Занятие 11 Принцип «непревышения» Е. Карасик

Никакие методики не охватят всех возможных подходов к решению технических задач, подобно тому как не могут исчерпать комбинационных шедевров шахматной игры теоретики за всю долгую историю ее существования и вряд ли смогут когда-либо. Но каждый гроссмейстер техники создает свой «ключ», и, распознав его, вы повысите свой изобретательский разряд.

Всякий выдающийся конструктор или изобретатель имеет свой излюбленный подход к решению технических задач. У А.А.Микулина, например, в КБ висел плакат, выражавший творческое кредо его автора: «Не бороться с силами, а предотвращать их». К сожалению, далеко не все конструкторы и изобретатели, подобно Микулину, пытаются выразить словами те принципы конструирования, которыми они владеют. Так, например, П.Л.Капица никогда не формулировал свой излюбленный принцип создания физических приборов и установок, но анализ его изобретений позволяет нам сделать это за него.

Сущность «принципа Капицы» достаточно прозрачна и может быть пояснена следующими рассуждениями.

Функционирование любой технической системы рано или поздно приводит к ее «разрушению», под которым надо понимать не только буквальное разрушение, но вообще возникновение любого недопустимого изменения, делающего его дальнейшую работу невозможной. Очевидно, если техническая система успевает «разрушиться» еще до того, как совершит по крайней мере один рабочий цикл, то она ни на что не пригодна. Условие работоспособности любой технической системы: длительность рабочего цикла не должна превышать времени ее «саморазрушения».

Вероятно, любой инженер, прочтя об этом достаточно прозрачном принципе, найдет его очевидным, но он вовсе не очевиден, иначе трудно было бы объяснить, почему до многих технических решений П. Л. Капицы не додумались другие изобретатели, искавшие решения тех же задач, что и он. П. Л. Капица же добился успеха главным образом благодаря анализу неудачных попыток своих предшественников на предмет выяснения в них соотношения между временем «саморазрушения» установки и длительностью ее рабочего цикла.

Впервые такой анализ принес ему успех еще в 1916 году. В то время была актуальной проблема приготовления длинных кварцевых нитей. Их пытались получить, протягивая материалы через фильеры либо вытягивая нити из расплава кварца. Однако такая технология оказалась непригодной: нити рвались, не достигнув необходимой длины. П. Л. Капица выяснил, что причиной такого положения было нарушение вышеуказанного принципа: возникновение недопустимых изменений – затвердевание вытягиваемой кварцевой нити – наступало до того, как завершался цикл ее вытяжки до необходимой длины. Поэтому для придания работоспособности этой технологии надо было сделать так, чтобы длительность затвердевания кварца превышала время вытягивания нити. П. Л. Капица предложил резко повысить скорость вытяжки, для чего в расплав кварца опускалась стрела, которая затем выстреливалась из лука, вытягивая за собой почти мгновенно длинную кварцевую нить.

Спустя восемь лет П.Л.Капица вновь добился успеха тем же путем, но на этот раз – при создании установки для экспериментирования в сильных магнитных полях. Основным препятствием на пути создания таких установок было то, что, когда пропускали сильный ток через катушку электромагнита, она не выдерживала нагрева и сразу плавилась. П.Л.Капицей были проанализированы оба пути изменения соотношения между временем разрушения установки и временем ее работы. Сначала он попытался увеличить время ее саморазрушения за счет охлаждения катушки. Этот путь оказался малоперспективным. Тогда П.Л.Капица проверил возможность уменьшения времени работы установки. Выяснилось, что поскольку эксперимент в магнитном поле длится тысячные доли секунды, то нет необходимости, чтобы и установка работала существенно дольше. Но рабочий цикл длительностью в тысячные доли секунды как раз и удовлетворил «принципу непревышения», поскольку оказывался меньше времени, необходимого для расплавления катушки. Таким образом, П.Л.Капица пришел к выводу, что надо использовать в экспериментах не стационарные, а импульсивные магнитные поля.

Точно в такой же манере преодолел П.Л.Капица в дальнейшем еще одну трудность, возникшую в вышеуказанной установке уже после ее создания. Заключалась она в том, что при включении генератора тока, питающего электромагнит, он начинал дрожать, вызывая вибрацию пола, отчего искажались результаты измерений, проводившихся в магнитном поле. Таким образом, возникновение недопустимых изменений в системе – появление вибраций в зоне измерений – наступало раньше, чем заканчивался рабочий цикл. П.Л.Капица предложил увеличить время, необходимое для появления вибраций в зоне измерений так, чтобы оно удовлетворяло «принципу непревышения»: для этого зона измерений была перенесена на расстояние около 20 метров от генератора, в результате чего волна микроземлетрясений не успевала достигать зоны измерений за время работы установки.

Тем же путем была решена проблема поршневого ожижителя для получения жидкого гелия. Главная трудность здесь заключалась в том, что для свободного движения поршня внутри цилиндра требуется хоть какой-то зазор. Но уплотняющие смазки нельзя было применить – они затвердевали при низких температурах, и потому жидкий гелий, будучи сверхтекучим, успевал сразу же вытечь из цилиндра через зазор. Таким образом, недопустимые изменения в устройстве наступали раньше, чем поршень заканчивал свой рабочий цикл. Для решения проблемы надо было увеличить время вытекания жидкого гелия из цилиндра, либо уменьшить длительность рабочего цикла поршня. Первый путь исключался, поэтому П.Л.Капица предложил резко повысить скорость движения поршня, что и дало необходимый результат.

Со времен этих работ Капицы прошел уже не один десяток лет, но еще и сейчас наверняка есть немало изобретений, которые практически бесполезны только потому, что их авторы не предусмотрели проверку выполнения в них вышеуказанного соотношения. Все эти технические идеи, какими бы оригинальными и актуальными они ни были, ждут пока еще своего Капицу, который сумел бы вдохнуть в них жизнь, внеся прозрачное, но решающее изменение в предлагаемую технологию или устройство. К сожалению, «на Капицу» нигде не учат, несмотря на существующую разветвленную сеть школ обучения различным методикам технического творчества. Дело в том, что методики не могут охватить даже тех принципов решения технических задач, которые уже выработало человечество. Не охватывают они и «принципа Капицы», который не был высказан им самим и потому остался незамеченным за частоколом его изобретений. А сколько таких принципов скрывается в трудах других крупных изобретателей и ученых.

В связи с этим некоторыми исследователями предпринимались попытки путем всевозможных опросов изобретателей и конструкторов «выудить» у них принципы, которыми они руководствуются в своей творческой деятельности. Однако опросы не дали сколько-нибудь существенных результатов: или изобретатели отрицали существование каких-либо особых приемов, ссылаясь на талант и интуицию, или высказывали такие принципы и приемы, которые были уже известны, если не сказать общеизвестны. Отсюда был сделан вывод, что даже крупные конструкторы и изобретатели сколько-нибудь оригинальными приемами не владеют, а работают, подобно всем прочим, методом проб и ошибок. Поэтому, дескать, бесполезно изучать опыт работы корифеев в надежде извлечь из него что-либо полезное для методики изобретательства.

Пример с П.Л.Капицей показывает, что такой вывод ошибочен. Более того, можно предположить, что, несмотря на прогресс в методиках технического творчества, который мы наблюдаем на сегодняшний день, главным источником методической премудрости, как и «в старые добрые времена», по – прежнему остаются труды корифеев, претворившие в жизнь многие принципы технического конструирования. А неумение или нежелание выдающихся изобретателей формулировать те принципы, которыми они интуитивно пользуются, говорит скорее о бесполезности попыток извлекать эти принципы путем анкетированных опросов. Здесь нужно идти другим путем: реконструировать эти принципы с помощью анализа сходных элементов технических идей, принадлежащих одному и тому же изобретателю. И такую работу наряду с ведением личных карточек можно, наверное, порекомендовать каждому, кто желает довольствоваться не только готовыми методиками технического творчества, но и самому создавать их.