Полезные заметки/Сложная устаревшая технология

«	Открыв ящик, я нашёл в нём какой-то металлический непонятный предмет, похожий на наши часы. В нём была масса пружин и еле видимых машинок. Это книга несомненно, но книга чудесная; в ней не было ни страниц, ни букв; одним словом, это такая книга, что для изучения её совершенно бесполезны глаза, нужны только уши. Поэтому тот, кто хочет читать, заводит при помощи огромного количества разного рода мелких ключей эту машину; затем он ставит стрелку на ту главу, которую желает слушать, и тотчас же из книги выходят, как из уст человека или из музыкального инструмента, все те отдельные разнообразные звуки, которые служат знатным жителям Луны для выражения своих мыслей.	»
— Савиньен Сирано де Бержерак, «Иной свет, или Государства и империи Луны»

Прогресс — это движение от чего-то простого к чему-то сложному… гласит стереотип. Увы, в реальной жизни неоднократно бывало так, что порождения прогресса оказывались слишком сложными, а какое-то новое изобретение позволяло реализовать ту же инженерную задачу намного проще — выкинуть кучу ненужных трубок, свистков и шестерёнок и заменить их одним недорогим, массово производимым тригенным куатором. Причем сам по себе куатор далеко не факт, что сложнее системы трубок, свистков и шестеренок: очень может быть, что он даже и проще, просто требует знания большего количества физических принципов. В результате девайс с трубками, свистками и шестерёнками оказывался на свалке истории, интересный только «выживальщикам», озабоченным перспективой жить без тригенных куаторов. Здесь мы соберём небольшую галерею подобных сложных устаревших технологий.

Примеры

Материалы

• Создание каменных орудий труда. На первый взгляд кажется, что любой дурак может взять два камня, ударить один о другой — и вуаля, готов каменный нож! На самом деле таким образом получится в лучшем случае каменный скребок. Который с высокой долей вероятности полетит незадачливому ремесленнику прямо в глаз. Камню, в отличие от металла, отнюдь не так просто придать форму, его не переплавить, сложно заточить. Для изготовления каменных инструментов надо досконально знать его свойства, места сколов и изломов; спецы каменного века навострились делать даже каменные шила и из плоских острых кусков даже «набирать» каменные серпы и ножи в деревянную либо костяную оправу. Каждое такое изделие являет уровень мастерства в одном ряду, скажем, с ювелирным. На создание одного инструмента даже у человека, который занимался этим всю жизнь, уходит много времени, а в утиль отправляется множество заготовок. При этом по долговечности каменные инструменты даже близко не могут сравниться с медными или бронзовыми (но по степени остроты на сколе обсидиан, например, превосходит нержавеющую сталь, так что свою нишу в современной хирургии этот материал каменного века всё же нашёл, став основой для скальпелей). На фоне всего вышеописанного технология медного и бронзового элементарна и проста — всего-то расплавь слиток и залей в форму, аналогично б/у можно было расплавить и по новой в тигель! Но всё-таки медь довольно мягка и редка и каменная индустрия с наступлением хальколита вовсе не умерла и спокойно сосуществовала с металлами до самого железного века, а в районах с благородными видами камня и ещё дольше.
• Получение алюминия различными химическими способами из горных пород во второй половине 19-го века. Сложно, дорого и муторно, получаемый порошкообразный алюминий себестоимостью соперничал с платиной и его получали считанными тоннами в год. Электролиз знали и тогда, но электроэнергия и сама тогда была баснословно дорога и электролизом получали мизерное количество особо чистого металла чисто для лабораторных нужд. Эпизод из «Войны миров», где марсиане легко и буднично штампуют алюминиевые листы из глины с минимум напряга и поныне выглядит хай-теком, а на момент выхода романа и вовсе выглядел чем-то ненаучно фантастическим вроде развитых сверхсветовых перелётов в наши дни.
• Дерево, самое обычное дерево. Найти абы какую деревяшку просто, но весьма непросто найти даже два одинаковых по размерам и физическим свойствам ствола, после разделки очень часто необходима дополнительная обработка — сушка, морение, травление… Процесс плохо подается полной автоматизации и результат нестабилен. В автомобилестроении древесина применялась широко и часто ажно до 1980-х годов, кое-где и ныне. До 1930-х годов кузов был в основном деревянным и у грузовых и легковых автомобилей. В худшем случае — цельнодеревянным, в лучшем — деревянный каркас обитый тонким стальным листом на тканевой прокладке, а крыша — кожа, кожезаменитель, брезент. Огромное большинство автозаводов тогда делали лишь рамное шасси, а кузова в отдельных кузовных мастерских. Там господствовал высоквалифицироварный ручной труд, работали не торопясь чтобы не загадить древесину (бук, тис, падуб и ясень) и крутым считалось собирать за день 10-15 кузовов, при этом там бегало народу как крыс — до 300 человек и более. И вот в конце 1920-х годов американские металлурги изобрели способ получения массового стального листа из достаточно прочной стали, при этом поддающейся глубокой вытяжке и точечной сварке и автогиганты мгновенно заказали штамповочные станки и цеха с примерно тем же числом работников спокойно начали выпускать по 100—500 кузовов в день, при этом их трудоемкость и стоимость снизились в 3-5 раз и только после этого Model T стала доступна любому фордовскому работяге. Изначально штамповке не поддавалась только крыша, но к середине 1930-х все гиганты тамошнего автопрома осилили и ее. При этом люди обучались там максимум за полгода и не нужно было роты столяров-краснодеревщиков 6-го разряда. Немцы массово осилили цельностальной кузов лишь к 1950-м годам, итальянцы и французы — избрали свои и весьма извилистые пути, англичане грузовики с деревянным каркасом кабины делали даже до 1970-х годов (таки отличная деревообрабатывающая промышленность и мастерство местных позволяли многое).
• Стальной лист, до массового внедрения простых и эффективных металлорежуще-раскроечных, спирально-навивных, штамповочных и прочих станков его ручная обработка, придание ему нужной формы и соединение были весьма долгим и трудоемким делом. Жестянщики при помощи простейших «приспособ» на месте кроили, резали, выпрямляли стальные листы и делали на них фальцы (что-то вроде P-,S-,Z-образной петли при помощи которых соединялись соседние края листов), точно также собирали воздуховоды на фальцевых соединениях. Даже детали кузовов автомобилей в первой половине 20-го века часто вручную киянками «выбивали» по шаблонам. Даже сборка более толстых листов была более простой из-за того, что там можно было широко использовать сварку.
• Заклепочное соединение — долгие годы было единственным доступным для соединения двух металлических деталей. Отличалось крайней трудоемкостью — уйму времени тратилось на вспомогательные операции как разметка, сверловка и чеканка отверстий. Сам процесс клепки тоже непростой и трудоемкий. Вытеснившие ее резьбовые и сварные соединения крайне ощутимо попроще… в исполнении, а вот поиск способов оптимального изготовления крепежей и сварки занял немало времени и вплоть до середины XX века заклепки находили широкое применение. В авиации и специальном машиностроении клепка и сейчас может оказаться проще сварки, если применяются особо экзотичные сплавы типа высоколегированных хромоникелевых либо каких-нибудь титановых.

Двигатели

• Паровой поршневой двигатель — на определенном этапе развития техники оказался не способен конкурировать с ДВС, так как их образчики 1900-1930х годов оказывались намного проще конструктивно, компактнее и самое главное — всегда были готовы к движению, а «поднимать пары» требовалось от четверти часа и более. В паровике имелся отдельный водяной контур с довольно муторной по тем временам в эксплуатации трубопроводной арматурой — клапанами-отсекателями пара, предохранительными клапанами, а в тогдашних ДВС бензин стекал в цилиндры самотёком (!), воздух нагнетался простейшим вентилятором, а карбюраторы с магнето имели простую конструкцию. Чтобы на этом фоне не задирать цену, в паровиках по традиции долго сохраняли примитивные угольные либо дровяные топки с кочегаром и посчитайте сами сколько надо дров или угля для замены хотя 50 л бензина и поймёте почему англичане паровые тракторы и автомобили уничижительно звали «самоходные дровяные сараи», надо было до 300 и более кг дровишек на каждые 100 км. Для компенсации постоянных утечек воды приходилось завышать необходимый объем котла и водяного контура, отчего пополнение запаса воды было головной болью. Вдобавок тогда не умели делать дешёвой и эффективной теплоизоляции и котел «грея атмосферу», снижал КПД паровика. В 1940-50е многие недостатки удалось устранить и в итоге тот же дизель или карбюратор стали выглядеть ничуть не проще и не компактнее парового двигателя нового типа (с другой стороны спорно - для повышения КПД на последние паровики стали ставить форсуночную систему впрыска жидкого топлива, не сильно отличающуюся от систем впрыска ДВС, плюс многотопливность вышла из чата - все тот же мазут и солярка. К тому же повышение рабочего давления тоже и усложняло конструкцию и делало её менее надежной - в общем, последние разработанные паровые локомотивы были скорее переусложненными), вдобавок автомобили обзавелись сложной трансмиссией, в которой паровик не нуждается — сравните тяги и кривошипы с КПП и особенно АКПП. Но проблема быстрого запуска и…
  • Отдельный геморрой — это вода, необходимая для получения пара. Даже самая чистая и прозрачная, она содержит растворённые соли, которые замечательно откладываются в виде накипи, забивая те самые хитроумные трубочки (и что гораздо страшнее — перегревая котёл). Иной раз для паровоза проще набрать мутной воды из лужи (грязь отстоится и уйдёт на дно тендера, а дождевая вода самая мягкая), чем из чистейшего родника (который промыл русло через меловой пласт — и потому чего только в его воде не содержится). Именно поэтому довольно быстро воду для паровозов на железной дороге начали обрабатывать специальными составами-антинакипинами, связывающими соли кальция и магния и заставляющими их выпасть в виде нерастворимого осадка-шлама, легко удаляемого при очередной продувке котла. Поэтому и попытка разжиться «чайничком кипятка у машиниста» может привести в лучшем случае к сильнейшему расстройству желудка (это если использовался относительно мягкий дубовый экстракт, а не каустическая или кальцинированная сода) — и на паровозных тендерах возле водопробных краников всегда стояла трафаретная надпись: «Вода отравлена антинакипином. Пить нельзя». Дистиллированная вода ещё в 1930-40х годах и правда стоила больших денег и выходила дороже тогдашнего бензина. Но всё-таки отметим, что водоподготовка необходимая часть эксплуатации любого парового либо водяного котла, которые применялись и до изобретения паровоза и после их вытеснения электровозами и тепловозами.
  • Главная проблема паровиков (и в какой-то степени, их продвинутой версии — паровых турбин) — имея оптимальное соотношение массы на мощность при больших размерах (паровозный или корабельный паровой двигатель), крайне плохо поддаются миниатюризации — уже в форм-факторе двигателя для легкового автомобиля потери мощности и переизбыток массы (запас питательной воды, большой и тяжелый бойлер что должен держать 20-25 атмосфер) лишат паровики преимуществ перед классическими ДВС, которые оказались более универсальными — от микромоторчиков в кубический сантиметр для моделек, до огромных судовых дизелей на десятки тысяч лошадиных сил.
  • В современных условиях паровик на чистой механике с учётом нынешних достижений техники вполне бы мог конкурировать с ДВС во многих отраслях, будучи даже подешевле и проще конструктивно.
  • В настоящее время оставшиеся паровозы (коих, вопреки мифам об огромных базах резервов паровозов «на случай войны», осталось очень мало — на всю Россию около сотни локомотивов, включая находящиеся на консервации не в ходовом состоянии) поддерживают в исправном состоянии, используют для туристических ретропоездов, съемок фильмов и других второстепенных задач, параллельно обучая машинистов для работы на них (к сожалению, в подавляющем большинстве случаев, довольно формально и ради доплаты, реально «на железе» умеющих энтузиастов и того меньше). Но производить новые давно никто не производит.
• Давнишняя проблема и беда двигателей внутреннего сгорания хоть искрового розжига, хоть детонационного — неравномерный и совершенно нещадящий режим температурный режим в поршнях и неполное сгорание топлива («вредные выбросы» и «высокий расход топлива»), а также резкие перепады давления внутри камеры сгорания-«цилиндра» ((в бытовом языке: «отсутствие тяги на низах»), ещё с 1920-30-х годов предпринимались многочисленные попытки решить эти проблемы созданием очень сложных систем впрыска, либо попытками внедрения предварительных камер сгорания (форсажной камеры в терминологии тех лет, впоследствии укоренилось название «форкамера», чтобы отличать от похожих устройств турбореактивных двигателей), либо очень хитрым устройством поршней. Такие двигатели ещё называли вихрекамерными так как в камеру (предварительную либо даже образованную выемкой в верхней части самого поршня) предварительно в ходе цикла сжатия подавались через насадки завихренными струями топливо и воздух и в момент обратного хода поршня смесь поджигалась либо детонировала и быстро и равномерно поджигала все остальное топливо в цилиндре. Как итог — расход топлива и удельная мощность радовали теоретиков; а технологи и производственники тихо матерились от необходимости обеспечить на чистой механике невероятно высокие требования к точности изготовления деталей (требовалось очень сложное по форме литье либо штамповка), их материалу и отдельным пунктом шли регулирующие клапана, топливные насосы и форсунки/карбюраторы. А эксплуатанты выли от ужаса обслуживания всей этой техномагии. В итоге куда легче оказалось усовершенствовать обычные ДВС, работавшие похуже, но бывшие куда проще и дешевле.
  • В СССР были жестоко провалены попытки разработки и внедрения собственных ДВС в 1930-40-е годы, а после 1950-х новое разрабатывалось и внедрялось с ужасным скрыпом. В 1960-е годы на ГАЗе таки сумели довести до ума одну из разновидностей форкамерного двигателя — форкамерно-факельный: получались мощнее, экономичнее, всеяднее и куда экологичнее традиционных. Но их конструкция ощутимо усложнялась: дополнительные регулирующие клапана (делят и топливо и смесь на основную в цилиндр и дополнительную в форкамеру), и многокамерные карбюраторы (как-бы сдвоенный и работает одновременно), как итог — отрегулировать всю эту систему могли только матёрые гуру (клапана, форсунки и карбюраторы были фигово сделаны и быстро начинали работать неоптимально, сводя на нет все преимущества и гуру приходилось постоянно проверять и регулировать всю эту систему). Но приходилось терпеть эти загоны 3M3-4022.10 так как он был примерно на 10-15 % мощнее, на 10-20 % экономичнее и куда «тяговитее» своего карбюраторного собрата 3M3-402. Потом, когда появился распределённый впрыск с электронным управлением (инжекторные либо дизельные с common rail) оказалось, что то же самое электроника может сделать намного проще и дешевле. ГАЗ спокойно вздохнул и забыл про этот форфакельный ужас. Хондовцы тоже самое сделали более качественно и успешно, но тоже не смогли противостоять инжектору. Субверсия: про форкамерное зажигание снова вспомнили и внедрили его на новой технической базе (всё с той же электроникой) в моторы Формулы 1.
  • Упомянем и роторно-поршневой двигатель, он же двигатель Ванкеля. Перед ним спасовали Audi и ВАЗ, но более-менее успешно освоили и много лет производили их узкоглазые братья по разуму из Mazda — знаменитая серия RX, но и они в начале 2010-х сдались.
• Карбюраторные двигатели внутреннего сгорания. Карбюратор — это устройство для распыления топлива и формирования топливо-воздушной смеси для подачи в цилиндры, на последних этапах развития это де-факто гидропневматический аналоговый компьютер. Изначально имел очень простую конструкцию наподобие керосиновой фитильной лампы либо небольшого бачка с бензином, через который прогонялся подаваемый в двигатель воздух и который при движении над бензином просто насыщался его парами. Но двигатели становились все сложнее по устройству и требования к быстродействию, точности срабатывания, производительности карбюратора все росли и алгоритмы управления подачей топлива усложнялись, усложнялось и устройство карбюратора. Поплавковый карбюратор — устройство для непрерывной подачи и распыления топлива в струю нагнетаемого в цилиндры воздуха, и позднейшие карбюраторы на 99 % были именно поплавковыми. Потом схема приросла ускорительным насосом, экономайзерами… Самые поздние «поплавки» уже имели подобие механического аналогового «контроллера», управляющего параметрами системы подачи топливовоздушной смеси в двигатель. Это была весьма хитро устроенная шайтан-кастрюлька, полная калиброванных отверстий, со сразу несколькими поплавковыми камерами, механических клапанов, регулировочных болтиков… Болтики, естественно, норовили открутиться, пружинки — просесть, каналы — засориться. А ещё в паре к карбюратору прилагается система зажигания с прерывателем-распределителем, который за век эволюции оброс вакуум-корректором, центробежным регулятором, но всё требовал ручной настройки и регулировки. В более поздних системах бесконтактного зажигания появился датчик Холла и коммутатор. С появлением более-менее доступных систем впрыска с электронным управлением (устройство: насос, контроллер, электромагнитный клапан, куча датчиков; системы питания и зажигания теперь объединены и синхронизированы, подстройка производится автоматически в режиме реального времени по показаниям датчиков) сложные в настройке и капризные узлы заслуженно оказались на музейных полках. На тормозах, так как малую технику с ДВС типа бензопил и газонокосилок на инжектор никто переводить не собирается, да и на лёгких китайско-индийских мотоциклах карбюратор живее всех живых. Но правда там и карбюратор имеет очень малую требуемую производительность и там обходятся простейшими игольчато-инжекционными устройствами наподобие шприца с возратно-поступательным ходом.
• Авиационные поршневые двигатели. К середине 1940-х годов их мощность достигла 2000—2500 и даже 3000 л. с., но за счёт чрезмерного усложнения конструкции: из-за прочностных и габаритных ограничений допустимый объем поршневого цилиндра достиг своего практического максимума и увеличивать мощность агрегата можно было было только за счёт наращивания их числа и 24 оказалось пределом при котором была возможна нормальная эксплуатация. Но только этим проблемы не ограничивались — пришли к полым винтам сложной аэродинамической формы да ещё с изменяемым шагом (для разных высот и скоростей), чудесатым компрессорам-нагнетателям(так как потребности в воздухе резко увеличились), топливные и смазочные системы под все это великолепие приобрели сложнейшую конфигурацию и конструкцию! Пришлось задуматься об управляющих системах — де-факто аналоговых бортовых компьютерах, ибо пилоты уже физически не могли ни уследить за сотнями показаниями датчиков, ни с должной скоростью отреагировать и внести поправки. И все оказалось напрасно ! Ибо возник Его Величество Звуковой Барьер ! Если кратко — при приближении скорости самолета к скорости звука сопротивлениие воздуха начинает расти не в квадратичной, а в кубической зависимости, а винты имеют большую площадь поперечного сечения и при скорости примерно 800 км/ч сопротивление становилось столь большим, что мощности двигателя уже не хватало. Лишь появление реактивных двигателей и радикальный пересмотр формы планера позволили пробить «звуковой барьер» и в нише скоростного самолёта поршневой винтовик был бит турбореактивным двигателем, а в дальне-скоростного — турбовинтовым. Устройство любого реактивного двигателя на порядок проще, чем того же самого Роллс-Ройса с «Мерлина», особенно позднего. Некоторое время поршневые винтовики удерживались на вертолетах, но и оттуда были потеснены куда-более простыми и эффективными ГТД. Сейчас ниша поршневых двигателей — ретро-, лёгкие и сверхлегкие летательные аппараты.
  • Комбинированные силовые установки, также известные как мотокомпрессорные двигатели. Эпический гибрид ежа с ужом, малозабытый (на серийных машинах не использовался совсем) переходный вариант от поршневика к реактиву. На самолет устанавливается обычный поршневой двигатель и упрощенный реактивный (ближе по конструкции к прямотоку или к форсажным камерам современных реактивных двигателей), компрессор которого приводится в движение поршневым двигателем (при этом сам поршневой двигатель может как приводить во вращение свой, обычный винт — и тогда он им создает до двух третей мощности — а может и быть установлен во втулке компрессора на манер стартера и служить только для раскрутки компрессора). Да, вы поняли верно — это продукт эпохи, когда реактивную тягу уже освоили, а достаточно легкой, надежной и миниатюрной газовой турбины для того, чтобы запитываться от выхлопа и крутить компрессор, еще не сделали. Получилось… достаточно странно и сложно, со всеми проблемами и трудностями как поршневых, так и реактивных двигателей, версия с малым мотором у компрессора не прижилась совсем, послевоенные мотокомпрессоры (разрабатывались в основном немцами, американцами и СССР) с винтом в качестве основного движителя и реактивным двигателем в качестве второстепенного, в принципе, выглядели как дальнейшая эволюция упершихся в верхний предел поршневых двигателей, если бы не… так и не решенная проблема возрастающего сопротивления воздушного винта, да прогресс в материаловедении, позволивший клепать газовые турбины, успешно заменившие мотокомпрессор в реактивном двигателе «классической» схемы.
  • Ротативные двигатели, чей звёздный час пришёлся на Первую Мировую. Берём старую-добрую радиальную «звёзду» и делаем всё наоборот, крутим не коленвал, а цилиндры вокруг него. Можно не мудрить с охлаждением (цилиндры сами успешно охладятся от вращения), что выгодно отличало ротативки от стандартных радиальных «сковородок», где это всегда было «больным местом» в той или иной мере. При этом все преимущества «звезды» (в лице отличного соотношения вес/мощность и относительной компактности) сохраняются, но есть одно маленькое «но»… Оказалось, что безбоязненно «крутить цилиндры» можно только до 120—130 л.с, а дальше картер не выдерживал такого отношения. Да и масложор зашкаливал даже по тем незатейливым временам. Вы думаете, почему пилоты одевались в кожанки, очки и шарфы? Для защиты от холода и ветра? Не только — ещё это был неплохой способ защиты от касторового масла (да-да, того самого, со слабительным эффектом), вовсю летевшего из двигателя. Всяко лучше наделать в штаны по причине Красного Барона на «шести» (то есть на хвосте), чем от банального выхлопа — это хотя бы не так постыдно.
  • Зато на наземной технике «звёзды» с треском проиграли. Просто потому что радиальный двигатель нельзя просто взять и запустить — при наличии масла в нижних цилиндрах неизбежен гидроудар с последующим сложным и дорогим ремонтом (а то и движок на свалку). В авиации это решается разделением труда («водитель самолёта» и механик — разные люди), в то время как в танке эти должности испокон веков совмещал один человек. Впрочем, американцы решили помучаться, адаптировав Wright R-975 Whirlwind и Continental R-670 для среднего и лёгкого танка М2 соответственно — настолько был велик соблазн получить легкий и мощный двигатель здесь и сейчас. Пока число танков не превышало 150 и им приходилось ездить только по парадам и учениям, всё было даже неплохо… пока на горизонте не запылало марево Второй Мировой! Танки потребовались в количестве «очень много, причём уже вчера» и капризный характер «звёзд» (sic!) показал себя по-полной. Уже на промежуточном М3 «Ли» (М2 устарел, а «Шерман» ещё вовсю разрабатывался) все принялись быстро и решительно искать альтернативные силовые установки (породив в том числе как вменяемую спарку дизелей GM 6046, так и хтоническое чудовище Chrysler Multibank A57). В конечном итоге, армию США старательно переводили на «Шерман» здорового человека — вариант М4А3 с двигателем Ford V8 GAA, сбагривая всё остальное союзникам. Аналогично вышло и со Стюартами М3, наследниками лёгкого М2 — лавочку быстро свернули после появления М5, варианта со спаркой автомобильных двигателей Кадиллак.
  • Отдельным пунктом идут радиальные дизели (да, промышленно развитые янки знали толк и в таких извращениях!). Guiberson T-1020 успели попробовать на лёгких М2 ещё до войны, потом заказали 1000 штук М3А1(D) для КМП США… но судя по всему, практическая эксплуатация вызвала изрядную детонацию пятых точек у всех сопричастных и братьев Гайберсонов попросили на выход. RD-1820 повезло ещё меньше — танков М4А6 сделали всего 75, несмотря на многотопливность и достаточно умеренный аппетит танкового собрата легендарного R-1820 Cyclone. Ибо надёжность хромала на все лапы, улучшенный вариант D-200A уже утратил унификацию с авиационным прародителем, да и вообще — на дворе стоял 1943 год: острый танковый дефицит уже прошёл и никто не хотел усугублять логистический кошмар за счёт пятого варианта силовой установки.
  • Да и в целом концепция авиационного дизеля вполне подходит под троп. С самого начала было ясно, что низкая весовая отдача и нелюбовь к высоким оборотам закрывают дизелям путь на истребители — и вообще толкают в нишу сугубо дальней авиации. На дирижаблях устанавливались обычные дизели наземного или судового происхождения, однако этот вид транспорта практически исчез уже к концу 1930-х. Фактически, всерьёз разработкой «большого» авиадизеля после этого занимались только Третий Рейх и СССР. Первые получили капризный и сложный Junkers Jumo 205, что в основном прописался на дальнем и высотном разведчике-бомбардировщики Ju.86. Вторые — даже более проблемный АЧ-30, что с грехом пополам использовали на дальнем бомбардировщике Ер-2 (и немного на Пе-8, но там при первой же возможности сбежали на куда более надёжные бензиновые «звёзды» АШ-82). После чего тему авиадизелей закрыли и тут. Ныне дорожающее авиатопливо и развитие автомобилестроения (решившего часть проблем ранних дизелей) даёт некоторую надежду на возрождение авиадизелей малой (до 500 л.с) мощности, но прорыва пока не видно.

Механические устройства, приборы и аппараты

• Механические часы — зигзагом. С одной стороны, массовые их модели нельзя назвать особенно сложными или устаревшими. Но с другой, попытки реализовать при помощи мостов и шестерёнок какие-то усложнения интереснее секундомера и календаря рождают троп во весь рост. Неспроста изделия Rolex сейчас идут по цене джипа — швейцарцы специально в целях защиты собственности переусложняли в них каждую шестеренку, тягу и пружинку патентами на уникальные сплавы либо технологии и в итоге пришли к тому, что 99 % деталей и процесс сборки просто физически не поддаются малейшей механизации и каждая операция может быть выполнена лишь специально отобранным и обученым Михелем. Обслуживать и ремонтировать эти шедевры механики очень сложно и дорого, и зачастую вообще невозможно нигде, даже на предприятии-изготовителе, если уникальный Михель делавший эту шестеренку уже на пенсии либо конторка отливавшая 1-2 кг уникального сплава в год под нее уже прикрыта. Но даже такой Ролекс за 10-20 тысяч зеленых чисто по механическим характеристикам не выделяется на фоне Seiko и даже последних Cadisen максимум за 500 , давя лишь бафосной ностальгией, отделкой и рекламной кампанией с раскрученными мордами актеров. Останавливать их ход крайне не рекомендуется, так как впоследствии выставить все усложнения в нужное положение — это вам не три кнопки на Casio нажать, это процесс, сопоставимый с ремонтом. В общем, нерациональная вещь, игрушка для олигархов. Действительно простые механические часы — ходики (с маятником и гирями), но и там нужно с требуемой точностью изготовить шестерни правильных размеров. Возможность подгона скорости хода часов длиной маятника, конечно, дает определенную вольность в допусках, но в пределах плюс-минус миллиметра.
• Колесцовый замок для огнестрельного оружия. На фоне простейших фитильных замков был дорог и сложен в производстве, имел свои заморочки в применении (утеря ключа превращала оружие в железную палку!), но зато сильно выигрывал в надёжности — особенно в плохую погоду. И был всегда готов к стрельбе, а не только пока тлеет фитиль. Такая система вместе с примитивными фитилями протянула до первой половины 17 века, когда более простой и дешёвый ударно-кремнёвый замок смогли довести до ума. Так что недешёвый колесцовый замок стал уделом VIP, а практичным стал считаться кремнёвый, который хоть и давал осечки, но можно быстро взвести повторно курок (если набить руку, то меньше, чем за секунду) и попытаться выстрелить ещё раз, и самое главное перезарядить кремнёвый пистолет можно гораздо быстрее, чем завести ключом колесцовый — и уже в таком виде огнестрел без особых изменений дотянул аж до 19 века и появления капсюлей, а потом уж и унитарные патроны подтянулись.
• Ранние казнозарядные винтовки с бумажным патроном и игольчатым ударником. Такая конструкция резко повышала скорострельность и позволяла переделывать дульнозарядные винтовки в казнозарядные. Однако система не блистала ни надёжностью, ни удобством и к 1870-м её заменили уже более привычные нам схемы с металлическим унитарным патроном.
• Активные механические усилители звука, например френофон или Higham-A-Phone — использовались с некоторыми ранними механическими устройствами звукозаписи и имели похожий принцип работы, основанный на силе трения. Входящий сигнал двигал в вертикальной плоскости «башмак», прижатый к вертящемуся колесу или стеклянному диску. Чем больше была амплитуда колебаний, тем сильнее «башмак» прижимало к движущейся поверхности и тем сильнее его дёргало по направлению вращения. Это создавало колебания в горизонтальной плоскости со значительно большей амплитудой, которые и формировали выходной сигнал.
• Комбинированный движитель сухопутной техники. Ни колесный, ни гусеничный транспорт «как есть» на заре своего существования совершенно не устраивали людей и предпринимались экзотические попытки их «скрещивания», чтобы совместить их достоинства:
  • Колёсно-гусеничный движитель. Тут идея в попеременном переходе между ними. Был весьма популярен у танков в 1920-30е годы, как попытка решить проблему повышенного износа траков на скоростях свыше 10 км/ч, запаса их прочности хватало всего пару-другую сотен км. И даже при движении на голых катках по дороге с твердым покрытием ресурс был выше! Американец Уолтер Кристи разработал конструкцию весьма быстроходного танка с обрезиненными катками, принятую в СССР (серия БТ), Англии и Польше. У него была съёмная вручную гусеница, что как бы упрощало конструкцию, но затрудняло смену движителя. Были и другие решения — чехословацкий КН-50, со съемными колесами и с переключением внутри танка привода двигателя на них. Шведский Landsverk L-30, по сути был лёгким танком с двумя колёсными парами (и первой машиной с привычной ныне торсионной подвеской!), отпускаемыми специальными тягами с приводами от двигателя, позволяло менять движитель всего за 20-30 сек, но это было настолько сложно и дорого, что шведская армия сходу отвергла танк. Все эти чудеса кибернетики похоронил самый обычный штампованный трак из копеечной марганцевистой стали, но имеющий ресурс даже на прототипах от 5000 км. До этого приходилось либо возить траки вслед за танками на грузовиках либо их делать из износостойкой нержавеющей стали и при обоих раскладах стоимость эксплуатации выходила космической.
  • Полугусеничный движитель. Вопреки наименованию, гусеницы тут полноценные да ещё дополненные передней рулевой колёсной осью. Происходит из опытов француза Адольфа Кегресса, его оригинальная система предполагала быстрое переоборудование обычного колёсного автомобиля в полугусеничный: колеса с ведущей оси снимались и она играла роль ведущей «звёздочки», далее на нее одевалась рама-балансир с двумя или более подкатными осями и уже на них натягивались гусеницы, изначально даже полотняные, а не стальные «тракторного» типа. В таком виде получалось скорее «круто и практично» — проходимость по бездорожью резко возрастала и при необходимости можно было легко вернуть обычные колеса. Однако, с техникой тяжелее грузовика-полуторки, рамы-балансиры и прорезиненное полотно уже не прокатывали, так что в 1920-30-е году пошёл «улучшайзинг» в попытках внедрить систему Кегресса на более тяжелую технику… Во Вторую Мировую был расцвет полугусеничной техники, она стала «лицом» Вермахта — широко известны «полугусы» в виде различных тягачей и БТР (наиболее известна продукция фирмы Ганомаг в лице Sd.Kfz.251) с зело продвинуто-замороченной уже самой по себе «шахматной» подвески Книпкампа, а также менее известные «Маультиры» — обычные колесные грузовики, конвертированные в полугусечники с более простой нешахматной подвеской. Американцы довели до ума оригинальную схему Кегресса (отчего одних только машин семейства М3 было построено больше 25000!) и даже в СССР делали, к примеру, ЗиС-22/42 (правда, сама концепция движителя была выбрана неудачно и вдобавок ЗиСовский движок оказался для этого чуда слабоват, а альтернатив не имелось). Но по итогу эти творения скорее собрали фулл-сет из недостатков движителей — сложность, тяжесть и фиговую управляемость гусениц и неважную проходимость чистых «колесников». Разворот же перетяжеленного вундерваффе рулевой осью автомобильного типа вообще стал де-факто невозможным и его пришлось дополнять изощренной автоматической системой подтормаживания одной из гусениц. В ходе ВОВ выяснилось, что проходимость «полугусей» уступает обычному полноприводному грузовику, зато сложность и цена почти равна полноценному лёгкому танку ! В итоге, послевоенные бронетранспортёры перешли на строго определённый движитель — либо колёсный (советские БТР-152/БТР-60/70/80, немецкий «Фухс», чехословацкий SKOT, британский «Сарацин»), либо гусеничный (американские М75, М59 и знаменитая «коробочка» М113, советские БТР-50 и БТР-Д, британский FV432); попытки же совмещения (например Land Rover Centaur) так и остались курьёзами. Впрочем, сама схема не вымерла с концами, но её нынешний удел — ограниченная ниша сельхозтехники, что в сущности является возвратом к изначальным идеям Адольфа Кегресса на новой технической базе.
• Различного рода пружинные, рессорные и гибридные между ними подвески на гусеничной технике. Первые трактора подвески вообще не имели и от постоянного грохота глухота и различного рода травмы позвоночника стали спутниками любого тракториста и танкиста. Только после Первой Мировой войны танки и трактора стали массово получать хотя бы листовые рессоры, известные ещё с карет и телег, что проблему несколько решило. С ростом массы техники свыше 12-15 тонн этого оказывалось уже недостаточно и пришлось обратиться к пружинам — вертикальным, горизонтальным и цилиндрическим, собирать из них целые блоки с катками — «тележки» и дополнять разного рода телескопическими гидро и пневмоамортизаторами. Но из-за огромного числа степеней свободы и повышенного требования к качеству всех элементов они как одна были зело сложны в расчете и обслуживании и не отличались надежностью. Даже высокоразвитая американская промышленность, потратив двадцать лет начиная с «Шермана» и «Стюарта», так и не смогла добиться требуемой её надежности… Американская армия, устав от всех причуд пружинной подвески (проворот и опрокидывание тележек, продольные раскачивания, необходимость постоянной проверки качества всех пружин), потребовала от разработчиков перестать мудрить и поставить торсионную подвеску, как у «всех», что и сделали на M26 Першинг (был вариант и с Шерманом в лице М4А2Е4, но то ли подвеска ещё была «сырой», то ли никто не решился срывать отлаженное производство). Торсион — это обычный стержень из стали высокой прочности и упругости (один чёрт она дешевле и проще «пружинной» стали), одним концом жестко заделанный в борт, а на другой вешается каток и ограничитель хода с амортизатором. Время от времени были попытки взять реванш, дополнив пружины усовершенствованными гидроамортизаторами, но обычно получается настолько сложно и дорого и в производстве и эксплуатации, что о внедрении не идёт и речи.

Электротехнические устройства и приборы

• Электронные вакуумные лампы. Намного сложнее и хитровывернутее пришедших им на смену полупроводниковых диодов и транзисторов. Из преимуществ — более высокая надёжность (не боятся скачков напряжения и наведённых токов), меньше искажают аналоговый звук (за что любимы музыкантами и аудиофилами). Из недостатков — громоздки, хрупки, сложны в производстве, в то время, как полупроводниковый диод легко сделать дома из бритвенного лезвия и карандаша. Но с другой стороны — современные полупроводниковые диоды нанометрового размера намного сложнее в изготовлении, даже микронного тоже были куда посложнее и хлопотнее, чем электронные лампы. Главное преимущество полупроводниковых элементов над электронными лампами — возможность миниатюризации, на плату куда со всеми ухищрениями поместится от силы сотня ламп, можно установить микропроцессор, содержащий миллиард-другой транзисторов.
  • Планарные радиолампы — тёплый ламповый ответ полупроводниковым микросхемам, в виде плоской пластины на которой создана микросхема, но не из полупроводников, а из радиоламп имеющих один общий корпус на всех.
• Трохотрон — электровакуумный счётно-коммутационный прибор, нечто вроде тёплого лампового аналога электромеханического шагового искателя, опоздавший к первому акту компьютерной революции и в результате не вписавшийся в рынок.
  В центре простейшего трохотрона находился катод, окружённый приёмными пластинами, разделёнными управляющими лопастями хитрой формы. Вся эта красота была засунута в «стакан» из постоянного магнита с определённым образом ориентированным полем. В разомкнутом состоянии испускаемые катодом электроны висели вокруг него облачком, отталкиваемые электрическим полем лопастей. Манипулируя этим полем, можно было вытягивать из электронного облака «ручеёк», и сбрасывать его на ту или иную контактную пластину, замыкая цепь. Электроны при этом двигались по w:трохоидальной траектории, отсюда и название. Если верить рекламным брошюрам, один трохотрон заменял схему из более чем сотни радиодеталей, не имел на борту никакой механики и мог работать на невероятных по тем временам частотах до 6 мегагерц. Ну и кроме кольцевых были ещё и другие, более хитрые варианты компоновки — линейные, двумерные, бинарные…
  Вот только век ламповых ЭВМ, в которые трохотроны заходили как родные, был недолог. А в других экологических нишах у этих сложных, дорогих и хрупких устройств оказалось слишком много соперников и мало преимуществ. С одной стороны им приходилось конкурировать с куда более дешёвыми, привычными и «дубовыми» электромеханическими аналогами, а с другой их поджимали стремительно прогрессирующие полупроводники. В результате трохотроны так и остались малоизвестным, хотя и остроумным техническим курьёзом. Ну и стоит, пожалуй, упомянуть, что у них были двоюродные газоразрядные братья — декатроны (о которых подробнее можно почитать в соседнем разделе), похожие по функционалу, непохожие по принципу работы и почти такие же невезучие.
• w:Бареттеры — стабилизаторы тока ламповой эры. Представляли собой лампы накаливания с железной (обычно) спиралью, наполненные водородом. При росте напряжения спираль нагревалась, её сопротивление росло, и ток падал. Собственно говоря, так умеет любая лампа накаливания. Однако при достижении определённой температуры (700 °C для железа) резко возрастала растворимость водорода в материале спирали, что увеличивало её сопротивление ещё быстрее, в результате чего график ВАХ бареттера становился практически горизонтальным, чего лампы накаливания уже не умеют. Сейчас место бареттеров заняли разнообразные полупроводниковые схемы, превосходящие их по всем параметрам.
• w:Урдоксы — первые резисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС, это когда при нагревании сопротивление падает), которые делались из урановой керамики (отсюда и название), из-за чего были ощутимо радиоактивными. К середине 30-х прошлого века нашли другие керамики с подобными свойствами, и от урана отказались.
  Что это вообще такое и зачем было нужно? В первую очередь для защиты ламповой техники от бросков тока при включении. Большинство материалов, в том числе вольфрам, из которого делают нити накала радиоламп, имеют положительный ТКС — чем сильнее нагреты, тем выше у них сопротивление. Холодная радиолампа имеет низкое сопротивление, и в первые секунды, пока не прогреется, может потреблять в разы больше тока, чем при рабочей температуре. Это нехорошо сказывается и на самих лампах, и на других компонентах. Если же воткнуть перед лампой урдокс, он будет иметь при запуске высокое сопротивление, и просто не пропустит к ней слишком много тока. При этом, по мере прогрева схемы сопротивление урдокса будет падать, а лампы — расти, пока устройство плавно не выйдет на режим. Часто урдоксы соединяли в одном корпусе с бареттерами, получая универсальный стабилизатор тока, защищающий схему и при включении и во время работы.
• Механические преобразователи тока — например, выпрямители, в которых постоянный ток получался из переменного механическим переключением контактов вибрирующей под действием электромагнитов пружиной а то и специальным электромоторчиком. Или вибропреобразователи, примерно таким же образом делающие из постоянного тока переменный. Сюда же — умформеры, представлявшие собой мощный электромотор, крутивший генератор, выдававший ток нужных параметров. Большинство подобных устройств кануло в Лету после появления доступных полупроводниковых компонентов с приличными характеристиками, однако кое-что сохранилось. Механические выпрямители дожили до наших дней в виде коллекторов в, собственно говоря, коллекторных электродвигателях, а потомки умформеров стали динамическими ИБП, накапливающими энергию и фильтрующими помехи за счёт инерции массивных вращающихся маховиков.
• Ртутные выпрямители (игнитроны или экситроны) — в простейшем случае представляют собой банку с тремя электродами, причём катодом является лужица ртути на дне. При запуске импульс тока через поджигающий электрод создаёт облачко ионизированной ртути, а в нём зажигается электрическая дуга, которая и проводит ток только в одном направлении. Большой игнитрон в стеклянном корпусе, с дополнительными управляющими электродами и сетками напоминает декорацию из лаборатории безумного учёного — этакая стеклянная каракатица с несколькими щупальцами, увитая проводами и светящаяся при работе сине-ультрафиолетовым. Появились они в 20-е годы и для своего времени были очень удачными устройствами — относительно простыми и компактными, мощными (до нескольких десятков киловатт) и надёжными (катод был практически вечным — испаряющийся с него металл просто конденсировался и стекал обратно). Благодаря долговечности и хорошим параметрам ртутные выпрямители в некоторых местах дожили чуть ли не до конца XX века.
  Но были у них и недостатки, из-за которых попытки замены на полупроводниковые диоды начались практически с самого их появления. Во-первых, здоровенные герметичные колбы игнитронов довольно хрупкие. Во-вторых, они содержат по несколько килограммов ртути, так что их разрушение приводит к массе проблем. В третьих — такие выпрямители были чувствительны к вибрациям и положению — ртутный электрод нельзя взбалтывать, иначе игнитрон пробьёт обратным током, что может сжечь трансформатор. Ну и в четвёртых, ртутные выпрямители не годятся для маломощных нагрузок — запитать через них электровоз или мощную радиостанцию можно, а вот лампочку или радиоприёмник — не выйдет.
• Хемотроника — продукт греховного союза между микроэлектроникой и электрохимией. Некоторые его порождения, такие как ионисторы, живы и здравствуют, другие же оказались слишком необычны для нашего жестокого мира. Как вам, например, мемистор — переменный резистор, в котором сопротивление задавалось электрически, осаждением или растворением металлической плёночки в герметичной ампуле с электролитом? Или электрохимические интеграторы и счётчики импульсов, являющиеся, фактически, аккумуляторами (чем больше импульсов пришло, тем сильнее зарядился)? Пик развития таких систем пришёлся на 60-е — 70-е годы XX века. Сейчас подобные задачи решаются разного рода полупроводниковыми схемами.
  • Ртутный счётчик моточасов, он же одна из вариаций ртутного кулонометра — этакий электрохимический таймер, «тикающий» пока на него подано напряжение. Стеклянный капилляр заполняют ртутью с двух сторон таким образом, чтобы между двумя столбиками металла остался маленький промежуток, в котором находится капля специального электролита. Концы капилляра заткнуты электродами, на которые подаётся постоянный ток. При этом на аноде ртуть растворяется, а на катоде осаждается. В результате, «минусовой» столбик растёт, «плюсовой» укорачивается, и разрыв, заполненный прозрачным электролитом, ползёт по шкале, отсчитывая время работы устройства. Когда доползёт до конца, трубку можно просто перевернуть, сменив полярность, и всё начнётся заново. Если в капилляр впаять третий электрод сбоку, то устройство ещё и будет автоматически подавать сигнал, когда до него доползёт капля электролита.
  • Двоюродным потомком хемотроники является наноионика — создание электронных устройств, основанных на транспорте ионов в твердотельных системах. Примеры применения — ячейки с программируемой металлизацией (Programmable metallization cell) и мемристоры (не путать с мемисторами) — тоже резисторы с изменяемым электрическим током сопротивлением, только не содержащие жидкого электролита и имеющие микроскопический размер. Довольно долго оставались в статусе лабораторной игрушки с сомнительными перспективами, но внезапно оказались на острие прогресса из-за нейросетевого бума 2020-х.
• Ртутный электроконтактный термометр — устройство, выдающее сигнал при достижении определённой температуры. Фактически это градусник, у которого в капилляр со ртутью впаян стержень-электрод. Когда столбик ртути доходит до нужного уровня, он касается электрода и замыкает цепь. У продвинутых моделей положение электрода можно менять, настраивая температуру срабатывания. Для этого прямо в капилляре собран винтовой механизм. Причём, чтобы не нарушать герметичность, управляется он бесконтактно, магнитным полем, с помощью специального магнитного колпачка. Такие термометры были очень популярны во второй половине XX века благодаря простоте использования и наглядности, но были довольно сложными в изготовлении. Сейчас какой-нибудь универсальный электронный датчик влажности и температуры размером с булавочную головку позволяет делать всё то же самое и много чего ещё, причём на пару порядков дешевле. Однако, несмотря на это, по состоянию на 2022 год такие термометры вроде бы ещё выпускаются для поддержки старой промавтоматики.
• Альтернативные полупроводники — сейчас слово «кремний» стало практически синонимом полупроводника. Однако в своё время с ним конкурировало несколько альтернативных разновидностей, более простых в производстве и, местами, даже превосходящих кремний по некоторым характеристикам.
  • Купроксные (меднозакисные) диоды — представляют собой медные пластинки, покрытые слоем окиси меди (I) (Cu₂O), которая и является полупроводником. Технология производства относительно проста, а сырьё общедоступно. Собственно, это единственное их преимущество. Всё остальное — сплошь недостатки: малая плотность тока, низкое напряжение пробоя, низкие рабочие частоты, низкая термостабильность, быстрая деградация со временем, плюс характерная именно для купроксов проблема — ползучесть (обратный ток растёт, пока к диоду приложено обратное напряжение). Для улучшения параметров отдельные медно-оксидные таблетки собирали в стопки, иногда по несколько десятков штук. У маломощных купроксов их упаковывали в пластиковые трубочки с пружинами, у мощных — нанизывали на стальные стержни и крепили гайками. Такие конструкции были громоздкими и не особо надёжными, зато выглядели достаточно брутально. Прожили недолго, и сгинули, как только появилась более-менее вменяемая альтернатива.
  • Селеновые диоды — по конструкции напоминают купроксные, только вместо медной пластины железная или алюминиевая, а вместо окиси меди — кристаллический селен. Тоже относительно просты в производстве, не требуют редких компонентов и имеют довольно скромные по современным меркам параметры. Но есть несколько особенностей, благодаря которым селеновые полупроводники прожили куда более долгую и насыщенную жизнь, чем меднозакисные. Например, они очень легко масштабируются. Существовали сборки из многих сотен элементов, рассчитанные на токи в сотни ампер или напряжения в десятки киловольт. Да, они весили десятки килограммов и напоминали электрообогреватели (как по внешнему виду, так и по тепловыделению), но по сравнению с игнитронами (см. выше) это был большой шаг вперёд. Ещё одна полезная фича — селеновые диоды могут без последствий выдерживать кратковременные перегрузки в 3-5 раз и самовосстанавливаться после пробоев. А если самовосстановления не произошло, то мощный диод можно было просто разобрать при помощи гаечного ключа и такой-то матери пассатижей, зачистить напильником «сопли» расплавленного металла, а потом собрать обратно. Благодаря этим особенностям селеновые выпрямители производились до конца XX века, точно использовались в промышленности в 00-х и, возможно, трудятся где-то до сих пор, благо промышленная электроника весьма консервативна.
  • Германий — был гораздо проще в производстве, чем кремний. Первые пригодные для практического применения транзисторы были именно германиевыми. Кроме того, по некоторым характеристикам германиевые полупроводники принципиально опережали кремниевые, например германиевые диоды имели очень низкое падение напряжения. Но недостатков в целом было больше — очень низкая термостойкость, высокий обратный ток, шум и т. д. К 70-м кремний по характеристикам в целом догнал германий, а потом и перегнал. Плюс как минимум одной из причин падения германиевых полупроводников стал дефицит сырья — сейчас почти весь добываемый германий идёт на производство длинноволновой тепловизионной оптики, в первую очередь военной, где ему практически нет альтернатив. Сейчас германиевые диоды используются как высококачественные полупроводниковые детекторы радиации. Не первое десятилетие идут разговоры о производстве сверхвысокочастотных гибридных кремниево-германиевых транзисторов, но, насколько известно автору правки, особого практического выхлопа там нет.
  • Ну и стоит, пожалуй, для полноты картины упомянуть ещё арсенид и нитрид галлия — тоже альтернативные полупроводники, но вполне актуальные. Первые используются в производстве светодиодов, вторые — электроники, устойчивой к высоким температурам.
• Этажерочные микромодули — маленькие керамические печатные платки (примерно сантиметр на сантиметр), на которых распаяна одна или несколько радиодеталей (резисторов, транзисторов, диодов и даже миниатюрных радиоламп), а их выводы подключены к специальным металлизированным лункам-контактам по краям платы. До нескольких десятков таких элементов собирали стопочкой, спаивали между собой проводами через лунки и получали функциональные модули (усилитель, фильтр и т. д.), которые потом можно было напаять на обычную печатную плату или смонтировать на шасси. Были весьма популярны во второй половине 50-х (особенно у военных), так как позволяли получить очень большую плотность монтажа, высокую надёжность при правильной сборке и, в теории, упростить ремонт (надо было просто понять, в каком модуле проблема и заменить его целиком). Однако уже в начале 60-х микромодули были сметены интегральными микросхемами, позволяющими получить принципиально недостижимую другими методами миниатюризацию при заметно большей надёжности и технологичности.
• Чемберлин — жил на свете музыкант-органист Гарри Чемберлин, который любил записывать свою игру на магнитофон. Слушал он и расстраивался, что не может играть на органе дома, а потом посмотрел на катушки с плёнками и придумал: «а давайте возьмём пианину и к каждой клавише приделаем магнитофон!». Так появился клавишный музыкальный инструмент, в котором каждая клавиша протягивала кусок магнитной ленты с заранее записанным звуком через магнитофонную головку. Дальнейшим развитием чемберлина стал меллотрон: в этом устройстве уже и ленты автоматически перематывались, и на каждой было записано несколько дорожек. Инструмент был громоздким, капризным, требовал трудоёмкого обслуживания, а техника игры на нём была весьма необычной. Меллотрон был очень популярен в 70-х, но потом появились достаточно совершенные синтезаторы и сэмплеры, которые умели делать всё то же самое, но лучше.
• Крупнокалиберные зенитные пушки. Всё началось с Первой Мировой, когда важность авиации стала совершенно очевидной, а значит, потребовались и средства борьбы с нею. Изначально под это дело адаптировали скорострельные полевые орудия калибром около трех дюймов, но дальше дело пошло до самостоятельных разработок (которые, по иронии судьбы, зачастую «приземляли» на роль «танкобоек»). Вторая Мировая стала расцветом таких систем — их калибр достигал 120+ мм, а продвинутые системы наведения (ПУАЗО) позволяли достигать относительно высокой точности. Однако, авиация всё более прибавляла в скорости, рост калибра ожидаемо плохо сказывался на мобильности и скорострельности таких монстров. После появления первых зенитных управляемых ракет, летевших куда точнее и быстрее, крупнокалиберные зенитные пушки быстро и решительно отправились на свалку истории
  • Однако, появление беспилотников возвращает средний калибр в качестве перспективного оружия против дрона: потому что
    1) нормальная зенитная ракета в разы дороже беспилотника, и стреляя по ним зенитными ракетами можно просто разориться, или вовсе потратив все ракеты на дроны, есть риск остаться беззащитными перед боевой пилотируемой авиацией и ракетами,
    2) дроны как летают выше, так и способны выпустить ракету с дистанции превышающей дистанцию стрельбы мелкокалиберной зенитной артиллерии, так что если оператор дрона успел во время заметить Шилку или Тунгуску или даже немецкий Гепард, то просто не подлетит на дистанцию поражения из пушек
• Артиллерийские корабли, в первую очередь знаменитые линкоры. Сама концепция «побольше больших пушек на большом корабле» существует как минимум с 17 века и вполне успешна прошла через века (разве что во второй половине 19 века её сильно лихорадило в силу дико быстрого по меркам своего времени морального устаревания технологий), породив в начале 20 века легендарную «дредноутную гонку», которое даже Вашингтонское соглашение 1922 года лишь притормозило. Но в конце 1941 года случился налёт Пёрл-Харбор (а через 3 дня — бой у Куантана), где оказалось что огромный «морской слон» относительно легко убивается даже не самой крупной (и гораздо более дешёвой!) толпой «москитов». Линкоры ещё честно отслужили до конца Второй Мировой, но уже к концу 1940х быстро пошли на слом. Разве что богатейшие США позволили себе содержать на консервации дорогущий «нафталиновый флот», но и там в конце концов терпение лопнуло и в начале 1990х последние линкоры типа «Айова» окончательно отправились на пенсию.
• AN/SPG-59, просто AN/SPG-59, господа! Для понимания контекста: на дворе середина 50х годов, развиваются ЗРК и у флота появляется нужда в сверхдальнобойной (200-250км) зенитной ракете «Тифон», которой также крайне желательно было бы заиметь многоканальность, чтобы по десятку целей одновременно стрелять, да одновременно обзорным локатором работать. Как же решить такую нетривиальную проблему? Инженеры решили просто (и как показала практика, мыслили в верном направлении) — сделать радар с активной фазированной решёткой. В 1958 году. На ламповой элементной базе, да. Получившееся творение безумной мысли радиоэлектронщиков в «полноценном» варианте потребляло 200 мегаватт энергии (а следовательно, могло ставиться только на американские ракетные крейсера с ядерными реакторами), вместо фазовращателей (коих еще не изобрели на требуемый диапазон) для формирования антенной решетки использовали линзу Люнеберга. Одну. Огромную. Вокруг которой было расположено до десяти тысяч формирователей сигнала, сферические волны которых преобразовывались линзой и подавались на десять тысяч передающих антенных элементов. При помощи тысяч волноводов, в которых из-за потерей сигналов пришлось ставить сотни ламп бегущей волны для усиления. Уровень надежности системы (на ламповой элементной базе!) и степень взаимных наводок представьте сами. Упрощенная версия была даже испытана на опытовом судне, и показала вполне неплохие результаты — в те редкие моменты, когда работала. Стоимость системы вышла за любые разумные пределы, а аппаратная база безнадежно устарела за время разработки. Как результат — программу закрыли, но не оставили попыток «взять нахрапом» АФАР и в итоге родилась…
• SCANFAR — прямой продолжатель идей «Тифона». На счастье, в начале 60х инженеры уже отошли от безумия на линзах Люнеберга и таки смогли осилить создание фазированных антенных решёток на фазовращателях. Победа? Да не совсем… Памятуя проблемы с Тифоном, всё-таки решили разделить обзорный локатор и локатор поиска и сопровождения цели, сделав сразу «связку» из двух антенн (четырёх — для 360-градусного обзора). При этом у обзорной антенны пришлось отказаться от управления лучем по углу места, а для антенны наведения для управления лучем по углу места использовали изменение частоты вместо изменения фаз (наследие более простых проектов с управлением частотой). Для пущей красоты всю эту электронику связали в единый БИУС на ранних ЭВМ. Получилось… с одной стороны, сильно лучше «Тифона», с другой — тот ещё «блин комом», требовательный к энергетике (два построенных экземпляра системы ставились на атомный ракетный крейсер Лонг Бич и атомный авианосец Энтерпрайз) и крайне ненадежный — антенные решётки-то были уже что надо, а вот вся электроника усиления, приемопередачи, обработки сигналов и управления была всё ещё на ламповой аппаратной базе. Когда в 70х годах выводили Энтерпрайз на модернизацию и системы были заменены на полупроводниковые микропроцессорные, внезапно высвободилось несколько десятков тонн свободного места, пара этажей в корабельной надстройке и сотни киловатт энергии. В итоге на основании полученного опыта и уже на полностью современной аппаратной базе стали пилить уже вполне успешную БИУС «Иджис» с соответствующим радаром. А Сканфар с Тифоном так и остались классическими примерами того, что получается, если попытаться создать систему на одну-две ступени более сложную, чем имеющийся уровень аппаратной базы.
• С советской стороны Холодной Войны практически полным аналогом стала система радаров самого первого ЗРК ПВО С-25 (тот самый комплекс вокруг Москвы). Изначально, в самом первом техническом задании, было указано требование об обязательной многоканальности комплекса — поскольку даже один бомбардировщик с ядерным оружием, прорвавшийся к Москве, будет представлять невероятную угрозу, необходимость одновременного пуска десяток ракет по десяткам самолетов представлялась критически необходимой. И опять, как и в случае с американцами, возникла проблема реализации многоканального радара наведения на аппаратной базе 50х годов. Фактически, технологии позволяли или вращать антенну по азимуту (получая двухкоординатный радар обзора), или поднимая по углу места (получая радар-высотомер), но не то и другое вместе, да и оставалась дилемма «или мы вращаем медленно антенну ради большого угла обзора, но время между „обновлением“ одной цели становится большим, или мы вращаем луч быстро, но угол обзора сужается». Что же сделали советские инженеры? А они поступили асимметрично — для реализации многоканальности просто поставили две идентичные механически быстро вращающиеся узколучевые антенны (по азимуту и по углу места), просто обеспечив полную синхронизацию движений лучей каждой из независимых антенн. Механически и электро-механически, да. Из хорошего: оно работало и даже давало столь необходимую многоканальность. Из плохого — радары с момента постройки были зафиксированы в одном направлении (50-60 градусов). Возможность сделать радары (и сам комплекс) мобильными или даже просто слегка «повернуть головой» не предусматривалась даже конструктивно — малейшее отклонение вызывало рассинхронизацию лучей и утрату возможности вести цель хоть каким-то образом. Совсем плохое следствие — для полного прикрытия охраняемого района необходимо строить сразу два кольца из десятка подобных антенных пар для прикрытия всех мертвых зон между станциями. И да, надёжность у комплекса была аховая — одно счётно-решающее устройство одной ракетной позиции, проводящее «сравнение» данных с обоих радаров, использовало 15.000 электронных ламп. Ещё более аховой была цена — одна ракетная позиция обходилась в 1,5-2 крейсера проекта 68-бис, всё кольцо ПВО Москвы обошлось в десяток миллиардов советских рублей, из-за чего не смогли даже обеспечить запланированное второе кольцо ПВО вокруг Ленинграда. В итоге и здесь многоканальность пришлось отложить в долгий ящик (до появления фазированных антенных решёток), а действительно массовая и отлично себя зарекомендовавшая в десятках конфликтов С-75 строилась «от обратного», методом «дешево, уныло и практично», с одним радаром подсвета и наведения одной ракеты. К подобному же в итоге пришли и американцы, что в наземных «Найк-Аяксах/Геркулесах», что в флотских Талосах/Терьерах.

Устройства отображения информации

См. Полезные заметки/Сложная устаревшая технология/Устройства отображения информации.

Информационные технологии

• Аналоговые компьютеры на жидкости (гидроинтегратор Лукьянова, MONIAC): в своей области применения в одни ворота выигрывали у ЭВМ вплоть до середины 70-х и были конкурентоспособны ещё десятилетие после. Но порог их развития был достигнут, а цифровая техника продолжила развиваться, оставив громоздкие шкафы с кучей стеклянных трубочек не у дел. Сюда же аналоговые компьютеры на механике (использовались как баллистические вычислители на линкорах). Однако же, аналоговые контроллеры типа регулятора Уатта или клапана Ползунова трудятся и по сию пору.
  • Электронные аналоговые компьютеры — субверсия. В том виде, в котором существовали во второй половине XX века — устарели и вымерли, но аппаратные реализации нейросетей на текущий момент вполне перспективны. Выдержат ли они конкуренцию с программными или с полным правом пополнят эту статью — станет известно лет через 20.
  • Механические цифровые в ту же кассу. Просто узнайте, как работает продвинутая суммирующая машина и почему сумматор не заклинивает, если одновременно нажмёшь несколько кнопок — зато виртуоз такой машины будет орудовать ею даже быстрее, чем микрокалькулятором. А уничтожили их даже не электронные калькуляторы, а СУБД — сначала клерк сменил суммирующую машину на пару команд языка dBase, затем его и вовсе заменил дата-аналитик с более мощным и универсальным языком SQL.
• Ранние образцы компьютерной памяти — на заре вычислительной техники для хранения данных, как оперативного, так и долговременного, пытались использовать сразу несколько принципиально разных технологий, по нынешним временам кажущихся странными, экзотическими и неудобными.
  • Разные варианты запоминающих электронно-лучевых трубок. Использовали считавшуюся раньше вредной особенность ЭЛТ — электронный луч в определённом режиме мог зарядить пятно люминофора, а потом вызвать его разрядку при следующем попадании в ту же точку. Образующийся при этом импульс можно было уловить специальным электродом. Такие трубки довольно долго совершенствовали, меняя конструкции излучателей и по-разному располагая электроды, и наплодили изрядно вариантов. Первая экспериментальная трубка Уильямса напоминала ЭЛТ от осциллографа (которым фактически и являлась) с металлической пластинкой, прижатой к экрану, и имела ёмкость 1 бит. Поздние модели селектронов были больше похожи на классические радиолампы (только здоровенные, 25х7 см, со сложной начинкой в виде стопки пластинок с матрицами светящихся точек) и могли хранить до 4 килобит. Отличались хорошим быстродействием и возможностью произвольного доступа к данным, но были дорогими, сложными в производстве и не особо долговечными.
    • Функциональные электронно-лучевые трубки — своеобразные электровакуумные ПЗУ, использовавшиеся для хранения таблиц значений функций (например (x-y)/(x+y)), когда считать в реальном времени не позволяла производительность, а более традиционным носителям данных не хватало ёмкости, быстродействия или компактности. По устройству напоминали простые кинескопы — так же включали в себя электронно-лучевую пушку и отклоняющую систему с парой электродов. Однако вместо слоя люминофора находился приёмный электрод, а между ним и пушкой располагалась металлическая пластинка. Данные записывались на пластинке путём высверливания в ней крохотных дырочек с разной плотностью. Аргументы (те самые X и Y) задавались в виде уровней напряжения, подаваемых на отклоняющие электроды, которые направляли электронный поток от пушки на нужный участок пластинки. Чем больше на нём было отверстий, тем больше электронов проходило через пластинку и падало на приёмный электрод, и тем выше был выходной ток прибора. Использовались такие трубки очень ограниченно и только военными, которым нужны были для баллистических расчётов в реальном времени.
      • Ещё более экзотическим мертворождённым потомком ФЭЛТ стали так называемые политроны. У них пластинку с дырочками заменила сложная система электродов. Теоретически, подавая на них разные напряжения можно было вытворять с электронным лучом удивительные штуки, моделируя сложные функции, да ещё и динамически меняя их прямо во время работы. Это должно было превратить политрон из запоминающего устройства в полноценный аналоговый компьютер. Однако до практического применения технология так и не доползла, а немногие сохранившиеся экземпляры осели в коллекциях энтузиастов.
  • Память на акустических линиях задержки — появилась даже раньше компьютеров и использовалась в РЛС. Изначально линии задержки представляли собой монструозные конструкции из трубок, заполненных подогретой ртутью и заткнутых двумя пьезокристаллами. Один кристалл превращал электрические импульсы в механические колебания, а другой принимал эти колебания на противоположном конце трубки, превращал обратно в электрический сигнал, и либо отправлял дальше, либо через повторитель возвращал первому кристаллу. В трубку можно было вдуть сразу несколько импульсов, считывались они, соответственно, по мере прихода на приёмный кристалл, строго в том же порядке, в котором отправлялись. В более поздних вариантах трубку заменили на проволоку, которую можно было скрутить в спираль для большей компактности, заодно избавившись от дорогой и ядовитой ртути. В компьютере IBM 2260 в такую вот пятнадцатиметровую проволочную катушку помещалось 11008 бит с интервалом между импульсами 500 нс. Недостатками оставались очень жёсткие требования к температурному режиму и чувствительность к вибрациям.
  • В 60-х на сцену вышла память на ферритовых сердечниках. Она представляла собой матрицу из ферритовых колечек (или более сложных фигур), переплетённых системой проволочек. Причём такие матрицы можно было собирать в компактные стопки, получая так называемые кубы памяти. Эта технология была лишена почти всех недостатков предшественников — устойчива к вибрациям и перепадам температур, долговечна, и при этом давала возможность произвольного доступа. Но был и фатальный недостаток — плохо автоматизируемое производство. Плести проволочные гобелены, расшитые крохотными ферритовыми колечками, приходилось практически вручную. Цена и объёмы производства были соответствующими. С этим пытались бороться, заменяя ферритовый бисер на дырчатые пластинки, а часть проволочек на печатные проводники, или вообще используя вместо феррита пермаллоевую фольгу, которую специальная машина полуавтоматически переплетала с управляющими проводами (твистор-память), но в 70-х пришёл лесник кремний, и буйство креатива закончилось.
  • Перфокарты и перфоленты — картонные карточки или бумажные/пластиковые ленты, на которые информация записывалась в виде последовательностей дырочек. Появились ещё в XIX веке, тогда на них записывали программы для автоматических ткацких станков. На них же работали прототипы механических компьютеров, ну и, естественно, первые электронные компьютеры тоже. В своё время (годы этак 60-е) перфокарты были таким же символом чего-то стильно-модно-высокотехнологичного, как сейчас узор в виде дорожек с печатных плат и значок биткоина.
    Достоинства — простота (для записи достаточно шила, для считывания — глаз, ну или простейшей электромеханики, раз уж мы говорим о компьютерах) и впечатляющая даже по нынешним временам стойкость при хранении (ни размагнитить, ни сломать, ни поцарапать). Но и без недостатков не обошлось, например, удручающе низкая плотность и невысокая скорость записи, неперезаписывемость и невысокий ресурс повторных считываний, особенно у бумажных перфолент.
  • Память на циллиндрических магнитных доменах (ЦМД, bubble memory) — в начале 80-х считалась технологией будущего, однако потом что-то пошло не так. Модуль ЦМД-памяти состоял из пластинки специального материала, нанесённого на её поверхность узора из пермаллоя, магнитной системы из постоянных магнитов и катушек, считывающей и записывающей головки и электроники управления. Всё это собиралось в одном корпусе, напоминающем крупную микросхему. Записывающая головка создавала в материале области намагниченности (те самые магнитные домены), постоянные магниты и пермаллоевая решётка стабилизировали и упорядочивали их, а манипулируя магнитным полем катушек можно было перемещать домены в материале пластинки, передвигать из зоны чтения/записи в зоны хранения и обратно, копировать, уничтожать и т. д. Фактически, это аналог магнитного диска без какой либо механики, в котором двигаются не головки и магнитная поверхность, а сами данные на ней. Теоретически, полное отсутствие механики обещало непревзойдённую надёжность, долговечность и устойчивость к вибрации и ударам. Из-за этого новая память сразу понравилась не только гражданским, но и военным компьютерщикам, так что денег на разработку не жалели. Однако, микросхемы (или, точнее, микросборки) ЦМД-памяти оказались сложными в производстве, дорогими, медленными, энергоёмкими и не такими уж и надёжными, да ещё и требовали сложной обвязки. В США направление было признано бесперспективным в 1987-м, в пост-СССР производство окончательно закрыли в 1995-м. Теоретически IBM работает над построенной по похожим принципам «беговой» (racetrack) памятью, но она уже лет 15 висит в статусе перспективной лабораторной разработки.
• Типографские технологии сверх касс и верстаток. Есть там и строкоотливные машины, и фотонаборные автоматы… Компьютер всё это с лёгкостью закрыл.
  • Сюда же можно отнести пишущие машинки. В теории, на них до сих пор можно вести делопроизводство, расходники (чернильная лента) дешёвые. Только вот накладные расходы из-за высокой сложности и капризности механизма такие, что содержать Акакиев Акакиевичей в принципе настолько же осмысленно. Ремонтировать машинку едва ли легче, чем крутые механические часы из примера выше. На память от пишущих машинок нам досталась уродливая латинская раскладка QWERTY, спроектированная некогда именно под особенности механизма Шоулза. А ещё у машинок как у класса техники остался интересный потомок — матричный принтер. Он оснащён такой же чернильной лентой, но вместо литер и рычагов у него неубиваемая головка с несколькими иголками и электромагнитами. Матричник легко выдерживает такой объём работы, от которого даже у лучших лазерных принтеров случается инфаркт и может обходиться без обслуживания десятилетиями. НО — требует цифрового ввода. Сам по себе он прост и эффективен, и ломаться в нем нечему, но чтобы на нем печатать, нужно ещё какое-то устройство (компьютер, телеграф, считыватель перфолент…), которое подаёт ему на ввод поток букв или точек в бинарном виде, причем не в виде ASCII- или Бодо-кода, а в виде готового шрифтового растра (или он сам должен содержать в схеме некий цифровой преобразователь, чтобы понимать ASCII- или Бодо-код). Если в вашем постапокалипсисе нету цифры ни в каком виде — печатайте на машинках или кормите армию письмоводителей и канцеляристов с чернильницами…