Красота идей
Любой
инженер в своей деятельности
сталкивается с необходимостью решения разного рода
задач. Решения для одних находится быстро, на
вторые уходят
годы напряжённого
поиска. Полученный ответ может быть неожиданным, а в ходе поиска могут
появляться решения
задач из смежных областей. Однако в итоге получаются красивые идеи и
решения.
Красивые идеи понятие отнюдь
не
субъективное. Красивые
решения
всегда просты. Может быть, именно это придаёт эмоциональную окраску их
восприятию: нас охватывает гордость за разум, который лишь силой мысли
побеждает обстоятельства. Нас охватывает гордость за сопричастность к
этому разуму.
При изучении творческого
наследия
великих
изобретателей
постоянно сталкиваешься с такого рода идеями и решениями —
красивыми,
простыми, смелыми.
Порой идеи приходят, когда их не ждеш. В 1914 году Глеб Котельников, изобретатель парашюта, захотел испытать свою конструкцию на прочность. Выбросить груз из самолёта на парашюте ему запретили: не знали как поведёт себя летательный аппарат если в полете лишиться 80-100 кг. Тогда было решено провести испытания на автомобиле. Когда машина, набрав скорость до 70-80 км/ч, пошла против ветра, Котельников выбросил привязанный к ней парашют. И тут произошло неожиданное: раскрывшись, купол парашюта остановил машину, не дав ей проехать и 4-5 метров. Так совершенно случайно было сделано открытие: парашют может служить тормозом, причём не только автомобиля, но и самолёта, к примеру, если посадочная полоса короткая.
Задача. Шлак, образовавшийся при выплавке чугуна заливают в ковш и увозят с домны. Расплав охлаждается, на поверхности расплава образуется твёрдая корка. Чтобы вылить шлак из ковша пробивают 2 отверстия, на это нужно время, а шлак продолжает охлаждаться — толщина корки увеличивается. В итоге удаётся слить не более 60-70% шлака. Ковши увозят на специальные эстакады, затвердевший шлак выбивают, грузят на автомашины и отправляют в отвалы, громоздящиеся вокруг заводов. Чтобы уменьшить скорость охлаждения расплава необходимо изолировать его от окружающей среды — закрыть «крышкой». Но обычную крышку нужно будет поднимать и опускать, даже при минимальном охлаждении она будет прилипать к ковшу. Нужно найти такую крышку чтобы с одной стороны не давала расплаву охлаждаться, а с другой — не мешала при выливаниие его из ковша.
Задача. Огюст Пиккар — покоритель самой высокой вершины мира, на которую когда-либо самостоятельно взбирался человек. На стратостате собственной конструкции он поднялся на высоту более 16 км. При конструировании стратостата Пиккар изобрёл герметичную капсулу — основу современной авиации. Такая капсула понадобилась Пиккару из-за малой плотности воздуха на большой высоте. Из-за все той же малой плотности воздух на большой высоте плохо рассеивает солнечные лучи, поэтому надо было как-то искусственно регулировать температуру внутри гондолы. Пользоваться холодильником и нагревателем Пиккар не мог: резко возрастала бы стоимость полёта, нужны были дополнительные источники энергии.
Задача. Установка для испытания действия кислот на поверхность сплавов представляет собой герметично закрываемую металлическую камеру. На дно камеры устанавливают образцы (кубики). Камеру заполняют агрессивной жидкостью, создают необходимые температуру и давление. Агрессивная жидкость действует не только на кубики, но и на стенки камеры, вызывая их коррозию и быстрое разрушение. Применение различных покрытий на внутренней поверхности камеры не решает проблемму, приходится изготавливать камеру из благородных металлов, что чрезвычайно дорого.
Для решения большинства инженерных задач нужно видение всей ситуации, необходим выход за рамки обыденного восприятия.
Задача. При проектировании станции Луна-16 нужно было снабдить станцию компактной и сильной электролампой для освещения лунной поверхности «под ногами» станции. Лампе предстояло выдержать большие механические перегрузки. Естественно, отобранные образцы придирчиво испытывали. И вот оказалось, что лампы не выдерживают перегрузок. Слабым местом было соединение цоколя лампы со стеклянным баллоном. Проектировщики сбились с ног, пытаясь найти более прочные лампы.
Инженеру необходимы обширные знания в самых разных областях науки и техники
Задача. Для производства некоторых веществ используются центрифуги в которых в течении большого периода времени идут химические реакции. Необходимо поддерживать температуру 200 °С. Для этого используют электромагнитное поле — оно нагревает расположенный внутри центрифуги ферромагнитный диск. В ходе реакций то выделяется, то поглощается энергия. Чтобы выдержать заданную температуру, надо регулировать мощность электромагнитного поля, а для этого необходимо знать, какова температура внутри центрифуги. Длительное время для установки старались создать удобный контролирующий контур. Но предложенные схемы получались громоздкими и ненадёжными, многие вообще оказались неверными: контроль за температурой мешал вращению центрифуги.
Задача. Основным препятствием к достижению полюса всегда служило отсутствие экономичного и в то же время мощного двигателя. В конце прошлого века рассчитывать приходилось лишь на тяговую силу животных и человека. Но животные, как и люди, должны питаться. Груз еды для животных, везущих сани, и для людей превышал возможности животных. Это вынуждало часть провианта и обмундирования сгружать на дополнительные сани. Лишние сани — это лишние животные, а значит, и лишнее потребление пищи, то есть лишний вес на санях. Получается замкнутый круг.
Иногда, кажется что решение для каждой задачи уникально, что только случай позволяет его найти. Однако, если накопить достаточную базу, то такие решения можно классифицировать и даже научиться формализовать. «Система Пири» напоминает взлёт современных космических ракет: пустые баки из-под горючего, ставшие ненужными отстреливаются. Вспомогательные отряды у Пири выполняли аналогичную роль: они прокладывали путь, а главное, доставляли груз еды до места назначения, устраивая пищевой склад для основной группы. Выполнив эту работу, они становились ненужными (как и пустые баки ракет) и возвращались назад. В проблеме взлёта ракеты её вес тоже был главным сдерживающим фактором: чем более мощные двигатели устанавливали на ракете, тем больше требовалось горючего, но это, в свою очередь, приводило к новому повышению мощности двигателя. Получается тот же замкнутый круг, что и в проблеме покорения полюса.
Задача. Для подъёма затонувших кораблей на поверхность используют понтоны. Это пустые ёмкости («бочки»), их заполняют водой, опускают вниз, крепят к кораблю. Потом воду вытесняют сжатым воздухом, понтоны всплывают, поднимая корабль. Часто корпус корабля наполовину погружен в ил. Подъёмной силы понтонов не хватает, чтобы преодолеть присасывающее действие ила. Убирать его с помощью водолазов тяжело и не всегда возможно и если волны быстро нагоняют ил — он снова охватывал корпус затонувшего судна, работу приходится начинать сначала. Требуется найти идею нового способа — эффективного, легко реализуемого.
Далеко не всегда состоятельность идей является очевидной и легко доказуемой. Зачастую автору собственными малыми силами приходится проверять основные положения выдвинутой им гипотезы.
Задача. Французский врач Ален Бомбар в начале 50-х годов выдвинул гипотезу о том, что люди, потерпевшие кораблекрушение и оказавшиеся в воде в лодках или других спасательных средствах умирают не от жажды или голода, а из-за страха перед неизбежностью такой смерти. Его довод: 90% людей оказавшихся в подобных условиях, гибнет в течении первых трёх дней, когда ещё не может быть и речи о смерти от недоедания или отсутствия воды. Более того Бомбар утверждал что человек оказавшись один на один с океаном, но не отказавшийся желания спастись может продержаться значительно дольше тех сроков, которые отводились на поисковые экспедиции. Но одно дело выдвинуть гипотезу и даже предложить её косвенное подтверждение, совсем другое дело — реальный эксперимент.
Решение. Бомбар взялся доказать, что в океане можно прожить, питаясь лишь тем, что есть в морской воде. И даже на плоту можно нестись не по воле ветра, течения и волн, а плыть, самостоятельно выбирая направление. Он пошёл добровольно на рискованный шаг — выступил в роли потерпевшего кораблекрушение. На надувной резиновой лодке, сконструированной по образцу спасательных плавсредств своего времени, снабжённой лишь стандартным набором для потерпевших кораблекрушение он стал первым в мире, человеком пересёкшим под парусом Атлантический океан. Подтверждение его гипотезы перечёркнуло десятидневный «лимит» на поиски и, что самое главное, дало веру в спасение попавшим в катастрофу.
Можно отыскать ещё тысячи таких красивых решений и идей, каждая из которых что-то изменила в мире или послужила толчком к этим изменениям. Но это не означает что становится меньше нерешенных задач. Наоборот, с каждым годом граница, где требуется острый ум, смелость и настойчивость все шире. И каждый может положить свой кирпичик в дорогу прекрасных идей человечества.