Всё и разум. Научное мышление для решения любых задач - Билл Най

«Боинг-747» был первым коммерческим авиалайнером, летающим на чистой гидравлике, то есть в нем не было прямых, ничем не усиленных соединений между приборной панелью в кабине пилота и аэродинамическими поверхностями (элеронами, рулями направления, рулями высоты), которые управляют самолетом. Чтобы летчик тем не менее мог почувствовать, что делает самолет в воздухе, было создано особое устройство под названием «вычислитель автомата нагрузки». Это устройство размером с ломтик хлеба при помощи гидравлической жидкости под давлением 2 мегапаскаля (3000 фунтов на квадратный дюйм) генерировал искусственное сопротивление рукояток управления. Когда поворачиваешь руль автомобиля, он сопротивляется, давит тебе на руки, — и точно так же вычислитель автомата нагрузки обеспечивал летчикам в кабине обратную связь с механизмами управления. У «Боинга-747» четыре гидравлические системы с резервированием, которые помогают справляться с невероятными силами, необходимыми для контроля над таким огромным самолетом, летящим с такой большой скоростью. Подобная конструкция означает, что нет практически ни единого шанса, что один сбой и даже сочетание нескольких сбоев выведет самолет из строя.

Откуда же взялась эта вибрация? «Боинг-747» — это сложный многоступенчатый механизм, поэтому Джефф помог мне разбить задачу на части. Если все четыре гидравлические системы работают при полном давлении, то есть в нормальных условиях, они иногда в какой-то степени действуют друг против друга или, по крайней мере, в противоположном направлении. Когда я только приступил к рассмотрению задачи, Джефф сухо заметил, что любая вибрация, которую ощущают летчики, наверняка исходит из этих гидравлических систем, а не из воздуха. Я изучил явление подробнее и проверил всю систему поэтапно. И в конце концов пришел к выводу, что виноваты сами трубы: по всей их немалой длине в гидравлической жидкости возникала еле заметная высокочастотная волна. Ничего не заметно, только в пальцах слегка жужжит.

Теперь наша задача стала четче: надо было решить, как погасить искусственно генерируемые вибрации. Мы добавили еще немного гидравлических труб, чтобы заставить волну деструктивно интерферировать с самой собой. Это был хитрый фокус из теории колебаний. Когда амплитуда волны росла, амплитуда нашей искусственной антиволны тоже росла и сводила проблему на нет. Поскольку я только-только выпустился из инженерной школы, Джефф поручил мне проделать расчеты. Я вычислил скорость волны в жидкости и объем, необходимый, чтобы сгенерировать нужную антиволну. Цифры, которые я получил, легли в основу нашего с Джеффом решения, и вибрации утихли. Но мне до сих пор не дает покоя мысль о том, как мало я знал о том, что Джефф мне поручил. Он не только обладал подробными познаниями в гидравлике и системах управления, но и понимал, как отфильтровать эти знания. А такую фильтрацию мы и зовем интуицией. У меня ушло некоторое время на то, чтобы понять, сколько всего Джефф знает, чего я не знаю, но он был со мной терпелив. Он никогда не допускал, чтобы мне было неловко задавать вопросы. Джефф ввел меня в свою рабочую группу, обращался со всеми уважительно, поощрял нас делиться тем, в чем мы были сильны. Все мы принимали участие в решении задачи, проектировании, создании и испытаниях нашей антивибрационной системы. Это было начало большого пути.

Прошло много лет; я ушел из «Боинга» и сменил много инженерных должностей в других компаниях. В 1982 году я поступил на работу в фирму «Сандстренд Дата Контрол», которая делала большинство «черных ящиков» для самолетов. Это прямо через дорогу от нынешнего кампуса «Майкрософт». А тогда это было прямо через дорогу от коровьего пастбища.

«Сандстренд» делала не только «черные ящики», но и разную другую авиационную электронику — авионику. А в авиаэлектронные приборы часто входили маленькие и невероятно точные акселерометры — сверхчувствительные приборы, измеряющие мелкие рывки и торможение. И не просто сверх, а сверх-сверх. Даже в те годы акселерометры были такими точными, что регистрировали притяжение Луны с поверхности Земли, а это около 30 миллионных ускорения свободного падения, известного школьникам как «g». Чтобы было понятнее, мои напольные весы говорят, что мой вес на поверхности Земли составляет каких-то жалких 70 кило (да, я тощий). Когда у меня над головой проходит Луна, ее гравитация чуть-чуть притягивает меня, и я вешу капельку меньше. А точнее, если раньше на весах было ровно 70 кило, то теперь мой вес составляет на 30 миллионных долей меньше — то есть 69,99979 кило.

Конечно, человек не может заметить такую крошечную тягу, а сверх-сверхчувствительный автопилот сверхзвукового самолета еще как может. Но акселерометры в автопилотах предназначены не для того, чтобы улавливать притяжение Луны, а для того, чтобы измерять рывки и торможение при движении самолета в так называемом инерциальном пространстве. А еще их можно применять под землей, чтобы направлять бурильщиков при прокладывании туннеля или оборудования нефтяной скважины. Мы с коллегами-инженерами из «Сандстренд» решали конкретную задачу: как при подземных бурильных работах очень точно определять, где низ. Когда сидишь глубоко под землей, вверх и вниз ничего не видно, а при этом нужно точно знать, куда направлен твой бур. Мы применяли сочетание акселерометров типа x, y, z (обычно запад-восток, север-юг и верх-низ) и с их помощью направляли и нацеливали сложные тяжелые буровые установки.

И снова я столкнулся с задачей, решение которой выходило за рамки моих познаний. Когда проектируешь систему вроде этой комбинации акселерометров, у тебя очень много вариантов. Например, можно спроектировать некоторые части с очень жестким допуском, а для этого собирать их в помещении с особым температурным режимом. Это трудоемко, зато даст возможность делать остальные части не с таким жестким допуском, а это в конечном итоге упрощает работу над устройством. А можно сделать все части с относительно нежестким допуском, а потом тщательно настроить их в соответствии друг с другом и очень жестко закрепить при помощи дополнительного приспособления, сделанного с очень жестким допуском. Тогда это приспособление само будет держать общую структуру, отвечать за согласованность работы разных частей и сглаживать ее.

Какое из этих решений правильное? Если бы вы спросили меня тогда, как спросила моя команда, я оказался бы в тупике. Мне представлялось, что второй вариант вообще нереалистичен: «Мы так сможем? Разве наши инструменты способны добиться такой согласованности?» Так я думал тогда, но лишь из-за ограниченности собственных знаний, а не потому, что никакого решения не было. Я не был уверен, что задачу в принципе можно решить, и имел весьма приблизительные представления о том, с чего начинать. Я буквально сомневался, за какой конец браться (и что должно быть сверху, а что снизу, что на юге, что на севере и т. д.). Иногда без посторонней помощи не разобраться, как справиться с ограниченностью собственных знаний. Вот это со мной и произошло. Когда мне поручили решать эту задачу, я не испугался, нет, — скорее, так сказать, «призадумался». И обратился к коллеге, талантливому проектировщику Джеку Морроу. Он тоже не знал, как подойти к задаче, зато знал, где узнать. И сказал мне: «Идите спросите у ребят из мастерской». Он имел в виду механиков — рабочих, которые резали металл на больших и сложных станках со сверхтвердыми сверлами, лезвиями и резцами. На этих станках можно было изготовить практически любую деталь на свете. Я не знал ничего о том, какой формы детали можно вырезать из металла и с какими допусками, но Джек справедливо заметил, что ребята из мастерской это наверняка знают. После чего донес до меня основную мысль одной простой фразой, которую я запомнил навсегда: «Каждый, с кем вы встречаетесь, знают что-то, чего не знаете вы».