Автор считает своим долгом поблагодарить всех, кто помогал ему в работе над этой книгой: профессоров И. Т. АКУЛИНИЧЕВА, А. С. БЕЛОУСОВА, М. И. ГОЛЬЦМАНА, В. В. РОЗЕНБЛАТА, бывшего сотрудника ГИРДа Л. К. КОРНЕЕВА, кандидатов технических наук Ю. К. АЛЕКСЕЕВА, А. В. ГОРЕЛЕЙЧЕНКО, В. М. МИХЕЛЯ, Б. Г. РОЖДЕСТВЕНСКОГО, В. Н. СОКОЛЬСКОГО, Д. Я. СУРАЖСКОГО, В. А. УСОЛЬЦЕВА, кандидата медицинских наук Б. И. БУТЕНКО.
От автора:
Дорогой читатель! Эта книга была написана сорок лет назад. Многое за это время изменилось в науке и технике. Но телеметрия, которой я занимался как инженер и завлаб, осталась телеметрией, - конечно, тоже существенно изменившись. А история становления этой дисциплины, в то время весьма засекреченной, во многом ушла в забвение. Я старался по мере сил собирать по крупицам рассказы о тех исторических событиях, как правило, не освещавшихся в „открытой печати“, но о них рассказывали мне замечательные люди, с которыми сводила меня в ХХ-м веке счастливая профессия журналиста.
ВВЕДЕНИЕ
Сколько у нас чувств? Обычно отвечают: пять. Зрение, слух, обоняние, осязание, вкус.
Иногда к перечню добавляют «шестое» чувство. Какое — это уже будет зависеть от рассказчика, ведь наделяют чело¬века этим чувством обычно литераторы. У неуловимого сек¬ретного агента 007 они обнаруживают «чувство опасности», Удачливый рыбак, оказывается, обладает «чувством подсеч¬ки» знает, когда необходимо дернуть уду. А таежному бро¬дяге, до ушей обросшему бородищей, знакомо «чувство направлении», и он без всякого компаса выходит к заветно¬му ручью с золотым песком на дне. Нехитрым этим путем можно сконструировать и седьмое, и восьмое, и десятое чув¬ство.
Физиологи, однако, давно уже бросили заниматься таким безнадежным делом, как счет чувств. Потому что реальными, а не выдуманными чувствами человек снабжен во вполне достаточном количестве.
Вы отдергиваете руку от горячего чайника: сработало чувство тепла. Когда в организме подходят к концу запасы энер¬гии, ощущаете чувство голода. Хрупкую бабочку берете совсем не так, как гаечный ключ, — усилием пальцев управ¬ляет тактильнюе чувство. Эквилибрист разъезжает на велоси¬педе по натянутой проволоке, словно это широкий бетон автострады,— без обостренного, натренированного чувства равновесия это никогда бы ему не удалось. Примеры можно продолжать сколь угодно долго.
Однако как ни велик будет перечень, пять чувств — глав¬ные, ибо в первую очередь с их помощью человек познаёт мир.
Мы справедливо восхищаемся их остротою.
Еще бы: ведь глаз при определенных условиях способен воспринимать фантастически малые количества световой энер¬гии, Буквально нескольких фотонов, нескольких «атомов» света бывает достаточно, чтобы человек увидел свет!
Противный запах скунса, в просторечии называемого аме¬риканской вонючкой, ощущается за сотни метров — достаточ¬но вдохнуть 0, 000 000 000 000 002 грамма меркаптана — пахучего вещества, выделяемого этим полосатым зверьком. Но разве это предел?
Запах жидкости из желез мускусной кабарги, обитательницы гор Восточной Сибири, вы уловите при концентрации в двенадцать тысяч раз более низкой!
А вот что пишут в своей книге «Чувства животных и человека» супруги Милн о чувствительности уха: «...когда бара¬банная перепонка реагирует на самый слабый слышимый сигнал, она колеблется с амплитудой смещения всего лишь в 0, 000 000 006 миллиметра, что составляет около 0,1 диамет¬ра самого маленького атома. Однако три маленькие косточки среднего уха действуют в виде рычага и уменьшают даже это минимальное движение...»
И все-таки природа была далеко не щедра, когда наделя¬ла человека чувствами.
Из всего многообразного спектра электромагнитных волн она отдала нашему глазу лишь микроскопически узкий диа¬пазон от 0,4 до 0,75 микрона — от фиолетовых до красных лучей
Уху — звуки с частотами только от 20 до 20 000 коле¬баний в секунду.
Нос человека ощущает палитру запахов в тысячи раз более слабую, нежели нос собаки.
Какой конт¬раст с пчелами, чьи глаза способны видеть ультрафиолетовые лучи, с дельфинами, чье ухо слышит звуки с частотами в сот¬ни тысяч колебаний в секунду!
Нет, конечно же, природа обделила наши чувства и в даль¬ности действия, и в диапазоне!
Немудрено, что обиженный НОМО SAPIENS с незапа¬мятных времен стремился исправить по своему разумению эту вопиющую несправедливость и обзавестись чем-то, что расширяло бы возможности и улучшало точность чувств — своего рода усилителями чувств.
Бессмысленно допытываться, с чего он начал. Никто не ответит на наши вопросы, как никто не назовет имен изобре¬тателей колодезного журавля или прялки.
Удовольствуемся же тем, что в конце концов настало такое время, когда тень от палки, воткнутой в песок, стала указы¬вать время, заменив неверное «чувство времени», а набор гирь и коромысло пришли на смену «чувству веса», которое было не чем иным, как мышечным чувством. А когда настал черед зрения — ему дали помощников в виде линз телескопа и микроскопа, создатели которых не остались безвестными.
Можно без преувеличения сказать, что почти каждый но¬вый успех в познании природы сопровождался или был вы¬зван изобретением какого-то нового усилителя чувств.
Ничто, однако, не обогатило так человека, ничто не рас¬ширило так диапазона его чувств, не раздвинуло так границ их досягаемости, как электричество.
На мраморных досках пультов управления электростанция¬ми выстраивались ряды измерительных приборов. Их стрел¬ки рассказывали дежурным инженерам о работе генераторов, трансформаторов и других чисто электрических машин.
Но потом изобретатели доказали, что электричество спо¬собно не только рассказывать дежурному о себе, о своем напряжении, силе тока и мощности. Возле паровых котлов и турбин озабоченно поглядывали на свои водомерные стекла и манометры механики. Электричество измерило и обороты турбины, и давление пара, и его температуру, и уровень воды в котле — словом, все, что нужно, чтобы командовать на рас¬стоянии сложной и мощной силовой установкой. Стрелки изме-рительных приборов пришли на смену механикам.
На шкалах приборов появлялись все новые и новые обо¬значения. Они не имели ничего общего со старыми честными вольтом, ампером, ваттом. Это были атмосферы, градусы, метры, литры и килограммы. «Имя нам — легион», — могли они сказать, повторяя библейское выражение.
Так рождалась телеметрия, родная сестра телеуправления.
Для них не существовало расстояний. Недаром в этих на¬званиях звучала греческая частичка «теле»: дальняя, дально¬действующая...
Впрочем, много лет дальность была иллюзорной. Ее огра¬ничивала тонкая нить провода, связывавшего пульт контроля с контролируемой машиной.
Лишь в союзе с радио сестры обрели желанную свободу. Союз оказался на редкость удачным. Электронным чувствам оказалась доступна и погода заоблачных высот, и закрытые для обычных инструментов тайны живого организма, и элект¬ронные бури космического пространства.
Радиотелеметриче¬ские руки тронули лунную почву, а легкие ощутили горячий, плотный воздух Венеры.
Двадцатый век называют по-разному. Веком атома, веком кибернетики, веком космоса.
А это означает лишь одно: двадцатый век стал веком теле¬етрии.
Г Л А В А П Е Р В А Я
БЮРО ПЕРЕВОДОВ
КОГО И КАК?
«Я вспомнил их, и вот они пришли. Один в лохмотьях был, безбров и черен; схоластику отверг он, непокорен, за что и осужден был, опозорен, и, говорят, не избежал петли.
То был Вийон.
Второй был пьян и вздорен, блаженненького под руки вели, а он взывал: «Пречистая, внемли, житейский путь мой каменист и торен, кабатчикам попал я в кабалу, Нордау Макса принял я хулу, да и его ли только одного!»
То был Верлен.
А спутник у него был юн, насмешлив, ангелообразен, и всякое творил он волшебство, чтоб все кругом сияло и цве¬ло; слезу, плевок и битое стекло преображал в звезду, в цве¬ток, в алмаз и в серебро.
То был Артюр Рембо.
И может быть, толпились позади еще другие, смутные для взгляда, пришедшие из рая либо ада. И не успел спросить я, что им надо, как слышу я в ответ: - Переводи!..»
Так начинает свое стихотворение «Проблема перевода» Леонид Мартынов.
Испокон веку переводчики делились на тех, кто нанизывал слово за словом, заботясь лишь о полном соответствии слов перевода словам подлинника, и тех, кто видел свою задачу сделать перевод таким, каким пожелал видеть бы его автор, владей он языком переводчика.
Сейчас уже не осталось открытых приверженцев дословно¬го, вербального метода. Единственно, кто старается достичь хотя бы такого «мастерства», — это инженеры.
Переводческие машины, хотя по их поводу и немало было произнесено торжественных слов и восторженных междоме¬тий, пока еще далеко не способны конкурировать с девушками из отделов информации. Для машины даже технический текст с его чрезвычайно бедным словарем и жестко определенными терминами все еще слишком труден. А за художественную литературу электроника не пытается браться ни теперь, ни в предвидимом будущем.
И все-таки, сколь ни невероятно это прозвучит, есть в тех¬нике устройства, которые вот уже добрых пятьдесят лет только тем и занимаются, что переводят с одного языка на другой. Переводят в классическом стиле переводчиков-«под-строчникистов»: слово в обмен на слово. Ни больше, ни меньше.
— Как! — воскликнете вы. — Это значит, что в годы, когда не было не только кибернетики, но даже и серьезной радио¬техники, святым духом возникли переводческие машины? Миф!..
Что ж, если речь идет о переводческих машинах, вы пра¬вы. Но я сознательно употребил слово «устройства». А устрой¬ство— в технике отнюдь не машина. И потом, не было сказа¬но, с какого на какой язык вёлся перевод. А это обстоятель¬ство чрезвычайно важно.
Но прежде чем взяться за разъяснение всех этих туман¬ных фраз, мы совершим небольшое путешествие в прошлое.
АВИАЦИЯ НЕВИДИМОК
1913 год, Италия. Военный аэродром близ Рима. Впрочем, гражданских тогда и не существовало. На пустом поле при¬тихла «летающая этажерка» — неуклюжий самолет времен зари авиации, при виде которого у нас невольно вырывается: «И оно летает?!» Представьте себе, да...
Вот и сейчас, судя по всему, готовится очередной показа¬тельный полет. Поблескивает шитье генеральского мундира в группе офицеров к штатских, собравшихся у небольшого до¬мика. Горячо объясняет им что-то человек в котелке.
И вдруг... Зачихал, а потом все ровнее заработал мотор, двинулась ручка управления, шевельнулись тронутые невиди¬мой ногою педали. Аэроплан дергается и катит по траве к старту. И пока мы ошеломленно пытаемся понять, что же произошло, «стрекоза» уже в воздухе! Но где же летчик? Неужели воплотилась в реальность фантазия Герберта Уэлл¬са? Ведь ученые единодушно утверждают, что стать невидим¬кой человек не может!
А самолет делает над полем широкий круг и заходит на посадку. Изменился ритм работы мотора: опыт¬ный летчик-невидимка прибрал газ. Все ближе зелень травы. И вдруг мотор глохнет. Аэроплан проваливается вниз, к зем¬ле. Удар!.. С треском ломаются стойки шасси, разлетается на куски пропеллер, отваливается, чиркнув о землю, крыло. Жир¬ный столб дыма взвивается над местом аварии...
Бегут к горящему самолету люди. Лишь человек в котелке стоит неподвижно: Эдуардо Фиамме, изобретатель.
Это он был летчиком-невидимкой, он управлял с земли беспилотным аппаратом, он сделал радиопередатчик и прием¬ник. Горит первый в мире телеуправляемый самолет. Первый! И единственное утешение, что до тебя никто в мире не смог...
С высот нынешних успехов мы порой склонны покрови¬тельственно похлопывать по плечу изобретателей начала века.
А ведь они трудились с размахом не меньше нашего.
...Меньше двух лет прошло с того незаметного, будничного дня 7 мая 1895 года, когда на черной доске аудитории Рус¬ского физико-химического общества высокий человек с рыже¬ватой бородкой написал два слова, впервые в мире принятые телеграфным аппаратом без проводов: «Генрихъ Гертцъ». И вот уже англичане Вильсон и Эванс, опираясь на изобрете¬ние А. С. Попова, получают патент на устройство, которое «...может быть с успехом применено для управления самоле¬тами, рефлекторами, пушками и всякого рода механизмами».
Проходит еще год — и русский физик Н. Д. Пильчиков предлагает идею радиовзрывателя для морских и сухопутных мин. Идею, которая осуществится через сорок с лишним лет и на деле покажет фашистам, что захваченный ими древний Киев — вовсе не покоренный город. Сигналы далеких радио-станций приведут в действие взрыватели, один за другим нач¬нут взлетать на воздух полные захватчиками дома Крещати-ка, и гитлеровцы еще долго будут в паническом страхе дер¬жаться подальше от больших зданий...
В конце 1923 года с французского аэродрома в Виль-Соваж взлетел и благополучно приземлился самолет, «маршрут которого был записан на картонной полоске в виде дыро¬чек», — первый в мире самолет с программным управлением.
А в 1928 году беспилотные машины летали уже на тысячу километров.
Через пятнадцать лет после полета первого телеуправ¬ляемого аэроплана корреспондента английской газеты «Дейли телеграф энд морнинг посг» пригласят на маневры флота его величества. Ему покажут невиданное дотоле зрелище: зенит¬ную стрельбу по радиоуправляемой воздушной мишени «Куин Уосп». Потом он будет восхищенно писать:
«Управляемый по радио самолет был запуиден с катапульты крейсера «Нью-кастлз». Когда он набрал высоту 14 тысяч футов, линейный корабль «Нельсон» открыл по нему огонь. Однако «Куин Уосп» маневрировал столь удачно, что не получил никаких по¬вреждений. После этого самолет был обстрелян линкором «Родии», но также безрезультатно. Наконец, открыли огонь четыре зенитных орудия крейсера «Шеффилд», но и им не удалось сбить самолет. Четыре корабля вели огонь по само-лету в течение трех часов но не могли сбить его, и он благо¬получно совершил посадку близ крейсера «Ньюкастл».
Вссторженному корреслонденту было невдомек (а может быть, он сознательно закрыл на это глаза), что на показательных стрельбах, особенно в присутствии журналистов, ожидае¬мый эффект достигается в ста случаях из ста. Да и приборы управления огнем были не на высоте в те годы, так что по¬пасть даже в «смирно» летящую машину удавалось не всегда.
А вот достойным восхищения было мастерство летчика, управ¬лявшего самолетом с какого-то из кораблей.
Нам сейчас не верится — но, кроме собственных глаз и ушей, никаких контрольных приборов у пилота-оператора не было. По звуку мотора, по едва уловимым признакам он пред¬ставлял и предугадывал поведение самолета так же ясно, как если бы находился в кабине. И мозг, это уникальное счет¬но-решающее устройство (впрочем, тогда еще никому не при¬ходило в голову назвать мозг счетно-решающим устройством), в доли секунды подсказывал пилоту, какие рукоятки на пуль¬те повернуть, какими переключателями щелкнуть...
В дальних же перелетах беспилотную машину всегда со¬провождал другой самолет, с которого подавались команды.
Заслуженный военный летчик СССР В. И. Пономаренко вспоминает, как в марте 1942 года он получил задание унич¬тожить с помощью телеуправляемого самолета ТБ-3 важный железнодорожный узел, через который немцы питали свои войска:
«...Ложимся на курс. Впереди — самолет без единого чело¬века. Это второй такой полет в истории нашей авиации. Пер¬вый выполнили в 1936 году на самолете ТБ-1. Система радио¬управления действует так хорошо, что даже не верится, будто на нашем ведомом нет пилота...
Полет необычайно трудный. ТБ-3 идет со скоростью 130— 135 километров в час. Скорость ИЛ-4 намного больше и, что¬бы держаться за ведомым, не обгонять его, мы выпустили шасси. Летим по прямой, потому что для маневра нет скоро¬сти. Элероны малоэффективны, и от кренов удерживаю само¬лет рулем поворота. Для истребителей мы уж и вовсе пле¬темся по-черепашьи, но они хоть могут ходить вокруг нас, а мы должны следовать строго в кильватере ведомого.
До линии фронта 50 километров. Появляются облака, спускаются все ниже и ниже. Снижаю ТБ-3, снижаюсь сам. Видим, дальше погода будет еще хуже. Действительно, линию фронта проходим на высоте 200 метров. Но что такое? Где истребители? Один рядом с нами, а других не видно ни впере¬ди, ни по сторонам. Стрелки докладывают: остальные де¬сять повернули назад. Вот так.
Дымка сгущается. Боюсь потерять ТБ-3, подхожу к нему метров на сто. С земли начали стрелять изо всех видов ору¬жия. Наши самолеты — в кольце разрывов. Стрелки непре¬рывно отвечают. А моя задача — строго выдерживать курс, никакого маневра. Смотрю на истребитель — какой моло¬дец!— не оставил.
До цели 20 километров. Идем в сплошном огне. Появляют¬ся пробоины. А облачность все давит к земле — наша высота уже 150 метров.
...Но наш ведомый перестал подчиняться командам, а при¬чину мы узнали, когда вернулись на свой аэродром: зенит¬ным снарядом у нас вырвало кусок обшивки вместе с антенной. По возвращении узнали и то, почему ушли истребители. Ока-зывается, они получили распоряжение вернуться, если облач¬ность спустится до пятисот метров...»
Но почему ведущий самолет был так скован в своих ма¬неврах, почему не мог подняться выше ведомого, уйти в обла¬ка от зенитного огня вместе с ним наконец?
Потому, что у летчика ведущего самолета перед глазами были только «свои» приборы. Компас, высотомер, указатель воздушной скорости говорили ему лишь о том, как летит его самолет. Показания же приборов ведомого оставались для экипажа «наводчика» неизвестными. Достаточно было поте¬рять ТБ-3 из вида, и пришлось бы управлять им наобум, вслепую. А как известно, вслепую разумные люди решаются играть только в жмурки, да и то не всегда. Вот если бы мож¬но было на расстоянии заглянуть в пустую кабину, если бы иметь перед глазами «те» приборы...
САПОЖНИК СНИМАЕТ МЕРКУ
Незадолго перед первой мировой войной в книжных лав¬ках Петербурга появилась книга мало кому известного автора Е. Голубева «Мир русских изобретений». Среди рассказов о различных русских изобретателях была там и такая за¬метка:
«Еще в 1908 году газеты России и за границей сообщили об удивительном открытии, сделанном русским изобретателем Ф. С. Материкиным, в то время еще 19-летним юношей... По¬лучалась возможность не только управлять с берега кораб¬лем без одного человека на борту... но и знать все, что происходит на корабле, вплоть до таких точностей,
как давление пара в котлах или уровень воды в них». Судя по всему, его изобретение было первым в России, а может быть, и первым в мире.
К сожалению, сохранилась схема лишь управляющей ча¬сти изобретения Материкина, и мы не можем судить, сколь близок телеметрический прибор проекта 1908 года современ¬ным телеметрическим системам. Но сама по себе идея «знать все, что происходит на корабле», знать на расстоянии давление пара в котлах или уровень воды в них — блистательна. Изо¬бретатель стоял на правильном пути.
Измерить — значит что-то с чем-то сравнить. В средние века владетельный барон прибивал для все¬общего сведения на воротах своего замка мерку — и с этой минуты для его вассалов милостиво устанавливалась единица длины. Баронов было много, каждый считал себя главнее всех прочих и каждый вводил меру, какая ему заблагорассудится. Фарлонги, берликоны, кейблы, фэсомы, скейны, роны, нейсы, кэбиты, спэны, хэнды, палмы, нейлы, линки — у подданных его величества короля Англии был богатый выбор.
Королю, впрочем, это не нравилось. И в VIII веке — так гласит леген¬да — король решил положить конец разнобою и вытянул пра¬вую августейшую ногу. С подобающим благоговением с ры¬царского сапога короля сняли мерку,— и в Англии появился, выражаясь современной терминологией, «эталон длины».
Королевская ступня — фут — продержалась двенадцать сто¬летий, и лишь в наши дни англичане задумались над тем, что слишком далеко зашедшая любовь к традициям не всегда удобна, и решили постепенно перейти на общепринятый метр.
А что такое метр? «1 553 164,13 длины волны красной спектральной линии кадмия, измеренной в сухом воздухе при 15°С и нормальном давлении», — сообщает физический спра¬вочник. Определение это очень удобно для специалистов по метрологии.
Мы, однако, не имеем возможности всюду носить с собой весьма солидных размеров прибор, предназначенный для операции подсчета числа гребней и впадин красной спек¬тральной линии кадмия. Да и как уложить их на куске мате¬рии, которую мы покупаем в магазине? Вот и прикладываем мы к материалу не гребни и впадины световых волн, а линей¬ку длиною в один метр. Сравниваем с ней длину приглянув-шегося отреза.
Именно так производится в конечном итоге любое измерение длины. Как бы изощренны и сложны ни были методы, которыми мы пользуемся, они приведут нас к метру.
Точно так же неизвестный вес сравнивается с килограм¬мом, а время-—с секундой.
Библия утверждает, что начало населению Земли дали Адам и Ева. Это легенда. А вот что бесчисленному семейству разнообразнейших единиц измерения дали начало метр, кило¬грамм и секунда — факт.
Скорость, работа, мощность — члены этого семейства. Их хватало, пока человек не познакомился с электричеством.
А тогда к великолепной тройке добавили ампер — создали всемогущую систему МКСА, которой подчи¬нились и электрические, и магнитные, и акустические, и мно-жество других единиц измерения.
Система МКСА признана большинством стран. Но это сов¬сем не означает, что новых единиц измерения не придумы¬вают. Находятся «бароны», которым во что бы то ни стало нужны собственные меры.
«Чтобы оградить свой тайны, ...предприятие по производству шин «Мишелин» создало в своих научно-исследовательских институтах специальные еди¬ницы измерения. Все приборы и инструменты, используемые там, построены на основе этих единиц. Не зная их, невозмож¬но использовать формулы и чертежи, если их похитят»,— читаем мы в статье, посвященной промышленному шпионажу. Вот уж поистине сумели повернуть вспять колесо истории!
Но вернемся к сравнению.
Когда вам нужно измерить давление пара в котле, вы смотрите на стрелку манометра. Он сравнивает силу удара мириад молекул водяного пара с силою пружины, спрятан-ной в его корпусе. Все остальные подробности устройства — лишь вспомогательные детали, которые делают измерение более удобным и точным. Кочегар не интересуется устройст¬вом манометра, когда он глядит на шкалу. Он видит деления шкалы, видит стрелку — и оценивает их взаимное располо¬жение. Так он превращает сравнение двух сил в сравнение двух указателей: стрелки и шкалы.
В еще более прямой форме со сравнением сталкивается шофер. На маслоизмерительном стержне, который он вытаскивает из гнезда в картере своего «Москвича», есть две метки: «Полно» и «Долей». Темный столбик налип¬шего масла должен оборваться между рисками этой прими¬тивной шкалы, иначе нужно или сливать лишнее масло или добавлять свежего.
Итак, пусть измерительный прибор сложен по конструкции, пусть примитивен, — у него всегда вы найдете шкалу и ука¬затель.
А где шкала — без человека не обойтись. Только он спо¬собен прочесть показания, будь то положение стрелки ма¬нометра или длина столбика масла на железном пруте.
Мы же хотим, чтобы показания прибора прочел радиопере¬датчик и сообщил свои наблюдения приемнику. К сожалению, передатчик — иностранец в мире измерительных приборов. Он не понимает их языка.
Люди борются с пагубными последствиями вавилонского столпотворения с помощью гидов-переводчиков. Так не при¬командировать ли к новоявленному интуристу электронного гида, переводчика с приборного языка на передатчиковый, с языка шкал и стрелок на язык электрического тока?
Судя по всему, именно о таких переводчиках думал Ф. С. Материкин, предлагая свою первую в мире телеметри¬ческую систему. Много позже их стали называть датчиками.
«Всегда приятно читать перечисление запасов... какой-ни¬будь экспедиции. Поэтому так захватывает путешествие Стен¬ли в поисках Ливингстона. Там без конца перечисляются предметы, взятые Стенли с собой для обмена на продовольст¬вие», — иронически заметил Ильф в своих записных книжках.
Телеметристы прямо-таки с вожделением листают свои толстенные справочники. Они упиваются обилием «запасов». Чего там только нет! Датчики контактные, потенциометрические, реостатные, тензометрические, индуктивные, трансформа-торные, магнитные, радиоактивные, емкостные, холловские, интерферометрические, ультразвуковые, сверхвысокочастотные, сейсмические, термочувствительные, гироскопические, фотоэлементные... Уфф!
А ведь это далеко не полный перечень.
Когорта датчиков велика и разнообразна. Скорость гор¬ного потока и плотность лунной почвы, кислотность желудоч¬ного сока у человека и артериальное давление крови, влаж¬ность воздуха и уровень нефти в баке хранилища, температура на высоте ста километров и химический состав атмосферы Венеры, — для каждого измерения нужен свой «переводчик».
Уж, казалось бы, нет для датчиков ничего не¬возможного. И все-таки бюллетени экспресс-информации каж¬дый день приносят известия о «новорожденных». Непрерывно расширяются диапазоны измерений, увеличивается точность, уменьшаются размеры, становятся проще принципы работы.
О датчиках написаны книги со множеством формул и пухлые диссертации, над их разработкой трудятся тысячи специали¬стов, их будущему посвящены планы научных институтов. Ибо с каждым днем расширяется круг вопросов, с которыми приходится иметь дело телеметристам.
Однако если вы думаете, что с датчиками общается лишь узкий круг избранных, что датчики — принадлежность лишь каких-то особых областей науки и техники, — вы ошибаетесь. Почти каждый из нас удостоился чести хоть раз побывать в обществе электрических переводчиков. Где? В любом авто¬мобиле.
Для неавтомобилистов самый понятный и близкий среди расположившихся перед водителем по обе стороны спидометра квадратиков со стрелками — тот, на котором написано «Бен¬зин». По распространенному среди пассажиров, и в особенно¬сти мальчишек, мнению,— самая важная вещь. Остальные — «Масло», «Вода» — мало что говорят им.
Но вы не дилетант. Вы знаете, что эти указатели — лишь обыкновенные электроизмерительные приборы, не ощущаю¬щие ничего, кроме тока и напряжения. Они мертвы без «пере¬водчиков», забравшихся в бензобак, в водяную рубашку двигателя, в масляную магистраль, — датчиков уровня, тем¬пературы, давления.
Каждый датчик соединен проводом со своим прибором — целая телеметрическая система обоснова¬лась на автомобиле!
Может быть, кто-то из датчиков рас¬кроет перед нами свои тайны?
ЧТО ВНУТРИ?
Купим датчик бензина и займемся препарацией. Так по-научному называют процесс, после кото¬рого от механизма остаются, словно от козлика, встретивше¬гося с волками, рожки да ножки.
Первое, что бросается в глаза, — это тонкая стальная спица, вылезающая из треугольного корпуса. На спице — бо¬чонок-поплавок. Специалист по датчикам, если он случайно окажется невдалеке, сразу же укоризненно поправит: «Не поплавок, а чувствительный элемент!» Что ж, действительно: если что и может почувствовать уровень бензина без вмеша¬тельства человека, так это именно поплавок.
Спица, изогнувшись, пролезает в корпус. Отвернем винты, и датчик покорно раскроет перед нами свою внутреннюю сущ¬ность.
Нельзя сказать, что она уж так сложна. На полоске кар¬тона намотана тонкая проволока. Специалист по датчикам, не дожидаясь, пока мы раним его душу невежественным сло¬вом, говорит: «Преобразовательный элемент».
Покачаем спицу: по проволочным виткам забегает латун¬ный «движок» — пожалуй, единственный термин, понятный каждому без объяснений. Бак полон бензина —-поплавок под¬нимается вверх и загоняет движок к одному концу «преобра¬зовательного элемента». Горючее на исходе — опустившийся поплавок увлекает движок к другому концу.
К движку под¬ключен амперметр, а к амперметру батарея. Все это сделано для того, чтобы ток через прибор шел разный: в зависимости от положения движка.
Вы подъехали к бензоколонке и залили полный бак. Поп¬лавок поднялся вверх. Между движком и амперметром оказа¬лось немного проволоки, и ток в этот момент достиг максиму¬ма. Стрелка прибора отклонилась далеко вправо, к букве П.
Машина глотает километр за километром, насос качает бензин из бака в карбюратор, уровень горючего в баке па¬дает. Движок опускается все ниже и ниже, к противополож-ному концу картонной полоски. Количество витков проволоки между движком и амперметром непрерывно возрастает. Ток становится все меньше, пока стрелка бензомера бессильно не свалится влево, к нулю.
Так происходит это преобразование — перевод литров
в амперы. А роль словаря послушно берет на себя проволока.
Проволоку с движком электрики называют реостатом. Поэтому и датчик, в котором есть такая проволока, зовут рео¬статным.
Конечно, никто не мешает нанести на шкалу не три точ¬ки — 0, 1/2 и П, — а больше. Если вам нужно, прибор проградуируют и в литрах. Так поступают, когда требуется высокая точность измерений. Шоферу, однако, вполне хватает и такой, весьма приближенной информации.
В некоторых автомашинах ставят вместо амперметра обыкновенную лам¬почку, которая загорается, когда бензин подходит к концу,— и ничего. Но здесь уже будет другой датчик: не проволока с движком, а пара серебряных контактов, которые замыкаются, когда бензин подходит к концу. Контактный датчик.
А было время, когда не только на автомашинах — на само¬летах вы не всегда бы нашли даже такой примитивный указа¬тель. «Бензииомера на И-16 не было... Судить об остатке бен¬зина в баках приходилось исключительно по времени поле¬та»,— пишет об истребителе И-16 летчик-испытатель М. Л. Галлай.
Похоже, что лет ....дцать назад «Москвич» с его донельзя простой «телеметрической системой» был бы предметом зависти не одной авиационной «фирмы»...
ВЗГЛЯД С ВЫСОТЫ
Мы познакомились с одним из простейших представителей славного братства датчиков. Однако на нашем «дипломати¬ческом приеме» среди гостей присутствуют и носители гром¬ких фамилий, деятели, причастные и к атомным установкам, и к космосу.
Возьмите межпланетную станцию. Пока она летит, ее акку¬муляторы непрерывно подзаряжаются от солнечных батарей. Кто направляет их на Солнце? Конечно же, датчик! Вот он, этот «глаз» космического путешественника.
Правда, знакомство с ним придется начать несколько издалека.
Когда свет проходит сквозь стекло, пусть даже самое про¬зрачное,— все равно какая-то небольшая часть лучей безвоз¬вратно теряется. Она «вязнет» в толще стекла. Еще какая-то небольшая часть светового потока отражается от гладкой по¬верхности стекла, словно от зеркала. И лишь оставшаяся проходит насквозь.
Тонкое оконное стекло почти не поглощает света. Зато на каждой границе «воздух — стекло» и «стекло — воздух» свет оставляет 5 процентов своей мощности. Два стекла — это четыре границы. Это 20 процентов потерь. Недаром с рас¬крытым окном в комнате светлее!
Отражение — бич фотографических объективов, этих слож¬ных, многолинзовых сооружений, носящих звучные имена «Юпитеров», «Гелиосов» и «Тессаров». Ведь на каждой гра¬нице между воздухом и стеклом, на каждом стыке линз — потери. Правда, ученые сумели в какой-то мере устранить вредные отражения. Голубые пленки соединений фтора, жел¬товатые пленки лантана «просветлили» объективы, в несколь-ко раз снизили потери света.
И все-таки бывает так, что никакое просветление не мо¬жет спасти от полного, стопроцентного отражения. Свету не удается пробить совершенно прозрачную границу между дву¬мя веществами!
Почему? Потому, что степень отражения зависит еще и от угла, под которым свет встречается с этой границей.
Мальчишки летом «пекут блинчики» на реке. Одному удается «испечь» десяток, другому не везет... А все дело в уменье выбрать подходящий камень да пустить его под хорошим углом.
Так и луч света. Разница только в том, что камешки отскакивают, когда летят из воздуха в воду, а луч света от¬скочит, лишь когда пойдет из-под воды в воздух.
Вода — оптически более плотное вещество, нежели воздух. А когда луч света выходит из более плотного вещества в ме¬нее плотное, он преломляется так, что оказывается после этого несколько прижатым к границе между веществами. Чем более полого встречается луч с границей, тем ближе прижимается к ней выходящий луч.
Наконец наступает такой момент, когда угол падения становится равным «критическому»: свет в менее плотной среде оказывается полностью прижатым к границе раздела. Мышеловка захлопнулась! Свет мечется, не наодя себе выхода. Там, в более плотной среде, может сиять ослепительная дуга электросварки, бесноваться всесокрушающий луч лазера: если свет падает под критическим углом — около 49 градусов, — на свободу ему не вырваться.
Кому случалось нырять с аквалангом или просто с дыхаельной трубкой и маской, знает, как смешно выглядят из-юд воды купающиеся: туловища, разрезанные поверхностью оды пополам. Это шутки критического угла: он не дает уви¬деть то, что расположено над водой.
Опытный рыбак тоже пользуется «критической» особенностью света. Он не торчит столбом возле своих удочек, а присядет на корягу или на корточки: спрячется от рыбы за зеркалом, в которое превращается граница между водой и воздухом для взгляда под углом больше критического.
А граница между воздухом и стеклом? И там есть крити¬ческий угол: приблизительно 41 градус. Стеклянный клин с таким углом становится непроницаемой преградой для све¬та: в стекло свет попадает, а выйти не может.
Именно такая мышеловка для солнечных лучей и стала сутью датчика Солнца.
Его чувствительный элемент—-обыкновенная стеклянная призма. Впрочем, не совсем обыкновенная: углы между боль¬шой гранью и двумя маленькими — критические.
Большая грань сквозь окно в корпусе космической станции смотрит наружу, а к маленьким граням припали внимательные «глаза» — фотоэлементы.
Если станция летит так, что солнечные лучи встречаются с большой гранью точно под углом 90 градусов — они прохо¬дят сквозь толщу стекла, «натыкаются» на маленькие грани под критическим углом. И... остаются в призме. Фотоэлемен¬ты ничего не видят: грани будут темными.
Однако достаточно космической станции, а с ней и призме, слегка отклониться от заданного положения — и солнечный свет наткнется на одну из маленьких граней уже под углом меньше критического, а с другой гранью встретится под углом больше критического. И первая грань станет светлой, а вто¬рая по-прежнему останется темной.
Вот теперь уже один из фотоэлементов увидит свет!
И не просто увидит, а скажет «мозгу» станции, с какой стороны свет виден — то есть, куда она отклонилась.
Датчик будет тревожить систему ориентации до тех пор, пока обе грани, на которые смотрят его «глаза», опять не по¬темнеют.
Надеюсь, вы простите мне это несколько затянувшееся объяснение. Что поделаешь: датчик не прост — не просто и рассказать, как он действует.
А вот другой космический переводчик попроще. Своеобраз¬ный гибрид реактивного двигателя и отбойного молотка.
Он стоял на советской исследовательской станции «Луна-13» и стал тем инструментом, которым человече¬ство впервые в своей истэрии попробовало плотность лун¬ной почвы.
Когда станция опустилась на Луну, из нее выползла длинная шарнирная «рука» и прижала к Луне круглую пластинку. 24 декабря 1966 года в 21 час Об минут по московскому вре¬мени центр управления подал команду.
В середине пластинки вспыхнуло пламя. Это заработал миниатюрный пороховой реактивный двигатель. Он работал недолго — меньше секунды, — но за это время успел с силой около 7 килограммов загнать в грунт титановый стержень, до этого возвышавшийся над пластинкой.
Задолго до того, как исследовательская станция полетела на Луну, датчик был тщательно проверен. Его испытывали в воздухе и в вакууме, устраивали для него «лунную» силу притяжения. Каждый раз по команде «Пуск!» реактивный дви¬гатель вгонял стержень в грунт.
Ученые старались предугадать самые невероятные обстоятельства. Стержень входил в песок, в вулканическую пори¬стую лаву, в глину, в асфальт... И реостат датчика каждый аз с точностью до полумиллиметра измерял глубину погружения, переводил плотность грунта на язык электрического тока.
На Луне стержень вошел почти на всю длину: на 45 мил¬лиметров. Ученые сопоставили донесение телеметрии со свои¬ми таблицами и сказали: «Это не пыль, но и не твердая лава. Это скорее всего не очень плотный, зернистый грунт, частички которого слиплись одна с другой».
Замечательно, что донесение датчика в точности повторя¬ло вывод, сделанный за несколько лет до этого советским астрофизиком Троицким, который «прощупал» Луну с рас¬стояния в полмиллиона километров вроде бы ничего не умеющей прощупывать радиоволной!
КАК ОСЕДЛАТЬ РАДИОВОЛНУ?
Итак, датчик перевел измеряемую величину с одного язы¬ка на другой. Нет больше ни скорости, ни давления, ни лит¬ров, ни высоты — одни вольты или микроамперы.
На автомобиле датчик бензина соединяли проволокой с из¬мерителем на приборном щитке. Но датчик плотности грун¬та — на Луне, а прибор — на Земле. Вместо проволоки между ними радиоволна. Значит, передатчик превратил вольты дат¬чика в радиоволну. Но как сумел он это сделать?
В радиоволне ведь нет ни напряжения, ни силы тока. Она говорит с приемниками на своем языке: ее лексикон — это частота колебаний, мощность, фаза. Значит, передатчик дол¬жен стать переводчиком «второй ступени».
Обычно частоту, на которой работает радиостанция, ста¬раются поддерживать возможно более постоянной, стабиль¬ной. Частота не имеет права уходить более, чем на несколько десятитысячных процента,—вот какие требования предъ¬являет к стабильности приемник. Почему именно приемник? Потому, что иначе его придется беспрерывно подстраивать, чтобы не потерять сигнал. А это, как легко понять, не вызо¬вет восторгов ни у оператора приемного центра, ни у радио¬слушателя.
Зато когда передатчику поручают роль связующего звена между датчиком и приемником, его частоту нарочно начина¬ют изменять. В самом деле, умей какое-то устройство немного изменять ее в такт с изменением напряжения датчика, то тогда, взглянув на шкалу приемника, мы могли бы, например, ска¬зать: „Сейчас частота 58 672 килогерца. Значит, напряжение датчика — 4,52 вольта“.
А учить радистов измерять с большой точностью частоту не нужно. У них есть для этого даже автоматические частото¬меры. Нанесите на шкалу такого частотомера против значе¬ний частот цифры напряжения — зависимость у нас есть,— и пожалуйста, радиотелеметрический вольтметр готов!
Единственное, что надо решить,—это каким образом из¬менять частоту.
Частоту передатчика задает его колебательный контур, параллельно соединенные катушка из изолированной прово¬локи и конденсатор. Пока «параметры» — индуктивность катушки и емкость конденсатора — неизменны, неизменна и частота.
Но радисты знают, что эти параметры не так уж трудно варьировать. Можно вставлять в катушку или вынимать из нее железный или медный стержень, можно поставить в коле¬бательный контур конденсатор переменной емкости, как в обыкновенном радиоприемнике. Но все это означает, что без какой-то механики — приводов, зубчатых передач и тому подобных нежелательных в радиотехнике вещей — не обой¬тись.
Более изящным и, главное, куда более простым способом задача решается с помощью варикондов. Вариконд —это двуликий, как Янус, конденсатор. С одной стороны, его емкость постоянна. Но достаточно попасть вариконду под напряжение постоянного тока — и она начнет ме¬няться. Сравнительно немного, правда, но для управления частотой вполне ощутимо.
С помощью вариконда датчик, словно скульптор, уверен¬ной рукою вылепит из податливой глины-радиоволны все, что пожелает. Ведь напряжение, снимаемое с датчика, — это постоянный ток. Напряжение меняется — будет меняться емкость вариконда. А коль так, частота изме¬нится!
Латинское слово «модулятно» означает «изменение». Ра¬дисты называют модуляцией изменение частоты или еще какого-нибудь свойства радиоволны, например мощности.
Немодулированная радиоволна — это чистый лист бумаги. Модуляция — оттиснутый на ней текст. И как в типографии вам покажут десятки разнообразных шрифтов, так радисты сумеют продемонстрировать множество видов модуляции. Одну — для радиовещательных станций, другую — для лока¬торов, третью — еще для чего-нибудь.
Та, о которой мы толь¬ко что говорили, называется частотной. Кстати, во «взаправ-дашних» телеметрических системах она применяется доволь¬но широко.
А вот другая модуляция: импульсная. Ее очень любят радиотелеграфисты. При импульсной модуляции передатчик обычно молчит, и только когда оператор нажимает телеграф¬ный ключ — с антенны срываются короткие «вспышки» радио¬волн. Словно это не передатчик, а лампочка, мигающая своими точками-тире на клотике мачты военного корабля.
Импульсной модуляцией работают иногда и телеметриче¬ские станции, очень часто — радиолокаторы.
С помощью датчиков и модуляции радисты могут превра¬тить в радиоволну почти все, что угодно. И с такой легкостью, что средневековые алхимики, тщившиеся сделать из свинца золото, лопнули бы от зависти, глядя на такие метамор¬фозы.
НЕ ПО СХЕМЕ
В плохих книгах, именуемых по ошибке научно-фантасти¬ческими (ибо в них столь же мало науки, сколь и подлинной фантастики), от одного автора к-другому кочевала стандарт¬ная ситуация. Космонавты высаживались на какой-нибудь планете Х2-448/П и, даже не успев как следует оглядеться,
отправлялись в поход. Так сказать, отпечатывать свои следы на пыльных тропинках.
За первым же камнем на них набра¬сывался какой-нибудь абориген и заточал в пещеру. Там они сидели до тех пор, пока не начинал кончаться кислород, одна¬ко прежде чем он успевал кончиться, автор на рысях спасал своих незадачливых путешественников.
Странно не то, что некоторые читатели всерьез принимали подобные ситуации. Удивительно другое: сами авторы, ничто-же сумняшеся, верили, что межпланетная экспедиция будет похожа на развлекательную прогулку. А ведь они, эти авто¬ры, могли при желании узнать, как организуются экспедиции хотя бы в джунгли или на Северный полюс.
Они могли дога¬даться, что ученые отправляются туда вовсе не за приключе¬ниями, а если уж приключения и бывают, то они свидетельствуют скорее о непредусмотрительности организаторов. Хотя, справедливости ради, нужно признать, что без приклю¬чений любая экспедиция — не экспедиция. Вопрос только — каких приключений.
Вспомните хотя бы блестящие рассказы Лема из цикла о приключениях лейтенанта Пиркса! Одно дело — аварийная ситуация, возникшая по вине «взбрыкнув¬шей» аппаратуры, и совсем другое — авария, вызванная эле¬ментарным невежеством и верхоглядством.
Действительность оказалась куда дальновиднее легковес¬ных фантазий!
На космических кораблях «Восток», этих первых ступенях в большой космос, за здоровьем космонавта бдительно наб¬людали двенадцать датчиков медицинской телеметрии. Сотни и тысячи километров, разделявшие командный пункт и косми-ческий корабль, не могли помешать врачам «выслушать» сердце и «пощупать» пульс человека. Телеметрия за¬мечала даже такие тонкие изменения самочувствия, как ухудшение внимательности или возникшее чувство тре¬воги.
Нет сомнения, что в дальних космических экспедициях, а тем более при высадке на другие планеты за космонавтом будет установлен тщательнейший контроль. Чуткие приборы поднимут тревогу, если в аппаратуре скафандра появятся хоть малейшие признаки неисправности. Экраны радиолокацион¬ных систем точно укажут место, где находятся космонавты, ушедшие на разведку. Ни на секунду они не будут чувство-вать себя оторванными от оставшихся в ракете товарищей: радисты позаботятся о том, чтобы линии связи были прочны и надежны.
ДАТЧИКИ СТАНОВЯТСЯ В ОЧЕРЕДЬ
Должно быть, прочтя предыдущую главку, вы почувство¬вали желание задать автору вопрос: каким образом передают информацию от этих легионов датчиков? Ведь если за само¬чувствием космонавта следили двенадцать датчиков, то сколь¬ко же их контролировало работу ракетных двигателей, работу системы управления и десятков других систем? Неужели каж¬дому такому переводчику на электрический предоставляется для связи с Землей отдельный передатчик?
Начнем отвечать с конца.
Действительно, выделять каждому датчику свой передат¬чик неразумно. Не говоря уже о том, что для этих передатчи¬ков просто не найдется места. Максимум, что могут себе по¬зволить телеметристы, — это один передатчик на всю компа¬нию «переводчиков».
А их немало. Например, телеметрическая система одной из зарубежных ракет передавала информацию от более чем 200 датчиков. И то, что годилось для одного, максимум двух датчиков, абсолютно неприемлемо для десятков, а тем более сотен.
Вспомните какое-нибудь собрание, на котором затронули интересующий всех, животрепещущий вопрос. Что поднимает¬ся в зале! Шум, выкрики, каждый хочет высказать свое мне¬ние... С большим трудом председатель наводит порядок: не все сразу! Выступайте по очереди!
А датчики нашей космической станции? Им тоже хочется, чтобы их выслушали. Не зря же они добывают информацию! Но трибуна одна: один-единственный передатчик стоит на борту. Значит, нужно выстроить ораторов в очередь, и пусть один за другим рапортуют. А в каком уж порядке, кому из них предоставят слово раньше, кому позже—ото дело пред¬седателя.
Взгляните, как образцово он ведет прения! Кстати, вы обратили внимание на его внешность? Ведь он выглядит на этом собрании датчиков пришельцем с другой планеты! И зовут его иначе: коммутатор...
В простейшем виде это устройство вам знакомо: оно есть в любом радиоприемнике. Именно благодаря ему мы можем переходить с диапазона на диапазон, слушать коротковолно¬вые или длинноволновые станции. Только переключатель диапазонов мы приводим в движение рукой, а телеметриче¬ский переключатель работает от электродвигателя.
Родствен¬ники телеметрических коммутаторов тысячами стоят на телефонных станциях — там их называют шаговыми искателями.
Вот он, телеметрический «председатель». Стоят по кругу пуговки-контакты, и бегает по ним движок, соединенный про¬водом с передатчиком. С контакта на контакт, с контакта на контакт... А к контактам подключены провода от датчиков. И движок подключает к передатчику то одного «оратора», то другого, то третьего... С контакта на контакт, с контакта на контакт...
Только, с другой стороны, это не особенно хорошо: пред¬седатель ведет себя с ораторами невежливо. Не успел один из выступающих произнести и несколько слов, как его пре¬рывают и отдают трибуну следующему! Правда, спустя какое-то время, после того как все ораторы по разу выскажутся в таком странном стиле, вновь доходит очередь до первого. Тогда коммутатор, вроде бы сменив гнев на милость, позво¬ляет произнести ему еще несколько слов, но тут же прини¬мается диктаторствовать в прежнем стиле!
Речи докладчиков приобретают странный вид: там выхвачено слово, здесь... А мы? Неужели мы сможем понять что-нибудь из этих обрывков информации?
Тут все зависит только от нас. При умелом подходе даже один-единственный «кусочек информации» может рассказать немало.
КАК ПО КОСТИ ВОССТАНАВЛИВАЮТ СКЕЛЕТ
Уже классическим стал пример с Жоржем Кювье. Вели¬кий французский зоолог отличался набожностью и полагал, что господь создавал живые организмы по определенному плану. И стало быть, дал им конечности, гармонично соче¬тающиеся с телом.
Кювье разработал теорию «корреляции частей организма» (иное дело, что божественный промысел к корреляции не имел никакого отношения) и применял ее столь успешно, что порою ухитрялся восстанавливать вид вымершего существа по случайно найденной кости! Вот что такое — «обрывки» информации..
.
Впрочем, и вы, даже не зная теории корреляции, частень¬ко занимаетсь восстановлением «скелета по кости».
Из нескольких штрихо)в, умело брошенных на бумагу ху¬дожником, в нашем воображении складывается человеческое лицо или даже целый пейзаж.
«Обследуя все, что находится в поле зрения, наш взгляд быстро перескакивает с одного крошечного участка на дру¬гой, а промежутки между ними заполняет наш мозг, исполь¬зуя содержимое памяти... Мы дополняем отсутствующие части теневой надписи, вряд ли сознавая, что художник нарисовал 50% контура каждой буквы», — пишут супруги Милн.
Помните силуэт Крымского моста в Москве? Гигантскую опрокинутую арку, к которой на толстых стальных стержнях подвешен настил? Стержни разной длины, и если мысленно убрать арку, контур ее все равно будет дорисован воображе¬нием по отдельным точкам—< концам стержней. Такое вос¬становление целого по частям называется в математике интерполяцией: отыскание точек между другими точками.
Этот процесс несколько иной, чем тот, которым занимался Кювье, выходивший за пределы известного. Его метод — научное предвиденье или, если чзам больше нравятся матема¬тические термины,— экстраполяция.
Кстати, и интерполировать, и экстраполировать следует всегда с большой осторожностью. Смелый выход за пределы известного приводит к совершенно неожиданным, порой пе¬чальным, а порой и забавным результатам.
В книгах, посвященных технике измерений, обращают на это особое внимание. Ибо «... когда три точки оказываются на прямой, оператор проводит через них прямую вне зависи¬мости от того, соответствует это действительности или нет...»
Американский ученый Дж. Пирс в своей книге «Символы, сигналы, шумы» рассказывает, как сотрудники компании «Белл Телефон» провели любопытный психологический опыт. Они давали нескольким испытуемым лист бумаги, на котором было написано заглавие и какой-то текст. Он был весь за¬крыт, и человек видел только три последних слова. Испытуе¬мому предлагали вписать следующее слово, которое, по его мнению, наиболее удачно продолжало бы фразу. После того как слово было (вписано, листок с текстом брал следующий испытуемый, который видел опять-таки только три последних слова и вписывал четвертое, и так далее.
Никто из участвую¬щих не знал, что было написано перед тем, как листок попал к нему, но тем не менее из-под пера этого «коллективного писателя» выходили довольно связные рассказы. Правда, слегка напоминавшие творчество больных шизофренией...
Вот один из них:
«Домашняя уборка.
Сначала вынуть всё из мебели в хозяйской спальне и ванной. Туалеты должны быть вымыты после полировки ручек дверей остальных комнат. Мытье окон раз в полгода должно быть предпринято неважными помощниками такими как мужья которые склонны забывать о мыльном порошке».
Такой результат, конечно же, не грозил Кювье: он ведь видел не только последние, но и промежуточные «слова» «рассказа». Не грозит он и нам, если мы во время интерпо-ляции будем соблюдать одно чрезвычайно важное условие: точки, этот скелет, по которым происходит восстановление облика, должны быть расставлены на кривой достаточно часто.
Вы спрашиваете, что значит «достаточно»?
Откройте газету, ткните пальцем наугад в любую статью и произведите над ней такой эксперимент. Зачеркните каж¬дое четвертое слово, а потом прочтите оставшийся текст. Ру¬чаюсь, вы поймете его без труда. Опять сделайте то же самое и опять прочтите. Понимать стало труднее. Если продолжать зачеркивание, то рано или поздно вы добьетесы того, что смысл текста будет полностью потерян. Математик скажет, что вы пытаетесь интерполировать содержание по опорным точкам, расставленным со слишком большим шагом.
Я проделал такой эксперимент над абзацем из жизнеопи¬сания Юлия Цезаря (в книге Светония «Жизнь двенадцати цезарей»). Получилось вот что.
Первое вычеркивание:
«Оружием и конем... владел замечательно, выносливость...
превосходила всякое вероятие... походе он шел... войска, обыч¬но пеший... на коне, с... головой, несмотря ни на... ни на дождь... длинные переходы он... с невероятной быстротой... в наемной повозке... по сотне миль... день, реки преодолевая... или с помощью... мехов, так что... опережал даже вестников... себе».
Второе вычеркивание:
«Оружием и конем... замечательно, выносливость превос¬ходила... вероятие... походе он... войска, обычно пеший... на коне, с... несмотря ни на... ...на дождь... длинные... он..,
с невероятной... в наемной повозке... сотне миль... день ...прео¬долевая... или с... мехов, так что ... даже вестников... себе».
Третье вычеркивание:
«Оружием и конем... выносливость превосходила... вероя¬тие... он... войска, обычно... на коне, с... ни на..., ..., на ...длин¬ные... он... с... в наемной повозке... миль... день, ...преодолевал... с мехов, так... даже вестников... себе».
Можно ручаться, что прочитай вы сразу текст после тре¬тьего вычеркивания, вы бы его не поняли или поняли в самых общих чертах.
А вот что получилось после пятого вычеркивания из абза¬ца в одной сельскохозяйственной брошюре той же длины:
«При облплане, райпланах... группы... колхозам... совхо¬зам... планы... необходимы... объем... и... потребителя. В обла¬сти... по строительству... селе... по переработке... и ...строитель¬ных... и по...
Текст достаточно понятен, восстановить его не составит труда.
Итак, каков же итог? Содержательное сообщение нужно дробить с более мелким шагом, нежели «водянистое», чтобы потом, восстанавливая, не потерять ни грана информации.
ГОРНЫЕ ПИКИ СИГНАЛА
Когда в начале девятнадцатого века французский матема¬тик Жан Батист Фурье решал вопросы теории теплопередачи, он, естественно, не помышлял ни о радиотелеметрии, ни о дат¬чиках: сама электротехника была еще в его дни в зародыше.
А через сто лет математический костюм, сшитый блестящим французом для теплотехников, оказался впору и электрикам, и радистам. Ряды Фурье сыграли роль математического мик¬роскопа: с их помощью удалось рассмотреть тончайшие дета¬ли электрических сигналов.
Выяснилось, что любой электрический сигнал, в том числе, разумеется, и «речь» датчика, — это смесь переменных напря¬жений различных частот, своеобразная мозаика из камешков всевозможной величины. Крупные булыжники рисуют грубые контуры предметов, более мелкие камешки создают детали изображения.
Точно так же медленно меняющиеся напряже¬ния низкой частоты грубо намечают характер кривой, а более быстрые, высокочастотные—'Прорисовывают подробности ее строения.
Если записанный на пленку или начерченный электронным лучом на экране осциллографа «портрет» сигнала напоми¬нает профиль горной цепи с резкими обрывами, переломами, скачками — можно заранее сказать, что ряды Фурье опреде-лят: в этом сигнале ответственная роль принадлежит напря¬жениям высокой частоты.
И наоборот: мягкие склоны холмов Среднерусской рав¬нины, появившиеся на пленке, дадут право заключить, что основная нагрузка в этом сигнале ложится на плечи низко¬частотных напряжений. Правда, высокочастотные члены се¬мейства представлены будут и здесь — только скромнее.
Ряды Фурье недвусмысленно говорят и другое: теоретиче¬ски в семействе напряжений, составляющих электрический сигнал, всегда есть представитель с самой низкой для этого сигнала частотой, зато «самого высокочастотного» предста-вителя нет. Все уменьшаясь и уменьшаясь по величине, они выстраиваются в ряд до бесконечности.
Присутствуя при рождении электрического сигнала, можно обнаружить их всех. Но передача сигнала по проводам или по радио ставит предел этому бегу к бесконечности. Как го¬ворят радисты, линия связи «режет по частоте» передаваемый сигнал. Поэтому принятая информация окажется обедненной. Допустимо ли это?
В мозаике на стене дома мы при желании сможем обнару¬жить все более и более тонкие детали строения. Неровность шва между камешками, слегка выщербленный край — эти подробности ведь тоже принадлежат картине. Но интересны ли они нам? Обогащают ли наше впечатление? Не будет ли более разумным остановиться на достаточно далеком от них расстоянии?
А вот другая картина: миниатюра на крышке палехской шкатулки. Здесь подробности в тысячу раз более мелки, чем в мозаике, которой мы только что любовались — и никто не скажет, что они лишние.
«Речь» датчика—< она может напоминать и стенную мозаи¬ку, и палехскую миниатюру. Может быть насыщена мелкими, высокочастотными подробностями, а может их не иметь. С ка¬кой же частотой председатель-коммутатор обязан предостав-лять ему трибуну, чтобы мы услышали его речь с возможно большими подробностями?
Известный советский ученый, академик В. А. Котельников еще в 1932 году дал простую формулу для расчета «характе¬ра» коммутатора: слово датчику нужно давать вдвое чаще самой высокой частоты, интересующей нас в его выступлении. И потери информации сведутся к минимуму.
Эта формула —краеугольный камень теории связи. Она так и называется: формула Котельникова.
ПРОФЕССОР РОУСС ДОПРАШИВАЕТ ГРОМИЛУ
«— Собака?
— Будка.
— Солдат?
— Артиллерист.
Перекличка становилась все быстрее. Суханека эта забав¬ляло. Похоже на игру в карты — и о чем только не вспом¬нишь!
— Дорога? — бросил... Ч. Д. Роусс в стремительном темпе.
— Шоссе.
— Прага?
— Бероун.
— Спрятать?
— Зарыть.
— Чистка?
— Пятна.
— Тряпка?
— Мешок.
— Лопата?
—Сад.
— Яма?
— Забор.
— Труп!
Молчание.
—Труп! — настойчиво повторил профессор. — Вы зарыли
его под забором у себя в саду. Вы убили Чепелку по дороге
в Бероун и вытерли кровь в машине мешком...»
Помните? Это Карел Чапек: «Эксперимент профессора Роусса», блестящий пример интерполяции.
А теперь представьте, что маститый криминалист допра¬шивает не одного громилу, а целую банду. И все они отве¬чают профессору на каждый его вопрос сразу!
Но ведь то же самое происходит, когда коммутатор начи¬нает выпускать ораторов-датчиков на трибуну! С антенны в эфир уходит сущий винегрет из обрывков речей. Поди узнай, какому датчику принадлежит этот кусочек информации, а ка¬кому— тот! Впору прибивать к каждому жестяной инвентар¬ный номерок, вроде тех, что на казенной мебели, а потом со¬бирать обрывки с одинаковыми номерками..
.
Хм, а ведь это, пожалуй, мысль!
Что, если в приемной станции мы поставим точно такого же «председателя на собрании датчиков», но заставим его работать несколько по-иному? Раньше он отбирал у каждо¬го датчика кусочек информации и с помощью передатчика навешивал их, словно белье, на радиоволну.
Пусть же теперь он снимает это «белье» с радиоволны, рассматривает, ко¬му из датчиков что принадлежит, и раскладывает по ячейкам-каналам информации. В каждом канале окажутся «свои» кусочки информации, и нам не составит труда их собрать и проинтерполировать.
Вот теперь уже нет нужды штемпеле¬вать каждый кусочек информации и вешать на него жестяной номерок! Мы прибьем его только к первому кусочку: комму¬татор, перед тем как давать слово первому оратору, посылает в эфир условленный сигнал. Этот возглас «Внимание!» — команда для коммутатора на приемной станции, что кусочек информации, который сейчас придет к нему, нужно отправить в первую ячейку.
А дальше — по порядку номеров. Ораторы у нас дисципли¬нированные, стоят в строю, как солдаты на смотре, и высту¬пают строго по очереди.
Готово! Подключайте самописец к каждому каналу приня¬той информации и записывайте сигналы.
КОНТАКТ БЕЗ КОНТАКТА
В нашей «фирме», где я в свое время работал, в большом ходу была поговорка: «Электроника — наука о контактах».
Несколько более развернуто эту мысль сформулировал замечательный лётчик-испытатель М. Л. Галлай: «...во всей электронике, электротехнике, радио, телевидении, радиолокации существуют всего два возможных
дефекта: отсутствие контакта, когда он нужен, и наличие кон¬такта, когда он не нужен».
А ведь коммутаторы — это бесконечные контакты! Подумайте-ка, сколько миллионов раз за время службы пробежит движок по кругу, сколько раз коснется контакта, сколько раз то замкнет, то разомкнет цепь датчика! Каждый такой про¬ход — это соскобленная с металла микроскопическая стру¬жечка. Раз за разом, раз за разом... И между изолированны¬ми друг от друга латунными глазками возникает перемычка. Авария! Сигналы датчиков перемешались уже так, что ника¬кому коммутатору на приемной станции их не разделить!
Ничуть не лучше и второй вариант: потеря контакта. И здесь пропадает бесценная информация. А что причина другая — разве от этого легче?
И еще одна неприятность свойственна контактным, меха¬ническим коммутаторам: малая скорость работы.
Формула Котельникова показывает, что опрашивать наших ораторов порой придется десятки и сотни раз в секунду. Ме¬ханический коммутатор уже на средних скоростях начинает работать спустя рукава, не обеспечивает надежной работы. А для скорости в сотни переключений в секунду создать его вообще не удается. То есть, вообще говоря, соорудить его можно, но из строя он выйдет с молниеносной быстротой.
Правда, есть один тип механического коммутатора, кото¬рому эти недостатки не свойственны. Больше того, он лучше работает именно при больших скоростях переключения, а ба¬стует на малых. Сейчас вы поймете, почему это так. Дело в том, что он... жидкий! Правда, не совсем: кое-что твердое в нем есть. Корпус, контакты, еще несколько деталей. Но «рука»-движок — жидкая: из ртути.
Вообразите стремительно вращающийся цилиндр, напол¬ненный ртутью. В его стенке — дырочка. Тоненькая струйка ртути обегает один за другим контакты, окружившие ци¬линдр-ротор. Тронула струйка контакт — датчик подключился к линии, перешла на другой — следующий датчик передает информацию. Ротор делает до ста пятидесяти оборотов в се¬кунду! Сто пятьдесят раз в секунду замыкаются и размы¬каются контакты! А ввалившаяся из ротора ртуть собирается па дне коммутатора и снова отправляется питать струйку.
Идея такого переключателя была запатентована в Америке еще в 1899 году, но осуществили ее лишь через сорок с лиш¬ним лет в Москве, в энергетическом институте. Однако жидкость — совсем не то, к чему стремятся телеметристы. Ртутный коммутатор громоздок и тяжел, он спо¬собен работать лишь в определенном положении при темпе¬ратуре не ниже —37°С
А телеметрическая аппаратура горда своей неприхотливостью, требование «сохранять спокойствие» ей не по душе. Лучше изгнать контакты из телеметрии вообще! Лет двадцать назад такое заявление было бы обыкновен¬ным прожектерством. Разрывать и восстанавливать электри¬ческую цепь без механического выключателя, без контакта? Идея того же порядка, что и просверлить насквозь землю...
Однако когда предсказанные теоретиками полупроводнико¬вые триоды-транзисторы были наконец созданы,— фантазия уступила место действительности.
Оказалось, что транзистор, включенный особым образом, ведет себя подобно контакту механического переключателя. То свободно пропускает ток, то становится на его пути неодо¬лимым препятствием. Для этого достаточно лишь подавать на один из его электродов — базу — управляющее напряже¬ние. Есть напряжение — транзистор пропускает ток, «откры¬вается». Напряжение исчезло — транзистор «закрыт».
Теперь уже вместо хоровода контактов с бегающим среди них движком в новых коммутаторах чинно выстроились один возле другого транзисторы. А другие транзисторы вырабаты¬вали управляющие импульсы, определяли порядок включения и выключения бесконтактных контактов.
Скорость переключения сразу подпрыгнула вверх: сотни и тысячи раз в секунду «высказывался» какой-нибудь особо говорливый датчик. Сократились и размеры, и вес.
Однако механические контакты не сдавались. На малых скоростях переключения — а бывает нужна не только стреми¬тельность— они оставались вне конкуренции. Да и контакты стали совсем другие. Уже не бегал движок по кругу, не под¬ставляли ему головы латунные кнопки. Каждый контакт спря¬тался в миниатюрную стеклянную колбу. Сверху — обмотка.
Пропустили через нее ток — магнитная пластинка одного из контактов вытягивается вдоль невидимых магнитных силовых линий, созданных обмоткой. А как только вытягивается — замыкает контакт.
Выключили ток — и контакт разомкнулся. Миллиарды раз может сработать спрятавшийся в тру¬бочку магнитный контактик.
В довершение ко всему скорость переключения у него оказалась под стать транзисторам. А уж где его поставить, где полупроводниковый триод, —это долгий разговор, на который у нас нет времени. Да попу¬лярная книжка и не учебник по проектированию.
ГДЕ НУЛЬ?
Проблема уровня моря на первый взгляд не имеет отно¬шения к электронике. И все-таки...
Высота Джомолунгмы 8848 метров. Останкинской теле¬башни — 500. С башней хорошо: высоту ее измерили от под¬ножия до шпиля. А где у горы подножие? Гора-то стоит не на листе бумаги, не на выровненной бульдозерами площадке!
Невидимая сфера окружает Землю, прорезает горные хребты и парит над впадинами. Она существует только в во¬ображении географов: сфера уровня моря.
Вы скажете: вон оно, море! К чему выдумывать какую-то теоретическую сферу, когда есть такая отличная реальность. Но... Уровень Средиземного моря на 50 сантиметров ниже уровня Черного и на 30 сантиметров ниже уровня Атланти¬ческого океана.
Бывает, что ветер нагоняет воду из одной части моря — и даже океана! — в другую. «Зеркало морей», о котором писал Конрад, искажено приливами-и отливами. Увы, настоящее море не имеет ни малейшего шанса высту¬пить в качестве уровня моря. И потому этот уровень — услов¬ный.
Проблема уровней, проблема точки отсчета — дело слож¬ное и до конца не разрешенное. Недаром над этими пробле¬мами годами трудятся международные комиссии.
Взять даже термометр: нули отсчета на шкалах Кельвина, Цельсия и Фаренгейта — незнакомцы. Сто градусов Цельсия и сто Реомюра —жители разных планет.
А где нуль и где «сто градусов» сигнала, переданного по радиотелеметрической линии с Венеры на Землю?
Подумайте, сколько ступеней преобразования, сколько «переводчиков» участвует в такой передаче: датчик, комму¬татор, передатчик, приемник, коммутатор приемника, самопи¬сец. Да прибавьте к этому помехи в атмосфере Венеры, помехи в космическом пространстве, помехи в атмосфере Зем¬ли — все они накладываются на сигнал, искажают его. Да и переводчики чуть-чуть прибавят, чуть-чуть убавят...
Рассказывают, что двенадцать переводчиков — теперь уже «взаправдашних» — однажды уселись за круглым столом. Каждый из них знал язык соседа справа и соседа слева. Пер¬вый переводчик написал на листке бумаги по-русски: «Город Пильзен издавна славится своими пивоваренными заводами» и передал листок соседу. Тот перевел фразу на французский, следующий переводчик — на итальянский, затем настала оче¬редь китайского, хинди, суахили, шведского, латинского, ко¬рейского, казахского, испанского, венгерского. Переводчик с венгерского на русский передал лист бумаги. На нем стояло: «Жители Пильзена очень любят заниматься пивоварением».
Как же добиться, чтобы сообщение, посланное датчиком, дошло до Земли неизмененным? Оказывается, в этом может помочь уровень моря, нуль отсчета.
Пусть в один прекрасный день изменится весь мир. Ска¬жем, съежится на десять процентов. Съежатся деревья, дома, мы с вами, знаменитый метр в Париже, красные спект¬ральные линии кадмия. И... мы не заметим этой волшебной метаморфозы. Ведь вместе с нами изменились и эталоны длины!
Так и телеметрическую информацию мы получим неиска¬женной, если по тому же пути, которым шла она от датчика до приемника, пропустим эталон — напряжение батареи, питаю¬щей датчики. А также уровень нуля, чтобы искажения не мог¬ли превратить нуль датчика в напряжение.
Мы сможем тогда забыть о вольтах и оценить показания самописца лишь в процентах от максимального напряжения — ь уровня батареи.
Для этого придется, правда, пожертвовать двумя оратора¬ми и вместо них дать выступить «уровням моря», опорным точкам отсчета. Но эта потеря окупится с лихвой.
На ленте самописца в те мгновения, когда он не пишет сигналов датчика, будут отмечены опорные уровни — «печка», от которой будем танцевать!
НИЧЕГО НЕ БОЯЩИЕСЯ
Измерительный прибор класса 0,2, то есть, ошибающийся во время измерения не более чем на 0,2 процента, — создание капризное и деликатное. Он не терпит фамильярностей, что и оговаривается крупными буквами в соответствующих пунк¬тах инструкций по эксплуатации. Ему создают прямо-таки тепличные условия существования. Оберегают от толчков, вибраций, резкой перемены температуры, сильных магнитных полей. Ставят на стол или на полку в строго определенном положении. Ничего не поделаешь: аристократ среди приборов.
А вот другой прибор. Он тоже дает ошибку не больше 0,2 процента. Но вы можете столкнуть его со стола на пол, оставить на морозе, везти в тряском кузове по разбитому проселку. Он в буквальном смысле слова способен пройти огонь и воду. Потому что он — это телеметрическая система.
Телеметрические приборы поднимаются в стратосферу и опускаются на тысячи метров под землю в буровые сква¬жины. Они дрейфуют на льдинах и в гордом одиночестве, обдаваемые солеными ветрами, стоят на необитаемых остро¬вах морей. Нужно — они отправятся в желудок человека и со¬общат физиологам и врачам такое, чего иным путем они бы никогда не узнали.
«Система телеметрического контроля пред¬ставляет собой одну из важнейших областей... современной техники... Испытания без телеконтроля теряют всякий смысл», — пишут авторы учебника «Введение в ракетную тех¬нику» В. Феодосьев и Г. Синярев...
Стоит ли добавлять еще что-нибудь к столь лестной оцен¬ке квалифицированных специалистов?