Карточка №829 «Навигация не подведет»

ИСТОЧНИК:

*Бурлачков В.К. Энергия. Время. Информация: Эволюция научных представлений. – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2013. – С. 178-179.

СИТУАЦИЯ:

Системы спутниковой навигации дают возможность определить координаты приемника сигнала и обеспечивают синхронизацию часов спутника и приемника. Проблема в том, что использование атомных часов на спутниках вызывает смещение частоты квантового дискриминатора, являющегося частью устройства таких часов. В спутниках на околоземной орбите правильная частота квантового дискриминатора должна по расчетам составлять 10,23 МГц, однако реальный результат оказывается на 0,00000000455 МГц больше, чем получается при установке частоты на поверхности Земли.

Причиной такого явления некоторые ученые считают ослабление влияния гравитационного поля на колебательный процесс, который происходит на атомарном уровне. Предполагается, что гравитация воздействует на частоту перехода между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома, т.е. на взаимодействие магнитного момента ядра с магнитным полем электронов. Смещение частоты генератора на космической орбите по сравнению с его значением на поверхности Земли равнозначно ускорению хода атомных часов. А это вносит недопустимые искажения в систему спутниковой навигации. Как быть?

СИСТЕМНОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ:

Частота дискриминатора должна составлять 10,23 МГц, чтобы обеспечить точность системы спутниковой навигации, и не должна составлять 10,23 МГц, поскольку с удалением от Земли эта частота смещается в сторону увеличения.

РЕШЕНИЕ:

Перед запуском спутника на орбиту частоту квантового дискриминатора при настройке смещают до величины 10,22999999545 МГц. Это меньше, чем нужно для функционирования в условиях более слабого гравитационного поля. На орбите частота оказывается равной 10,23 МГц.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЙ ПРИЕМ:

*Разделение противоречивых свойств во времени

*Принцип предварительного напряжения:

а) заранее придать объекту напряжения, противоположные недопустимым или нежелательным рабочим напряжениям

КОММЕНТАРИЙ:

Создание системы спутниковой навигации стало реальной проверкой гипотезы об изменении хода времени при ослаблении гравитационного поля с удалением от поверхности Земли и при движении летательного аппарата с высокой скоростью.

Вероятно, изначально принцип предварительного напряжения формулировался применительно лишь к механическим системам. Но в данном случае он предстает перед нами в обобщенном виде как простой, логически обоснованный и универсальный прием решения задач, которые требуют корректировки недопустимых отклонений параметров в любых системах.

КАТЕГОРИЯ:

ТРИЗ в космонавтике

Карточка №778 "Astrochicken" покоряет Вселенную

ИСТОЧНИК:

*Каку М. Гиперпространство. Научная одиссея через параллельные миры, дыры во времени и десятое измерение. – М.: Альпина нон-фикшн, 2014. – 502 с. (электронная версия книги)

СИТУАЦИЯ:

28 февраля 2020 года в возрасте 96-ти лет покинул этот мир физик из Института перспективных исследований Фримен Дайсон – заметная фигура в научном мире. Область его интересов была предельно широка: квантовая теория поля, будущее цивилизации, природа внеземной жизни, новые направления космических исследований.

В одном из разговоров с коллегами Дайсон с огорчением отметил, что современные космические программы развиваются в неверном направлении: налицо тенденция к увеличению промежутков между запусками аппаратов и к росту их полезной нагрузки. По этой причине традиционные космические аппараты получаются громоздкими и баснословно дорогими. Как быть?

СИСТЕМНОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ:

Космический аппарат должен быть большим, чтобы нести достаточно полезной нагрузки, и он должен быть маленьким, чтобы можно было сократить затраты на его постройку.

РЕШЕНИЕ:

Решение Дайсон видел в том, чтобы перейти к массовому использованию универсальных космических зондов. Такой аппарат, получивший название «Астрочикен» (это можно перевести как «Звездная курица»), может весить не более килограмма. Дайсон предлагал не строить такие зонды, а выращивать их с использованием методов биоинженерии.

Маленький и проворный зонд сможет «питаться» углеводородами и льдом, содержащимся в кольцах планет Солнечной системы, перерабатывая эти материалы в химическое топливо. Несомненные преимущества подобной технологии освоения космоса – относительная дешевизна и гибкость функционирования устройств.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЙ ПРИЕМ:

*Закон перехода на микроуровень

*Принцип дробления:

а) разделить объект на независимые части

КОММЕНТАРИЙ:

Фактически речь идет о замене громоздких космических аппаратов системой из их мелких аналогов, способных выполнять те же функции с меньшими затратами. Идея Дайсона лежит в русле тенденций развития технических систем, чьи рабочие органы стремятся перейти на микроуровень.

Остается открытым один вопрос: как быть с отправкой в дальний космос человека? Роботизированные миниатюрные устройства могут быть очень полезными; они дешевле, чем космические корабли со сложными системами жизнеобеспечения. Но мы устроены так, что всё на свете хотим потрогать своими руками и увидеть своими глазами. Ведь и Днём космонавтики считается именно день полета в космос человека, а не бездушной технической системы, пусть даже очень смышлёной и многофункциональной.

КАТЕГОРИЯ:

ТРИЗ в космонавтике

Карточка №547 «Главный конструктор снимает стружку»

ИСТОЧНИК:

Романов А. Королёв. – М.: Молодая гвардия, 1990.

СИТУАЦИЯ:

1 ноября 1962 года советская автоматическая станция «Марс-1» отправилась в космические просторы. Осуществление этого проекта далось конструкторам нелегко. Одна из главных проблем была связана с необходимостью бороться с весом аппарата. Ракета-носитель могла поднять не более тонны. А ученые всеми способами старались увеличить массу полезного груза, чтобы разместить на борту аппарата как можно больше приборов.

Главный конструктор Сергей Павлович Королев заявил, что выплатит солидную премию тому, кто сможет сэкономить хотя бы один килограмм веса. Большинство его сотрудников отнеслись к этому с иронией. Мало кто представлял, за счет каких ресурсов можно уменьшить вес оборудования. И тогда Королев сам продемонстрировал, где могут скрываться ресурсы, позволяющие существенно снизить вес космической станции. Что предложили бы вы?

СИСТЕМНОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ:

Бесполезная масса на корабле должна быть, чтобы ее можно было безболезненно убрать, и такой массы быть не должно, поскольку все оборудование устроено предельно рационально.

РЕШЕНИЕ:

Главный конструктор вместе с сотрудниками отправился в механический цех и обратился к одному из фрезеровщиков, спросив, может ли тот выбрать металл на фланце детали между отверстиями для крепежа. На глазах у присутствующих мастер выполнил эту задачу. Королев попросил взвесить образовавшуюся стружку – она весила около трех граммов. Быстро прикинули, что на этих граммах можно уверенно освободиться от десятка килограммов «избыточного» металла, что позволит установить на станции несколько дополнительных приборов.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЙ ПРИЕМ:

*Мобилизация ресурсов

КОММЕНТАРИЙ:

Королев выполнил свое обещание – умелому фрезеровщику выплатили премию, а данное изделие стали выпускать в «облегченном» виде.

Приведенный пример хорошо демонстрирует, что очень многие технические сложности могут быть решены не столько путем использования хитроумных изобретательских приемов, сколько за счет грамотной мобилизации ресурсов, почти всегда имеющихся в технической системе, но ускользающих от «замыленного» глаза.

КАТЕГОРИЯ:
ТРИЗ в космонавтике

Карточка №517 «С небес на Землю»

ИСТОЧНИК:

Романов А. Королёв. – М.: Молодая Гвардия, 1990.

СИТУАЦИЯ:

К середине 1958 года в СССР был готов проект небывалого по тем временам космического летательного аппарата. Он состоял из двух отсеков: приборно-агрегатного и кабины космонавта. Главная проблема, с которой столкнулись конструкторы, состояла в разработке способа возвращения корабля из космического пространства.

Предстояло посадить корабль в заданном районе. Главный конструктор Сергей Павлович Королев предложил использовать для посадки парашютную систему. Но ракета-носитель, которой предстояло подняться в космос, должна была придать ускорение объекту весом около четырех с половиной тонн. У конструкторов каждый килограмм был на учете. Вопрос стоял так: каким образом обеспечить при помощи парашютной системы посадку на землю такой большой массы? Как быть?

СИСТЕМНОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ:

Масса корабля должна быть большой, потому что он так сконструирован, и масса корабля должна быть маленькой, чтобы было проще посадить его на поверхность Земли при помощи парашютной системы.

РЕШЕНИЕ:

Кому-то из команды конструкторов на одном из заседаний пришла в голову мысль: а нужно ли возвращать на Землю весь корабль? Идея всем понравилась. Было решено отстыковать приборно-агрегатный отсек перед входом корабля в атмосферу, после того как эта часть выполнит свои функции. Быстро подсчитали, что масса корабля при этом станет меньше почти вдвое, что позволит обойтись небольшой по размеру парашютной системой.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЙ ПРИЕМ:

*Принцип отброса или регенерации частей:

а) выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т.д.) или видоизменена

КОММЕНТАРИЙ:

Идея была воплощена в жизнь. С тех пор кабину космического корабля стали именовать «спускаемый аппарат».

КАТЕГОРИЯ:

ТРИЗ в космонавтике

Карточка №239 «Кратеры Бабакина»

ИСТОЧНИК:

Альтшуллер Г.С. Найти идею. – Петрозаводск: Скандинавия, 2003.

СИТУАЦИЯ:

«…В книге М. Борисова «Кратеры Бабакина» есть эпизод, связанный с проектированием станции «Луна-16». Нужно было снабдить станцию компактной и сильной электролампой для освещения лунной поверхности «под ногами» станции. Лампе предстояло выдержать большие механические перегрузки. Естественно, отобранные образцы придирчиво испытывали. И вот оказалось, что лампы не выдерживают перегрузок. Слабым местом было соединение цоколя лампы со стеклянным баллоном. Сотрудники Бабакина сбились с ног, пытаясь найти более прочные лампы… Как Вы думаете, что предложил в этой ситуации главный конструктор Георгий Николаевич Бабакин?»

СИСТЕМНОЕ ПРОТИВОРЕЧИЕ:

Соединение цоколя лампы со стеклянным баллоном должно быть (надежным)… и не должно быть (надежным).

РЕШЕНИЕ:

«Бабакин предложил поставить на «Луну-16» лампу без стеклянного баллона. Такая лампа непригодна на Земле, но ведь на Земле она и не нужна…»

ИСПОЛЬЗОВАННЫЙ ПРИЕМ:

Закон повышения идеальности систем

КОММЕНТАРИЙ:

«…Эту задачу Вы должны решить без всяких затруднений. Идеальный баллон – когда баллона нет, а функция его выполняется. В чем функция баллона? Держать вакуум внутри лампы. Но зачем везти вакуум на Луну, если там сколько угодно своего – притом отборнейшего – вакуума?!»

КАТЕГОРИЯ:

ТРИЗ в космонавтике

"Луна-16"