Родом из прошлого столетия: топ-20 величайших инженерных достижений ХХ века

 

1. Электрификация

 

Десятки раз в день каждый из нас не задумываясь использует запасы источников энергии — залежи угля, резервуары нефти, энергию ветра и воды, атомов и Солнца. Все это превращается в электричество — рабочую лошадку современности.

 

В начале ХХ века велась битва между двумя системами — постоянного тока Томаса Эдисона и переменного тока Никола Тесла и Джорджа Вестингауза. Как мы помним, идеи Эдисона стали более популярными. Сегодня же электрификация имеет не менее сложные сети, чем, к примеру, Интернет.

 

Мир связан гибкими сетями, новыми системами распределения, поставляющими электроэнергию на тысячи километров. Эти сети и компьютерное управление маршрутизации и коммутации призваны уменьшить количество причин отключения электричества, которые раньше грозили густонаселенным районам разных стран, к примеру, северо-востоку США.

 

Усовершенствованиями в этой сфере заведует американский Научно-исследовательский институт электроэнергетики (EPRI), созданный стараниями государства и инвесторов, чтобы преодолеть энергетический кризис в 1965 году. EPRI исследует пути повышения мощностей производства и способствует реализации распределения энергии и повышению надежности энергоэффективности устройств. Надежность приобрела больший вес, чем когда-либо. В условиях цифровизации мира и развития телекоммуникационных сетей перебой в подаче электроэнергии даже на короткий миг в 1/60 секунды может привести к разрушению разнообразных микропроцессорных устройств — от компьютерных серверов Интернета до оборудования для жизнеобеспечения. Цель EPRI на будущее состоит в улучшении текущего уровня надежности электроснабжения от 99,99 % (что эквивалентно в среднем 1 часу подачи электроэнергии в год) до стандарта, известного как «девять девяток» — 99,9999999 % надежности.

 

2. Автомобиль

 

Уже упомянутый Томас Эдисон в интервью в 1895 году сделал пророческое предсказание: «Я считаю, что безлошадные перевозки — это приходящее чудо. Это лишь вопрос времени, как быстро все грузы и поклажи будут перевозить с помощью моторов. Правда, пока неясно, какими же будут эти моторы».

 

Неудивительно, что автомобилестроение — отрасль постоянных инженерно-технических разработок, довольно большая часть которых вызвана государственным регулированием и социальным давлением. Стремление к максимальной безопасности привело к быстрой эволюции — от ремней и подушек безопасности к компьютеризации тормозных систем и разработке передовых технологий для приборов ночного видения и предупреждения столкновения. Кроме того, высокие технологии проникли и в топливную систему — так, бортовые микропроцессоры призваны снижать выбросы загрязняющих веществ и увеличить эффективность использования топлива за счет контроля топливно-воздушной смеси. А новые высокотехничные материалы — улучшенная сталь, алюминий, пластмассы, композиты — увеличивают прочность и при этом оставляют вес автомобиля небольшим.

 

3. Самолет

 

В начале ХХ века обыватель не мог даже представить, как это — летать на самолете. Зато уже к концу столетия это стало нормой для миллионов людей. Мало того, некоторые уже успели побывать в космосе (см. hi-Tech PRO 1—2/2010, с. 172 электронной версии). Первый полет на самолете длился 12 секунд и в нем участвовал пилот весом в 55 кг. Сейчас же на коммерческих рейсах продолжительность полета достигает 15 часов, а количество пассажиров — нескольких сотен.

 

Сегодня в сферу управления полетами прочно вошли компьютеры. Так называемые беспроводные системы управления пришли на смену громоздким гидравлическим механизмам и приводам на электродвигателях. Компактные и легкие электронные компоненты полностью изменили системы безопасности полетов. Специальные системы предупреждения столкновений на базе бортовых компьютеров, а также допплеровский радиолокатор предупреждают пилотов обо всех изменениях — силе и смене направления ветра, а также оповещают о работе всех важнейших узлов и отсеков в самые ответственные моменты — при взлете и посадке.

 

4. Система водоснабжения

 

В начале ХХ века в США и других крупных странах вода была одним из самых востребованных товаров. Количество население росло очень быстро, а системы водоснабжения были в ужасном состоянии и представляли прямую угрозу для здоровья граждан.

 

Сегодня инженеры продолжают решать задачи по более совершенной очистке воды, иногда — с помощью простейших технологий. Подобную изобрел индийский ученый Ашок Гакдил после страшной эпидемии холеры в его родной стране в 1992—1993 годах. Устройство представляет собой небольшую коробочку с ультрафиолетовым светом, подвешенную над тазом с водой. Вода поступает в таз, облучается ультрафиолетовым светом, затем переливается уже очищенной в другую емкость со скоростью приблизительно 15 литров в минуту. Лампа для облучения при этом потребляет не больше обычной лампы накаливания в 40 Вт. Сегодня тысячи таких устройств используются по всему миру в странах, где вода требует усиленной очистки (Мексика, Филиппины, Индия, Южная Африка и многие другие).

 

5. Электроника

 

В 1948 году новшество в сфере электроники было встречено едва сдерживаемыми зевками от скуки. Публика не верила, что может произойти что-то революционное. «Это устройство под названием транзистор. Его применяют в некоторых устройствах на радио, где раньше использовались вакуумные лампы. Его вчера продемонстрировали в Белл Лаборатори», — так прореагировала газета «Нью-Йорк Таймс» на представленное изобретение.

 

Позднее в большинстве электронных устройств транзисторами были заменены вакуумные лампы, совершив революцию в создании интегральных схем и компьютеров. Транзисторы уже с 50-х годов ХХ века начали уменьшаться и в размерах и падать в цене. Тогда прибор размером с ластик стоил несколько долларов, а к середине 70-х его размер приблизился к объемам комара, а цена упала до сотых долей цента. В 90-х — и того меньше.

 

Транзисторы сегодня являются функциональными единицами различных электронных конструкций и микросхем разных степеней сложности. Некоторые чипы обеспечивают функционирование электронной памяти в процессах хранения и извлечения двоичных данных. Другие предназначены для выполнения конкретных задач с максимальной эффективностью для управления звуковыми сигналами или графическими изображениями. Третьи входят в класс микропроцессоров.

 

6. Радио и телевидение

 

Осенью 1899 года на арене спортивных новостей появился революционные способ сообщения результатов различных соревнований. Где-то за гаванью «Большого Яблока» за Кубок Америки яростно боролись два парусника — «Колумбия» нью-йоркского яхт-клуба и «Шемрок» из Ульстера, Ирландия. До этой гонки болельщики не подозревали, что же происходило на воде, и узнавали результат только после окончания. Однако в этот раз они слышали все с помощью «молниеносно переносящегося звукового сигнала», как восторженно назвали спортивные журналисты радио.

 

Это было начало медиаэры, которая сегодня все продолжает разрастаться. Интернет-телевидение, мобильное телевидение, подкасты, HDTV, а теперь и 3D-телевидение… Что появится в будущем, предсказать все тяжелее, но ясно одно — ХХ век был знаковым для изобретений Маркони-Попова и Нипкова.

 

7. Механизация сельского хозяйства

 

Проезжая мимо больших полей возле деревень, иногда можно заметить в воздухе над ними различные узоры из капелек — огромные круги и шахматные клетки разных цветов. Это значит, что на полях используют автоматические системы орошения — в свое время революционные.

 

Механизация затронула много процессов в сельском хозяйстве — от дойки коров до уборки урожая, кормежки животных и прочего. Потому процент населения, занятого в этой сфере производства, в ХХ веке постоянно уменьшался, что и привело к глобальной смене цивилизаций (см. hi-Tech PRO 6/2008, с. 86).

 

8. Компьютеры

 

Устройство, гордо красующееся на обложке одного из выпусков журнала «Популярная электроника» за 1975 год, называлось «Первый в мире микрокомпьютер, соперничающий с коммерческими моделями». Компьютер «Альтаир 8800» продавался в сборе за $621, либо в виде набора деталей для сборки за $439. Разработчики предполагали, что продадут только несколько сотен подобных машин энтузиастам, и были удивлены, когда оказалось, что продали за первый месяц несколько тысяч.

 

Компьютерная отрасль делала эволюционные скачки быстрее, чем любая другая, довольно быстро переходя от интерфейса с командной строкой до графического и от автономных громоздких ПК до ноутбуков и сетей. Сегодняшнее поколение уже вовлечено в так называемую цифровую эру, когда абсолютно все сферы жизни компьютеризируются.

 

Фактически все предсказанные раньше возможности ПК уже воплощены — распознавание речи, создание реалистичной анимации, общение и связь людей со всех уголков земного шара… Но новые возможности не заставляют себя ждать, и обычный среднестатистический человек вряд ли догадывается, что будет дальше, за горизонтом цифровых технологий.

 

9. Телефон

 

«Телефон, — писал Александр Грэхем Бэлл в сопроводительной записке к своему изобретению, — можно кратко описать как электрическое приспособление для воспроизведения на отдаленные дистанции голоса человека со всеми его интонациями». Для подключения одного такого устройства к другому он предлагал утопические на тот момент средства: «Можно предположить, что кабели телефонных проводов могут быть проложены под землей или протянуты наверху, объединяя отдельными ветками частные дома, фирмы, магазины, учреждения».

 

Кстати, основы сотовой телефонной связи были разработаны в Bell Labs еще в 1940 году, но построить ее не получалось, так как нужные интегральные схемы и другие электронные компоненты просто не выпускались. Потому дело затянулось до 1970-х. Многие компании уже тогда видели огромные перспективы для бизнеса в этой отрасти, но государственные органы затормозили этот процесс, долго не выделяя нужные частоты.

 

Первые сотовые телефоны устанавливались в автомобилях, имели огромные по современным меркам размеры и цены — больше тысячи долларов. Аккумуляторы же работали всего несколько минут. Только в 90-х благодаря микрочипам мобильные начали стремительно уменьшаться в размерах и дешеветь.

 

10. Кондиционеры и холодильники

 

Без какой техники в доме было бы труднее всего жить? Чаще всего ответ на этот вопрос — без холодильника. В течение ХХ века он был и роскошью (ведь серийное производство началось только в 1950 году), но затем стал просто незаменимым и необходимым на любой кухне.

 

Кстати, впервые холодильник был представлен еще 14 июля 1850 года американским врачом Джоном Гори — он продемонстрировал процесс получения искусственного льда в созданном им аппарате.

 

В своем изобретении он использовал технологию компрессионного цикла, которая применяется в современных холодильниках, а сам аппарат мог служить одновременно морозильником и кондиционером.

 

11. Хайвеи

 

Вот какие предсказания Вильям Дюрант, основатель «Дженерал Моторс», высказал в 1992 году в интервью: «Большинство из нас будут жить, чтобы в будущем увидеть свою страну, покрытую огромной сетью автомобильных дорог, ровно проведенных от пункта к пункту. Будут выровнены холмы и построены мосты — человек и техника сделают свое дело».

 

Учитывая любовь американцев к автомобилям, его предсказания были небезосновательными. Да и развитие автомобильного транспорта, начавшееся еще в конце XIX века, потребовало создания удобных путей для движения автомобилей. Пока скорости их движения были небольшие, ограничивались гужевыми дорогами, используя меры предосторожности по борьбе с пылью и предохранения дорожного покрытия от быстрого разрушения. С ростом интенсивности движения, повышением скоростей и нагрузок стали проводить более капитальные переустройства гужевых дорог, расширяя проезжие части, устраняя крутые подъемы и спуски, увеличивая радиусы закругления, применяя беспылевые и прочные дорожные покрытия и т. п. После Первой мировой войны в большинстве стран стали строить только автомобильные дороги, специально рассчитанные и спроектированные для движения автомобилей. Во Франции они называются autoroute, в Англии — motorway, в Италии — autostrada, в США — highway.

 

12. Космические аппараты

 

Это историческое событие было настолько покрыто мраком, что тогда не было сделано ни одного снимка. Но никто из присутствующих, наверное, никогда не забудет этот момент — когда 4 октября 1957 году на равнине Казахстана стартовал «Спутник». Ракета поднялась со взлетного поля и стремительно рванула в небо, оставив после себя только крошечные светящиеся пылинки…

 

Сегодня космические миссии становятся все дальше и сложнее, и вместо людей на них отправляют специально разработанных и управляемых роботов (см. hi-Tech PRO 1—2/2010, с. 172 электронной версии). Задание-максимум НАСА сегодня — исследование соседних галактик. А еще полвека назад огромным достижением было всего лишь долететь до Луны.

 

13. Интернет

 

После запуска Советским Союзом искусственного спутника Земли в 1957 году Министерство обороны США посчитало, что на случай войны Америке нужна надежная система передачи информации. Агентство передовых оборонных исследовательских проектов США предложило разработать для этого компьютерную сеть.

 

Конструирование такой сети была поручена Калифорнийскому университету в Лос-Анджелесе, Стэнфордскому исследовательскому центру, Университету штата Юта и Университету штата Калифорния в Санта-Барбаре. Компьютерная сеть была названа ARPANET (англ. Advanced Research Projects Agency Network), и в 1969 году в рамках проекта сеть объединила четыре указанных научных учреждения. Все работы финансировались Министерством обороны США. Затем сеть ARPANET начала активно расти и развиваться, ее начали использовать ученые из разных областей науки.

 

А сегодня подключиться к Интернету можно через множество каналов: спутники связи, радиоканалы, кабельное телевидение, телефон, сотовую связь, специальные оптико-волоконные линии или электропровода. Всемирная сеть стала неотъемлемой частью жизни в развитых и развивающихся странах.

 

В течение пяти лет Интернет достиг аудитории свыше 50 млн пользователей. Другим средствам массовой информации требовалось гораздо больше времени для достижения такой популярности.

 

14. Воспроизведение изображения

 

Превзойти возможности человеческого глаза — эта мечта не покидала многих и после изобретений Левенгука и Галлилея. Во все века люди хотели видеть лучше и очень отдаленные предметы, и очень близкие и мелкие. Но в ХХ веке к этому добавились желания видеть некоторые явления из разряда «магических» — проникнуть в глубинные сути вещей, узреть невидимые для человека спектры цвета и света.

 

Сегодня, благодаря достижениям технологий, человек все-таки стал ближе к званию венца цивилизации, чем когда-либо. Он может хранить и просматривать миллионы изображений, зафиксированных в снимках, сделанных микро- и телескопами, с помощью различных приборов видения, и т. д. Фотография стала тем прорывом, который позволяет сохранять окружающий мир в удобном для людей виде.

 

15. Технологии здравоохранения

 

В 1900 году средняя продолжительность человеческой жизни была 47 лет. В 2000 она составляла 77 лет. Увеличению этой цифры способствовали и уже упомянутые технологии водоочищения. Но, в большей мере это заслуга новых технологий диагностики, фармацевтики, медицинской аппаратуры и усовершенствования способов лечения.

 

Сегодняшняя медицина и медицина будущего — это по сути био- и генная инженерия, нанотехнологии и облучение. Микроскопы даже уже умеют ставить диагнозы. Исследования происходят на уровне микроорганизмов и фотонных элементов. Робототехника довольно плотно внедряется в медицину, в частности на уровне протезов и имплантатов нового поколения.

 

16. Бытовая техника

 

В 1930 году американский журнал «Хорошее хозяйство» задал своим читателям теоретический вопрос: «Сколько раз вы бы хотели нажать кнопку, чтобы обед был быстро и вкусно приготовлен и сервирован, а затем посуда была вымыта и разложена?». Но тогда вообще никакой волшебной кнопки или переключателя не существовало — ни для приготовления пищи, ни для уборки, ни для стирки — все ложилось на плечи женщин.

 

Сейчас же практически всю работу по дому могут сделать за нас бытовые приборы, также все больше оцифровующиеся. А концепция умного дома, созданная еще в 1970-х, реализовывается в полной мере.

 

17. Нефть и нефтехимические технологии

 

Уголь был королем в XIX веке, нефть стала бесспорным императором ХХ-го. Очищенная нефть была в буквальном смысле топливом, которое двигало ХХ век — «кровью» автомобилей, самолетов, сельскохозяйственной техники и промышленного оборудования.

 

Страны, владеющие значительными запасами нефти, соответственно, имеют сегодня больше шансов стать процветающими. Но и эти запасы, как любые залежи природных ископаемых, исчерпаемы. И потому синтезирование и нефти, и других перспективных источников энергии стало первоочередной задачей ученых этой отрасли.

 

18. Лазеры и волоконная оптика

 

Если необходимость является матерью изобретения, то прорыв в области телекоммуникаций как острой необходимости уже пережил свой расцвет в середине прошлого века.

 

Большинство междугородных сообщений осуществлялись с помощью медного или коаксиального кабеля. В течение следующих нескольких десятилетий их полностью заменили новые технологии.

 

Принцип передачи света, используемый в волоконной оптике, был впервые продемонстрирован во времена королевы Виктории (1837—1901 годах), но развитие современной волоконной технологии началось в 1950-х годах. Изобретение лазеров сделало возможным построение волоконно-оптических линий передачи, превосходящих по своим характеристикам традиционные проводные средства связи.

 

19. Ядерные технологии

 

Перековать мечи на орала — вот как сторонники ядерной технологии уже давно характеризуют усилия по развитию мирного использования энергии атома. Учёные, такие как Альберт Эйнштейн и Ричард Фейнман, уже знали, что работают именно над созданием бомбы, но они верили (так же, как Нобель, Холланд и Гатлинг), что создают оружие упреждения.