Развитие техники от простейших орудий труда до космонавтики

содержание Введ е ние 1. Р азвити е техники в древности 2. С тановлени е экспериментальной науки и динамика развития техники 3. Причины, побуждающие развитие техники 4. Сопоставление д уховн ой и материальной культур 5 . Теория - основа технического разв и тия 5 .1. Гипотеза – предшественник теории 5 .2. Теория – высшая форма организации научного знания 6 . Теория движени й изделий космической техники 6.1. Краткая и стория развития космонавтики 6 . 2 . О раз витии теории движений изделий РКТ Заключение Список литерат у ры ВВЕДЕНИЕ С целью исследования причин бурного развития техник и за последние сто-двести лет в работе кратко излагается история её разв ития с древнейших времён и приведено краткое описание л о гики развития техники. Т е хника (о т греч. t й chne — искусство, мас терство, умение), совоку п нос ть средств чел о веческой де ятельности, создаваемых для осуществления процессов производства и об служивания непроизводственных потребностей общества [1]. В т е хнике материализованы знания и опыт, накопленные чел о вечеством в ходе развития общественного производства. Основное назнач е ние т е хники ранее было – частичная или полная замена произво д ственных функций человека с целью облегчения труда и повышения его производ и тельности, в настоящее время – соз дание и совершенствование т.н. техносф е ры, отражающей материально-техническую культуру жизни и нау чно-производственного процесса. Т е хн и ка позволяе т на основе познания законов природы существенно повысить эффективнос ть трудовых усилий человека, расширить его возможности в процессе целес ообразной трудовой деятельн о сти; с её помощью рационально (комплексно) используют природн ые ресу р сы, осваивают недра Земли, Мировой океан, воздушное и космические пр о стра н ства. Показана важная роль в этом процессе появлений теори й, как таковых. Приведены понятия и основные признаки теорий, гипотез и др угих логич е ских конструкций, на основе которых р азвиваются науки и как результат обогащается материальная культура че ловеч е ства. Как пример современного развития взята одна из областей науки и те х ники: ра с сматривается история ракетной техники и, в частности, создание и развитие математических моделей движ е ния ракет-носителей и космических аппаратов. Работа завершается выв о дами в разделе «Заключение» . 1. Развитие техники в др евности « Разум растет у людей в соответствии с мира познаньем...» Эмпедокл (древнегреческий философ, врач, политический деяте ль 5 в. до н.э.) Начальный пе риод предыстории человечества называется палеолитом (греч. lithos — камень) – древним каменным веком [2]. Но это только так г о ворится, на самом деле на этот «век» приходится 98% всег о времени сущ е ствования че ловека (начиная с homo habilis – человек искусный, уме лый – появившийся около 2 млн. лет назад). В некоторых уголках Земли этот « век» продолжае т ся до сих по р. Орудия труда человека той эпохи довольно однообразны: куски камня, слегк а обраб о танные с одной, редк о с двух сторон, для придания им режущей или колющей формы. Эти орудия упот реблялись для самых различных ц е лей, т.е. они были универсальными. Человеческая техника развивалась чрезвычайно медленно. Проходит не од но тысячелетие, прежде чем в отделке каменных орудий замечается к а кой-либо прогресс. В [2] высказана версия о том, что медленный прогресс связан с тяжёлыми условиями жизни и окружающей среды. Однако, это об ъ яснение является сомнительным, учитывая наличие в некоторы х областях Южной Америки, Африки и Австралии племен людей, живущих в благ опр и ятных климатических у словиях и имеющих развитие близкое каменному в е ку. Скорее наоборот, дефицит средств для выживания и экстремальные усл о вия жи зни ст и мулируют развитие. М едленное развитие орудий труда в эпохи палеолита объясняется, возможно, развитием человечества в других обл а стях. Например, при объединении людей в сообщества (с целью вы живания) возникает необходимость в формировании и совершенствовании о бществе н ных взаимоотношен ий (т.е. духовных и психических установках, необход и мых для устойчивости и жизнестойко сти коллектива), а также обмена и н формацией – яз ы ка. За палеолитом следует неолит – новый каменный век – период, когда каме нные орудия подвергаются всё более тщательной обработке в зависим о сти от их назначения этот «век» длился ок о ло 10-12 тыс. лет. Первобытные люди учились у природы, подражали ей, не вникая в причины про и с ходящих механических яв лений. Случайно отогнутая ветка дерева, стремительно возвращавшаяся в с воё исходное положение (лук, кат а пульта и т.д.); сваленное бурей катящееся дерево (катки, колесо, инерцио н ная ловушка для зв еря); опасность которую таит в себе яма, прикрытая лис т вой (запа д ня). Известные ловушки первобытных народов были весьма разнообразны и совр еменным учёным не всегда удаётся понять принципы работы остроу м ных ловушек, а порой и сомневаться в своих знаниях механики [2]. По ко н структивным и механическим принц и пам эти ловушки разделяют на четыре основные группы: западня; ловушки, основанные на применении силы тяж е сти; пружи н ные ловушки; крутильные ловушки. Иногда они представляют собой довольно сложный механизм. Инде й цы монтанье и наскапи на Лабрадоре, например, строят медвежьи западни, которые обрушивают на животное четыр е-пять тяжелых древесных стволов, но для немедленного приведения западн и в действие достаточно лёгкого прикосновения медвежьего носа, обнюхив ающего приманку. Пожалуй, нет лучшего способа проверить технические возможности первоб ытного мастера, как воспользоваться его же орудиями труда. Попр о бовали срубить каменным полирован ным топором дуб диаметром 20 см. Ле з вие совершенно не пострада ло. Провели сравнительный анализ рабочих к а честв тесанного и полированного топоров (появившегося тысячелетия сп у стя): послед ний оказался лучше. Сосну диаметром 17 с м тёсанным т о пором свал или за 7 минут, такое же дерево полированным топором за 5 минут. Уч ё ные лаборатории первобытной техни ки Ленинградского института археол о гии АН СССР пр о в ели аналогичный эксперимент на берегах Ангары. Сосну диаметром 25 см срубили каменным топором за 75 м инут непрерывной раб о ты, а м едным за 25 минут. Так выяснили, что медный топор рубит в три раза быстрее тв ердокаме н ного. Появление металлических орудий в бронзовом веке позволило резко увели чить произв о дительность т руда. Опыты показали, что медным ножом можно обстругать сук в 10 раз скорее, чем каменным , медным сверлом пр о сверлить берёзовое полено в 22 раза быстрее , преимущество мед ных пил также явное – в 15-20 раз быстрее! В позднем мезолите (эпоха каменного века, переходная между пале о литом и неолитом) произошло событи е крупнейшего исторического масшт а ба, которое и разделило палеолит с неолитом. В Передней Азии л юди сдел а ли решающий шаг к о своению земл е делия и ското водства. В неолите уже не только на Ближнем Востоке, но и в Египте обработк а земли и разведение д о машн их животных стали основой экономики [2]. Эволюция обществ, пер е шедших от присваивающего хозяйств а к производящему, была стремител ь ной, абсолютно не сравнимой с медленным развитием племён, по- прежнему занима ю щихся охо той и рыболовством. Однако мотыга и плуг были созданы не в одночасье. Их предшестве н ником было орудие, названное учёны ми «бороздовой палкой». Это простая длинная палка с острым сучком на о д ном конце. Такой палкой мож но было не только ковырять землю, добывая для пропитания «дары пр и роды», но и прокладывать борозд ы, отделяющие гряды одну от другой. Иногда эта палка имела плоский конец. О тсюда ведёт своё происхождение заступ или лопата. Только постепенно на п ротяжении многих столетий совершенствуется эта палка в мотыгу или кирк у – орудия од и наково распр остраненные и в Африке, и Азии, и в Северной Америке. Ещё в начале XX века на Алтае сохранялось подо бное орудие, наз ы ваемое «об ыл», и простейшая лопата – озуп. Около 7 тыс. лет назад возникают первые цивилизации на берегах Н и ла, Тигра, Евфрата, несколько позже – на берегах Инда и Желтой реки. Земля Шумера была расположена примерно в пределах южной части современ ного Ирака. Это плоская равнина наносного происхождения с чре з вычайно жарким и засушливым климат ом. Невозделываемые земли, обдув а емые ветрами, в большинстве своём засушливы и бесплодны. Это была «б о гом проклятая земл я», казалось бы, обречённая на нищету и запустение. О д нако люди, населявшие эту страну и н азывавшиеся с III тыс. до н.э. шумер а ми, были наделены способностью к созиданию и практическим складом ума. «Они сделали замечательные технические изобретения и умели настойчиво упорно тр у диться, добиваяс ь удовлетворения всех своих нужд», – пишет американский профессор Сэмю эль Н. Крамер, родившийся в России, в книге «История начинается в Шумере». Несмотря на неблагоприятные природные условия, они превратили Шумер в и стинный «сад Эдема». При помощи ирригационных каналов они направляли во время разлива рек Е в фрата и Тигра их богатые илом воды на поля и сады, орошая и удобряя зе м лю. За неимением камня шумеры научи лись изготавливать из обожённой речной глины, запасы которой были неисч ерпаемы, серпы, горшки, тарелки и кувшины. Восполняя недостаток дерева, он и начали сооружать хижины и з а гоны для скота из высушенного болотного тростн и ка, связывая его в вязанки или сплет ая из него циновки, которые з а тем скрепляли глиной. Они изобрели парусную лодку, научились возводить арки, сводчатые постро йки и купола, изготавливать литьё из бронзы, освоили пайку металлов, резь бу по камню, гравировку и инкр у стацию. Уровень материальной культуры и технических знаний древних шум е ров, явившейся основой для Вавилоно-Ассирийской культуры, исследоват е ли, естественно, определяют на осно вании многочисленных предметов и орудий, найденных при археологически х раскопках. Однако, благодаря во з никновению подлинной письменности – клинописи, немало све дений п о черпнуто из шумерс кой художественной литературы, которая состоит из м и фов, эпических поэм, гимнов, на д гробных плачей, летописей и поу чений. Там же в Месопотамии с середины IV тыс. до н.э. известно колесо – в е личайшее изобр е тение в истории человечества [2]. Пра родителем колеса был каток, который также имеет свою историю создания. Е го прообразом, вер о ятно, был о упавшее и покатившееся с горы дерево. Дерево превращали в к а ток, подкладывая под тяжёлые ствол ы других деревьев, лодки или камни, к о гда их перетаскивали. Найденный при раскопках в Месопотамии усоверше н ствованный каток выгл я дит следующим образо м. Путём простого обжига его средняя часть сделана тоньше для уменьшения тр е ния. Такой каток получил название «скат». Средняя часть могла быть вытесана каменным топором. А р хеологи установили, что ск ат был известен людям V - VI тыс. лет тому назад. Первоначально колесо представляло собой диск, насаженный на ось. Первые , изготовленные отдельно колеса были сплошные и тяжёлые – «отр е занные» от ствола дерева. Во II тыс. до н.э. конструкция его с овершенствуе т ся: появляет ся колесо со спицами, ст у пиц ей и гнутым ободом. Самым древним считают колесо, найденное при раскопках в Малой Азии. Его о т носят приблизительно к 2700 г. до н.э. Над совершенствованием к олеса люди трудились тысячелетиями. На преобразование ската в колесо (ра сцепление дисков с осью, облегч е ние его за счёт ступицы, спиц и обода) ушло ни много ни мало око ло трёх тысяч лет. Достойно изумления, что народ майя, оставивший удивите льные архитектурные сооружения, свою с и стему письменн о сти и счёта, так и не изобрёл колеса. Изобретение колеса также способствовало развитию и совершенств о ванию рем ё сел. Оно было применено в гончарном круге, мельнице, прялке, токарном станке. У древних народов до VI в ека до н.э. уже были определённые познания из области мех а ники. Пользуясь современной термин ологией, они сводятся к элементам гидравлики, строительной механики, ста тики, динамики и небе с ной ме ханике. Тем не менее, техническая мысль человечества ещё не дости г ла возможности логического осм ысления нако п ленных техни ческих знаний выраженного в виде письма. Однако прорыв в этом направл е нии назревал. Среди наивно реалистических толкований природных процессов мо ж но встретить и технические иллю страции, фигурирующие в самых ранних философских системах. Н а пример, у Анаксимандра встречается любопытная «механическая модель». О ней упом и нает Аэций: «По Анаксимандру, кольцо Солнца в 28 раз бол ьше Земли. Оно подобно колесу колесницы, име ю щему обод, наполненный огнём. Этот огонь обнаруживае тся сквозь отверстие в н е ко торой части обода как бы разрядами молнии. Это и есть Солнце … лу н ное кольцо в 19 раз больше Земли. Оно п одобно колесу колесницы, имеющему обод, н а полненный, как и кольцо Солнца, огнём. Оно также лежит наис кось и имеет одно испу с кани е, и это как бы разряды молнии … лунное затмение бывает, когда отверстие на поверхности лунного кольца закрывается». Инт е ресно, что Анаксимандр для объяснения природы затме ния уже не прибегает к богам, в то время как у Гомера это исключительно дел о б о гов. Плутарх в «Сравнительных жизнеописаниях» заметил: «Знаменитому и мног ими люб и мому искусству пос троения механических орудий положили начало Эвдокс и Архит … механика п олн о стью отделилась от гео метрии и, сделавшись одною из военных наук, долгое время вовсе не привлек ала вн и мание философии». Диоген Лаэртский об Архите сообщает: «Он первый упорядочил мех а нику, приложив к ней математически е основы, и первый свёл движение м е ханизмов к геометрическ о му чертежу». Первой попыткой теоретического осмысления действия различного р о да механизмов считают трактат « Механические проблемы», ранее припис ы вавшийся Аристотелю и до сих пор включаемый в свод его сочине ний. На самом деле он написан в более позднюю эпоху, скорее всего, в Алекса ндрии в III или ii век до н.э. Этот трактат для ис ториков механики представляет значител ь ный интерес. Едва ли не больше всех античных учёных написал по вопросам мех а ники Герон Александрийский. Его пе ру принадлежали «Механика», «Книга о подъёмных механи з мах», Пневматика», «Книга о военных машинах», «Театр автоматов» и ряд других. Основное научное сочинение Гер о на «Механика» дошло до нас в арабском переводе. Оно состоит из трёх книг. Здесь он оп и сывает простые машины и их комбина ции. При этом он использует понятие момента, но неизвестно, пр и надлежит ли оно ему или он заимство вал его у других учёных. Кроме простых машин, он описывает также и некотор ые м е ханизмы: системы зубча тых колёс, системы блоков, полиспасты. Ему извес т но влияние силы трения, и он рекомендует при работе с о сложными мех а низмами нес колько увеличивать пр и лаг аемые к машинам силы по сравнению с расчетными. Однако численно силу тре ния не определяет. Герон Александрийский создал большое количество машин и механи з мов, которые сопровождались не меньшим количеством изобретений. В пр е дисловии его трактата по пневматике некоторые изобретения характеризую т ся как «приг одные для повседневного употребл е ния», другие – как имеющие «достаточно замечательные резул ьтаты». Похоже, что паровой двигатель п о пал у Герона во вторую категорию и характеризовался, судя по описанию, как н о вое изобр етение. Эолипил – прообраз паровой турбины – относят к наиболее известным изо бретениям Г е рона. Здесь впе рвые для вращения используется реактивное действие струи пара. Итак, изобретение парового двигателя, вызвавшего революцию в транспорт е и промы ш ленности в XVIII в., на самом деле было извес тно две тысячи лет назад, если не в прямом виде, то уж точно как понимание п оте н циала энергии пара. Изобретателем паровой машины был Герон Александрийский , кот о рый детально описал первый работаю щий паровой двигатель – эолипил , названный им «ветряной шар», или, как называют историки – Ге ронов шар.Это пневмогидравлический прибор, основанный на действии сжат ого воздуха на поверхность воды. Его конструкция гениально пр о ста. Широкий свинцовый котёл с водо й помещался над источником тепла, скажем, над г о рящим древесным углём. По мере закипания воды в две т рубы, загнутые в противоположных направлениях, в центре которых вращалс я полый шар, поднимался пар. Струи пара били через два отверстия в шаре, за ста в ляя его вращаться с бол ьшой скоростью. Шар вращался благодаря реактивной или противодействую щей силе вытекающего наружу пара. Такой же принцип лежит в основе соврем енного р е активного движен ия. Ещё один пневмогидравлический прибор – Геронов фонтан. Герон знал, како е применение могут иметь различные источники энергии. Напр и мер, он сконструировал небольшую в етряную мельницу, заставлявшую зв у чать музыкальный орган. Прошли тысячелетия, и специалист по Античности доктор Дж. Лэнделс из уни ве р ситета в Рединге с помощ ью специалистов инженерного факультета сделал точную модель двигателя по описанию Герона. Он обнаружил, что модель развивала большую ск о рость вращения – не менее 1500 обо ротов в минуту. Учёный заявил: «Шар Герона, возможно, был самым быстровращ а ющимся предметом того вре мени». Тем не менее у Лэнделса возникли тру д ности при подгонке соединений между вращающимся шаром и паровой тр у бой, что не поз воляло сделать приспособление эффективным. Возможно, для Герона это был о как бы само собой разумеющимся, или он просто «з а был» описать эту «незначительную» деталь. Свободный шарнир у шара п о зволял ему быстрее вращаться, но тогда быстро улетучивался п ар; тугой шарнир, напротив, означал, что энергия пара расх о довалась на преодоление трения. Лэ нделс не позволяя себе что-либо прибавлять к известным описаниям п о считал, что эффективность механ изма Герона, возможно, была ниже 1%. Это значит, что энергия затрачиваемая н а работу машины была значительно больше полезной энергии, и она не нашла бы практического примен е н ия. Но «теория» была ва ж нее. «Машина есть система связанных между собой частей из дерева, обл а дающая на и большей мощностью для передвижени я тяжестей, – писал конце I в. до н.э. римский арх и тектор Марк Витрувий Поллион в своём знаменитом трактате «О б архитектуре». – Сам же этот механизм приводится в действие посредство м круговых вращений искусным при ё мом …». Первый экземпляр трактата «Об архитектуре» был найден в библиотеке мон те-кассинского монастыря; первое его издание появилось в Венеции в 1497 г., т.е. через по л торы тысячи лет после того как трак тат был написан. Книга X этого трактата посвящена теоретической и прикладной м е ханике, описанию машин и механичес ких приспособлений и их действию. Витрувий рассматривает подъёмные маш ины, применяемые в строительстве, водопод ъ ёмные машины, водяную мельн и цу. По представлениям того времени первый род механизмов – это чисто подъё мный; вт о рой – духовой (дав лением воздуха); третий род – механизмы тяги. Античные архитекторы обладали значительными познаниями в пра к тической м е ханике. Историк архитектуры Огюст Шуази ( XIX век) вычислил допущенное напр яжение в камнях храма в Карнаке (Египет): в потолочных плитах оно составля ет 4 кг/см 2 , в архитравах – 5 кг/с м 2 . На допуск таких напряжений не решаются и в наше время. Инженер А.И. Сидоров в 1925 г. писал: «Мно гие египетские обелиски опрокинуты и разрушены людской злобой, но ни оди н из них не опрокинут бурей, и некоторые стоят до сих пор. Следует заметить , что обелиск стоит на своём цоколе совершенно свободно, не будучи прикре плён фундаментал ь ными бол тами, которых египтяне не знали, без всяк о го раствора и т.п. … Я произвёл расчёт некоторых обелисков на опрокидывание сильне й ш ей бурей и нашёл коэффициент устойч и вости от 2,5 до 2, как раз то, что мы допускаем теперь». Египетские и греческие колонны строились высотой не более девяти диаме тров. Сейчас мы знаем, что за этим пределом начинается опасность продоль ного изгиба. Древние архитекторы с о блюдали это условие. По-видимому, тоже не случайно. Теоретические труды Ктесибия до нас не дошли, но сведения о его изобрете ниях соде р жатся в сочинени ях других авторов – Филон, Витрувия, Афинея, Плиния и Герона. Из этих исто чников мы узнаём ,что Ктесибий был изобретателем двух цилиндрового водя ного насоса, снабжённого всасыва ю щими и нагнетательными клапанами; водяного органа, управлен ие кот о рым осуществлялось с помощью сжатого воздуха; водяных часов, отличавшихся от древней клепси дры тем, что в них имелся поплавок, движение которого передавалось фигур ке, указывавшей время на специальной шкале, и некот о рых других устройств. В военных мет ательных машинах, изобретённых Кт е сибием, использовалась сила сжатого воздуха. Великий учёный Архимед ( III в. до н.э.) был и гениальным механиком. Историки пишут о том, что он был кем-то вроде военного инженера (на с а мом деле достижения Архимеда в о б ласти инженерного дела не сводились к одним лишь в оенным машинам) при дворе сиракузского царя Гиерона, кот о рый, кстати, приходился ему родстве нником. П о добно Платону, он считал недостойным философа использование науки в практических целях и тем не менее изобрёл несколько исключительно полезных машин. Из них на иб о лее известен «архимедо в винт», который широко применялся для удаления воды из корабельных трюм ов и для дренажа полей в Египте после ежегодных п а водков. Архимед изобрёл несколько катапульт, благо даря которым длител ь ное вр емя удавалось отражать ос а ду Сиракуз римским флотом. В математике Архимед дошёл до изобретения интегрального исчисл е ния, намного опередив своё врем я. Он проверил и создал теорию пяти мех а низмов, известных в его время и именуемых «простые механизмы »: рычаг клин, блок, бесконечный винт и лебёдка. Впрочем, бесконечный винт, во з можно, он не изобрёл, а ус овершенствовал гидравлический винт, который служил египтянам для осуш ения болот. Сегодня «архимедов винт» использ у ется, например, в обыкновенной мясорубке. Изобретени е бесконечного винта привело Архимеда к другому важному изобретению, пе режившему тысяч е летия, а им енно к изобретению болта, сконструир о ванного из винта и гайки. В своей «Механике» Архимед дал математическое определение це н тров тяжести простых тел и равнове сия системы рычагов. Есть легенда, что Архимед, фокусируя слабые солнечные лучи с пом о щью зеркал, сжёг римский флот, осажд авший Сиракузы. Во всяком случае, он оставил книгу «О зажигательных стёк лах». От несохранившихся тракт а тов Архимеда дошёл ряд фрагментов, цитируемых Гер о ном (в «Механике»), Паппом (в «Механи ческой библиотеке») и другими авторами. Герон прив о дит длинный отрывок из раннего соч инения Архимеда – «Книги опор». И с следователи отмечают, что в нём ещё нет строгости, присущей з релым тр у дам великого сира кузца, и содержится ряд ошибок, относящихся к распред е лению опорных реакций и показывающ их, что в период написания этой кн и ги Архимед ещё не знал, что вес тела можно считать сосредоточ енным в его центре тяжести. Последним, возможно, предсмертным трудом Архимеда был трактат «О плава ю щих телах», заложивший мат ематические основы новой науки – гидростатики. Не исключено, что его на пис а ние стимулировано поп улярной историей с короной царя Гиерона. Таким образом, средства производства постепенно превращались, по слова м К. Маркса «из орудия … в машину» (т.23, с. 382). В XII в. понятие «инженер» уже бытовало в Западной Европе. Правда, оно ещё обозначало строителя вое нных машин и фортификаций (т.е. специ а листа, которого в эпоху эллинизма называли «механиком»), так как все те х нические средст ва по части ведения военных операций и обороны назыв а лись « ingenia ». С XV века в Италии инженерами н а зывают также строителей кан а лов. Достижения технической мысли в эпоху эллинизма явились основой для дал ьне й шего развития материа льно-технической культуры человечества особенно в эпоху Возр о ждения. Возрожд е ние в истории культу ры стран Западной и Центральной Евр о пы эпоха, переходная от средневековой культуры к культуре но вого времени (приблизительные хронологические гр а ниц: в Италии – 14 ч16 вв., в других странах – конец 15 ч16 вв.) [1, ст. «Возрождение»]. В 15 в. благодаря учёным, эмигрировавшим из Византии в И талию, б ы ли впервые перевед ены почти все древнегреческие поэты (в том числе Г о мер) и философы (в том числе большинс тво диалогов Платона). Тексты а н тичных произведений, известных и средневековой Европе, уточ нялись, осв о бождались от ср едневековых наслоений и ошибок и п е реосмысливались. Но культура Возрожд е ния не б ыла простым возвращением к анти ч ной. Она её развивала и интерпретировала по-новому, исходя из новых ист о рических услови й. Не меньшее значение, чем античное влияние, имели в культуре Возрожд е ния связи с наци о нальной традицией. Огромную роль в распространении античного наследия и новых, гуманистических взглядов сыграло изобретение (середина 15 в.) и распространение в стр а нах Европы кн игопечатания . В типографиях Флоренции, Венеции (Аль д Мануций), Баз е ля (И. Фробен), Парижа (А. Этьенн), Лиона (Э. Доле), Антверпена (К. Пла н тен), Нюрнберга и др. печаталась античная и гуманист и ческая литература. Культура Возрожд е ния отрази ла в себе специфику переходной эпохи. Старое и новое нередко причудливо переплеталось в ней, представляя сво е образный, качественно новый сплав. Эпоха Возрожд е ния (особенно 16 в. ) отмечена крупными научными сдвигами в обла сти естествознания. Его развитие, непосредственно связанное в этот пери од с запр о сами практики (тор говля, мореплавание, строительство, военное дело и др.), зарождавшегося ка питалистического производства, о б легчалось первыми успехами нового, антидогматического миро воззрения. Специфической особенностью науки этой эпохи была тесная свя зь с иску с ством; процесс пре одоления религиозно-мистических абстракций и догм а тизма средневековья протекал одно временно и в науке и в искусстве, об ъ единяясь иногда в творчестве одной личности (особенно яркий пример — творчество Леонардо да Винчи — художника, учёного, инженера). Н аиболее крупные победы естествознание одержало в области астрономии, г еографии, анатомии. Великие географические открыт ия (путешествия Х. Колумба, Васко да Гамы, Ф. Магеллана и др.) практически доказали шарообразность Земли, привели к установлению очертаний большей части суши. Открытия, озн а чавшие революционный переворот в науке, были сделан ы в середине 16 в. в области астрономии: с гелиоцентрической системы мира в еликого пол ь ского астроно ма Н. Коперн и ка. Ряд открытий был сделан в математике, в частности в алгебре: найд е ны способы решения общих уравне ний 3-й и 4-й степени ( итальянские мат е матики Дж. Кардано, С. Ферро, Н. Тарталья, Л. Феррари ), разработан а с о временная буквенная си мволика (фра н цузский матем атик Ф. Виет), введены в употребление десятичные дроби (голландский матем атик и инженер С. Стевин) и др. Дальнейшее развитие получает механ и ка (Леонардо да Винчи, Стевин и др .). Изобретательский гений Леонардо был подкреплён обширными техн и ческими знаниями [2]. Он знал прак тически все разновидности зубчатых з а цеплений, кулачковые, гидравлические и ви н товые механизмы, передачи с гибким и звеньями … Он изобрёл несколько типов экскаваторов и придумал организацию землян ых работ одновременно на нескольких горизонтах. Он изобрёл н е сколько гидравлических машин разн ых конструкций, в том числе тангенц и альную турбину, прядильный и волочильный станки, станок для н асечки напильников, приспособления для нарезки резьбы, пр о катный стан, станок для свивки кана тов, крутильный станок и несколько веретен, машину для шлифовки оптическ их стёкол, камерные шлюзы. Некоторые из его изобретений настолько опередили своё время, что остали сь недоступными для техники той эпохи. Например, центробежный насос, гид равлический пресс, огнестрельное нарезное оружие. Он изобрёл также лета тельный аппарат тяжелее воздуха и пришёл к выводу, что такой аппарат лет ать без двигателя не может. В своих записных книжках и рукоп и сях (около 7 тыс. листов) Леонардо ост авил наброски изобрет е ний, которые не могли быть поняты в его время, в ч а стности, аэроплан, подводная лодка. Растет объём знаний и в других областях науки [1]. Так, Великие ге о графические открытия дали огромны й запас новых фактов не только по ге о графии, но и по геологии, ботанике, зоологии, этнографии; значи тельно в ы рос запас знаний п о металлургии и минералогии, связанный с развитием горного дела ( труды н емецкого учёного Г. Агриколы, итальянского уч ё ного В. Бири н гуччо), и т. д. 2. С тановлени е экспериментальной науки и дин а мика развития техники Первые успехи в развитии естественных наук, философ ская мысль по д готовили ста новление экспериментальной науки и материализма 17— 18 вв. Переход от ренессан с ной науки и философии ( с её истолков анием природы как многокачественной, живой и даже одушевлённой) к н о вому этапу в их развитии — к экс периментально-математическому естествознанию и мех а нистическому материализму — сове ршился в научной деятельности англи й ского философа Ф. Бэкона, итальянского учёного Г. Галилея. Таким образом, к XVIII веку были созданы предпосылки качественно новой эпохи в развитии техники, вп рочем, как и всего человечества. При производстве предметов м а териальной культуры люди перешли о т сложных орудий труда и машин, приводимых в движение естественными сила ми пр и роды (водой, ветром, ру чной тягой и т.д.), к орудиям труда, действующим при помощи двигателя. Однак о и здесь не обошлось без переходных форм. Например, первая изобретенная производственная машина (прядильный ст а нок Джона Уайета в 1735 г .) приводилась в движение с помощью запряжё н ного осла [2]. Итак, к XVIII веку возникла проблема создания технологических м а шин, в первую оч е редь для текстильного производства. Переход к машинной технике требова л создания двигателей, не з а висящих от местных источников энергии (воды, ветра). Первым двигателем, использующим тепловую энергию топлива, была поршнев ая пароатмосферная машина прерывистого действия, появившаяся в конце XVII – начале XVIII вв.: проекты французского физи ка Д. Папена и а н глийского м еханика Т. Севери, усовершенствованные в дальнейшем Т. Нь ю коменом в Англии и М. Тривальдом в Шв еции. В 1760 г. хозяин пр я дильной мануфактуры в Серпейске Ка лужской губернии Родион Глинков п о строил 30-веретёную машину для прядения льна с приводом от вод яного к о леса и мотальную ма шину, з а менившую 10 человек. Проект универсального парового двигателя был предложен в 1763 г. механиком Колывано-Воскресенских заводов Ив аном Ивановичем Ползун о вы м, который сдвоил в своей машине цилиндры, получив двигатель непр е рывного действия. Вполне развитую форму универсальный тепловой двигатель получил в 1784 г. в паровой машине английского из обретателя механика Джеймса Уа т та. В 1785 г. паровая машина впервые была поставлена для привода те к стильного предприятия, а к концу века в Англии и Ирландии работало уже более трёхсот машин. В России в 1798-1799 гг. паровые машины были ус т а новлены на Александровс кой мануфактуре в Петербурге и на Гум е шевском заводе на Урале. Во второй половине XIX в. в процессе дальнейшего совершенствов а ния энергетической базы производства были созданы два н овых типа тепл о вого двигат еля: паровая турбина и двигатель внутреннего сгорания. Пара л лельно с развитием тепловых двига т е лей совершенствовалась конструкция первых гидравлических двигателей, особенно гидротурбин: п роекты фра н цузского инжен ера Б. Фурнерона, американского А. Пелтона, а в стрийского В. Карплана. Создание мощных гидротурбин поз волило строить гидроэне р г етич е ские агрегаты большо й мощности (до 600 МВт) и создавать крупные ГЭС в местн о стях, где имеются большие реки, водо пады. Важнейшие сдвиги в развитии энергетической базы промышленного произво дства были связаны с изобретением двигателей электрических. В 1831 г. английский физик М. Фарадей открыл явлен ие электромагнитной и н дук ции, а в 1834 русский учёный Якоби создал первый электрический двиг а тель постоянного тока, пригодный д ля практических целей. В 1888-1889 гг. инженер М.О. Доливо-Добровольский создал т рёхфазную коротк о замкнуту ю асинхронную электрическую маш и ну. В первом учебнике по механике были учтены только 134 различных механизма, х отя их число на начало XIX в. было около 200, из которых почти половина было изобр е тено в XVIII в. И.И. Артоболевский в своём знаменитом справочнике «Механизмы в современ ной те х нике», получившем ми ровое распространение, учёл на конец третьей четверти XX в. 4746 механизмов. Таким образом, подчёркивает А.Н. Боголюбов, за 170 лет (с 1800 по 1970 гг.) колич е ство механи змов возросло почти в 24 раза, в то время как с XVII по XIX вв. оно всего лишь у д воилось. В первой половине XX в. бы ли созданы новые типы практически пр и годных двигателей – газовая турбина, реактивный двигатель, ядерная сил о вая установка. К сегодняшнему дню техника стремительно развивается. Очень быстро посл е создания первого двигателя человечество вступило в фазу интенсивн о го развития автомат и ческого производства, дальнейш его проникновения в закономерности построения и взаимодействия органи ческой и неорганич е ской ма терии, освоения околоземного пространства, создания искусственн о го инте л лекта. Ниже приводятся две таблицы [2], которые в некоторой с тепени отр а жают динамику р азв и тия научно-технически х достижений. Открытие Воплощение в жизнь, г о ды Количество лет Фотография Телефон Радио Телевидение Радар Атомная бомба Транзистор Мазер 1727-1839 1820-1876 1867-1902 1922-1934 1925-1940 1936-1945 1948-1953 1956-1961 112 56 35 12 15 6 5 5 Удалось предвидеть Не уд алось предвидеть Автомобили Летательные аппараты Паровые двигатели Подводные лодки Космические корабли Телефоны Роботы Лучи смерти Искусственную жизнь Рентгеновские лучи Ядерную энергию Электронику Звукозапись Квантовую механику Теорию относительности Сверхпроводники Спектральный анализ Геологические часы Имеются, однако, и печальные факты в истории развития техники. К ним относ ятся потери некоторых замечательных знаний или произведений рук челов еческих. Это прои с ходило ко гда человек или сообщество людей уничтожали информацию и произведения либо намеренно, либо с целями разрушения и наживы. К наиболее известным п римерам утраты знания явл я ются секреты: Ш Особого способа изготовления булатной стали, отлич ающейся сво е образной стру ктурой и видом («узором») поверхности, высокой твёрдостью и упругостью [1, ст. «Булат» (от перс. пулад — сталь)]. Узорчатость, связана с особенностями выплавки и кристаллизации. С древнейших времён (упомин а ется Аристотелем) идёт на изготовление х о лодного оружия исключительной сто йкости и остроты — клинков, мечей, сабель, кинж а лов и др. Литой булат, п о лученный в 40-х годах XIX в. на Златоустовском заводе П. П. Аносовым уступает лучшим ст а ринным восточным образ цам. Ш Приготовления очень прочных и с тойких к действию кислот чёрн о го и красного лаков, которые служили главными цветами в антич ной вазоп и си. Кроме того, утрачены книжная сокровищница сгоревше й Алекса н дрийской би б лиотеки; большая часть «семи чу дес света» и т. д. Имеются примеры и другого характера, отражающие вли яние отдел ь ных личностей н а уровень развития общества. К ним относится вышеприв е дённый факт, что одна из в е личайших цивилизаций древности – цивилизация майя не имела человека, который из о брел бы колесо. 3. Причины, поб уждающие развитие техники Завершая кра ткую историю развития техники с древнейших времён необходимо сказать о б основных причинах движущих это развитие. Ведь без общественного заказ а часть достижений ч е ловеч еской мысли либо не была востребованной, либо так и осталась на бумаге. Во т, что по этому поводу пишет известный механик, матема тик, историк мех а ники Н.Д. Моис еев [3]: «Действительно, рассуждал Моисеев, в развитии математики, механики , х и мии существуют вычисления , измерения, экспериментальные данные, лог и ческие рассуждения, в механико-математических науках – а ксиомы, теор е мы, их доказатель ства, т.е. совокупность материала, не зависящего от мир о воззрения естествоиспытат е ля и от социальных запросов общества. В то же время в каждой эпохе при выборе того или иного состава аксиом, того или иного способа трактовки результатов опытов, того или иного контекст а те о рии учёный вынужден (иног да подсо з нательно) руководст воваться той или иной методологией, которая связана с определённой сист емой философских знаний. Возникновение того или иного учения, как правил о, отвечает насу щ ным запросам производства, экономической жизни общества. Например, п о чему именно в XVII веке выдающиеся ученые обратил ись к изысканию то ч ного хроно метра или часов. Галилей, Гюйгенс, Гук и другие предлагают фрагменты или о кончательные проекты маятниковых часов и хронометров с пружинным бала нсиром. Вряд ли их побуждало к этому точное выполн е ние режима дня – завтрака, обеда и ужина или другие п одобные заботы. Пробл е ма астр ономической ориентации корабля в открытом океане, связанная с ч е редой Велики х географических открытий , – вот, что вдохновляло ма темат и ков и механиков на эпох альные изобретения. К этим проектам ими разраб а тывалась новейшая инфинитезимальная теория малых ко лебаний математ и ческого и фи зического маятника или пружинного балансира. В свою очередь, на вел и кие кругосветные путешествия бесстрашных моряков устремляла не столько любознательность, сколько жажда наживы тех торгово-промышленных деятелей , которые ф инансировали эти недешёвые экспед и ции. С фактом первоначального н а копления капитала (кратчайший способ ограбления колоний) в XVI – XVII веках согл а сится любой... Таким образом, реальный фактор и насущные запросы общественного развития вызывали дальнейшие умственные (технические, теоретические и философские) ра с суждения, осмысливающие исторически е соб ы тия». Здесь затронут вопрос внутренних взаимоотношений общества. Чел о век отдельно, также как и человече ское сообщество являются сложнейшими системами и для их развития в полн ой м е ре справедливы основные законы диалектики. Всё человечество мысленно можно представить в виде планеты, на к о торой каждый з а нимает своё положение в соответствии с его жизненными ценностями. При этом кто-то будет на полюсах, кто-то в раз ных местах экв а тора, а кто-то м ежду ними. Для одного полюса хара к терны только духовные ценности: гармония человека с самим соб ой, обществом, природой; п о зна ние мира ради истины и овладение новыми тайнами природы на благо человеч е ства. Для другого полюса хара ктерны только материальные ценности: уд о влетворение всех желаний (философия Ницше), достижения в об ласти ко м форта и н а слаждений, всё остальное интересует только постольку, поскольку оно способствует пр и обретению предыдущего перечисленного. Однако, несмотря на полную противоположность полюс ов, всё в сов о купности предс тавляет собой целостную жизнеспособную систему. Ведь п о мимо борьбы между этими полюсами з а свои взгляды на этот мир существ у ет ещё и их единство. Оно выраж а ется в зависимости друг от друга. В части техники одни спо собны постичь тайны природы и максимум создать лишь опытные образцы изо бретений, но не могут полноценно вн е дрить их в жизнь; другие о т личаются большей активностью и в борьбе за материальные бла га (а иногда за выживание ), имея определённую власть, в силу своего ментал и тета, могут стимулировать деятельность первых, однако сами, как правило, не способны к созданию нов ого из-за разрозненности знаний, связанной о т сутствием системного взгляда. Т акой человек, даже будучи от природы т а лантливым, в совершенстве может освоить какие-либо разделы ч еловеческ о го знания, однак о, не сп о собен воспринимать это знание в совокупности, как систему, что не позвол яет ему прогнозировать дальнейшее развитие интер е сующих его процессов (и в том числе п редвидеть отрицательные для него же п о следствия). В результате такого взаимодействия развитие техни ки и вообще мат е риальной ку льтуры идёт не просто быстро, а иногда с ускорением. Т.е. ст и мулируется развитие в основном мат ериальной культ у ры. 4. Сопоставление духовн ой и материальной кул ь т ур Сделаем небольшое отступление, так как интересным яв ляется факт, что в истории развития человечества были цивилизации (напри мер, майя и ацтеки), которые в ущерб материальной культуре развивали куль туру духо в ную и, конечно, не мо гли противостоять агрессии хорошо вооружённых е в ропейцев. Описывая в [9] ирокезский род Ф. Энгельс пише т: «И что за ч у десная организа ция этот родовой строй во всей его наивности и пр о стоте! Без солдат, жандармов и полицейских, без дворян , королей, наместников, пр е фек тов или судей, без тюрем, без судебных процессов – всё идёт своим уст а новленным порядком. Всякие спор ы и распри разрешаются сообща теми, к о го они касаются, – родом или племенем, или отдельными родами м ежду с о бой … и в большинстве с лучаев вековой обычай уже всё урегулировал. Бе д ных и нуждающихся не может быть – коммунистическое х озяйство и род знают свои обязанности по отношению к престарелым, больны м и изувече н ным на войне. Все р авны и свободны, в том числе и женщины. Рабов ещё не существует, нет, как пра вило, ещё и порабощения чужих племён. Когда ир о кезы около 1651 года победили племя Эри и «Нейтральную на цию», они предложили им вступить полн о правными членами в свой союз; только после того как побеждённые отклонили это, о ни были изгнаны со своей террит о рии. А каких мужчин и женщин порождает такое общество, показыв ают во с торженные отзывы всех белых, соприкасавшихся с неиспорченными инде й цами, о чувстве собственного достоинства, прямодушии, силе характера и храбрости этих ва р варов. Примеры этой храбрости мы видели совсем недавно в Африке. Кафры-зулусы н есколько лет тому назад, как и нубийцы, несколько месяцев тому назад – пл емена, у кот о рых родовые учреж дения ещё не исчезли, – сделали то, на что не способно ни одно европейское войско. Вооруженные только к о пьями и дротиками, не имея огнестрельного оружия, они под градом пуль з а ряжающихся с казённой части ружей английской пехоты – по общему пр и знанию первой в мире по боевым действиям в сомкнутом строю – продвиг а лись вперёд на диста нцию штыкового боя, не раз расстраивали ряды этой п е хоты и даже опрокидывали её, несмотря на чрезвычайное неравенство в в о оружении, несмотря на то что они не отбывают никакой воинской повинн о сти и не имеют понятия о строевой службе. О том, что в состоянии они в ы держать и выполнить, свидетельствуют сетования ан г личан по поводу того, что кафр в сут ки проходит больше чем лошадь, и быстрее её. У него мел ь чайший му с кул, крепкий, как сталь, выделяется словно плетёный ре мень, – говорит один ан г лийск ий художник». 5 . Теория – основа технич еского развития « ...Важный шаг в изучении природ ы – это всегда только приближение к истине. Всё, что мы узн а ём – это какое-то приближение… Всё изучается лишь для того, чтобы снова стать непонятным или, в лу ч шем случае, потребовать исправления …» Р. Фейнман Даже краткий обзор истории развития техники показывает поразител ь ный факт лавинообразного разви тия современных науки и техники в масшт а бах истории всего чел о вечества. Если на переход человека от каменных орудий труда к м еталлу занял около 2-х миллионов лет; усовершенствование колеса от сплош ного дер е вянного до колеса, имеющего ступицу, спицы и обод заняло около трех т ы сяч лет, то за последние «каких-то» 150 лет транспорт изм е нился от лошадей и деревянных кораблей до современного состояния, о чём, кстати, к раснор е чиво пел Л е онид Утёсов в песне «Только глянет над Москвою утро вешнее …». Причинами этого явления является целый комплекс факторов, осно в ные из которых сл е дующие: 1) к середине XX века сложились теоретические модели, адекватно описывающи е основные известные человеку процессы, происходящие в пр и роде; 2) неразрывно с развитием теории раз вивался инструментарий иссл е дования природных процессов и к середине XX века достиг высочайшего уровн я; 3) число сообществ (научно-производс твенные объединения), воор у женных те о рией и инструмен тарием и производящих новые знания и технику в условиях противоборства различных политических систем необычайно возросло. Два последни х фактора являются производными от первого, так как только знание явл я ется началом , отправной точкой для создания нового . Представляет интерес история развития «адекватног о» мысленного взгляда на матер и альный мир, каковым является история развития и создания тео ретических моделей основных природных процессов: взаимодействия тел р азличной природы (твердых, жи д ких и газообразных тел, плазмы); а также структуры и внутренни х взаимодействий вещества. Эта тема не является предметом данной работы , однако некоторые положения необходимо ра с смотреть. В частности, известны претензии современных «прочнистов» к Мик е ланджело, который, наблюдая за проц ессом откалывания частей своих скульптур, сделал предположение о том, чт о продольные напряжения в сеч е нии балки распределяются так, как показано на рисунке 1, в то вр емя как р е ально они распред еляются так, как показано на рисунке 2. Тем самым он с у щественно заде р жал развитие дисциплины «Сопротивление материалов» . Рисунок 1. Рисунок 2. История развития теоретического описания материаль ного мира и пр о цессов, происхо дящих в нём, неразрывно связана с историей развития техн и ки и не только интересна, но сложна и д рам а тична. Опираясь на знание, полученное в теории, человек сп особен созд а вать то, что не существует в налично данной природной и социальной действительност и, но возможно с точки зрения открытых теорией об ъ ективных законов [1]. Вообще процесс движения к истине, к познанию человеком мира, сво е го места в нём и самого себя, наверно е, будет длиться пока человек сущ е ствует. Не случайно древнегреческий философ Сократ говорил: " Я знаю только то, что я ничего не знаю". Тем не менее, факт совершенствовани я мысленной модели как мира, так и его частей, неоспорим, т.е. мир познаваем и даже может преобразовываться человеком в соответствии с его волей и во зможностями, материальной и духовной культурой. Аспект духовной культу ры ок а зался непредсказуем о важным, так как планете и её биосфере реально угр о жают антропогенные (вызванные чело веческой деятельностью) катас т рофы. Итак, первая теоретическая модель мира, созданная человеком созе р цающим, об ъ ясняла всё «божественным» происхо ждением. Однако по мере того как приобретался опыт выживания и совершенс твовались мысленные конструкции, что-то удавалось объяснять, пока на сам ом низком уровне. Например, после создания опытным путем оперения стрел можно было ск а зать: «Стрела лучше поражает в цель, потому что на другом конце неё есть оперение, а нако нечник тяжелее и ос т рее». В античную эпоху философы высказали мысль о том, что мир весь ц е ликом п о знать нельзя, но можно по частям. В результате другие философы разделили мир на разные области исследования и назвали эти обл асти наук а ми. Это был важней ший шаг на п у ти поиска истин ы, адекватного взгляда на мир. Создавалось бесчисленное множество теори й, достоинства которых наполняли науки жизненной силой. Однако прежде че м произошло появл е ние перв ой достаточно строгой в современном понимании теории, выполн я ющейся в заданных определённых рам ках и не зависящей от политических систем и т.п., прошло более двух тысяч л ет. Логически мыслящие люди упражнялись и перебирали огромное число вар иантов построения умозр и т ельных конструкций, о чём красноречиво говорит известное ироничное в ы ск а зывание Декарта: «Нельзя представить себе ничего н астолько абсурдного или неправдоподобного, чтобы не быть доказанным те м или иным филос о фом». Однако к строгой в современном понимании теории эти с лова, коне ч но, не имеют о тнош е ния. Но в первую очередь, чем осознанно или неосознанно з анялись люди это создание «Теории теорий», т.е. познаваем ли мир вообще; пр авилами и методами как надо позн а вать, исследовать объект; логические конструкции; разработк а формального (т.е. независимого от чего бы то ни было) языка м а тематики, которым можно описывать всё. Большинство из этих вопросов рассматривает «Теория позн а ния». Те о рия позн а ния (гносеология, эпистемология) – раздел философии, в котором и зучаются проблемы природы познания и его возможностей, отн о шения знания к реал ь ности, исследуются всеобщие предпо сылки познания, выявляются условия его достоверности и истинности. В отл ичие от психол о гии, физиоло гии высшей нервной деятельности и других наук, т е ория позн а ния как философская дисциплина анализирует не индивидуальн ые, функци о нирующие в психи ке механизмы, позволяющие тому или иному субъекту прийти к определённом у познавательному результату, а всеобщие основания, дающие возможность рассматривать этот резул ь тат как знание, выражающее реальное, истинное положение вещей … Ставилас ь задача отыскания абс о лют но достоверного знания, кот о рое было бы исходным пунктом и вместе с тем предельным основа нием всей остал ь ной совоку пности знаний по степени их ценности… Теория познания определяется тем, что её развитие осущест в ля ется на основе … тезиса о единстве диалектики, логики и теории п о знания [1]. Первым и главным учителем человека в теории познания была и ост а ётся сама природа, так как при наблюдении за нею пытливый ум обнаруж и вает закономерности, которые затем формализует в з аконы, математические зависимости и реализует в искусственные произве дения (худ о жественные, матема тические, технические и т.д.). Приведём несколько примеров выявления истины. «…Замечательно, что колебания и волны независимо о т их природы описываются кол и чественно одними и теми же уравнениями!… О симметрии . Мы уже знаем, что в яв лении электромагнитной инду к ции Максвелл усмотрел порождение вихревого электрического п оля пер е менным магнитным пол ем. Следующий и уже последний шаг в открытии о с новных свойств электромагнитного поля был им сделан без какой либо опоры на эксперимент . Точно не известно, какими соображениями руководствова л ся при этом Максвелл. Это могли быт ь те же соображения, которые застав и ли строителей Аничкова моста в Санкт-Петербурге поставить фи гуры укр о щаемых лошадей по об е стороны дороги; те же соображения, которые не позволяют вам перегружат ь одну половину комнаты за счёт другой. Это не что иное, как соображения си мметрии, но только симметрии не в узком ге о метрическом смысле, а п о нимаемой более широко. Свойства симметрии глубоко заложены в природе, и, по-видимому, именно поэ т о му симметрия воспринимает ся нами как необходимая гармония окружающего мира. В электрома г нитных явлениях, конечно, речь идёт не о той внешней красоте и изяществе, которая может быть присуща тому, что мы наблюдем непосредственно с помощью органов чувств. Здесь речь может и д ти о той внутренней стройности, гармоничности и единстве , кот орую о т крывает природа перед человеком, стремящемся постичь её изначальные з а коны. Чувствуя эту гармонию в природе человек, естес твенно, стремится усмотреть её и там, где факты пока ещё не демонстрируют её с полной наглядностью…» [ 4 ]. Одним из удивительных отражений симметрии в природ е является изоморфизм (подобие строения и математического описания) зве здных и планетных систем к структуре атома. Это явление было обнаружено и пок а зано в работах Ф.А. Гар еева [5], и Б.И. Р а биновича [6], ког да он исследовал динамику планетного вещества для объяснения сложной с труктуры колец планеты С а т урн. Ярким примером поиска закономерности (необходимой для создания полуэм пирической теории обтекания жидкостью и газом острых твердых тел) на осн ове логического сопоставл е ния различных процессов (это также одно из проявлений симмет рии в природе) продемонстрировал В.А. Бужи н ский [7]. « … Из сделанного обзора следует, что применение существующих теоретиче ских методов для определения сопротивления даже простых пл а стин и панелей, совершающих колеба ния в жидкости, и тем более для иссл е дования колебаний жидкости в баках с демпфирующими перегор одками с о пряжено с практич ески непреодолимыми трудностями. Все попытки пол у чить асимптотическое решение урав нений Навье-Стокса путём разложения в ряд по числам Рейнольдса и Келеган а-Карпентера окончились безрезульта т но… Общее теоретическое решение проблемы совершено другим путём б ы ло получено после з нако м ства с небольшой книг ой Работнова по линейной механике разрушения… Трещина в упругом теле и п ластина в идеальной н е сжим аемой жидкости имеют не только очевидное внешнее сходство… С м а тематической точки зрения решения этих задач имеют одинако вые особенн о сти в окрестно сти острых кромок областей. Возникла идея перенес ения м е тодов теории меха ники деформируемого твёрдого тела в область гидрод и намики при р ассмотрении колебаний пластин в несжимаемой маловязкой жидкости. Эта и дея оказалась плод о творно й …» В предисловии к учебнику [8] авторы изложили свои взгляды, по кот о рым можно оценить степень понимани я предмета человеком-исследователем: «Степень глубины физического пон имания характеризуется умением прим е нять для анализа различных явлений наиболее общие, фундамен тальные з а коны. При анализе конкретных примеров и задач в разных разделах книги показывается, как, н апример, применение закона сохранения энергии позв о ляет решить задачу проще, взглянут ь на неё с более общих позиций и, что особенно важно, часто даёт во з можность, найти ответ на некоторые вопросы, касающиеся тех явлений, для которых нам не известны описывающие их конкретные законы. Для глубокого понимания физики необходимо чёткое осознание степени общности различных физических законов, границ их пр и менимости, их места в общей физической картине м и ра. Книга не перегружена формулами. Там, где это возможно и не идёт в ущерб стр о гости изложения, авторы ст ремились максимально использовать качественные соображ е ния. По мнению одного из величайших физиков Э. Ферми, «…физическая сущность действительно пон и маемого вопроса может быть объясне на без помощи сложных формул». В умении объяснить су щ ность вопроса «на пальцах» и заклю чается истинное понимание уравнений, выражающих физические з а коны». Несмотря на то, что приведены современные примеры проникновения в тайны природы общий подход, видимо, был всегда один и тот же. На сегодняшний день, прежде чем некоторую логическую систему умозаключ ений научное сообщество признает, как строгую теорию, она должна пройти комплексную проверку, как с точки зрения полномасштабн о го экспериментального подтвержде ния, так и с точки зрения отсутствия л о гической противоречивости и согласованности с имеющимся об щепризна н ным научно-техни ческим материалом. 5 .1. Гипотеза - предшественник тео рии Предшественником строгой теории является гипотез а. Необходимость в гипотезе возникает, как правило , в проблемной ситуации, когда обнаруж и ваются факты, выходящие за пределы возможностей объясне ния существ у ющей теори ей. Гипотеза (греч . hypothesis – основание, предположение, от hyp у – под, внизу и th й sis – положение то, что лежит в основе, – причина или сущность), научное допу щение или предположение, истинное значение которого не определено. И сама гипотеза не возникает сразу, а проходит опре деленные стадии формиров а ния. Первоначально это весьма предварительное предположени е, догадка, вытекающая из наблюдения н о вых явлений, но это еще не гипотеза в собственном смысле с лова. Догадка может носить зыбкий, неу стойчивый характер, подвергаться модифик а циям, переборам различных вариантов допущений. В результате формируется сама гипотеза как наибо лее вероятное пре д поло жение. Затем осуществляется проверка сделанных допущений путем наблюд ения, эксперимента, что или подтверждает гипотезу, поднимая ее на пьедес тал теории или опровергает ее целиком либо частично. Гипотеза м о жет не только подтверждается или опроверга ется, но и уточнять ся или и с правляться. В части верификации (подтверждения) гипотезы исключительно ва ж н ым методом научного исследования в наши дни становится метод модел и рования, который предполагает и зучение об ъ екта по его модели. Особенность моделирования заключ ается в том, что оно осуществляе т ся и на э м пир ическом и на теоретическом уровне познания и при переходе одного уровня к другому. Моделирование имеет своим объективным осн о ванием принцип отражения, подоби я, аналогию и относительную самосто я тельность формы. Моделью называется некоторая материальная или мысленная система, кото рая сходна с объектом исследования и способна заменять его в познав а тельном процессе. Когда модель имеет с оригиналом одинаковую физич ескую природу, то мы имеем дело с физическим моделированием (физическая модель – схо д ство физи ческих свойств). Когда явление описывается системой уравнений, то такое моделиров а ние на зывается математическим. Знаково-логическим моделирование наз ы вается, если некоторые сторон ы мод е лируемого объект а мы представляем в виде формальной системы с помощью знаков, которая за тем изучается с ц е лью пе реноса полученных сведений на сам моделируемый об ъ ект. Обоснование и доказательство гип отезы, прежде чем она переходит ранг теории, осуществляются путем анализ а накопленного знания, сопоста в ления его с уже известными эмпирическими фактами, с установле нными н о выми фактами и с теми фактами, которые прогнозируются и могут быть устано влены в буд у щем. Кроме того, гипотеза часто имеет вспомогательное, но исключительно боль шое эвристическое значение; она помогает делать открытия. Как прав и ло, построение гипотез – наи более трудная часть работы теоретической мысли. До сих пор не найдено ни одного метода, который сдел ал бы возмо ж ным выдвижени е гипотез по определенным правилам – это порождения и н туиции ученого, его воображения, а иногда фантазии. Здесь уместно вспо м нить ироничное, но не лишённое «раци онального зерна», высказывание Нильса Бора: « Теория должна быть достаточно безумной, чтобы быть пр а вильной». Часто, в том чи сле и в литературе можно встретить выражение типа теория оказалась непр авильной, теория «лопнула» и т.д. Однако к строгой теории в современном понимании таки е высказыв а ния не применимы, п от о му что в такой теории всегд а оговариваются рамки её действия (в допущениях) и в этих рамках основные положения доказыв а ются и экс периментально и логически. Т.е. теория, к которой аргументировано прим е нено выражение, что она «лопнула» на с амом деле является либо надуманной лжетеорией, либо н е удачной гипотезой. Первая действительно строгая теория, описывающая д вижение мех а нических объе ктов в известных рамках – «Механика Ньютона», явилась бе с прецедентным толчком не только для технического прогресса, но и для дал ь нейшего совершенс т вования теорий в других областях знания. 5 .2. Те о рия – высшая форма организации научного зн а ния Те о рия (гр еч. theor н a, от theor й o — рассматриваю, исследую ), в шир о ком смысле – комплекс взг лядов, представлений, идей, направленных на и с толкование и объяснение к а кого-либо явления; в более узком и специальном смысле – высшая, самая развитая форма организации научного знания, да ю щая целостное представление о зако номерностях и существующих связях опр е делённой области действительности – объекта данной тео рии [1]. В современной методологии науки принято выделять сл едующие о с новные компоненты теории: 1) исходную эмпирическую основу, которая включает множество зафи ксированных в данной области знания фактов, д о стигнутых в ходе экспериментов и требующих теоретич еского об ъ яснения; 2) исходную теоретическую основу — множество первичных допущений, п о стулатов, аксиом, общих законов, в сово купности описывающих идеализир о ванный объект; 3) логику теории – множество допустимых в рамка х те о рии правил логического в ывода и доказательства; 4) совокупность выведенных утверждений с их дока зательствами, составляющую основной массив теор е тического зн а ния [1]. Возвращаясь к тому факту (симметрия, подобие), что мно гие явления и создания природы, казалось бы, никак не сопоставимые друг с другом (например, орбиты планет и электронов; колебания пружины, волны и э ле к тромагнитной волны и т.д . ) имеют некую общую взаимосвязь, необходимо отметить, что многие учёные с тавили перед собой цель отыскания униве р сального закона объединяющего все явления и предметы. В частности известно, что А. Эйнштейн в последние годы жизни много работа л над со з данием единой теор ии поля [2]. Её смысл главным образом заключается в том, чтобы с помощью одно го-единственного уравнения оп и сать взаимодействие трёх фундаментальных сил: электромагни тных, грав и тационных и ядер ных… Чувствуя единство природы Гёте в о дном из своих произведений нап и сал: «Теория сама по себе ни к чему. Она полезна лишь поскольку даёт нам веру в связь явл е ний». Как один из примеров создания новой техники в следую щем разделе более подробно рассмотрен процесс появления и совершенств ования косм и ческих ракетн ых носителей, и в частности остановимся на проблемах усто й чивости их движения. 6 . Теория движ ений изделий космической техн и ки «Человечес тво не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе всё околосолнечное пространство» К.Э. Циолковский 6 .1. Краткая история развития космонавтики Многие историки науки и техники считают, что первые предшестве н ники ракеты бы ли «огненные стрелы», изобретенные в Китае. Однако не г о ворится о том, что их прообразами я вились стрелы обыкновенные. И де й ствительно, одними из первых «искусственных» предметов зап ущенных ч е ловеком в воздух были не только камни, но затем копья, а в последствии стрелы. Другое дело, ч то движущей силой для них являлись на первых порах рука человека и упруг ая т е тива лука. Далее с изобретением в Китае в IX веке пороха появилась мысль об управляемом взрыве, а точнее горении (также как в последствии об управл я емой ядерной цепной реакции), и появились т.н. стрелы Хо-Ц зян – «огне н ные стрелы». Российский историк В. Сокольский описывает, что они представляли собой о бычную стрелу, к древку которой прикреплялась бамбуковая или б у мажная трубка. Трубка наполнялась порохом или аналогичным составом, к о торый поджигался при помощи ф и тиля [2]. Твёрдотопливные пороховые ракеты появились в Китае в 10 в. н. э. На протяжении сотен лет такие ракеты применялись сначала на Вост оке, а затем в Европе как фейерверочные, си г нальные, боевые. Немецкий историк ракетной техники Вилли Лей считал, что начало применен ия ракетной техники в Китае относится к 1232 г. – времени обор о ны Пекина от монголов. О превращении зажигательных стрел в простейшие рак еты свидетел ь ствуют рисун ки, на которых стрелы выпускают сразу по 15-20 штук из ко р зин, официально названных историк ами многозарядными пусковыми уст а новками. Известно о попытке китайца Ван Ху в 1500 г . подняться в воздух с п о мощью ракет. Все 47 фейерверочных ракет, размещённых под сиденьем лет а тельного аппарата, подожженн ые одновременно 47 слугами, взорвались о д новременно. Изобретатель погиб. Устройство фейерверочных ракет дошло до нас в описаниях Конрада Хасса, Л еонгардта Фронспергера, а Иоганн Шмидлап приводит рисунок мн о гоступенчатой фейерв е рочной ракеты, использовавшейся н е для скорости и дальности полёта, а для достижения большего эффекта. Так им образом, принцип многоступенчатости в ракетной технике и з вестен, по крайней мере, с XVI века . В начале XIX века в резул ьтате массированной ракетной атаки (около 25000 зажигательных ракет) сгорел а бол ь шая часть Копенгаген а, применение зажигательных ракет решило исход боя под Лейпцигом и в Гда ньске. Ма к симальная дально сть ракет Конгрева к этому времени достигала 2700 м, з а ряд содер жал 3,2 кг взрывчатого вещества. Его рак е тами оснащались армии Дании, Франции, Испании, Швеции [2]. В 1903 К. Э. Циолковский в работе «Исследование мировых пр о странств реактивными прибо рами» впервые в мире выдвинул основные п о ложения теории жидкостных ракетных двигателей и предлож ил основные элементы устройства РД на жидком т о пливе. Немецкий учёный Герман Оберт (1894 – 1989) развил эти идеи. Он я в ляется создателем теории космическ ого полёта, автором первого в мире пр о екта многоступенчатой космической ракеты, конструктором пе рвого в Евр о пе успешно работ авшего жидкостного ракетного двигателя. Будучи гимназ и стом, он вывел уравнение движения рак еты и разработал первую схему реа к тивного летательного аппарата на несколько человек. В 1917 году он пре д ставил в Министерство вооружений Германии проект одноступенчатой рак е ты дальнего действия, которая не толь ко внешним видом, но и конструкцией походила на с о временные баллистические ракеты. В головной части 25-метровой ракеты должен был размеща ться заряд взрывчатого вещества массой 10 т, в качестве топлива предполаг алось и с пользовать этиловый спирт и жидкий кислород. К 1923 г., оконч ив Клаузе н бургский универси тет, он получил диплом профессора физики и м а тематики и разработал полную теорию космического полёт а, предложил два проекта двухступенчатой ракеты для достижения космиче ских скоростей и лунной ракеты, способной сове р шить перелёт на другое небесное тело[2]. За десять лет до Оберта проект лунной ракеты предложил французский теор етик космонавтики Робер Энсо-Пельтри, но полагал, что для космич е ских перелётов должно использ о ваться атомное топливо, т.е. относ ил начало практического освоения космоса в туманные пе р спективы. Первый в мире запуск ракеты на жидком топливе (жидкий кислород и газолин) произошёл в 1926 г. Автором проекта был американский учёный, один из пионеров ракетной техники Р. Го д дард (1882-1945) . Первые советские жидкостные ракетные двигатели – ОРМ, ОРМ-1, ОРМ-2 были спроектированы В. П. Глушко и под его руководством созданы в 1930— 31 в Газодинамической лаборатории (ГДЛ). Впервы е электротерм и ческий РД был создан и испытан Глу ш ко в ГДЛ в 1929 ч19 33 [1]. Первые реактивные ракеты «Фау-1» ( конструкции В. фон Брауна ) были выпущены немецким ве рмахтом летом 1944 г. по целям в Англии, они несли заряд взрывчатого вещества со скоростью 650 км/ч. Следующая модель, «Фау-2» (14 т), была первой настоящей р акетой. Она летела со скоростью 6000 км/ч; 3 октября 1942 г. впервые в истории те х ники была преодолена скорость звука. Осенью 1944 г. немцы успели вып у стить по югу Англии 1100 ракет «Фау-2», п ока военные силы союзнических держав не захватили пуск о вые установки в Голландии. Основоположником практической космонавтики являет ся С. П. Кор о лев. К 1957 под его руко водством был создан ракетно-космический ко м плекс, позволивший запустить первый и с кусственный спутник Земли, а затем бы л осуществлен вывод на околоземные орбиты ряда автоматически упра в ляемых космических аппаратов; к 1961 был отработан и запущен космич е ский корабль «Восток», на котором совершил первый полёт Ю. А. Га г а рин. Начало космической эры – 4 октября 1957, дата запуска в СССР перв о го искусс т венного спутника Земли. Вторая важнейшая дата космич еской эры – 12 апреля 1961 – день первого космического полета Ю. А. Гагарина, н ачало эпохи непосредственного проникновения человека в ко с мос. Третье историческое событие – первая лунная экспедиция 16-24 июля 1969, выпол не н ная Н. Армстронгом, Э. Олдри ном и М. Коллинзом (США). Современный этап развития космонавтики характеризуется активным освоением околоземного пространства и изучением планет солнечной сист е мы к осмическими апп а ратами. Остановимся на интересующей автора проблеме матем атического оп и сания движ е ния изделий ракетно-косми ческой техники (РКТ). 6 . 2 . О развитии теории движени й изделий Р КТ «Медленно, как ей и положено, ползёт стрелка указате ля скорости. Удерживаю её на несколько секунд в одном положении – очере дная «ст у пенька» – и снов а мягким увеличением нажима на шту р вал посылаю чуть-чуть вперёд. И вдруг – будто огромные невидимые кувалды со страшной силой з а барабанили по самолёту. Всё затряс лось так, что приборы на доске передо мною стали невидимыми, как спицы вра щающегося колеса. Я не мог видеть крыльев, но всем своим существом чувств овал, что они полощутся, как вы м п елы на ветру Грохот хлопающих листов обшивки, выстр елы лопающихся заклёпок, треск силовых элементов конструкции сливалис ь во всепоглощ а ющий шум. Вот он, флаттер!» Приведённая цитата заимствована из книги заслуженного лётчика-испытат еля СССР, Героя Советского Союза, д-ра техн. наук М.Л. Галлая «Через невидим ые барьеры», который провёл в тр и дцатые годы уникальные летные испытания на флаттер одного и з отечественных самолётов. Явление, получившее это звучное название, представляет собой одну из раз новидностей динамической неустойчивости, в данном случае – дин а мическую неустойчивость крыла в потоке воздуха, наступающую при пр е вышении некоторой критической скорости полета, когда часто та срыва ю щихся с крыла вих рей совпадает с собственной частотой его колебаний. Теория этого сложного вопроса, разработанная академиком М.В. Ке л дышем, проф. Е.П. Гроссманом и многим и другими отечественными и зар у бежными учеными, представляет собой замечательный пример п роникнов е ния в «связь явле ний» [11]. Приведенный эпизод успешно завершившейся борьбы человека с гро з ным явлением – резонансом (сов падения собственной и вынуждающей ч а стот) является одним из многочисленных эпизодов покорения п риродной стихии с помощью познания её законов и стремления человека «за светом и пр о странством», к ак выразился К.Э. Циолковский (см. эпиграф). Чтобы проследить эту череду небольших и крупных побед на пути д о стижения стабильного движения из делий РКТ воспользуемся книгой [12]. Часть этой книги построена в виде вопр осов автора к профессору Б.И. Раб и новичу, который относится к пле я де учёных внёсших существенный вклад в достижения о течественной космонавтики, перечисленные выше и многие другие. «(Вопрос проф. Рабиновичу. – прим. автора) Ещё в 50-е годы при с о здании первой отечественной балл истической ракеты Р-1 возникла проблема динамической неустойчивости, об условленной колебаниями жидкого топл и ва (« Fuel sloshing » по американской те рминологии) в баках. То же явление наблюдалось и на Р-2. Над решением этой пр облемы, в том числе и для р а к ет, созданных в последующие десятилетия, бились многие научные колле к тивы. Когда она, а также про блема влияния упругости элементов констру к ции ракет на их устойчивость, впе р вые дали о себе знать? Сыграли ли в этом какую-либо роль трофейные немецкие матери алы (ведь не секрет, что и с о ветском и в американском ракетостроении присутствует «немецкий след»)? (Ответы на этот и др. вопросы проф. Раб иновича. – прим. автора) Р е ш ение тонких задач динамики, о которых Вы говорите, действительно потр е бовало долгих лет работы и усилий целых коллективов. Однако сама пост а новка задач динамики ракет как деформируемых тел, с учё том, в первую оч е редь, подви жности жидких компонентов топлива в баках, и первые стр о гие решения этих задач, определивш ие направление всех последующих исслед о ваний, принадлежат Г.С. Нариманову. Он внёс фундаментальн ый вклад в решение как линейных, так и нелинейных задач динамики ракет и к осмич е ских аппаратов (КА) с жидким топливом, и наметил пути учёта в соотве т ствующих математических моделях и такого фактора, у пругость элементов конструкции. Что касается влияния подвижности комп онентов топлива в б а ках на динамику и устойчивость ракеты, то эта проблема оказалась чрезв ы чайно актуальной … и во многом о пределила направление моей исследов а тельской деятельности на много лет вперёд. Нариманов был пер вым, кто в ы сказал пре д положение, что причиной незату хающих колебаний на частоте порядка 1 Гц, наблюдавшихся при каждом запус ке ракет Р-1, является п о движ ность жидкости, находящейся в б а ках. Мысль эта, конечно, возникла не сразу, а после того, как был и исчерпаны другие возможности объяснить н е совпадение результатов математического моделиров ания с картиной того, что происходило в полёте, которую мы систематическ и наблюдали на плё н ках тел еметрии… Анализ телеметрии, относившийся к пускам трофейных ракет А-4 (немецкие «Ф ау-2». – прим. авт.), показал точно такие же колебания, так что они были явно о рганическим свойством данной конструкции, а не следств и ем к а ких-то индивидуальных Р-1… Первый успех был достигнут, когда Нариманов, при вполне оправда н ных допущениях (кинематическое гр аничное условие на свободной повер х ности жидкости, отождествлявшее её с плоскостью, совершающе й малые у г ловые колебания), получил впервые приближённую математич е скую модель ракеты, учитывающую подвижность жидкости в б аках… Для всех участников группы предложенная Наримановым новая мат е матическая модель явилась мощным стимулом для продолжения работы в том же направлении. Вдохновлённый раб отой Георгия Степановича, я пост а вил перед собой задачу попытаться согласовать наблюдаемую в полёте ка р тину с законам и механики, исходя из решения обра т ной задачи динамики: по заданному движению системы найти дей ствующие на неё силы. Мне удалось решить эту задачу в строгой постановке – с динамическим граничным усл о вием на свободной поверхности жидкости, т.е. с по л ным учётом волновых движений. …Соответствующие дополнительные силы, которые мы теперь учли, превышал и сумму всех прочих сил (аэродинамических и управляющих), к о торые принимались во внимание до э того. Стало понятным, почему баланс сил у нас раньше не сходился… Н а риманов на новом уровне вернул ся к той же проблеме и впервые получил адекватный и н струмент для решения прямой задач и динамики, а именно полную математическую модель системы «ко р пус – жидкость в баках».Результат ы моделирования оказались следу ю щими: практически точно в той области активного участка, на к отором наблюдались в полёте незатухающие колебания, система оказалась динамически неусто й чивой «в малом», причём на частотах, очень близких к экспериментальным, а вне эт ой области – устойчивой. На основе этой работы я защитил кандида т скую диссертацию. Это был настоящий триумф, который был должным образом оценен специалист а ми, но не вызвал особого эн тузиазма в некоторых других сферах, общее отношение которых к выявленно му новому эффекту сводилось к фо р муле: «ну и что?». Смысл этого «ну и что?» был в том, что ракета ле тает , и слава Богу! Колебания имеют сравнительно малую амплитуду и н и кому не мешают. От наших предупреждений, что на новых объектах всё может оказат ь ся значительно хуже и с этим явлени ем надо бороться уже сейчас, просто о т махнулись. Это «ну и что?» было потом опл а чено дорогой ценой. В отношении «немецкого следа» – никаких намёков на то, что разр а ботчики ракеты А-4 и её модификаций знали о влиянии жидкого заполнения (не говоря уж об упругости корпуса) на динамику и как-то эти факторы уч и тывали, мы в трофейных материалах не обнаружили, несмотря на их тщ а тельное изучение. Ракета Р-2 была уже полностью отечественная баллистич еская ракета с дальностью п о лёта, вдвое превышающей аналогичную характеристику для Р-1. Создание рак еты Р-2 стало в каком-то смысле экзаменом на зрелость всех многочисленных коллективов разработчиков, к ней причас т ных. Получив много лет спустя доступ к работам, проводимс я в США, мы с удивлением обнаружили, что американские учёные и разработчи ки шли п у тём, поразительно близким к наш е му… Дальнейшее совершенствование теории динамики балли стических р а кет связано с им енем М.С. Хитрика (прим. авт.). Именно он обратил моё внимание на две актуальн ые проблемы, решение которых потребовало и н тенсивной работы, которая началась в ИМ АН УССР и продолж алась в теч е ние ряда лет в НИИ -88 после моего перехода туда. · Учёт реальной геометрии баков (цилиндрические и конические об е чайки, полусферические днища, чечевицеобразные, сферические и торо и дальные конфигурации и т.д.). В то время мы умели решать гидродинамич е ские задачи только для баков в форме прямых круговых цилиндров с пло с кими днищами . · Учёт вязкости жидкости, т.е. соо тветствующее уточнение традиц и онных мат е матичес ких моделей, в которых компоненты топлива в диапазоне реальных для рассм атриваемой проблемы чисел Рейнольдса считались ид е альной жидкостью. Он первым при менил для решения задачи о свободных колебаниях жидкости в п о лости вращения вариационный метод Р итца-Трефтца и сумел получить с вполне приемлемой для техники точностью решение для сфер и ческого бак а. И.А. Луковский вырос в крупного специалиста в области динамики твердых т ел с жидким заполнением, решил целый ряд сложных задач, вкл ю чая нелинейные, обобщив результаты Г. С. Нариманова. Он успешно защитил сначала кандидатскую, а потом докторск ую диссертацию и был избран чл е ном-корреспондентом АН УССР. С благодарностью вспоминаю климат, который существовал в ИМ АН УССР, ос о бенно в сфере деятельности И. М. Рапопорта, способствовавший творческой активности сотрудников. Судьба ракеты Р-16 поначалу сложилась трагически. При подготовке первому з а пуск у на стартовой площадке произошла тяжелейшая катастрофа, унесшая более сотни человеческих жизней (включая Главнокомандующего ракетными войск ами стратегического назначения Главного маршала арти л лерии М.И. Неделина). Это случилось 24 октября 1960 года уже на новом п о лигоне, не носившем ещё тогда названия Байконур. Не буду вдав аться в пр и чины катастрофы , не имевшей отношения к рассматриваемым проблемам (они теперь подробно описаны в литературе). Речь пойдёт о первом лётном испытании ракеты с вос становленной стартовой позиции, когда потеряла устойчивость вторая ст упень (первая отработала успешно, и это, само по с е бе, было уже большим достижением). Динамики НИИ-88, сре ди которых был и Ваш собеседник, едва взглянув на телеметрич е скую информацию, пришли к выводу, ч то причиной неустойчивости второй ступени, приведшей к потере объекта, б ыло пренебрежение подвижностью жидкости в баках при проект и ровании системы управления (вспом ните высказывание «ну и что?» по о т нош е нию к коле баниям, отмечавшимся на первых баллистических ракетах Р-1 и Р-2). Мы увидели на плёнках телеметрии классическую картину колеб а ний с нарастающей амплитудой в кан алах тангажа и рыскания на частоте п о рядка 1,5 Гц, близкой к частоте собственных колебаний жидкости в б а ках. Интересно, что полная потеря устойчивости объекта наступала не в к а налах тангажа и рыскания, а в ка нале крена после достижения предельно д о пустимого угла прокачки гироскопов, причём на значитель но более низкой частоте – порядка 0,3 ч0,5 Гц, характе р но й для этого канала. Здесь явно имело место то, что на управленческом сленг е называе т ся потерей устой чивости из-за забивания канала высокочастотной помехой. Следует подчер кнуть, что амплитуда колебаний была в несколько раз выше, чем наблюдавша яся на р а кетах Р-1, Р-2, Р-12 и дру гих известных нам объектах. Природа явно препо д несла нам суровый урок… Игорь Сидоров со своим коллективом обнаружил, исследуя математ и ческую модель второй ступени Р-16 с у чётом конкретного закона управл е ния, новое явление, кот о рое мы потом назвали «нестабилизируемостью», – невозможно сть обеспечить в рассматриваемом случае динамическую усто й чивость замкнутой системы «корпу с-жидкость-автомат стабилизации». Ва ж ную роль в этом необычном свойстве системы играло нал и чие именно двух топливных бако в с почти равными частотами первого антисимметри ч ного тона собственных колебаний ж идкости. Г.Н. Микишев напал к этому времени на идею механического демпф е ра колебаний жидкости в баке, имеющ его форму нескольких радиальных р ё бер, ширина которых составляла 20 ч30% радиуса цилиндрического бака. Идея оказалась чрезв ычайно плодотво р ной и, гла вное, допускавшей простую конструктивную реализацию. Результаты превз ошли все ожидания и по д тве рдили пр а вильность как диа гноза, так и прописанного средства. Никакой самый искусный теоретический расчёт не может, к сожал е нию, даже в настоящее время определ ить динамические характеристики ко р пуса ракеты или КА с н е обходимой полнотой и точностью, потребными для проектирова ния системы управления. Конструктивно подобные модели (КПМ) доставляют в этом смысле бесценную информ а цию. Сами эти модели являются настоящими шедеврами инженерн ого искусства. В них воспрои з водится не только материал и геометрия элементов конструкц ии реального объекта, но и целый ряд тонкостей технологии, что обеспечив ает в совоку п ности максима льно возможное удовлетворение критериев подобия. Надо ск а зать, что сама теория подобия приме нительно к КПМ является сложной с а мостоятельной наукой, в развитие которой внёс большой личны й вклад Г.Н. Микишев. Модели таких сверхтяжёлых носителей как Сатурн-5 и Н-1, в ы полненные в масштабе 1:10, и мели размеры порядка 10 м в высоту и б ольше метра в диаметре, что сопоставимо с размерами наших первых баллист ич е ских р а кет Р-1 и Р-2! Цикл динамических испытаний КПМ занимал несколько месяцев, а для наибол ее сложных объектов доходил до года. Следует подчеркнуть, что есть важны й класс параметров, которые вообще практически не поддаются расч ё ту, а могут быть определены толь ко экспериментально – это коэффициенты демпфирования, соответствующи е доминантным формам собственных кол е баний конструкции. Не следует, однако, думать, что сами по себе динамические испытания доста вляют исчерпывающую информацию, необходимую для проектиров а ния сложных объектов. Адекватная р асшифровка и интерпретация результ а тов динамических испытаний КПМ невозможна без непрерывног о провед е ния обширного ком плекса теоретических исслед о ваний». Рамки данной работы, к сожалению, не позволяют достаточно полно осветить основные проблемы, логику их возникновения и решения, замеч а тельные имена отечестве н ных учёных, посвятивших себя этой д еятельности. Многие достижения отечественной космонавтики существенн о опередили аналогичные исследования учёных и разработч и ков других стран. Заключение Изучение и знание истории техники (впрочем, как и любой другой и с тории) в н е малой степени формирует в человеке пространство ег о взглядов на мир, поэтому необходимо стремиться к макс и мальной объективности этой очень в ажной информации. В результате проведённого исторического обзора развития как техники, т ак и ча с тично методологии п олучения теоретических знаний, необходимых для такого развития, в общих чертах сформирована картина создания мат е риальной культуры человечества. Почти очевидным является факт того, что практически нет предела проникн овения чел о века в тайны при роды, на основе чего создаются новые технологии, инструментарий исслед о ваний. Не исключено, что на очереди стоит реализация фантастических идей «иску сственного интеллекта», «машины времени» и мгновенного перемещ е ния в пространстве. Сегодня для учёных уже является аксиомой утверждение, что искри в лённое пространство, замкнутое в гравитационный коллапс, образует т.н. «сферу Шварцшильда», или «чёрную дыру» в которой может быть заключена вся вселенная. Академик А.Д. Сахаров, как и Эй н штейн, многие свои работы посвятил космологии. Но такие его работы, как «Многолистная модел ь Вс е ленной» (читай как нали чие многих измерений пространства, - авт.), опубл и кованная в 1969 г. о чень малым тиражом, и другие статьи, посвящённые свойствам искривлённог о пространства, практически недоступны широкому кругу чит а телей. И немало учёных утверждает, ч то возможно перемещение в пространстве не покидая Земли, «проколов» про странства мощным энерг е ти ческим воздействием [2]. Те возможности науки и техники, которыми обладает и будет обладать челов ечество в будущем, накладывают на него большую ответственность. Это обст оятельство, по мнению а в тор а, делает необходимым разработку как комплекса правил и ограничений по и спользованию важнейших достижений, так и духовной философии для людей имеющих доступ к стратегическ им знаниям, подобно тому, как подавляющ ую часть времени обуч ения и восп и тания буддис т ских монахов, владеющих зн анием боевых искусств, занимает духовное соверше н ствование. Литература 1. Большая Советская Энц иклопедия. (В 30 томах). Гл. ред. А.М. Прох о ров. Изд. 3-е. М., «Советская энциклопедия», 1970 ч1977 гг. 2. Черняк В.З. История и философия тех ники: пособие для аспира н то в. – М.: КНОРУС, 2006. – 576 с. 3. Гребенников Е.А., Тюлина И.А.. Николай Дмитриевич Моисеев 1902 – 1955. Отв. Ред. чл.-кор. РАН В.В. Белец кий. – М.: Наука. 2007. 136 с.: ил. 4. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика: Кол ебания и волны. 11 кл.: Учеб. Для углублённого изучения физики. – 2-е изд. Стере отип. Москва.: Дрофа, 2002.- 288 с.: ил. 5. Гареев Ф.А. Геометрическое квантов ание микро- и макросистем. План е тарно-волновая структура адронных резонансов // Сообщения Об ьединенн о го Института Яде рных Исслед о ваний. Дубна, 1996. Р. 296-456. 6. Рабинович Б.И. Суперэлитные плазме нные кольца и орбиты планет и спутников, изоморфные орбитам электронов в водородоподобных ат о мах.. – М.: Институт космических иссл е дований (ИКИ) РАН, 2005.- 33 с. 7. Бужинский В.А. Колебания тел с остр ыми кромками в несжимаемой м а ловязкой жидкости и некоторые задачи гидродинамики космиче ских аппар а тов. Дисс. д.ф.-м.н. по спец. Мех а ника жидкостей , газа и плазмы. Королёв.: ЦНИИМАШ, 2003. – 279 с.: ил. 8. Бутиков Е.И., Быков А.А., Кондратьев А. С. Физика для поступающих в В У Зы. – М.: изд. Наука, 1979. – 608 с.: ил. 9. Ф. Энгельс. Происхождение семьи, ча стной собственности и госуда р ства. В связи с и с следованиями Льюиса Г. Моргана. – М.: Политиздат, 1985. – 238 с. 10. Рабинович Б.И. Прикладные задачи у стойчивости стабилизированных объектов. – М.: Машиностроение, 1978. – 232 с., и л. 11. Брусиловский А.Д. От Р-1 д о Н-1. Беседы с профессором Бор и сом Раб и новиче м. Изд. второе, испр. и доп. Королёв.: ЦНИИМАШ, 2005. – 240 с.: ил. яя