Разумные машины

В конце XVII века появился штурвал — большое колесо с ручками, через ось которого был перекинут канат, идущий к рулю. Штурвал облегчил управление рулем. Железо, примененное в кораблестроении, и паровые машины привели к сооружению кораблей-гигантов. Рули этих чудовищ достигают веса во много десятков тонн. Двигать их мускульной силой человека уже невозможно, и эта тяжелая работа была передана паровым рулевым машинам. Рулевой по-прежнему продолжает стоять у штурвала, который стал совсем маленьким, но управляет он теперь не рулем непосредственно, а рулевой паровой машиной.

Штурвал парохода с паровой рулевой машиной.

Наконец, техника сделала еще один шаг вперед, и человек совсем оставил штурвал, поручив свою работу механизму.

Робот-рулевой по внешности имеет вид небольшой тумбы, на наружных стенках которой расположены крохотный, как игрушка, штурвальчик, несколько рукояток с надписями: «руль», «погода», «телемотор», ряд электрических переключателей и еще какой-то рычаг.

Автоматический рулевой. 1 — рулевой; 2 — компас-репитер; 3 — магнитный компас; 4 — телемотор; 5 — регулировка телемотора; 6 — регулировка курса в зависимости от погоды; 7 — регулятор; 8 — штурвальчик, управляющий рулем корабля так же, как и большой штурвал 14; 9 — реле; 10 — исполнительный электромотор, соединенный со штурвалом 14 с помощью цепи; 11 — шкив мотора; 12 — кожух для цепи; 13 — рычаг для выключения электромоторов, а с ним и всего гирорулевого.

На самом верху тумбы установлен компас-репитер, соединенный с гирокомпасом и повторяющий все его движения. Открыв заднюю стенку тумбы, мы найдем внутри несколько электрических приборов и два электромотора: один совсем маленький, другой побольше — мощностью в четверть лошадиной силы. Первый электромотор-репитер электрически соединен с гирокомпасом. На него как раз и возложена задача управлять рулевой паровой машиной через штурвал. Сам электромоторчик-репитер для этого слаб, и ему в помощь приставлен второй мотор, соединенный со штурвалом.

Если корабль идет правильно по- заданному курсу, то моторчик-репитер находится в покое. Но стоит только кораблю отклониться чуть- чуть вправо или влево от курса, как в то же мгновение это будет обнаружено волчком компаса-матки. Волчок «сообщит» об этом крошке-репитеру, и тот немедленно, посредством особого контактного аппарата, включит ток в большой электромотор, вращение которого передается штурвалу. Штурвал заставит работать паровую машину, которая, наконец, и повернет руль в такую сторону, чтобы корабль был возвращен на курс. На все эти операции потребуется времени меньше, чем для прочтения их описания.

Кто же работает лучше: человек или робот-рулевой?

Ответ дает запись курсографа.

Запись курсографа (рассматривается сверху вниз). До А было ручное управление — пароход сильно рыскал. В А управление передано гирорулевому — рыскание уменьшилось. В Б гирорулевой выключен. Снова ручное управление — корабль опять сильно рыскает.

Если бы корабль шел точно по прямой, то и перо курсографа чертило бы прямую линию. Но этого никогда не бывает. Корабль всегда, как говорят моряки, рыскает: отклоняется от курса то вправо, то влево. Поэтому рулевому постоянно приходится вертеть штурвал и тем самым приводить корабль к курсу. Рысканье корабля происходит не только при волнении, но и при самом спокойном состоянии морской поверхности. Это находит отражение в записи курсографа: вычерчиваемая им линия, даже при постоянном курсе, всегда бывает волнистой, с выгибами в одну и другую сторону. У самого опытного рулевого уклонения корабля от курса достигают трех градусов.

Когда же штурвал передается роботу-гирорулевому, рысканье значительно ослабевает и не превосходит половины градуса. Корабль идет ровнее, спокойнее. От спрямления пути число оборотов гребных винтов уменьшается на три процента; заметно сокращается время пребывания: в дороге: так, например, на переход из Англии в Австралию при автоматическом управлении требуется времени на два дня меньше, чем при ручном. Применение гирорулевых уменьшает путевые расходы кораблей, и они поэтому начинают теперь распространяться в торговом флоте.

Гирорулевой работает только при ведении корабля по прямой линии — с постоянным курсом. При перемене курса, при вхождении в порт или выходе из порта за штурвал становится человек. Переход от автоматического управления к ручному и обратно совершается очень просто — к штурвалу присоединяется или разъединяется вспомогательный мотор внутри гирорулевого. Для этого служит тот большой рычаг, называемый соединительным, который мы видели на передней стороне тумбы гирорулевого.

Одограф Вилье.

Кроме гирорулевого и курсографа, в штурманской рубке можно встретить еще один робот, который, вооружившись карандашом, тщательно и непрерывно вычерчивает на морской карте путь корабля. Это одограф, недавно изобретенный французским инженером Вилье. Основная часть одографа — небольшая тележка с моторчиком-репитером, электрически связанным с гирокомпасом, и соленоид (проволочная катушка) с железным подвижным сердечником. Соленоид электрически связан с лагом — аппаратом, определяющим скорость движения корабля относительно воды.

Моторчик-репитер устанавливает тележку по курсу, а соленоид передвигает ее по карте с той скоростью, которую имеет корабль в данный небольшой промежуток времени. Конечно, скорость выражается в масштабе карты. Прикрепленный к тележке карандаш чертит путь, проходимый кораблем. Любое изменение курса корабля и скорости его движения одограф чутко улавливает и точно переносит на карту.

Одограф Вилье чертит на карте путь корабля.

Корабль-робот

Гироскоп Фуко, превратившийся в гирокомпасы Аншютца и Сперри, эти чудеснейшие механические роботы, сделал возможным автоматизировать ответственную и напряженную работу рулевого. Одограф Вилье взял на себя часть работы штурмана. Применение двигателей Дизеля, сжигающих нефть и не требующих за собою почти никакого присмотра, и широкое использование электричества создали возможность дальнейшей автоматизации кораблей. Несмотря на жестокий экономический кризис в капиталистических странах, разразившийся в 1929 г., вызвавший застой в технике и отбросивший капитализм на десятки лет назад, автоматизация кораблей все же проводилась усиленными темпами, в особенности для военных целей.

К настоящему времени существуют корабли настолько автоматизированные, что их самих можно назвать роботами. Интересный пример дает «Брауншвейг», английский теплоход[6]. «Брауншвейг» перевозит исключительно нефть, керосин и бензин, наливаемые прямо внутрь судна в устроенные там баки, занимающие всю переднюю часть корабля.

Машины, приводящие судно в движение, расположены в задней части корпуса. Основную группу двигателей составляют четыре шестицилиндровых дизеля. Мощность каждого из них — семьсот пятьдесят лошадиных сил. С валами этих двигателей соединены динамомашины, дающие ток для многочисленных электродвигателей корабля. Самый большой из них, мощностью две тысячи восемьсот лошадиных сил, вращает гребной вал, на который насажен гребной винт. Остальные электродвигатели, мощностью от одной до восьмидесяти лошадиных сил, приводят в движение другие машины корабля — лебедки, насосы, вентиляторы, компрессоры.

Кроме того, «Брауншвейг» оборудован гирокомпасом, гирорулевым, одографом и еще несколькими автоматами.

Полная электрификация корабля позволила органы управления всеми машинами — рычаги, кнопки, измерительные приборы — сосредоточить на одном распределительном щите. Нажимая кнопки и поворачивая рычаги, один человек может управлять всем кораблем — пустить его в ход или остановить, повернуть его направо или налево, спустить якорь или, наоборот, поднять его, накачивать или выкачивать нефть. Большой корабль, длиной в 140 м, послушно подчиняется движению руки одного человека. Благодаря автоматам команда «Брауншвейга» сокращена до десяти человек вместо обычных сорока, причем работа этого десятка людей сводится лишь к наблюдению за приборами и машинами.

Корабль-робот «Брауншвейг». 1 — люки, через которые теплоход заполняется нефтью или другим жидким грузом; 2 — танки, т. е. баки для нефти; 3 — помещение для команды; 4 — машинное отделение; 5 — дизель мощностью в 750 лошадиных сил; 6 — динамомашина; 7 — один из вспомогательных электродвигателей; 8 — главный электродвигатель, вращающий гребной вал; 9 — муфта сцепления; 10 — рулевая машина; 11 — вспомогательный штурвал на случай аварии главного рулевого управления; 12 — вентиляционная труба; 13 — прожектор; 14 —штурманская рубка; 16 — капитанский мостик; 16 — механик, управляющий всем кораблем, у щита управления; 17 — пусковые рукоятки для дизелей; 18 — вид щита управления с задней стороны; 19 — электроизмерительные приборы (ампер- и вольтметры); 20 — секция управления главными дизелями; 21 и 22 — секция управления вспомогательными машинами; 23 — секция управления помпами; 24 — выключатели.

Робот-пилот

Из штурманской рубки современного океанского корабля, где мы познакомились с несколькими волчковыми роботами, перейдем теперь в пилотское помещение большого аэроплана. Через пять минут крылатая машина отправляется в дальний путь по голубым просторам неба. Займем место рядом с пилотом и понаблюдаем за его работой. Вот он влезает в кабину и удобно располагается в кресле. Прикоснувшись руками и ногами к рычагам управления, он убеждается, что все в порядке. За бортом аэроплана раздается восклицание механика:

— Контакт!

Пилот привычным движением руки включает зажигание и громко отвечает:

— Есть контакт!

Один за другим шумно пробуждаются от сна три мощных мотора. Несколько секунд летчик их прогревает. Потом, прибавив газ, рулит к старту. Машина движется по земле неуклюже, как неповоротливый жук. По сигналу стартера пилот еще больше прибавляет газ. Остановившаяся на секунду машина мчится вперед, с каждым мгновением ускоряя бег. Вдруг земля будто оторвалась от аэроплана и стала опускаться вниз и назад. Руки пилота уверенно держат штурвал, ноги упираются в педали.

Аэроплан поднимается все выше. Стрелка альтиметра — указателя высоты — с цифры 100 м переходит на цифру 200, потом 300. Легким движением рук и ног пилот заставляет самолет описать круг над аэропортом для проверки моторов, потом ложится на курс, то есть берет нужное направление полета.

На высоте 500 м летчик протягивает руку к доске с большим числом измерительных приборов и поворачивает какие-то две рукоятки. После этого он выпускает из рук штурвал и снимает ноги с педалей.

Нас охватывает невольное беспокойство: не клюнул бы аэроплан носом вниз или не свалился бы набок. Но нет, машина не клюет и на крыло не валится. Она продолжает уверенно двигаться все в том же направлении, только поднимаясь еще выше. А пилот беспечно смотрит куда-то в сторону.

Добравшись до цифры 1 500 м, стрелка альтиметра застывает. Значит, подъем прекратился, и мы летим по горизонтали. Пилот поднялся со своего кресла и перешел в штурманское помещение.

Аэроплан продолжает полет самостоятельно, точно удерживая курс и высоту. Его рычаги управления сами поминутно перемещаются то вперед или назад, то вправо или влево. Кажется, что к ним прикасается чья-то невидимая рука или нога.

Знакомая картина! Мы ее наблюдали на корабле с гирорулевым. Там штурвал тоже самостоятельно вертелся. Им управлял робот, скрытый в четырехугольной тумбочке. Несомненно, и здесь, на аэроплане, тоже должен быть робот, командующий рулями направления, высоты и элеронами.

Где же он?

Мы найдем его посредине приборной доски, в верхней ее части. Это вделанный в нее небольшой металлический ящик, весящий всего около 15 кг. На передней стенке ящика находится несколько циферблатов, рукояток и небольшое застекленное оконце, через которое видны какие-то механизмы. Таков внешний вид робота-пилота.

Приборная доска аэроплана. Справа и слева видны штурвалы двойного управления. На доске посредине вверху — робот-пилот.

Покамест мы его рассматривали, самолет вошел в гряду облаков. Нас окутал седой туман. Исчезли земля, небо. Не видно даже концов крыльев. Полет, как говорят, становится слепым. На заре авиации, когда не было еще многих из тех приборов, которые сейчас поблескивают перед нами, слепой полет был опасен. Не видя горизонта, летчик терял способность удерживать машину от крена в ту или другую сторону. Самолет начинал идти неуверенно, пошатываясь, то ныряя, то задирая нос кверху.

Теперь не то. На доске перед пилотом имеются приборы, которые «чувствуют» положение аэроплана в пространстве гораздо тоньше и лучше, чем любой человек. Вот креномеры, показывающие малейший наклон аэроплана в любую сторону. Вот искусственный горизонт, дающий горизонтальную линию при всяких наклонах аппарата. Пользуясь всеми этими измерителями, летчик и в тумане может вести машину столь же хорошо, как и при полной видимости.

А робот?

Для него тумана не существует, так как у него нет зрения. Он ориентируется одинаково хорошо и в прозрачном воздухе, когда дали четко видны на десятки километров, и в самой гуще грозовых посиневших туч, рассыпающих молнии и потрясающих небо громами, среди бела дня под яркими лучами июньского солнца или в глухую, черную ноябрьскую полночь, когда по стеклам кабины, по утонувшим во мраке крыльям уныло хлещут потоки холодного дождя.

Вот и сейчас в молочном пространстве облака компас указывает, что мы несемся прежним курсом; альтиметр сообщает, что высота наша остается неизменной: искусственный горизонт совпадает с начерченной на стекле поперечной осью машины, значит, крылья самолета расположены горизонтально.

В пилотское помещение вошел летчик. Не хочет ли он сам взяться за рычаги?

Быть может, дальнейшее движение под управлением робота становится опасным?

Нет. Пилот только протягивает руку к роботу и поворачивает одну из рукояток, очень похожую на рукоятку радиоприемника. Он устанавливает ее на цифре 2 500, потом нажимает еще кнопку, и в то же мгновение рычаг со штурвалом сам отклоняется назад, а нос аэроплана приподнимается несколько кверху. Стрелка альтиметра опять двинулась по ступенькам цифр. На высоте в 2 100 м аэроплан вынырнул из облаков. Над нами показалось эмалево-синее небо. Машина продолжает подниматься. Вдруг рычаг со штурвалом отклоняется в свое нормальное положение. Значит, аэроплан от подъема перешел на горизонтальный полет. Смотрим на альтиметр — стрелка остановилась на высоте как раз 2 500 м.

Что это значит? Почему аэроплан перестал подниматься?

Разгадка простая. Пилот, вращая рукоятку, «сообщил» роботу, что нужно лететь на высоте 2 500 м. И робот точно выполнил это безмолвное распоряжение. Вращая ту же рукоятку, можно заставить аэроплан лететь на любой возможной для него высоте, причем переход с одной высоты на другую совершается машиной самостоятельно. Нажимая еще на две кнопки, можно вызвать поворот аэроплана вправо или влево. Все это делает робот-пилот. Он выполняет задания гораздо лучше, чем самый натренированный летчик. Робот, например, улавливает уклонение аэроплана от прямой на полградуса и в то же мгновение начинает действовать. Человек полградуса не замечает.

Что же составляет сердце и мозг робота-пилота?

Все те же волчки.

Немного истории

Мысль об автоматизации полета аэроплана, облегчающей работу пилота, возникла чуть ли не вместе с самим аэропланом. Во всяком случае, уже начиная с 1906 г., появляются различные проекты аппаратов, предназначенных для автоматического управления летательными машинами.

Изобретатели упорно искали способы разрешения поставленной задачи. Пытались попользовать флюгера, анемометры (измерители скорости ветра), наконец, волчок.

С изобретением гирокомпаса, а впоследствии гирорулевого, появилась мысль применить их и для вождения аэропланов. Но от этой соблазнительной мысли пришлось отказаться: во-первых, потому, что гирокомпасы довольно тяжелы и громоздки, к тому же они легко расстраивались бы от толчков при посадке на землю и от резких колебаний в полете; во-вторых, еще и потому, что огромные скорости современных аэропланов близко подошли к скоростям вращения различных мест Земли, а это уменьшает влияние земного вращения на ось волчка и делает его менее чувствительным.

Нужно было искать иные пути для использования волчков. И их нашли.

Еще в 1913 г. Эльмер Сперри, изобретатель гирокомпаса, установил на аэроплане два прибора Обри, уже известные нам по минам Уайтхеда. В одном из этих приборов ось волчка устанавливалась вертикально, в другом горизонтально, по направлению поперечной линии аэроплана. Первый волчок связывался посредством сервомотора (вспомогательного мотора) с рулем глубины, второй, тоже через сервомотор, — с рулем направления и элеронами. Такой двойной прибор Обри, называемый «автопилот системы Сперри», действовал на аэроплане столь же хорошо, как и обычный прибор Обри в торпеде.

Летом 1914 г. Сперри показывал свой аппарат во Франции. Автопилот был установлен на трехместном гидроплане. Первый полет состоялся 23 июля.

Дул довольно сильный ветер, чего Сперри как раз и хотел. В гидроплане, кроме пилота и самого Сперри, находился еще Рэнэ Кэнтон, корреспондент газеты «Матэн». Пробежав по Сене около 300 м, гидроплан поднялся на воздух.

— На высоте ста метров, — рассказывает Кэнтон, — пилот передал управление автомату. Признаюсь, я боялся, чтобы мы не свалились на крыши Безона или Аржантейля[7]. Но этого не случилось. Мы видели, как на земле колыхались вершины деревьев под ударами ветра. Но, странное дело, мы порывов ветра не замечали. Аэроплан шел спокойно, без качки, как в тихую погоду. Когда мы пролетали над комиссией, пилот поднял обе руки вверх, чтобы показать, что аэроплан летит под управлением автомата.

На следующий день в газете «Матэн» появилось описание этого замечательного полета. Всем было ясно, что автопилот Сперри заслуживает большого внимания. Однако, разразившаяся через месяц мировая война застала работы над автопилотом незаконченными, и они возобновились лишь в послевоенное время.

Внешний вид работа-пилота.

Сперри прекрасно знал основной недостаток своего автопилота — двойного прибора Обри. Он состоял в том, что ось каждого из волчков, сохраняя свое положение в пространстве (относительно звезд), непрерывно меняли его относительно вращающейся Земли. Поэтому путь самолета, которым управляет автопилот, практически говоря, лишь на протяжении первых десяти минут сохраняет прямолинейность и дальше начинает уже искривляться. Поэтому через каждые десять минут требуется вмешательство человека для приведения аэроплана к прежнему курсу.

Отсюда возникла новая, важная и, как мы это теперь понимаем, очень сложная задача — переделать волчки так, чтобы они длительно сохраняли заданное им положение относительно Земли.

Усилиями различных изобретателей эта задача была разрешена к 1930 г.

Получив такие волчки, Сперри мог создать более совершенный автопилот, который ведет аэроплан по заданному курсу уже на протяжении многих часов.

Первое серьезное испытание нового автопилота Сперри было устроено в 1933 г. во время перелета Франка Хэукса из Лос-Анжелоса в Нью-Йорк, через весь северо-американский материк.

Поднявшись над Лос-Анжелосом и взяв требуемый курс, Хэукс передал управление машиной роботу. На высоте пяти тысяч метров аэроплан мчался со сверхураганной скоростью — 360 км в час. И этот крылатый снаряд находился всецело под властью маленького робота.

На половине пути Хэуксу показалось, что курс аэроплана уклонился к северу от истинного направления. Но он не прикоснулся к рычагам управления, так как еще не был уверен в ошибке. Каково же было изумление Хэукса, когда тридцать минут спустя его самолет промчался над городом Канзасом, который точно лежал на намеченном пути.

— Молодец, робот, из тебя вышел дельный пилот! — засмеялся Хэукс, ласково погладив стенку автомата.

Внутреннее устройство робота-пилота (автопилота).

Через шесть часов аэроплан благополучно спустился в Нью-Йорке.

Из тринадцати часов двадцати шести минут, проведенных в воздухе, Хэукс держал в руках рычаг управления только шестнадцать минут. Все остальное время вел аэроплан робот-пилот.