книги / Современная научно-техническая революция. Историческое исследование

ческих задач. Важнейшая из них — проблема повышения долговечности и надежности систем и приборов, их гаран­ тированная способность работать исправно в течение дли­ тельного времени. Эта проблема определяется в- общем как стоимостью и эффективностью работы аппаратуры^ так и загруженностью производства запасных частей. Обеспечение высокой долговечности и надежности техни­ ческих средств зависит не только от решения узкотехни­ ческих вопросов, но и от общей культуры промышленного производства, от уровня науки в данной стране.

Еще одна проблема стоит перед наукой и перед элект­ ронной техникой — это миниатюризация радиоэлектрон­ ных приборов и деталей, т. е. уменьшение их размеров и веса. Решение этой проблемы достигается различными средствами. Здесь и печатный монтаж, в процессе которо­ го детали наносятся на изолятор типографскими метода­ ми специальной пастой, проводящей электроток. Здесь и техника создания малогабаритных деталей — радиоламп, Конденсаторов, сопротивлений и т. п. Здесь и микромодульная техника, т. е. сборка приборов из небольших пластинок размером в трехкопеечную монету, на которых собраны все необходимые элементы схемы.

Едва ли не главную роль в миниатюризации играет полупроводниковая техника, позволяющая заменить в ря­ де случаев радиолампы транзисторами ничтожно малых размеров. Достижения полупроводниковой техники уже хорошо известны всем, так как в продаже имеются ма­ логабаритные высококачественные радиоприемники разме­ ром не более наперстка.

Возникшая недавно молекулярная электроника и пле­ ночная техника позволяют строить целые радиосхемы на небольших кристаллах полупроводников и диэлектричес­ ких пленках. Элементы таких систем, их своеобразные «радиодетали» образуются здесь в толще полупроводни­ ка путем изменения свойств его частей введением опре­ деленных химических примесей. Техника миниатюриза­ ции развивается очень быстро. За какой-то десяток лет пройден большой путь, и в настоящее время можно стро­ ить аппараты, отдельные моноблоки которых, выполнен­ ные методами интегральной техники, имеют до 1 тыс. элементов в 1 смг объема.

Особенно важное значение имеет проблема миниатю­ ризации и связанная с ней проблема надежности в разра-

2 0 1

ботке вычислительных машин. Уже не вызывает удивле­ ния ЭЦВМ размером с пишущую машинку. Стоит задача создания вычислительных машин принципиально нового типа, в которых плотность размещения деталей будет со­ измерима с плотностью клеток в человеческом мозге.

Глубокое проникновение радиоэлектроники в науку, технику и в различные сферы промышленного производ­ ства и ее революционизирующее влияние на них вызы­ вает своеобразную обратную связь, вследствие которой эти области очень сильно воздействуют на радиоэлектро­ нику. На наших глазах идет чрезвычайно быстрый про­ гресс радиоэлектроники, темпы которого все увеличи­ ваются. Происходит быстрое расширение не только «сфе­ ры компетенции» радиоэлектроники, но и изменение ее технических средств. Современная радиоэлектроника очень сильно отличается от того состояния, в котором она бы­ ла в 50-х годах. Отметим важнейшие из этих отличий. В настоящее время радиоэлектроника использует несрав­ ненно большее количество физических явлений, чем рань­ ше. Диапазон частот электромагнитного спектра, который

она использует, непрерывно возрастает. С одной стороны,

акустических колебаний. Радиоэлектроника стала входить в тесную взаимосвязь с автоматикой и технической кибер­ нетикой. Радиоэлектронные приборы не только опреде­ ляют различные звенья систем автоматическою управле­ ния, но, в свою очередь, в самой радиоэлектронной тех­ нике широко применяются автоматизированные системы управления и регулирования. Создание средств техничес­ кой кибернетики — современных быстродействующих

ЭВМ ервершеино немыслимое без радиоэлектроники при­ вело к тому, что ни один сложный радиотехнический ком­

плекс сейчас небо ходите,!® ез исиользованшЭВМ Ч резвычайно характерным для современной радиоэлектроники является переход от создания отдельных аппаратов к кон­ струированию сложных радиоэлектронных систем для сбо­ ра и обработки информации и для целей управления. Та­ кие системы все шире применяются на транспорте, в про­ изводственных процессах и других сферах деятельности

людей.

2 0 2

Улучшение природных

исоздание искусственных материалов

Внаше время, когда человечество вступило в период научно-технической революции, проблема получения и использования материалов, необходимых для производст­ ва материальных благ, приобретает огромное значение. Людям нужны сверхтвердые материалы, сверхчистые ме­ таллы, материалы с полупроводниковыми свойствами, пластические и жаропрочные материалы. Природа мате­

риала, его свойства во многом определяют как технологию изготовления предметов, так и характер технических средств труда. Определяя задачи советского народа в об­ ласти экономического строительства, создания и развития материально-технической базы коммунизма, Програм­ ма КПСС указывает на необходимость получения и при­ менения высокоэффективных видов сырья и материалов, увеличения удельного веса синтетических материалов, ме­ таллов и сплавов с новыми свойствами23.

Человечество располагает разною вида ресурсами: неисчерпаемыми (полезные элементы климата: солнечная радиация, осадки, энергия ветра'), возобновляемыми (зе­ мельные и биологические) и невозобновляемыми (в ос­ новном полезные ископаемые). Если в отношении перво­ го вида ресурсов стоит задача правильного их использо­ вания, сводящаяся к поддержанию на качественно высо­ ком уровне, к экономному использованию и перераспреде­ лению в пространстве и времени, а в отношении второго вида ресурсов возникает задача интенсивного использова­ ния, повышения естественной эффективности и установ­ ления оптимальных норм потребления, то в отношении невозобновляемых ресурсов задачи значительно сложнее.

Чем выше ступень развития общества, тем большее значение в структуре естественных ресурсов приобретают минеральное сырье и топливо. Человек из глубин Земли извлекает химические элементы, которые затем перерас­ пределяет и перерабатывает на поверхности. В своей прак­ тической деятельности люди открывают и используют все больше и больше химических элементов. Если, например, до XVIII в. было известно только 20 химических элементов, а в XIX в.— 28, то в начале XX в.— уже 60. Тысячи лет

23 «Программа Коммунистической партии Советского Союза», стр. 68.

203

Назад Люди равнодушно прй ода и мимо месторо едении железа, а еще совсем недавно не видели никакой ценности в урановых рудах. Теперь же почти все элементы перио­ дической системы Менделеева человек научился исполь­ зовать и применять либо как основу для получения раз­

личных материалов, либо как источник энергии. Однако получая химические элементы и их соединения,

человек часть из них распыляет (главным образом азот, фосфор и калий — для удобрения почвы а, также углерод) . Многие элементы, которые он применяет в концентриро­ ванном и чистом виде, в результате коррозии, истирания, стихийных бедствий вцйи частично безвозвратно теряют­ ся, рассеиваются. Так, например, в течение года около тон­

ны золота исчезает в результате только одного истирания. Но мнению некоторых исследователей, ежегодно в мире коррозия уносит около 10% железа от его выплавки. По­ этому эффективное и разумное использование невозобнов­ ляемых естественных ресурсов приобретает первостепенное значение. Правильное использование их заключается в эко­ номном и комплексном расходовании, поисках заменителей, расширении геологоразведочных работ, направленных на выявление новых запасов полезных ископаемых. Задача, таким образом, состоит в том, чтобы превратить Землю из среды существования и кладовой богатств в объект научно обоснованной хозяйственной деятельности человеческого общества .

Земля была и останется кладовой и арсеналом человека причем кладовые, находящиеся на больших глубинах, про­ должают еще быть закрытыми. Однако можно уже гово­ рить о том, что человек не будет удовлетворяться только богатствами Земли д пожелает использовать и то цто мож но будет взять из космоса. Сначала вероятно дто будут дополнительные кладовые Земли, открыть которые возмож­ но будет только из космосаздтем — огромные энергии за­ ряженных космических частиц и, наконец, кладовые дру­

гихпланет .

Практически люди научились брать вещество природы только с небольшой глубипы земной коры Самые глубо кие буровые скважины не превышают 8 км. Что же каса­ ется рудников, то они как исключение достигают глубины 1,5—2 км. Однако в наше время дальнейшее освоение ве­ щества природы нельзя мыслить без проникновения в глу­ бокие части земной коры и в подкорковую среду. Поэтому

т

й последнее время разработан обширный цикл исследова­ ний геофизического, геохимического и геологического ха­ рактера, ставящих задачу научного изучения коры и верх­ ней части мантии Землп. Видимо, уже в ближайшее вре­ мя люди, создав новую технику бурения, смогут бурить скважины на глубину от 10 до 15 км. Это позволит решать многие вопросы, которые лягут в основу практического ис­ пользования вещества природы с большой глубины.

Развитие производительных сил требует все большего и большего вовлечения в производство сырьевых ресурсов, которые человек добывает не только из земных недр и ат­ мосферы, но и из мирового океана, площадь которого пре­ вышает площадь суши почти в два раза. В настоящее вре­ мя человечество добывает непосредственно из морской во­ ды и использует для промышленных целей хлористый нат­ рий (до 30% потребления), магний (около 20% мировою потребления), значительные количества брома, сульфата и других веществ. Однако минерально-сырьевые ресурсы морей и океанов изучены еще слабо, хотя первые ориенти­ ровочные подсчеты позволяют считать, что в них имеются весьма перспективные запасы некоторых металлов и неме­ таллов (например, среди осадочных минеральных образо­ ваний на дне океанов имеются железо-марганцевые и фос­ форитовые конкреции, скопления сернокислого бария, сульфиды железа и другие полезные ископаемые). Совет­ ские ученые уже приступили к практическому получению некоторых осадочных полезных ископаемых, в частности железо-марганцевых конкреций, с целью выделения мар­ ганца, широко используемого в качественной металлургии.

Недостаточное использование мирового океана как ми­ нерально-сырьевой базы объясняется в известной мере тем, что в настоящее время добыча полезных ископаемых тра­ диционными способами из недр суши значительно проще и дешевле. В качестве примера можно привести добычу зо­ лота. Хотя в океанах содержатся миллионы тонн золота, прямое получение его и морской воды пока неосуществи­ мо, поскольку стоимость такого золота оказывается во мно­ го раз выше, чем россыпного или рудного. Однако в буду­ щем станет возможным добывать полезные ископаемые иЗ мирового океана с малыми затратами, что позволит зна­ чительно расширить сырьевые ресурсы людей.

В своей практической деятельности люди не только пользуются веществом природы, по и создают такие мате­

2 0 5

из угля, торфа и сланцев; синтетического Каучука из неф­ ти и спирта; спирта из природных газов; высококачест­ венного шелка из угля, воды и воздуха; ярчайших красок из каменноугольной смолы. Химия проникает во все обла­ сти производства, становясь могучей силой ускорения тех­ нического прогресса. В последние годы искусственные ма­ териалы перестали играть роль только заменителей. Они имеют самостоятельное значение. В этом отношении по­ казательным является применение пластических масс, ко­ торые нашли широкое распространение во многих обла­ стях народного хозяйства.

Значение искусственно созданных материалов нагляд­ но видно на примере получения синтетических алмазов. В течение 20 лет велись напряженные изыскания, которые увенчались выдающимся успехом — созданием синтетиче­ ского алмаза из графита, не уступающего, а по ряду фи­ зико-механических и эксплуатационных свойств превосхо­ дящего естественный алмаз. В решении этой сложной за­ дачи большую роль сыграли советская наука и техника. Производство получило материал, который имеет большое значение для улучшения технологии обработки, особенно в машиностроении, приборостроении, радиоэлектронике. Возможность применения дешевого алмаза по-новому ста­ вит проблему разрушения горных пород н в горной про­ мышленности (применение алмазных буровых коронок алмазного резца в горных комбайнах и т. и.).

Применение синтетических алмазов способствует рез­ кому повышению стойкости и срока службы инструмента в десятки и сотни раз, улучшению качества обрабатывае­ мой поверхности, повышению надежности и долговечности машин и приборов, увеличению производительности тру­ да и значительному снижению себестоимости выпускаемой продукции. Так, применение алмазных кругов при заточ­ ке и доводке твердосплавного инструмента повышает про­ изводительность труда в 2—4 раза по сравнению с исполь­ зованием кругов из карбида кремния. Огромный техникоэкономический эффект достигается благодаря применению синтетических алмазов при хонинговании (окончательной обработке) поверхности блоков чугунных и стальных ци­

и пневмоаппаратуры, в результате чего срок службы ал­ мазных хон (брусков) по сравнению с обычными абрази-

207

Наряду с алмазом, используя сверхвысокие давления и температуры, в СССР синтезирован ряд других ценных твердых неорганических и специальных материалов, об­ служивающих нужды новой техники. Среди них сверх­ твердый материал эльбор (кубический нитрид бора), твер­ дость которого равна твердости алмаза. Эльбор, как и ал­ маз, обладает уникальными абразивными свойствами. Эль­ бор благодаря своей высокой теплостойкости перспекти­ вен для скоростной обработки ряда металлов и сплавов. Термическая устойчивость эльбора при нагревании на воз­ духе 1400°, что значительно выше устойчивости алмаза, который при 700° уже превращается в графит 25.

В лабораториях ученых созданы и производятся в про­ мышленных масштабах синтетические кристаллы кварца, рубина, шпинели, асбеста, слюды, вольфраматов, молибда­ та и других минералов, без которых невозможно развитие радиотехники, радиоэлектроники и других отраслей техники.

Таким образом, прогресс науки и техники позволяет человеку создавать искусственные предметы труда, кото­ рые все больше и больше находят применение в произ­ водстве. Можно с уверенностью сказать,., что достижения физики и химии в ближайшем будущем при наличии до­ статочного количества энергии и какого-то количества ис­ ходного вещества природы позволят получать все необхо­ димые обществу материалы практически из любого сырья.

Осуществление современной научно-технической рево­ люции невозможно без использования веществ с заранее заданными свойствами. Создание таких материалов — важ­ ное техническое условие для перехода к новому техноло­ гическому способу производства. Для развития комплекс­ но-автоматизированного производства технические пара­ метры и физические показатели имеющихся в природе ма­ териалов создают весьма существенные ограничения. В функциональной зависимости между нагрузкой, разме­ рами и свойствами материалов человек имел возможность по своему усмотрению изменять лишь первые два компо­ нента, свойства же материалов оказывались от его воли

23 Л. Ф. В е р е щ а г и н , Е. В. З у б о в а , Л. Н. Б у р е н к о в а , Н. И. Р е в и н. Получение плотных модификаций нитрида бора при высоких давлениях и напряжениях сдвига.— «Доклады АП

СССР, 1968, т. 178, № 1, стр. 72-73.

Ж

и желания независимыми (или почти независимыми), а по­ тому неизбежно ограничивали его творчество, возможность Создания новых конструкций. Особенно это стало чувство­ ваться теперь, когда кроме решения задач, связанных с сопротивлением материалов, конструкторам все более при­ ходится учитывать целый ряд других свойств материалов: жаростойкость, тепловое расширение, электромагнитные свойства и др.

Комплексно-автоматизированное производство предъ­ являет к предмету труда значительно большие требования, чем все существовавшие до него способы производства. Роль и значение предмета труда неизмеримо возрастают. Так, например, огромное количество деталей автомобиля объясняется не его конструкцией, а технологией; его лег­ че собирать из отдельных деталей. Однако это Относится лишь к изготовлению автомобиля машинно-фабричным спо­ собом. Переход к комплексно-автоматизированному произ­ водству ставит противоположную задачу — максимального сокращения деталей, так как без этого почти невозможно перейти на автоматическую сборку автомобилей. Решение же этой задачи (сокращение количества деталей), оказы­ вается, влечет за собой другую — замену многих сущест­ вующих материалов материалами с заранее установлен­ ными свойствами. Только так может быть решена задача изготовления кузова как одной детали, замены стеклоочи­ стителя особым стеклом, изготовления двигателя из мало­ го числа деталей и т. д .26

Одновременно с задачей создания новых материалов с заранее заданными свойствами решаются в настоящее время и проблемы, связанные с улучшением уже исполь­ зуемых традиционных материалов. Обычно в технике для получения более прочных металлов применяется терми­ ческая обработка, холодная деформация, легирование, фа-

,эовьгй наклеп и другие методы. Благодаря этому прочность основных металлов за последние 60 лет повысилась при­ мерно в 8 раз. Сегодня на 1 л. с. авиационного двигателя приходится не более 1 кг веса двигателя, а в начале XX в. на нее иадало ’/г т.

Но и достигнутых прочностей сегодня уже недостаточ­ но. Нужны еще более прочные металлы. Ученые нашли,

26 С. Л и л л и . Автоматизация и социальный прогресс, стр. 124— 126.

210