Родом із минулого століття: топ-20 найбільших інженерних досягнень ХХ століття

1. Електрифікація

Десятки разів на день кожен із нас не замислюючись використовує запаси джерел енергії — поклади вугілля, резервуари нафти, енергію вітру та води, атомів і Сонця. Все це перетворюється на електрику — робочу конячку сучасності.

На початку ХХ століття велася битва між двома системами – постійного струму Томаса Едісона і змінного струму Нікола Тесла і Джорджа Вестингауза. Як ми пам’ятаємо, ідеї Едісона стали популярнішими. Сьогодні ж електрифікація має не менш складні мережі, ніж, наприклад, Інтернет.

Світ пов’язаний гнучкими мережами, новими системами розподілу, які постачають електроенергію на тисячі кілометрів. Ці мережі та комп’ютерне управління маршрутизації та комутації покликані зменшити кількість причин відключення електрики, які раніше загрожували густонаселеним районам різних країн, наприклад, північному сходу США.

Удосконаленнями в цій сфері управляє американський Науково-дослідний інститут електроенергетики (EPRI), створений стараннями держави та інвесторів, щоб подолати енергетичну кризу в 1965 році. EPRI досліджує шляхи підвищення потужностей виробництва і сприяє реалізації розподілу енергії і підвищення надійності енергоефективності пристроїв. Надійність набула більшої ваги, ніж будь-коли. В умовах цифровізації світу та розвитку телекомунікаційних мереж перебій у подачі електроенергії навіть на коротку мить в 1/60 секунди може призвести до руйнування різноманітних мікропроцесорних пристроїв — від комп’ютерних серверів Інтернету до обладнання для життєзабезпечення. Мета EPRI на майбутнє полягає в поліпшенні поточного рівня надійності електропостачання від 99,99% (що еквівалентно в середньому 1 годині подачі електроенергії в рік) до стандарту, відомого як «дев’ять дев’яток» – 99,999.

2. Автомобіль

Вже згаданий Томас Едісон в інтерв’ю в 1895 році зробив пророче передбачення: «Я вважаю, що безкінні перевезення — це диво, що приходить. Це лише питання часу, як швидко всі вантажі та поклажі будуть перевозити за допомогою моторів. Щоправда, поки що неясно, якими ж будуть ці мотори».

Не дивно, що автомобілебудування — галузь постійних інженерно-технічних розробок, чимала частина яких викликана державним регулюванням та соціальним тиском. Прагнення до максимальної безпеки призвело до швидкої еволюції від ременів і подушок безпеки до комп’ютеризації гальмівних систем та розробки передових технологій для приладів нічного бачення та попередження зіткнення. Крім того, високі технології проникли і в паливну систему так, бортові мікропроцесори покликані знижувати викиди забруднюючих речовин і збільшити ефективність використання палива за рахунок контролю паливно-повітряної суміші. А нові високотехнічні матеріали — покращена сталь, алюміній, пластмаси, композити — збільшують міцність і при цьому залишають вагу автомобіля невеликим.

3. Літак

На початку ХХ століття обиватель не міг навіть уявити, як це літати на літаку. Зате вже до кінця сторіччя це стало нормою для мільйонів людей. Мало того, дехто вже встиг побувати в космосі (див. hi-Tech PRO 1—2/2010, с. 172 електронної версії). Перший політ на самольоті тривав 12 секунд і в ньому брав участь пілот вагою в 55 кг. Нині ж на комерційних рейсах тривалість польоту досягає 15 годин, а кількість пасажирів — кількох сотень.

Сьогодні у сферу управління польотами міцно увійшли комп’ютери. Так звані бездротові системи управління прийшли на зміну громіздким гідравлічним механізмам і приводам на електродвигунах. Компактні та легкі електронні компоненти повністю змінили системи безпеки польотів. Спеціальні системи попередження зіткнень на базі бортових комп’ютерів, а також доплеровський радіолокатор попереджають пілотів про всі зміни – силу і зміну напряму вітру, а також сповіщають про роботу всіх найважливіших вузлів і відсіків в найвідповідальніші моменти -.

4. Система водопостачання

На початку ХХ століття у США та інших великих країнах вода була одним із найбільш затребуваних товарів. Кількість населення зростала дуже швидко, а системи водопостачання були в жахливому стані і представляли пряму загрозу для здоров’я громадян.

Сьогодні інженери продовжують вирішувати завдання з досконалішої очистки води, іноді — за допомогою найпростіших технологій. Подібну винайшов індійський учений Ашок Гакділ після страшної епідемії холери в його рідній країні в 1992—1993 роках. Пристрій являє собою невелику коробочку з ультрафіолетовим світлом, підвішену над тазом з водою. Вода надходить у таз, опромінюється ультрафіолетовим світлом, потім переливається вже очищеною в іншу ємність зі швидкістю приблизно 15 літрів за хвилину. Лампа для опромінення при цьому споживає не більше звичайної лампи розжарювання в 40 Вт. Сьогодні тисячі таких пристроїв використовуються по всьому світу в країнах, де вода вимагає посиленого очищення (Мексика, Філіппіни, Індія, Південна Африка та багато інших).

5. Електроніка

У 1948 році нововведення в сфері електроніки було зустрінуте ледве стримуваними позіхами від нудьги. Публіка не вірила, що може статися щось революційне. «Це пристрій під назвою транзистор. Його застосовують у деяких пристроях на радіо, де раніше використовувалися вакуумні лампи. Його вчора продемонстрували в Бел Лабораторі»,— так прореагувала газета «Нью-Йорк Таймс» на представлений винахід.

Пізніше в більшості електронних пристроїв транзисторами були замінені вакуумні лампи, здійснивши революцію в створенні інтегральних схем і комп’ютерів. Транзистори вже з 50-х років ХХ століття почали зменшуватися і в розмірах і падати в ціні. Тоді прилад розміром із гумку коштував кілька доларів, а до середини 70-х його розмір наблизився до обсягів комара, а ціна впала до сотих часток цента. У 90-х — і того менше.

Транзистори сьогодні є функціональними одиницями різних електронних конструкцій і мікросхем різних ступенів складності. Деякі чіпи забезпечують функціонування електронної пам’яті в процесах зберігання і вилучення двійкових даних. Інші призначені для виконання конкретних завдань з максимальною ефективністю для керування звуковими сигналами або графічними зображеннями. Треті входять у клас мікропроцесорів.

6. Радіо та телебачення

Восени 1899 року на арені спортивних новин з’явився революційний спосіб повідомлення результатів різних змагань. Десь за гаванню «Великого Яблука» за Кубок Америки люто боролися два вітрильники — «Колумбія» нью-йоркського яхт-клубу та «Шемрок» з Ульстера, Ірландія. До цієї гонки вболівальники не підозрювали, що ж відбувалося на воді, і дізнавалися результат тільки після закінчення. Однак цього разу вони чули все за допомогою «звукового сигналу, що блискавично переноситься», як захоплено назвали спортивні журналісти радіо.

Це був початок медіаери, яка сьогодні все продовжує розростатися. Інтернет-телебачення, мобільне телебачення, подкасти, HDTV, а тепер і 3D-телебачення… Що з’явиться в майбутньому, передбачити все важче, але ясно одне — ХХ століття був знаковим для винаходів Марконі-Попова і Нипкова.

7. Механізація сільського господарства

Проїжджаючи повз великі поля біля сіл, іноді можна помітити в повітрях над ними різні візерунки з крапель — величезні кола і шахові клітини різних кольорів. Це означає, що на полях використовують автоматичні системи зрошення — свого часу революційні.

Механізація торкнулася багато процесів у сільському господарстві — від дійки корів до збирання врожаю, годівлі тварин та іншого. Тому відсоток населення, зайнятого в цій сфері виробництва, у ХХ столітті постійно зменшувався, що й призвело до глобальної зміни цивілізацій (див. hi-Tech PRO 6/2008, с. 86).

8. Комп’ютери

Пристрій, що гордо красується на обкладинці одного з випусків журналу «Популярна електроніка» за 1975 рік, називався «Перший у світі мікрокомп’ютер, що суперничає з комерційними моделями». Комп’ютер «Альтаїр 8800» продавався в зборі за $621, або у вигляді набору деталей для складання за $439. Розробники припускали, що продадуть лише кілька сотень подібних машин ентузіастам, і були здивовані, коли виявилося, що продали за перший місяць кілька тисяч.

Комп’ютерна галузь робила еволюційні стрибки швидше, ніж будь-яка інша, досить швидко переходячи від інтерфейсу з командним рядком до графічного і від автономних громіздких ПК до ноутбуків і мереж. Сьогоднішнє покоління вже залучено в так звану цифрову еру, коли абсолютно всі сфери життя комп’ютеризуються.

Фактично всі передбачені раніше можливості ПК вже втілені — розпізнавання мови, створення реалістичної анімації, спілкування і зв’язок людей зі всіх куточків земної кулі… Але нові можливості не змушують себе чекати, і звичайна середньостатистична людина навряд чи здогадується, .

9. Телефон

«Телефон, — писав Олександр Грехем Белл у супровідній записці до свого винаходу, — можна коротко описати як електричний пристрій для відтворення на віддалені дистанції голосу людини з усі його інтонаціями». Для підключення одного такого пристрою до іншого він пропонував утопічні на той момент засоби: «Можна припустити, що кабелі телефонних проводів можуть бути прокладені під землею або протягнуті нагорі, об’єднуючи окремими гілками приватні будинки, фірми, магазини, установи».

До речі, основи стільникового телефонного зв’язку були розроблені в Bell Labs ще в 1940 році, але побудувати її не виходило, оскільки потрібні інтегральні схеми і інші електронні компоненти просто не випускалися. Тому справа затяглася до 1970-х. Багато компаній вже тоді бачили величезні перспективи для бізнесу в цій галузі, але державні органи загальмували цей процес, довго не виділяючи потрібні частоти.

Перші стільникові телефони встановлювалися в автомобілях, мали величезні за сучасними мірками розміри та ціни — понад тисячу доларів. Акумулятори ж працювали лише кілька хвилин. Тільки в 90-х завдяки мікрочіпам мобільні почали стрімко зменшуватися в розмірах і дешевшати.

10. Кондиціонери та холодильники

Без якої техніки в будинку було б найважче жити? Найчастіше відповідь на це питання без холодильника. Протягом ХХ століття він був і розкішшю (адже серійне виробництво почалося тільки в 1950 році), але потім став просто незамінним і необхідним на будь-якій кухні.

До речі, вперше холодильник був представлений ще 14 липня 1850 року американським лікарем Джоном Горі — він продемонстрував процес отримання штучного льоду в створеному ним апараті.

У своєму винаході він використав технологію компресійного циклу, яка застосовується в сучасних холодильниках, а сам апарат міг служити одночасно морозильником і кондиціонером.

11. Хайвей

Ось які передбачення Вільям Дюрант, засновник «Дженерал Моторс», висловив у 1992 року в інтерв’ю: «Більшість із нас житимуть, щоб у майбутньому побачити свою країну, вкриту величезною мережею автомобільних доріг, рівно проведених від пункту до пункту. Будуть вирівняні пагорби і побудовані мости — людина і техніка зроблять свою справу».

Враховуючи любов американців до автомобілів, його прогнози були небезпідставними. Так і розвиток автомобільного транспорту, що почалося ще в кінці XIX століття, зажадало створення зручних шляхів для руху автомобілів. Поки швидкості їх руху були невеликі, обмежувалися гужовими дорогами, використовуючи запобіжні заходи по боротьбі з пилом і запобігання дорожнього покриття від швидкого руйнування. З ростом інтенсивності руху, підвищенням швидкостей і навантажень стали проводити більш капітальні перебудови гужових доріг, розширюючи проїжджі частини, усуваючи круті підйоми і спуски, збільшуючи радіуси закруглення, застосовуючи безпилові і міцні дорожні покриття і т.п. Після Першої світової будувати лише автомобільні дороги, спеціально розраховані та спроектовані для руху автомобілів. У Франції вони називаються autoroute, в Англії – motorway, в Італії – autostrada, в США – highway.

12. Космічні апарати

Ця історична подія була настільки вкрита мороком, що тоді не було зроблено жодного знімка. Але ніхто з присутніх, напевно, ніколи не забуде цей момент — коли 4 жовтня 1957 року на рівнині Казахстану стартував «Супутник». Ракета піднялася з злітного поля і стрімко рвонула в небо, залишивши по собі тільки крихітні порошинки, що світяться…

Сьогодні космічні місії стають все далі й складнішими, і замість людей на них відправляють спеціально розроблених і керованих роботів (див. hi-Tech PRO 1—2/2010, с. 172 електронної версії). Завдання-максимум НАСА сьогодні – дослідження сусідніх галактик. А ще півстоліття тому величезним досягненням було лише долетіти до Місяця.

13. Інтернет

Після запуску Радянським Союзом штучного супутника Землі в 1957 році Міністерство оборони США вважало, що на випадок війни Америці потрібна надійна система передачі інформації. Агентство передових оборонних дослідницьких проектів США запропонувало розробити для цього комп’ютерну мережу.

Конструювання такої мережі було доручено Каліфорнійському університету в Лос-Анджелесі, Стенфордському дослідному центру, Університету штату Юта та Університету штату Каліфорнія в Санта-Барбарі. Комп’ютерна мережа була названа ARPANET (англ. Advanced Research Projects Agency Network), і в 1969 році в рамках проекту мережа об’єднала чотири зазначені наукові установи. Усі роботи фінансувалися Міністерством оборони США. Потім мережа ARPANET почала активно зростати і розвиватися, її почали використовувати вчені з різних галузей науки.

А сьогодні підключитися до Інтернету можна через безліч каналів: супутники зв’язку, радіоканали, кабельне телебачення, телефон, мобільний зв’язок, спеціальні оптико-волоконні лінії або електропроводи. Всесвітня мережа стала невід’ємною частиною життя в розвинених країнах.

Протягом п’яти років Інтернет досяг аудиторії понад 50 млн користувачів. Іншим засобам масової інформації потрібно було набагато більше часу для досягнення такої популярності.

14. Відтворення зображення

Перевершити можливості людського ока – ця мрія не залишала багатьох і після винаходів Левенгука і Галілея. У всі століття люди хотіли бачити краще і дуже віддалені предмети, і дуже близькі і дрібні. Але в ХХ столітті до цього додалися бажання бачити деякі явища з розряду «магічних» – проникнути в глибинні суті речей, побачити невидимі для людини спектри кольору і світла.

Сьогодні, завдяки досягненням технологій, людина все-таки стала ближчою до звання вінця цивілізації, ніж будь-коли. Він може зберігати і переглядати мільйони зображень, зафіксованих у знімках, зроблених мікро- і телескопами, за допомогою різних приладів бачення, і т. д. Фотографія стала тим проривом, який дозволяє зберігати навколишній світ у зручному для людей вигляді.

15. Технології охорони здоров’я

У 1900 році середня тривалість людського життя була 47 років. У 2000 вона становила 77 років. Збільшенню цієї цифри сприяли і вже згадані технології водоочищення. Але, найбільшою мірою це заслуга нових технологій діагностики, фармацевтики, медичної апаратури та вдосконалення способів лікування.

Сьогоднішня медицина та медицина майбутнього — це по суті біо- та генна інженерія, нанотехнології та опромінення. Мікроскопи вже вміють ставити діагнози. Дослідження відбуваються на рівні мікроорганізмів і фотонних елементів. Робототехніка досить щільно впроваджується в медицину, зокрема на рівні протезів і імплантатів нового покоління.

16. Побутова техніка

У 1930 році американський журнал «Хороше господарство» поставив своїм читачам теоретичне питання: «Скільки разів ви хотіли б натиснути кнопку, щоб обід був швидко і смачно приготовлений і сервований, а потім посуд був вимитий і розкладений?». Але тоді взагалі жодної чарівної кнопки або перемикача не існувало — ні для приготування їжі, ні для прибирання, ні для прання — все лягало на плечі жінок.

Нині ж практично всю роботу по будинку можуть зробити за нас побутові прилади, які також дедалі більше оцифровуються. А концепція розумного будинку, створена ще в 1970-х, реалізовується повною мірою.

17. Нафта та нафтохімічні технології

Вугілля було королем у XIX столітті, нафта стала безперечним імператором ХХ-го. Очищена нафта була в буквальному сенсі паливом, яке рухало ХХ століття — «кров’ю» автомобілів, літаків, сільськогосподарської техніки та промислового обладнання.

Країни, які мають значні запаси нафти, відповідно, мають сьогодні більше шансів стати квітучими. Але ці запаси, як будь-які поклади природних копалин, вичерпні. І потому синтезування і нафти, і інших перспективних джерел енергії стало першочерговим завданням вчених цієї галузі.

18. Лазери та волоконна оптика

Якщо необхідність є матір’ю винаходу, то прорив в області телекомунікацій як гострої необхідності вже пережив свій розквіт у середині минулого століття.

Більшість міжміських повідомлень здійснювалися за допомогою мідного або коаксіального кабелю. Протягом наступних кількох десятиліть їх повністю замінили нові технології.

Принцип передачі світла, що використовується в волоконній оптиці, був вперше продемонстрований під час королеви Вікторії (1837—1901 роках), але розвиток сучасної волоконної технології почався в 1950-х роках. Винахід лазерів уможливив побудову волоконно-оптичних ліній передачі, що перевершують за своїми характеристиками традиційні провідні засоби зв’язку.

19. Ядерні технології

Перекувати мечі на орала — ось як прихильники ядерної технології вже давно характеризують зусилля розвитку мирного використання енергії атома. Вчені, такі як Альберт Ейнштейн і Річард Фейнман, вже знали, що працюють саме над створенням бомби, але вони вірили (так само як Нобель, Холланд і Гатлінг), що створюють зброю попередження.