, оказалась замененной периодизацией, которая могла бы хорошо служить для другой цели. Заметим, что описание дороги с целью выделения ее участков, подлежащих ремонту, будет совсем иным, чем в случае, когда оно производится для составления карты штурмана гоночного автомобиля.

Каждая система взаимодействует с окружающей средой: с другими системами (например: техника – с наукой), с включающей ее более сложной системой (например: техника – с обществом). Периодизация должна отражать развитие рассматриваемой системы, а не развитие некоторого элемента окружающей среды, как это имеет место в работах [23, 41] и др.

Любая система состоит из ряда простых систем, ее составляющих, а следовательно ее периодизацию нельзя основывать на качественных скачках в развитии одного какого-либо ее элемента. Нельзя, например, при анализе развития ракет использовать периодизацию, отражающую закономерность развития двигателя. В этом случае периодизация автоматически будет направлена на выявление роли двигателестроения в развитии ракет, т.е. на решение совсем другой задачи.

Указанные неточности нашли свое отражение и в периодизации всеобщей истории техники (т.е. техники всех времен и народов). Подход к ее разработке был изложен в работе [121] и состоял в следующем.

Автор считал, что «… предметом изучения истории техники как науки является развитие производительных сил» [128, с. 107]. Не вдаваясь в полемику по этому вопросу, акцентируем внимание на последующих его рассуждениях. «Для того чтобы определить главные периоды в их истории, - писал он, - необходимо сначала установить основу периодизации. Такой основой должны быть орудия производства, т.е. одна из составных частей производительных сил» [128, с. 107]. Нетрудно видеть, что этот подход таит в себе противоречие. Почему при анализе развития производительных сил периоды определяются по качественным скачкам только в технике? Другими словами, здесь делается попытка подменить анализ сложной системы системой простой, ее составляющей. В результате дальнейших рассуждений в работе [128] приводится следующая периодизация развития производительных сил:

1.      Возникновение и развитие орудий труда в условиях первобытнообщинного способа производства.

2.      Развитие и распространение сложных орудий труда в условиях рабовладельческого способа производства.

3.      Развитие и распространение в условиях феодального способа производства сложных орудий, приводимых в действие силами природы.

4.      Возникновение в условиях мануфактурного периода предпосылок для создания машинной техники.

5.      Распространение рабочих машин на базе парового двигателя в период победы и утверждения капитализма в передовых странах.

6.      Развитие системы машин на базе электропривода в период начавшегося упадка капитализма.

7.      Подготовка и осуществление перехода к автоматическим системам машин в условиях общего кризиса капитализма и строительства социализма [128, с. 108].

Эта периодизация была принята Министерством высшего образования СССР для программы курса «История техники» для высших технических учебных заведений. Хронологические рамки для периодов были выбраны по аналогии с трудами по «Всемирной истории», т.е. началом и концом периодов служили социальные революции:

I период: 700 – 600 тыс. л. до н.э. – IV –тыс. до н.э.

II период: IV – III тыс. л. до н.э. – IV – V вв. н.э.

III период: IV – V вв. н.э. – XIV –вв.

IV период: XIV – XV вв. – конец XVIII в.

V период: конец XVIII в. – начало XIX – 70-е гг. XIX в.

VI период: 70-е гг. XIX в. – 1917 г.

VII период: 1917 г. до наших дней.

Анализ этой периодизации позволяет утверждать, что ее авторы исходили не столько из логики развития производительных сил, сколько из закономерностей развития взаимосвязи техники с развитием общества. Основывая периодизацию развития производительных сил лишь на изменениях в технике (а также и в производственных отношениях), они не учитывают важные моменты развития других элементов производительных сил. Кроме того, так как революции в технике происходят в середине общественно-экономических формаций, то характеризуя развитие производительных сил только развитием техники, авторы логично должны были начало и конец периодов выбирать по техническим революциям, а не по революциям социальным. Если же рассматривать действительно производительные силы, то следует периоды их развития выбирать по производственным революциям. В периодизации, в результате, появляются неточности в характеристике периодов, так, например, сложные орудия труда развивались не только в рабовладельческом периоде, но и  при первобытнообщинном строе.

Таким образом, периодизация процесса развития должна быть тесно связана с объектом (предметом) исследования и его целями и задачами. При этом не следует периодизацию рассматриваемой системы подменять периодизацией любой другой системы, как из окружающей среды, так и из состава подсистем, входящих в данную систему.

Разобравшись с сущностью периодизации, обратимся теперь к взаимосвязи революций в процессе материального производства и составим периодизацию развития техники и технологических методов и форм организации труда.

Итак, для техники получим такие периоды.

I.         Искусственно созданные из дерева, камня и кости преимущественно однозвенные орудия труда, появившиеся приблизительно 700-600 тыс.л. до н.э.

II.       Составные, преимущественно 2 - 3-х-звенные орудия труда (40-10 тыс. лет до н.э.)

III.     Гидравлические и ветряные машины (мельницы и пр.): конец Х – первая половина  ХII в.

IV.     Рабочая машина и универсальный паровой двигатель, механическая техника (вторая половина XVIII– начало XIX в.)

V.       Автоматическая техника на основе использования электричества, заменяющая в непосредственном производственном процессе не только физические, но и логические функции человека (ХХ в.)

Нетрудно понять, что критерием этой периодизации выступают конструктивные особенности технических объектов, составляющих в своей совокупности технику.

Однако при анализе процессов ее развития можно выделить и иные его закономерности, изменяя лишь критерий периодизации. Если в качестве последнего принять преимущественное назначение техники, то периоды станут такими:

I.         Орудия труда для присваивающей экономики.

II.       Орудия труда и машины для производящего сельского хозяйства.

III.     Машины, предназначенные преимущественно для индустрии.

IV.     Автоматическая техника, служащая для вытеснения человеческого труда из непосредственных технологических процессов в индустрии, сельском хозяйстве, быту и других аспектов человеческой деятельности (т.е. как из предметно-трудовой, так и из функционально-трудовой деятельности).

За рубежом широко принята такая периодизация:

I.         Техника для сельского хозяйства.

II.       Индустриальная техника.

III.     Постиндустриальная техника.

По своему интересной представляется периодизация, предложенная В.П. Кузьминым, в основе критерия которой использовалась доминанта структуры развития производительных сил. Автор этой идеи (наблюдения) считает, что существует ряд коренных факторов развития производства: труд, средства производства (труда), знания, при этом один из них в ходе развития выдвигается как бы вперед, становится «доминантой развития».

Тогда соответствующая периодизация примет такой вид:

I.       Живой труд.

II.       Труд овеществленный.

III.     Наука, становящаяся непосредственной производительной силой [50, с. 185].

Несмотря на то, что свои рассуждения В.П. Кузьмин относил к производительным силам, их вполне можно спроецировать и на технику, конечно, с учетом наших суждений о науке как производительной силе:

I.       Техника для ручного труда.

II.       Техника для машинного производства.

III.     Автоматическая техника для комплексно-автоматизированного производства.

В работе [74] критерием периодизации была принята сложность технических систем, которую ее автор оценивал как с количественной стороны (число элементов системы), так и с качественной (характер связи между элементами). Соответствующая периодизация имела такой вид:

I.         Малые, или простые предметы, когда человек стал выделять в окружающей среде отдельные, цельные предметы и использовать их для кратковременного воздействия друг на друга.

         Добавим, что этим воздействием был в основном удар.

II.       Превращающиеся предметы (дерево – горит, обожженная глина – приобретает твердость и пр.)

Это период составных орудий, переход к производящей экономике. Здесь появились сверление, шлифовка.

III.     Большие или сложные предметы, создаваемые с помощью жестких связей, системы хотя и многоэлементные, но статические, с неизменными связями между их элементами: корабли, здания, плотины и пр. (конец неолита – мануфактуры XVIII в.)

IV.     Малые или простые динамические системы (мельницы) с относительно небольшим числом элементов (10-1000), взаимодействующих строго определенным образом.

Текущее состояние системы и окружения однозначно определяют следующее состояние системы (техническая революция XVIII в. – до конца XIX в.)

V.       Большие или сложные системы с числом элементов порядка 10⁴–10⁷, взаимодействующих массово, случайно, т.е. по законам вероятности; текущее состояние системы и окружения определяет вероятность следующего состояния системы (автоматические цехи, телефонные станции, электронные вычислительные машины и пр.) – НТР.

VI.     Превращающиеся или ультрасложные системы с числом элементов порядка 10⁸-10³⁰ и сложной организацией связей между элементами так, что система становится способной к росту, развитию, превращению своей структуры. Такие системы изменяют не только свои состояния, но и строение, а потому могут приспосабливаться к окружающей среде подобно живым организмам (вероятно они появятся во второй половине XXI в.).

Ряд определяющих тенденций связан с взаимообусловленностью техники и природы. Прежде всего тут следует отметить энергетику, которая в процессе развития общества постоянно дополнялась все новыми и новыми ее источниками:

I.         Энергия Солнца и огня (древность - V – VII вв.)

II.       Кинетическая энергия воды и ветра (V – VII вв. - XVIII в.).

III.     Химическая энергия органического ископаемого топлива: каменный уголь, нефть, природный газ (XVIII – середина XX в.)

IV.     Атомная энергия – энергия деления плутония, тория и др. (вторая половина XX в. – возможно, середина XXI в.).

V.       Солнце, приливы и отливы, движение рек, ветер, геотермальная энергия, химическая энергия растений и пр. Энергия термоядерного синтеза.

VI.     В целом все эти источники энергии вовлекаются в производственные процессы и сосуществуют, вместе, а не заменяют друг друга. В таблице II приведены запасы энергии на Земле [3, с. 95], откуда, в частности, следует, что свои надежды на будущее человечество должно связывать с термоядерной энергией, если ею удастся овладеть. Чрезвычайно перспективной, в противном случае может оказаться солнечная энергия, запасы которой безграничны, с одной стороны, и уже сейчас есть проекты космических солнечных электростанций, преобразующих и передающих ее на Землю, чрезвычайно привлекательна геотермальная энергия, запасы которой также безграничны.

 

Таблица II

 

Общая тенденция потребления энергии противоречива: с одной стороны, снижается удельная энергоемкость производства, а с другой – наблюдается неуклонный рост суммарного ее потребления. Так, например, в Западной Европе с 1920 по 1953 год суммарное потребление первичных источников энергии возросло только на 40%, а промышленное производство – на 250% [3, с. 97]. В то же самое время рост ее потребления увеличивался в год на 4-5%.

Нетрудно понять, что проблема энергетики будет ждать человечество всего через 150 от силы 200 лет.

Второй аспект развития энергетики – это преобразователи энергии, которые имели такие периоды своего развития:

1.      Человек, животные, растения.

2.      Ветряные и гидравлические машины.

3.      Паровые машины.

4.      Электрические машины, двигатели на углеводородном топливе.

5.      Ядерные реакторы, ракетные и реактивные двигатели.

Одна из особенностей развития преобразователей энергии состоит в последовательной и неуклонной интенсификации энергетических процессов. Если в 1900 году тепловые процессы сопровождались температурами примерно около 200°С и давлениями, не превышающими 10 атм., то в 60-е – 80-е годы ХХ в. известны процессы с температурой порядка 4000°С при давлениях 200 атм. и скоростями движения газов, достигающими 4500м/с.

Чрезвычайно большое значение для развития техники имеют используемые в ней материалы. Их определяющую тенденцию можно представить такими периодами:

1.      Неметаллы, встречающиеся в природе в естественном виде: камень, дерево, кость.

2.      Металлы, встречающиеся на Земле и в ее недрах в естественном виде: медь, бронза, железо.

3.      Металлы, не существующие в природе в естественном виде: чугун, сплавы меди, железа и пр.

4.      Редкие и редкоземельные металлы, искусственно созданные неметаллы: вольфрам, бериллий, тантал, ниобий и пр., скандий, осмий, керамика, пластмассы и пр.

Даты периодов здесь очевидны. Остановимся более подробно на современном, четвертом периоде, начавшемся приблизительно в годы второй мировой войны и первые послевоенные годы. В развитии материалов в это время сформировались свои, этапные закономерности (определяющие тенденции).

Еще в начале 40-х годов в США были разработаны пластмассы на основе полиэфирных, меламиновых, фенольных, эпоксидных и прочих смол, армированных стекловолокном*.

В 1943 году из пластмассы были изготовлены двери и баки для топлива самолета ВТ-15 [137, с. 89-90; 142, с. 95,96; 144, с. 55]. К концу второй мировой войны пластмассы уже применялись и в других областях военной техники – из них делали лодки, тару, шлемы, палатки, обтекатели радиолокационных станций и некоторые другие предметы.

Однако в то время пластмассы имели ряд серьезных недостатков, что сдерживало их практическое применение. С другой стороны, их неоспоримое достоинство – они при той же прочности имели существенно меньшую удельную плотность – являлось движущей силой их развития и недостатки шаг за шагом устранялись. В 1953 – 1955 гг. были созданы высокотемпературные пластмассы на основе фенольных смол [140]. Когда перед специалистами по ракетной технике встал вопрос о теплозащите возвращаемых космических аппаратов и головных частей ракет, они обратили внимание на этот материал. Им покрывали корпус летательного аппарата. Под влиянием высоких температур пластмасса испарялась, поглощая много тепла, так что сам корпус оставался относительно холодным.

Мы не случайно остановились так подробно на истории пластмасс, армированных стекловолокном потому, что их появление создало предпосылки для становления целой области современной науки и техники – космонавтики. Все возвращаемые космические аппараты, аппараты, спускаемые в атмосфере других планет, конуса и корпуса ракет имеют теплозащиту на основе таких пластмасс, получившую название абляционного охлаждения.

Большинство из таких материалов, как тантал, ниобий, молибден, гафний и пр., в 30-е годы были редкостью даже в научных лабораториях, не говоря уже о их практическом использовании. В то время, например, считалось, что ниобий – вредная примесь в танталовом сырье, и весь мировой запас изделий из ниобия (листы, проволока и т.д.) составлял в 1930 году всего 10 кг [141, с. 5].

В 40-е годы они потребовались в радиоэлектронике, металлургии, химическом машиностроении, медицинской технике и пр., что привело к бурному их развитию.

Большое значение для этого имели научные достижения. К этому времени в результате успехов в физике твердого тела ученые поняли, что качество металлов ухудшается, если в их кристаллических решетках имеются примеси (так называемые дислокации), а с другой стороны, если эти дислокации будут специальным образом расположены в этих решетках, то качество металлов начинает приближаться к теоретически возможному. Появилась, фактически, возможность создавать материалы с заранее заданными свойствами.

После войны были освоены также и магниевые и титановые сплавы, рений, скандий и пр.

Создаются всевозможные композиционные материалы типа: «металл – металл», «металл – неметалл», «органика – неорганика», «органика – органика».

Все это дает возможность обеспечить соответствующим материалом каждый специфический технологический процесс, каждую деталь будь-то поглотитель нейтронов в атомных реакторах или элементарный рабочий инструмент. Другими словами, наблюдается четко выраженная тенденция к специализации конструкционных материалов.