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

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

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

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

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

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

Согласны мы с этим автором и в том, что эта тема требует диалектической гибкости анализа. В наше время есть все возможности для того, чтобы понимать и культивировать диалектическую гибкость мышления адекватно и отлично от «диаматовских» стереотипов советских учебников по философии [10, с. 140–167]. И это позволяет систематически развивать гносеологическую теорию труда и техники [11, с. 378–501]. В ней феномен техники систематически понимается как специфическая материализация (овеществление) научных знаний. Качественно разные формы техники непосредственно определяются качественно разными формами последних. Эта теория труда и техники восходит к работам К. Маркса [12], [13], [14] и в ключевых моментах уточнена в ряде работ советских исследователей ([15]–[18] и др.)

Методологии предлагаемого подхода следует уделить особое внимание.

2. Методология анализа и обобщений

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

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

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

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

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

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

Сходным образом дело обстоит и в случае сложных понятий с относительным (релятивным) содержанием. Таковы, прежде всего, понятия «пре-дмет труда», «продукт труда» и «средство труда». Надо лишь чётко фиксировать целевые установки конкретных технологических процессов, а далее всё встаёт на свои места. Так, в случае паровой машины XIX в. механическая энергия на её выходном валу является продуктом машинизированного труда, предметом труда являются уголь, воздух и вода на её входе, а главным машинным средством труда является её кривошипно-шатунный механизм. В случае паровоза предметом труда является местность, относительно которой перемещается поезд, продуктом труда – масса поезда в пункте назначения, а основным средством труда – паровоз как генератор кинетической энергии поезда. Работа последнего в машинных транспортных технологиях и оценивается в единицах энергии – в тонно-километрах.

Важно систематически учитывать и то, что реальные технические конструкции представляют собой многоуровнево-иерархичные системы, состоящие из подсистем, узлов и, в конечном счёте, отдельных деталей. И чаще всего они являются многоукладными. Это значит, что, наряду со своими узлами, которые овеществляют в себе новейшие научные открытия, они зачастую включают в себя пережиточные узлы и подсистемы. Достаточно вспомнить электронные компьютеры недавнего прошлого с введением информации на перфокартах, чтО было заимствовано ещё в 40-х гг. XIX в. Ч. Бэббиджем у ткацкого станка-автомата Ж. Жаккара (1799 г.). Достаточно вспомнить и механические принтеры-телетайпы этих электронных компьютеров. (По поводу таких исторических компромиссов нового и старого в технике см. [19, с. 59–63].)

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

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

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

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

В отличие от абстрактно-философского, научно-теоретический подход к уяснению этих принципиальнейших положений предполагает их осмысление на конкретных, достаточно очевидных и особо показательных моделях. Вот одна из них: течение Ангары – это объективный природный процесс; её протекание через водохранилище, плотину и турбины Братской ГЭС – это процесс технологический; искусственные инженерные конструкции и сооружения Братской ГЭС – это техника, при посредничестве которой течение Ангары способно вырабатывать нужную обществу электроэнергию. Эта «наглядно-обыденная» суть дела одна и та же в любом технологическом процессе.

На этой модели очевидно, что человеческая техника не противоречит ни одному закону природы. Она лишь творчески варьирует и комбинирует частные формы их проявлений. Так, самолёт летает не вопреки закону всемирного тяготения, а в полном соответствии с ним. Власть этого закона над самолётом не более чем искусственно скомпенсирована законами аэродинамики, создающими подъёмную силу его крыльев. И это искусственное уравновешивание должно постоянно поддерживаться тягой самолётных двигателей.

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

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

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

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

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

4. Сущность машинных технологий

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

Так, очевидно, что ножницы, объединяющие в качественно новое целое два ножа, – это явно уже механизм и явно ещё не машина. А вот паровой станок для резки металлических листов – это те же ножницы, но уже явно машина. Он имеет все её основные подсистемы – станину, исполнительный узел (ножницы), двигатель, механическую систему передачи усилий от двигателя к исполнительному узлу. Но можно ли считать полноценными машинами ручную швейную машину «Зингер», механическую пишущую машинку «Оптима» или велосипед? Везде можно увидеть ту же станину или раму, исполнительный узел (соответственно, игла–челнок–пере-мещатель ткани, литеры–валик, колёса), жёсткие механические цепи передачи усилий от человека к исполнительному узлу. Но приведение в действие этих механизмов усилиями человека до сих пор склоняет часть исследователей к мнению, согласно которому всё это – сложные механизмы, но ещё не машины.

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

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

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

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

К пониманию сАмого главного качества механизмов и машин позволяет прийти сама этимология слова «машина» (от лат. machinа – сооружение). Она подчёркивает искусственное происхождение деталей и узлов механизмов и машин. В классических машинах XVIII–XIX вв. таковы все основные подсистемы – исполнительное звено, станина (или рама), силовые цепи (механические трансмиссии того или иного типа), двигатели и их узлы, оснастка как зачаточная форма многообразия программ работы. Это – макроскопические, грубо вещественные, «зримые и ощутимые» человеческие изделия, которые (за исключением станин и опорных рам) совершают «зримые и ощутимые» макромеханические движения.

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

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

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

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

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

5. Сущность безмашинных технологий

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

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

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

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

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

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

Современный мир безмашинных технологий чрезвычайно обширен и многообразен. Одним из первых оснований его разветвлённой классификации представляется такое: физические, химические, биологические и комбинированные (физико-химические, биохимические, биофизические и др.). Следующим представляется основание по видам главных звеньев естественного происхождения. Эти звенья могут быть либо макроскопичес-кими (акустические поля, ударные волны и др. в безмашинно-механичес-ких технологиях), либо микроскопическими (атомы, молекулы и радикалы в химических технологиях; элементарные переносчики зарядов в электротехнологиях; нейтроны в ядерных технологиях; фотоны в оптических и фотохимических технологиях; микроорганизмы в микробиологических технологиях и т. п.).

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

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

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

6. Что понимать под наиболее совершенными технологиями?

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

Этот стереотип заявлял о себе и в попытках некоторых исследователей наметить генеральные перспективы дальнейшего развития создаваемых людьми технических систем. Так, в 70-х гг. была выдвинута оригинальная периодизация научно-технического прогресса на основе критерия сложности создаваемых людьми технических систем. Современный этап при этом представляется как переходный к зрелому периоду, ибо сложность современных технических систем уже измеряется числом их элементов 10⁴ –10⁷, а связи между ними уже гибкие, вероятностные (в отличие от жёсткого детерминизма чисто механических систем с числом деталей порядка 10²–10³). Ближайшей исторической перспективой с таких позиций представлялся переход к ультрасложным системам с числом элементов 10²⁸–10³⁰ и «с такой сложной организацией между элементами, благодаря которой си-стема становится способной к росту, развитию, превращению, к усложнению своей организации» [21, с. 164].

Однако, если учесть, что человек уже давно использует в своих технологиях в качестве главных агентов-исполнителей чисто естественные элементы и структуры, то получится совсем иная теоретическая картина истории техники, а также её генеральных перспектив. Пока подчеркнём, что технические системы с количеством элементов порядка 10²³–10³⁰ – обыденное дело в любой химической технологии. Того же астрономического порядка число молекул бромистого серебра, формирующих скрытое изображение на фотоплёнке при каждом щелчке фотоаппарата. Того же порядка число молекул проявителя, делающего это изображение видимым. Обыденностью приведённого примера не следует смущаться: ведь сходным фотохимическим способом формируются и транзисторные интегральные микросхемы в сАмой современной «производительной» микроэлектронике.

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

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

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

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

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

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

Произошло полное отрицание их предшествующей воплощённости в искусственные технические конструкции. Вместе с тем, это стало определённым возвратом к историческим первоистокам, когда древнейшие каналы связи в человеческом обществе также не были облачены в какие-либо технические формы.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

7. Машинная и безмашинная техника в картинах

В Мировом развитии техники в целом, во всей его сложности нет какой-то генеральной линии, однозначно определяемой общими гносеологическими законами овеществления научных знаний в искусственных инженерных конструкциях и сооружениях. Наиболее чётко и однозначно эти генеральные законы проявляют себя лишь во взаимоотношениях эволюционирующих знаний и техники эксперимента в конкретных циклах познания конкретных новых объектов [11, с. 427–488]. В развитии техники всевозможных непознавательных целевых предназначений действие этих генеральных законов сплошь и рядом заслоняется действием других общественных факторов, внешних по отношению к внутренней логике научно-технического прогресса. Таковы, прежде всего, экономические факторы, когда дело касается техники, массово тиражируемой современными индустриальными методами. Эти факторы могут даже десятилетиями консервировать функционально качественно менее эффективные, но мощно «раскрученные» технологии, намертво блокируя внедрение новых и качественно более эффективных технологий. (См., напр.: Абачиев С. К. Математика гармонии глазами историка и методолога науки // Сайт «Академия Тринитаризма», публикация № 15991 от 11.07.2010.) Случается и так, что и по сугубо функциональным критериям в конкретных ситуациях развитие техники даёт «задний ход». Так, для бортовой солнечной энергетики некоторых космических аппаратов целесообразен возврат от безмашинных солнечных батарей к машинной версии: солнечные лучи фокусируются на головке двигателя Стирлинга, а он вращает генератор переменного трёхфазного тока, если такой ток необходим для бортовой аппаратуры космического аппарата, для его научных приборов.

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

В целом, современная техносфера идёт «столбовой дорогой» в царство наукоёмких безмашинных и безорудийных технологий. С началом электрификации общественного производства её состояние стало переходным. В большимх и малых узлах современных технических систем вплоть до крупномасштабных технологических процессов всё меньше остаётся места для классических механизмов и машин. У их пережитков, которые пока не могут быть устранены, есть многообразные прямые безмашинные аналоги и эквиваленты. Всё это даёт особенно богатую опытную базу для сравнительного анализа и для понимания гносеологической сущности безмашинной техники и безмашинных технологий, включая их наивысшее развитие – наукоёмкие технологии вообще без зримых и ощутимых искусственных инженерных конструкций, т. е. без техники. Проиллюстрируем это на примерах нескольких современных ключевых направлений развития техники.

Передача энергии на расстояние

Илл. 1. Возьмём за отправную точку классическую систему машин в механическом цехе середины XIX в. Механическим трансмиссиям под потолком цеха тогда не было никаких альтернатив. Для транспортирования энергии на боль шие

1.1

расстояния они очевидным образом не годились. Для этой цели тогда подходили только грузовые поезда на паровой тяге, перевозившие органический энергоноситель, в те времена почти исключительно – уголь. На снимке 1.2 50-х гг. ХХ в. представлено это пережиточное техническое наследие XIX в. С тех пор паровозы ушли в прошлое, но механическая транспортировка органических энергоносителей не только не сдала позиций, но и на порядки интенсифицировалась, особенно – морская.

Силовой электрический кабель (1.3) – безмашинный эквивалент механической трансмиссии. На такой физической основе транспортировка энергии не то-лько качественно преобразовала цеха крупного машинного производства, но и вышла на тысячи километров за их пределы. Надёжность такого способа транспортирования энергии неизмеримо выше, поскольку электроны как непосредственные переносчики энергии – чисто естественного происхождения, в отличие от ломких искусственных деталей механических трансмиссий. Свободные электроны в кристаллической решётке металлов просто не могут сломаться. Конечно, у силовых кабелей свои специфические проблемы надёжности, коррозионной стойкости, старения изоляции и т. п., но они не идут ни в какое сравнение с принципиально неразрешимыми проблемами механических трансмиссий с такими же показателями транспортирования энергии. Говоря языком современной методологии науки, в ключевой проблеме качественного повышения эффективности транспортирования энергии (а не энергоносителей) требовалось радикально заменить механическую парадигму и она была радикально заменена.

Воздушная ЛЭП высокого и сверхвысокого напряжения (1.4) – это тот же самый силовой кабель, но в воздушной версии. Несущие его ажурные мачты с гирляндами изоляторов сильно опосредуют работу ЛЭП искусственными инженерными конструкциями, но они не имеют отношения к существенно безмашинному транспортированию энергии электронами в веществе воздушного кабеля по законам квантовой механики. Их роль сугубо вспомогательная – опорная, как и у любой техники, работающей в поле тяготения Земли. Это – рамы, функциональные эквиваленты и аналоги которых присутствуют в любой инженерной ко-нструкции (рама кузова автобуса, станина станка, шасси и платы радиоэлектронной аппаратуры и т. п.)

Фотография 1.5 демонстрирует транспортирование электроэнергии на расстояние без кабелей и опорных рам, вообще без единой искусственной инженерной конструкции. Как и в случае радиосвязи, в роли их функционального эквивалента выступает чисто естественная структура физического вакуума, в которой распространяются электромагнитные волны. Иначе говоря, здесь мы имеем дело с технологией без техники. Масштабы, конечно, пока комнатные, но теоретически рассчитаны безорудийные каналы переброски электроэнергии микроволнами на десятки тысяч километров. Проект космической солнечной электростанции мощность 1 ГВт на геостационарной орбите (1.6) и соответствующей приёмной антенны на Земле (1.7) не просто реалистичен, но и может быть реализован в перспективе ближайших десятилетий. А между ними – ни единого искусственного звена типа ажурных опор с гирляндами изоляторов. Остаются проблематичными климатические и экологические последствия прохождения таких мощных потоков микроволнового излучения через плазменную ионосферу Земли, но для целей нашего анализа это не существенно. Существенно то, что принципиально возможна и практически осуществима крупномасштабная промышленная технология переброски электроэнергии на 36 тысяч километров без единой искусственной инженерной конструкции между местом её выработки и местом её приёма. Это совершенно очевидно и даже наглядно, когда есть, с чем сравнивать (1.1–1.4).

Илл. 2. У электрического способа безмашинного траспортирования энергии есть и другой безмашинный аналог – тепловая трубка. Её действие основано на аккумуляции тепла в скрытой теплоте испарения и конденсации рабочего вещества,

которое в газообразной форме переносит тепло к участку его отдачи, отдав его, конденсируется и по пористой внутренней структуре под действием капиллярных сил возвращается к месту его получения, чтобы принять новую порцию тепла (2.1, 2.2). В зависимости от типа рабочего вещества, тепловые трубки могут работать как на обогрев, так и на охлаждение. Пространственные масштабы такого транспортирования энергии невелики – в отличие от силового электрического кабеля. Но это не суть важно – тем более, что и малые силовые кабели выполняют свою миссию также и в малых масштабах станков и вообще всевозможной электроаппаратуры вплоть до сетевой электробритвы. Илл. 2.3 представляет работу тепловых трубок в системе конструктивно простого и особо надёжного охлаждения радиоаппаратуры. На фотографии 2.4 слева и справа от железнодорожного полотна БАМа – тепловые трубки, которые летом стабилизируют вечную мерзлоту под насыпью в окрестностях моста через речку.

Илл. 3. Искусственно синтезированные проводники с протонной проводимостью (т. н. суперионные кристаллы) позволяют электрическим безмашинным способом транспортировать по соответствующим проводам не только энергию, но и водород как перспективный основной и экологически чистый энергоноситель. Пространственные масштабы пока скро-мные, как в случае транспортирования ионов водорода от воды, в которой измеряется их концентрация, до соответствующего измери тельного прибора. Но в данном случае важны не масштабы этой реальной безмашинной технологии переброски вещества на расстояние, а сама её принципиальная осуществимость. А что касается масштабов, то ведь и железные дороги в начале XIX стартовали с потешных паровозиков, способных заменить пару-тройку лошадей для перевозок в пределах фабрики или рудника.

Илл. 4. Тепловоз – это автономный электровоз, который возит на себе мощную дизельную электростанцию. В начале 60-х гг. ХХ в. пытались избавиться от этого посредничества элекрогенератора и электродвигателей, связав напрямую дизельный двигатель с колёсными пАрами механической трансмиссией с испо-льзованием гидравлики. На экспериментальном советском тепловозе с фотографии 4 на это указывает вторая буква в наименовании типа машины ТГП: Т – «тепловоз», Г – «с гидравлической трансмиссией», П – «пассажирский». Конструктивно получилось проще, но по надёжности хуже, чем с существенно безмашинным электроприводом. Запечатлённый фотоснимком тепловоз так и остался вторым в экспериментальной серии из двух экземпляров, и с тех пор уже нигде не экспериментируют с механическими трансмиссиями магистральных тепловозов. В частности, все серии отечественных тепловозов именуются ТЭ («тепловоз с электроприводом»). Более того, современные тепловозы, как и электровозы, также оборудуются сложной бортовой силовой электроникой, позволяющей использовать бесколлекторные тяговые электродвигатели, многократно повышающие надёжность и без того высоконадёжного электропривода – безмашинного в плане передачи энергии дизельного двигателя на расстояние до ведущих колёс.

Илл. 5. Здесь представляется достаточно одного общеизвестного примера: наглядного сопоставления планетарного механического редуктора (5.1 слева) и его безмашинного эквивалента – электрического трансформатора (5.1 справа), работа которого основана на фарадеевских законах электромагнитной индукции. На словах можно дополнить этот пример множеством других. Так, общеизвестны преимущества бесколлекторных трёхфазных асинхроных электродвигателей с короткозамкнутыи ротором. В 30-х гг. ХХ в. их пытались использовать

в качестве высоконадёжных тяговых на экспериментальных электровозах. В одном варианте их запитывали непосредственно от контактной сети с двумя воздушными проводами (по типу троллейбусной). На память об этих экспериментах в Швейцарии до сих пор функционирует горная железная дорога, которая теперь воспринимается как технический курьёз (5.2). В другой версии на борту локомотива размещался мощный двигатель постоянного тока от контактной сети, который был на одном валу с генератором трёхфазного переменного тока, а тот, в свою очередь, питал бесколлектроные тяговые двигатели. Последние получались особо надёжными, но громоздким и ненадёжным был машинный преобразователь тока. В настоящее время такие преобразования тока на борту электровозов и скоростных поездов с бесколлекторными тяговыми двигателями осуществляются средствами безмашинной силовой электроники. По сравнению с первыми кремниевыми выпрямителями середины 60-х гг., которые окончательно определили дальнейшую электрификацию железных дорог во всём мире только на переменном токе, эта полупроводниковая бортовая аппаратура существенно и даже качественно сложнее. Но безмашинные принципы её работы обеспечивают ей высокую надёжность. В сущности, в силовой электронике произошло то же самое, чтО произошло в электронике слабых токов благодаря транзисторной революции 40–50-х гг. Мощностные показатели преобразований энергии не существенны, когда речь идёт о самОм электронном принципе бесконтактных переключений в сложных электрических цепях.

Илл. 6. На фотографии 6.1 представлена общеизвестная динамо-машина. Работа этого машинного генератора электроэнергии основана на законах электромагнитной индукции и её суть одна и та же как в случае велосипедной динамо-машины, так и в случае электрогенераторов современной тепловой электростанции (6.2).

Советские исследователи философских проблем труда и техники в 60–80-х гг. ХХ в. обычно мыслили в духе марксистского «экономического детерминизма», а он обращал их внимание, в основном, в сферу крупномасштабных и экономически ключевых технологий общественного производства. С безмашинными электрогенераторами у них ассоциировались промышленные электрогенераторы на основе магнитной гидродинамики (МГД), в которых искусственная инженерная конструкция ротора заменяется потоком плазмы в магнитном поле (6.3). И вообще, безмашинное производство представлялось технологическим базисом будущей коммунистической экономики изобилия материальных благ. Такие представления можно приводить в качестве классического примера того, как парадигма (в данном случае – «экономико-детерминистская») зашоривала мышление исследователей, буквально не позволяя им видеть того, чтО находится перед глазами и окружает со всех сторон. В частности, промышленные МГД-генераторы по сей день не вышли из качества экспериментальных, но уже в те же 60–80-е гг. МГД-насосы (6.4) широко использовались для перекачки электролитических жидкостей. Уже тогда внедрялись МГД-насосы для циркуляции жидкого натрия в теплообменной аппаратуре ядерных электростанций. А что касается малой энергетики, то здесь безмашинные электрогенераторы уже тогда окружали человека со всех сторон, начиная с батареек в транзисторном радиоприёмнике.

De facto безмашинные электрогенераторы появились ещё в XVIII в. – задолго до открытия законов электромагнитной индукции и изобретения машинных электрогенераторов на их основе. В исторически первородной форме XVIII в. это был знаменитый вольтов столб (6.5 слева). Его современным, существенно более компактным и эффективным эквивалентом является общеизвестная гальваническая батарея (6.5 справа). Она продолжает совершенствоваться уже на основе новейших открытий электрохимии, позволяющих многократно повысить её ёмкость. Это общеизвестно из соответствующей рекламы, которая в данном случае не обманывает.

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

Квантовая физика полупроводников уже в 30-х гг. ХХ в. позволила существенно усилить термоэлектрический эффект и сделать термобатареи существенно более компактными (6.6). Термобатареями такого типа в годы Великой Отечественной войны снабжались партизанские отряды для питания радиоаппаратуры в полевых условиях. Они были вмонтированы в котелки, которые подвешивались над кострами. Отметим также, что квантовая физика твёрдого тела позволила на порядки усилить обратные эффекты прямого превращения электрической энергии в холод (эффекты Пельтье, Эстингсгаузена и др.). В комбинациях они ещё в 70-х гг. ХХ в. позволяли создавать конструктивно простейшие и особо надёжные безмашинные устройства прямого превращения электри-ческой энергии в холод на уровне температуры жидкого азота (77 К). В настоящее время существенно безмашинная твердотельная криогеника продвигается к достижению температур жидкого водорода (23 К) и гелия (4,2 К).

Илл. 7. С 50-х гг. ХХ в. началось всё более широкое практическое использование другого безмашинного генератора электроэнергии – солнечных батарей. На основе квантовой физики полупроводников неуклонно повышался и повышается к. п. д. прямого превращения солнечного света в постоянный электрический ток. Первые практические применения солнечные батареи нашли в космонавтике. Тогда не шла речь об экономической эффективности этих электрогенераторов: там им просто не было никаких альтернатив. На третьем советском искусственном спутнике Земли, запущенном 15 мая 1958 г., солнечные батареи были использованы впервые. На фотографии 7.1 запечатлена сборка этого спутника, который стал первой советской комплексной физической лабораторией в космосе. Внушительная безмашинная солнечная энергетика современной международной космической станции «Альфа» видна с первого взгляда (7.2).

За десятилетия, прошедшие с 1958 г., солнечные батареи стали многократно более эффективными и дешёвыми, как гибкая солнечная батарея на илл. 7.3. Уже становятся экономически конкурентоспособными экологически чистые солнечные электростанции промышленного масштаба в местностях, где изобилие солнечного света, как в Калифорнии (7.4).

На снимке 7.5 изображена солнечная энергетика коттеджа, которая не то-лько покрывает все его нужды, но и позволяет запасать энергию впрок в современных аккумуляторах повышенной ёмкости. Эта малая безмашинная электроэнергетика перестала быть экспериментальной и получает всё более широкое распространение. Энергетика индивидуального человеческого жилища вновь становится автономной – подобно извечной энергетической автономности деревенского дома до эпохи электрификации села в ХХ в. Но это уже – высший виток спирали исторического развития, который в гегелевско-марксистской тра-диции именуется отрицанием отрицания. Наукоёмкая автономная солнечная энергетика семейного жилья – это далеко и далеко не деревенская русская печь. К тому же, она соединяется с энергосберегающей революцией в современной бытовой электротехнике, в частности, со светодиодной в светотехнике. Такая малая энергетика в массовом масштабе – это подлинная техническая революция с грандиозными социально-экономическими последствиями. Кроме того, в автономную малую энергетику индивидуального жилья внедряются и другие наукоёмкие технологии запасания солнечной энергии впрок на холодное время года, её использования для откачки подземной воды в автономном водопроводе и др. Малая, но массовая автономная энергетика может стать большой. В перспективе она может если и не упразднить за ненадобностью, то существенно сократить масштабы большой централизованной энергетики.

Илл. 8. Новым примером малой и автономной, но всё более массовой безмашинной электроэнергетики являются топливные элементы – прямые преобразователи химической реакции окисления воздухом топлива в постоянный электрический ток. На илл. 8.1 показана зарядка спиртом топливного элемента бытового электроприбора. В случае сотового телефона 30 г этилового спирта хватает на полгода его работы без забот о подзарядке каждые 3–5 дней. Батареи топливных элементов начинают работать и в силовой энергетике. Электромобиль «Хонда» (8.2) с к. п. д. 95% прямого преобразования химической энергии топлива в электрический ток и с к. п. д. 98% электротяги – это хотя и полуэкспериментальная, но уже реальность.

Илл. 9. В традиционных электродвигателях постоянного тока чисто механическим узлом является коллектор со щётками, осуществляющий непосредственно переключения секторов обмоток двигателя в магнитном поле (9.1). Этот ме-ханический, сравнительно ненадёжный и даже пожароопасный узел из совре-менных двигателей постоянного тока устраняется по-разному. Разработаны и уже получили широкое распространение бесколлекторные двигатели постоян-ного тока с бесконтактным осуществлением этой функции с помощью полупроводниковых тиристоров. Где это возможно, внедряются принципиально бесколлекторные асинхронные двигатели переменного тока или двигатели с конструктивно упрощёнными и более надежными кольцевыми коллекторами (9.2).

<

Принципиальная схема безмашинного МГД-движителя морских судов (морская вода – электролит) (9.3) была предложена ещё М. Фарадеем, когда морские пароходы приводились в движение огромными гребными колёсами с плицами, сохраняя как пережиточное оснащение и для хода под парусами. Изобретение гребного винта сделало морские пароходы пароходами без парусных пережитков и более чем на век оставило схему Фарадея чисто теоретической. В последние десятилетия она не только возрождена, но и воплощена в первые малые морские суда (9.4). Для перевода большИх и гигантских судов на безмашинный МГД-привод требуются уже сверхмощные и компактные сверхпроводящие магниты. Япония как по необходимости Мировой лидер морского судостроения разрабатывает и такие суда. Кстати, этот пример показывает, каким долгим и трудным может быть путь от простой и теоретически безупречной принципиальной схемы новой технологии до её воплощения в жизнь. Так, для реализации схемы Фарадея в современном супертанкере фундаментальной физике объективно потребовалось не только пройти через квантовую революцию первой четверти ХХ в., но и постигнуть природу сверхпроводимости, на чтО уже неклассической, квантовой физике потребовалось почти полвека.

Электрические машины – это всё же исторический компромисс принципиально безмашинных электротехнологий с классическими машинами. Безмашинная сущность электротехнологий ярко демонстрируется транспортированием энергии по силовым кабелям и воздушным ЛЭП. Но и не только. Можно приводить многочисленные примеры электротехнологий, где их безмашинная сущность используется в чистом виде: электрохимическое фрезерование, магнитная штамповка и т. п. Показательна современная технология производства алюминия на основе фарадеевских законов электролиза (9.6). Не зря алюминий называют твёрдым электричеством. Когда в своё время, до изобретения этой промышленной электротехнологии, Д. И. Менделееву на юбилей подарили вазу из алюминия, этот металл был полудрагоценным.

Илл. 10. Парусное судоходство имеет историю в 6 тысячелетий. Оно – ровесник письменности и человеческих поселений городского типа. Парусное судно очевидным образом – безмашинное средство транспорта. Вплоть до эпохи первых железных дорог, оно тысячелетиями было монополистом в крупнотоннажных грузоперевозках, одним из ключевых экономических и военно-политичес-ких факторов общественной жизни. В XVIII в. на основе научной гидродинамики морское парусное судно было доведено до совершенства. Оно символизировало гармонию человека и природы на границе морской и воздушной стихий. На илл. 10.1 запечатлён легендарный в своё время английский клипер «Катти Сарк», воспетый советским писателем-фантастом И. А. Ефремовым в одноимённой повести.

Прямой воздушный аналог парусника – планёр – появился уже в ХХ в. Он изначально требовал опоры на достаточно разработанную научно-теоретическую аэродинамику летательных аппаратов тяжелее воздуха. В частности, он опирался и опирается на теорию оптимального профиля крыла в плане, которую Н. Е. Жуковский разработал на основе изящного использования математической теории функций комплексного переменного. Иначе говоря, планёр (тем более, современный (10.2)) является не просто безмашинной техникой, а безмашинной наукоёмкой в широком гносеологическом смысле. Плюс к этому – безмашинно-механической, поскольку использует явления аэродинамики, изучаемые классической механикой жидкости и газа. То, что планёры практически не имеют народно-хозяйственного значения и являются, в основном, техническим средством великолепного вида спорта, для этой гносеологической сути дела не имеет никакого значения.

Проектируемый в Японии безмашинный поезд на магнитном подвесе (10.3) должен достигать скорости 1000 км/час. В своих разработках таких поездов Япония, в отличие от Германии, использует мощные и компактные сверхпроводящие магниты. Несмотря на нынешнюю экспансию скоростных поездов традиционной механической системы «колесо–рельс», поезда на магнитном подвесе смогут взять реванш, если увенчаются успехом поиски сверхпроводимости 2-го рода при комнатной температуре и выше. Теперь они вряд ли смогут выдержать экономическую конкуренцию с традиционными в странах Западной Европы, которые с начала 80-х гг. ХХ в. покрылись густой сетью скоростных железных дорог. Но в странах, где развитие скоростного наземного транспорта практически ещё не начиналось (включая США), безмашинные скоростные поезда могут быть востребованы даже в нынешней версии, в которой они ещё не продвинулись дальше 40-километровой магистрали от аэропорта Шанхая до его делового центра.

Автоматическое кодирование информации

Диск НипкОва как механическое средство построчного свёртывания и развёртывания (сканирования) изображений (11.1) был запатентован в 1884 г. Тогда ещё не были изобретены ни радио, ни кинематограф, так что это сканирующее устройство никак не могло предназначаться телевидению – технологии передачи движущихся изображений с помощью радиоволн. Реальное телевидение изначально проектировалось под чисто механическую технологию кинематографа. Более того, в этой своей концептуальной первооснове оно по сей день остаётся механистическим, несмотря на всё его современное наукоёмкое электронное и оптоэлектронное аппаратное оформление. Но в исторически первородной версии телевидение было механическим по всем статьям, за исключением передачи видеосигнала через радиоэфир. Превращение двумерного изображения в одномерный видеосигнал на телестудии (11.2) и обратное развёртывание телесигнала в движущееся изображение (11.3) осуществлялось сканированием с помощью диска Нипкова. У механического телевидения 20–30-х гг. ХХ в. было только одно преимущество – вещание в диапазоне средних волн, которые распространяются (особенно, ночью) на многие сотни километров от передатчика. Движущиеся картинки на маленьком экранчике (справа на илл. 83.3) были немногим выше уровня распознаваемости человеческими глазами. В сущности, это был телевизор для индивидуального пользования глазами вплотную к экранчику. О цветном телевидении на такой аппаратной основе не могло быть и речи.

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

На схеме 11.5 представлен принцип работы электронно-лучевой трубки, которая в передающей телекамере преобразует двумерную картинку в одномерный телевизионный сигнал. Электродинамика – самая количественно точная из всех теорий классической физики. И эта точность проявилась в том, как прецизионный процесс электромагнитного сканирования осуществляется в иконоскопе Зворыкина. Его основой является мозаичный фотокатод – система из более чем миллиона микрофотоэлементов. Каждый из них вырабатывает и хранит свой электрический заряд под влиянием сложного светового поля, создаваемого на плоскости фотокатода объективом. Электронный луч замыкает (коммутирует) электрическую цепь. С помощью генератора пилообразного напряжения и магнитной системы его отклонения он строка за строкой опрашивает ячейки этой светочувствительной матрицы. Разряжая их, он модурирует электрический ток в цепи, формирует строку одномерного телевизионного сигнала. И так – по 625 строкам в течение 1/24 секунды, чтО соответствует частоте смены кадров в кинематографе. После опроса коммутирующим электронным лучом фотоэлементы тут же вырабатывают новый заряд и готовы к следующему построчному опросу следующего кадра. Скорость горизонтальных перемещений электронного луча по фотокатоду – километры в секунду. А в больших приёмных трубках телевизоров, осуществляющих обратное сканирование, она и вовсе сравнивается с первой космической скоростью. Но на то и точность классической электродинамики, чтобы с помощью прецизионной электромагнитной системы электронно-лучевой трубки управлять этим сверхскоростным движением сканирующего луча точно по строкам мозаичного фотокатода. Совершенно очевидно, что никакой механической системе подобные скоростные режимы работы недоступны уже по причине инертности её движущихся искусственных деталей, не говоря об их надёжности. А на немеханической (безмашинной) основе они осуществляются, причём с высокой надёжностью: электромагнитная система трубки неподвижна, а электроны в принципе не могут сломаться.

На снимках 11.6 представлены советские телевизоры 40–50-х гг. «КВН-49» (слева) и «Ленинград», объединённый с широковещательным радиоприёмником в диапазоне длинных, средних и ультракоротких волн. Экраны, по современным понятиям, мизерные, но качество изображений было неизмеримо лучшее, чем у механических телевизоров на основе сканирования вращающимся диском Нипкова. Эту уже – телевизоры для семейного пользования. А когда в первой половине 50-х гг. телевизоры ещё не были общедоступными и когда наши соотечественники были намного более общительными, был обычай ходить к соседям по подъезду «на телевизор». Водяные линзы в два-три раза увеличивали размер изображения. Чтобы в них не заводились водоросли, они заполнялись дистиллированной водой. Чисто электронная телевизионная техника системы Зворыкина поступательно совершенствовалась. На её основе в 60–70-х гг. телевидение стало цветным и, в свою очередь, также было доведено до высокого совершенства. Для механического телевидения такая эволюция была исключена – подобно тому, как для механических трасмиссий заводов и фабрик XIX в. была исключена история последующего превращения в средство мнговенной переброски энергии на тысячи километров.

Развитие микроэлектроники в начале 70-х гг. позволило разработать принципиально новый способ электронного сканирования изображений – в приборах с зарядовой связью (ПЗС). На схеме 11.7 в разрезе показаны соседние элементы строки ПЗС-матрицы, на фотографии 11.8 представлен внешний вид фотоэлектрической микросхемы современного цифрового фотоаппарата, которая работает по тому же принципу и формируется теми же методами микроэлектроники.

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

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

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

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

Интересно отметить, что в первой половине тех же 70-х гг. удалось организовать процесс самосканирования в строке принципиально другим способом – акустофотоэлектрическим. Полупроводниковая строка покрывается слоем прозрачного пьезоэлектрика и по её концам простым методом плёночного напыления формируются генераторы поверхностных акустических волн. Они интерферируют так, что зоны минимумов и максимумов амплитуд постоянно перемещаются в одну сторону. В зонах минимумов световое поле проецируемого изображения создаёт своих аналогов потенциальных ям ПЗС-строки, которые переносят заряды без изменений и считываются электродом на выходе. Только, в отличие от ПЗС-матрицы, в такой акустофотоэлектрической строке вообще нет надобности формировать многоступенчатыми методами микроэлектроники какие-либо многослойные искусственные конструкции. На гладкой и бесструктурной поверхности полупроводника, покрытого прозрачным слоем пьезоэлектрика, всё подобное формируется само собой, чисто естественным способом. Это – одна из уже реализованных вариаций на всё ту же тему технологий с минимальным участием искусственных элементов вплоть до нулевого. В этой связи важен только сам фактический прецедент такого рода, а не то, какая из технологий самосканирования более совершенная и перспективная.

Илл. 12. Что такое машинно-механический канал связи XIX в., наглядно показывает соответст-вующая советская юбилейная тематическая почтовая марка на илл. 12.1. Почтовые самолёты многократно ускорили механическую передачу информации на большиме расстояния. На снимке 12.2 – почтовый самолёт 30-х гг. ХХ в. типа того, трагический последний рейс которого А. де Сент-Экзюпери описал в рассказе «Ночной полёт».

Снимок 12.3 сделан летом 1963 г. К началу того года Октябрьская магистраль стала электрической от Москвы до Ленинграда и, в основном, приняла современный вид. Вечерний экспресс связывал две столицы за 6 часов и весь тот год был самым скоростным поездом мира. Но этот снимок интересен тем, что документально запечатлел пережиток безмашинных технологий передачи информации ХIX столетия. В полосе отчуждения магистрали с обеих сторон от полотна – в два ряда шеренги деревянных столбов с телеграфными и телефонными проводами. Снимок не мог запечатлеть того, как эти столбы непрерывно гудели, особенно – в сырую погоду. Звуковой спектр этого гудения был сходным со звуковым спектром большого церковного колокола. Вплоть до 80-х гг. ХХ в. шеренги опорных столбов с проводами междугородней телеграфной и телефонной связи были атрибутом всех железнодорожных и автомобильных магистралей. В конце 90-х гг. ХХ в. вдоль полотна Октябрьской магистрали была уложена оптико-волоконная линия связи между двумя столицами. Ныне она с лихвой обеспечивает обмен информацией между ними, включая радио- и телевизионные трансляции заодно с Интернетом.

Оптико-волоконный кабель хотя и искусственный канал связи, но колоссальной пропускной способности благодаря частоте электромагнитных волн оптического диапазона. Никаких лазерно-волноводных кабелей связи не надо было бы на Луне и вообще в космосе, где нет ни атмосферы, ни погоды: колоссально информативные лазерные лучи перемещали бы информацию через физический вакуум как чисто естественный канал связи. Что касается электрических связных кабелей (12.4), то они неуклонно выходят из употребления.

Радиосвязь сделала электромагнитные каналы передачи информации полностью лишёнными каких-либо искусственных инженерных конструкций. Искусственной осталась только невидимая и неощутимая модуляция несущих радиоволн человеческой информацией. Между приёмными антеннами (12.5) и спутниками-ретрансляторами на геостационарных орбитах в 36 тысячах километрах от земной поверхности нет абсолютно ничего видимого и ощущаемого.

 

(Ср. с 12.4.) Даже людям середины XIX века современные человеческие манипуляции с радиоволнами показались бы кому – мистикой, кому – фокусническим иллюзионизмом.

1. Понимание сущности машинных и безмашинных технологий достигается в рамках гносеологического подхода к феномену труда и техники, при котором понятие «технологической процесс» является базовым, а понятие «техника» – производным от него.
2. Машинно-механическую технику в любой её форме отличает искусственность её главных звеньев, совершающих чувственно воспринимаемые макромеханические движения.
3. В любой безмашинной технике главные звенья естественного происхождения. Они могут быть и бывают как макроскопическими, так и микроскопическими.
4. Электротехнологии по своей сущности являются безмашинными, а современные электрические машины представляют собой их исторический компромисс с классическими машинами.
5. Безмашинные технологии в своих главных звеньях демонстрируют генеральную линию научно-техноголического прогресса на полное избавление технологических процессов от искусственных инженерных конструкций и сооружений. Исторические прецеденты таких технологий без техники уже имеются.
6. Вопрос о сущности машинных и безмашинных технологий можно считать закрытым. Его пора переводить из сферы дискутируемых академических вопросов техникознания в учебники для будущих творцов новой техники.

1. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин. 3-е изд. – М.: Наука, 1975.
2. Добровольский В. А. Развитие понятия «машина» и необходимость его уточнения // Научные записки Одесского политехнического ин-та, 1955, т. 4, вып. 2.
3. Лебедев Л. В. Анализ и уточнение основных понятий техники. – В сб.: «Вопросы науки и техники». Ивановский Государственный педагогический ин-т им. Д. А. Фурманова: Учёные записки. Т. 64, вып. 2. – Иваново, 1968.
4. Гарковенко Р. В. Некоторые теоретические вопросы химического производства // Вопросы философии, 1968, № 8.
5. Гудожник Г. С. Научно-технический прогресс. (Сущность, основные тенденции.) – М.: Наука, 1970.
6. Майзель И. А. Наука, автоматизация, общество. – М.: Наука, 1972.
7. Волков Г. Н. Социология науки: социологические очерки научной деятельности. – М.: Политиздат, 1968. – 386 с.
8. Бурмистрова Н. Процесс развития машин: методологические вопросы социально-экономического исследования // Экономические науки, 1984, № 8.
9. Войтов А. Г. Техника: общая теория. – М.: Издат. «Дашков и К^О», 2001. – 269 с.
10. Абачиев С. К. Традиционная логика в современном освещении. – М.: КомКнига, 2006. – 269 с.
11. Абачиев С. К. Эволюционная теория познания. (Опыт систематического построения.) – М.: URSS, 2004. – 522 с.
12. Маркс К. Экономические рукописи 1857–1858 гг. – Маркс К. и Энгельс Ф. Собрание сочинений. 2-е издание. Т. 12.
13. Макрс К. Экономическая рукопись 1861–1863 гг. – Маркс К. и Энгельс Ф. Собрание сочинений. 2-е издание. Т. 47.
14. Маркс К. Капитал. Т. 1. – Маркс К. и Энгельс Ф. Собрание сочинений. 2-е издание. Т. 23
15. Кедров Б. М. Соотношение фундаментальных и прикладных наук // Вопросы философии, 1972, № 2.
16. Кедров Б. М. О науках фундаментальных и прикладных // Вопросы философии, 1972, № 10.
17. Кузнецов Б. Г. Философия оптимизма. – М.: Политиздат, 1972.
18. Товмасян С. С. Философские проблемы труда и техники. – М.: Политиздат, 1972.
19. Абачиев С. К. Подлинная наука и спекулятивная псевдонаука // В защиту науки: Бюллетень Комиссии Президиума РАН по борьбе с лженаукой и фальсификацией научных исследований, № 3. – М.: Наука, 2008.
20. Апокин И. А. Закономерности развития автоматической техники // Вопросы истории естествознания и техники, 1982, № 3.
21. Поваров Г. Н. Daidalu ptero (К познанию научно-технического прогресса). – В кн.: Системные исследования: Ежегодник. – М., 1972.