Основные двигатели космического шаттла (ОДКШ)
Во время полета 51-L все три основные двигателя шаттла работали идеально, даже начиная останавливаться в последние мгновения, когда началось прекращение подачи топлива. Однако возникает вопрос, обнаружили ли бы мы — в случае отказа двигателей и столь же детального расследования причины этого отказа нами, какое мы провели для твердотопливных ракета-носителей, — подобное отсутствие внимания к недостаткам и снижение критериев безопасности. Другими словами, ограничивались ли те слабые места организации, которые внесли свой вклад в катастрофу, только сектором твердотопливных ракета-носителей или их можно было назвать общей характеристикой НАСА? В этой связи были исследованы основные двигатели космического шаттла и авиационная электроника. Однако подобного исследования орбитальной ступени или внешнего топливного резервуара проведено не было.
Двигатель представляет собой гораздо более сложную структуру, чем твердотопливный ракета-носитель, так что он требует гораздо более детальных инженерных разработок. В общем, эти разработки производят впечатление высококачественных, и, судя по всему, значительное внимание уделяется недостаткам и нарушениям, обнаруженным в работе двигателя.
Обыкновенно такие двигатели создаются (для военной или гражданской авиации) в виде так называемой составной системы, или по методу проектирования «снизу вверх». Прежде всего, необходимо полностью понять свойства и ограничения материалов, которые будут использоваться (например, для лопаток турбины), для чего на экспериментальных установках проводят специальные испытания. По получении необходимой информации начинают проектировать и по отдельности проверять более крупные детали (такие как подшипники). По мере обнаружения недостатков и ошибок проектирования их исправляют и проверяют на следующем этапе испытаний. Поскольку испытывают только детали, то испытания и модификации обходятся не слишком дорого. Наконец, дело доходит до окончательной конструкции всего двигателя согласно заданным техническим условиям. К этому времени уже высока вероятность того, что двигатель будет работать нормально или что любые отказы можно будет с легкостью устранить и проанализировать, потому что виды отказа, ограничения материалов и тому подобное абсолютно ясны. Существует очень высокая вероятность того, что модификации, которые будут сделаны, чтобы устранить сложности, присутствующие в окончательной конструкции двигателя, окажутся не слишком трудоемкими, так как большая часть серьезных проблем уже была обнаружена и решена ранее, на более дешевых этапах процесса.
|
|
|
Основной двигатель космического шаттла был спроектирован иначе — «сверху вниз», так сказать. Все детали двигателя проектировались и составлялись в одно целое одновременно при относительно небольшом детальном предварительном изучении материалов и составляющих. Но сейчас, когда обнаруживаются неполадки в подшипниках, лопатках турбины, трубах для подачи охлаждающей жидкости и т.п., обнаружить причины всего этого и внести какие-то изменения гораздо сложнее и дороже. Например, на лопатках турбины кислородного турбонасоса высокого давления были обнаружены трещины. Вызваны ли они дефектами материала, влиянием кислородной атмосферы на свойства материала, температурными напряжениями, появляющимися при запуске или остановке, вибрациями и напряжением, создающимися в процессе нормальной работы, или, главным образом, неким резонансом, возникающим при определенных скоростях или чем-то еще? Сколько времени может работать насос от появления трещины до отказа по причине ее появления, и как это зависит от уровня мощности? Использовать весь двигатель в качестве испытательного стенда для разрешения подобных вопросов чрезвычайно дорого. Никто не желает терять целые двигатели, чтобы узнать, где и каким образом возникает проблема. Тем не менее, точное знание этого факта необходимо для появления уверенности в надежности двигателя при его использовании. Без полного понимания о такой уверенности не может быть и речи.
|
|
|
|
|
|
Следующий недостаток метода проектирования «сверху вниз» состоит в том, что, если достигнуто понимание неисправности, простое ее устранение — например, новая форма корпуса турбины — может оказаться невозможным без изменения конструкции всего двигателя.
Основной двигатель космического шаттла — совершенно замечательный механизм. Отношение силы тяги, создаваемой им, к его весу больше, чем у какого-либо предыдущего двигателя. Он создан на грани — за которую, в некоторых отношениях, даже выходит — предыдущего инженерного опыта. А потому, как и можно было ожидать, в нем присутствует много разнообразных недостатков и сложностей. И, поскольку, к несчастью, он был спроектирован по варианту «сверху вниз», эти недостатки сложно обнаружить и исправить. Цель создания двигателя со сроком службы, достаточным для выполнения 55 заданий (27 000 секунд работы либо в каждом задании длительностью по 500 секунд, либо на испытательном стенде), достигнута не была. Сейчас двигатель требует очень частого ремонта и замены важных деталей, таких как: турбонасосы, подшипники, корпуса из листового металла и т.п. Топливный турбонасос высокого давления нужно заменять через каждые три или четыре испытания, эквивалентные заданию (хотя эту проблему можно устранить), а кислородный турбонасос высокого давления — через каждые пять или шесть. Все это составляет максимум 10 процентов технических условий исходной конструкции. На самая главная наша забота — это определение надежности.
|
|
|
За 250 000 секунд работы основные двигатели отказывали, вероятно, раз 16. Инженеры уделяют особое внимание этим отказам и стараются исправить их максимально быстро с помощью изучения испытаний на специальных установках, спроектированных специально для рассматриваемого недостатка, а также тщательной проверки двигателя для обнаружения ключей, способных дать ответ (например, трещин), и их серьезного изучения и анализа. Таким образом, несмотря на сложности конструкции, спроектированной «сверху вниз», благодаря тяжелой работе, множество проблем, судя по всему, были решены.
Список некоторых проблем (и их состояния):
Трещины лопаток турбины в топливных турбонасосах высокого давления (ТТНВД). (Возможно, решена.)
Трещины лопаток турбины в кислородных турбонасосах высокого давления (КТНВД). (Не решена.)
Пробой линии форсажного искрового воспламенителя (ФИВ). (Возможно, решена.)
Отказ контрольного вентиля для выпуска газов. (Вероятно, решена.)
Эрозия корпуса ФИВ. (Вероятно, решена.)
Растрескивание листового металла корпуса турбины ТТНВД. (Вероятно, решена.)
Повреждение футеровки труб для охлаждения ТТНВД. (Вероятно, решена.)
Отказ выходного коленчатого патрубка основной камеры сгорания. (Вероятно, решена.)
Смещение сварного шва входного коленчатого патрубка основной камеры сгорания. (Вероятно, решена.)
Субсинхронный вихрь КТНВД. (Вероятно, решена.)
Система аварийного отключения ускорения полета (частичный отказ системы с резервированием). (Вероятно, решена.)
Растрескивание подшипников. (Частично решена.)
Вибрация с частотой 4 000 герц, которая приводит некоторые двигатели в нерабочее состояние. (Не решена.)
Многие из этих, на первый взгляд, решенных проблем были видны уже на ранних стадиях использования новой конструкции: 13 из них появились в первые 125 000 секунд эксплуатации двигателя и только 3 — во вторые 125 000 секунд. Естественно, никогда нельзя быть уверенным, что все недостатки устранены; однако, возможно, в отношении некоторых недостатков стремились устранить не ту причину. Вполне разумно предположить, что в следующие 250000 секунд может произойти, по крайней мере, один сюрприз: вероятность равна 1/500 на двигатель на задание. На одном задании присутствуют три двигателя, но возможно, что некоторые неполадки будут автономными и повлияют только на двигатель. (Шаттл может прервать выполнение задания всего с двумя двигателями.) Поэтому скажем, что неизвестные сюрпризы, сами по себе, не позволяют нам предположить, что вероятность невыполнения задания из-за отказа основных двигателей шаттла менее, чем 1/500. К этому мы должны добавить вероятность отказа, вызванного известными, но еще нерешенными проблемами. Эти проблемы мы рассмотрим ниже.
(Инженеры в Рокетдайне, где производятся двигатели, оценивают полную вероятность как 1/10 000. Инженеры в Маршалле оценивают ее как 1/300, тогда как руководство НАСА, которому эти инженеры отправляют свои отчеты, утверждает, что вероятность равна 1/100 000. Независимый инженер, дающий НАСА консультации, счел разумной оценкой 1 или 2 к 100.)
История принципов аттестации этих двигателей весьма запутана, поэтому ее сложно объяснить. Исходным правилом, судя по всему, было то, что два образца двигателя должны проработать безотказно в течение времени, в два раза превышающего аттестационное, после определения аттестационного времени работы двигателя (правило 2x ). По крайней мере, такова практика ФУГА, и, судя по всему, первоначально она была принята и НАСА, которая ожидала, что аттестационное время будет равно 10 заданиям (соответственно, 20 заданиям на каждый образец). Очевидно, что лучшими двигателями, которые можно использовать для сравнения, были бы те, которые показали бы самое большое полное время работы (полет плюс испытания), так называемые лидеры воздушного флота. Но что если третий образец двигателя и несколько других выйдут из строя за короткое время? Естественно, мы не можем ожидать безопасности, потому что два предыдущих проработали необычно долго. Короткое время может оказаться более обычной характеристикой реальных возможностей, и в духе коэффициента безопасности, равного 2, мы должны рассчитывать только на половину того короткого времени, в течение которого работали последние образцы.
Медленный сдвиг в направлении снижения коэффициента безопасности можно увидеть во множестве примеров. Возьмем, например, лопатки турбины ТТНВД. Прежде всего, мысль о проверке всего двигателя была оставлена. Каждый двигатель состоит из множества важных деталей (как сами турбонасосы), которые заменяют через определенные промежутки времени, так что правило 2x нужно сдвигать от двигателей к их составляющим. Таким образом, мы принимаем ТТНВД для данного аттестационного времени, если два образца успешно проработали в течение времени, в два раза его превышающего (и, конечно же, на практике мы не настаиваем на том, чтобы это время равнялось 10 заданиям). Но что значит «успешно»? ФУГА называет трещину лопатки турбины отказом, чтобы на практике действительно обеспечить коэффициент безопасности, превышающий 2. Существует некоторый промежуток времени, в течение которого двигатель может работать, между временем зарождения трещины и ее увеличением до образования разлома. (ФУГА разрабатывает новые правила, которые учитывают это дополнительное время, обеспечивающее безопасность, но примет их только в том случае, если это время будет тщательно проанализировано с помощью известных моделей в пределах известного опыта и для основательно испытанных материалов. Ни одно из этих условий не относится к главным двигателям шаттла.)
Трещины были обнаружены на лопатках турбины многих ТТНВД второй ступени. В одном случае их обнаружили после 1 900 секунд работы, а в другом — только через 4 200 секунд, хотя обычно такие, более длительные периоды работы выказывали трещины гораздо раньше. Чтобы и дальше понимать, о чем идет речь, мы должны осознать, что напряжение очень сильно зависит от уровня мощности. Полет «Челленджера» , как и предыдущие полеты, находился на уровне, названном как 104 процента от номинальной мощности, в течение большей части времени работы двигателей. Судя по некоторым данным документов, предполагается, что при 104 процентах номинальной мощности трещина образуется примерно в два раза позднее, чем при 109 процентах, или уровне полной мощности (УПЛ). Будущие полеты должны были выполняться при 109 процентах из-за более тяжелых полезных нагрузок, и очень многие испытания проводились именно при таком уровне мощности. Следовательно, при делении времени при 104 процентах номинальной мощности на 2 мы получаем единицы, которые называются эквивалентным уровнем полной мощности (ЭУПЛ). (Очевидно, что это вводит некоторую неопределенность, которая не была изучена.) Самые первые трещины, упомянутые выше, произошли в 1 375 секунд ЭУПЛ.
Правило аттестации гласит «ограничить все лопатки турбин второй ступени максимальным временем 1 375 секунд ЭУПЛ». Если кто-то возразит, что при этом теряется коэффициент безопасности, равный 2, то ему скажут, что одна турбина проработала в течение 3 800 секунд ЭУПЛ без трещин, половину же этого числа составляет 1 900, так что мы даже чрезмерно снижаем это время. Мы одурачили себя в трех отношениях. Во-первых, у нас есть только один образец, причем он не является лидером воздушного флота: у двух других образцов, проработавших 3 800 секунд ЭУПЛ или больше, были обнаружены 17 треснувших лопаток. (В каждом двигателе 59 лопаток.) Затем мы отказались от правила 2x и подставили равное время (1 375). И, наконец, время 1 375 — это время появления трещины. Мы можем сказать, что до наступления этого времени трещин обнаружено не было, но, когда мы смотрели в прошлый раз и не обнаружили трещин, это произошло при 1100 ЭУПЛ. Мы не знаем, в какое время между этими двумя моментами образовалась трещина. Например, трещины могли образоваться при 1 150 секундах ЭУПЛ. (Примерно две трети наборов лопаток, проверенных при времени, превышающем 1 375 секунд ЭУПЛ, имели трещины. Некоторые недавно проведенные эксперименты, действительно, показали трещины уже при 1 150 секундах.) Было важно не снижать это число, так как шаттл должен был использовать свои двигатели очень близко к их пределу ко времени окончания полета.
Наконец, несмотря на отказ от условия, принятого ФУГА, о том, что трещин быть не должно, утверждается, что от критериев никто не отказывался и что система является безопасной, причем отказом считается только полностью сломанная лопатка. С таким определением еще ни один двигатель не вышел из строя. Идея состоит в том, что, поскольку для превращения трещины в разлом нужно какое-то время, мы можем гарантировать безопасность, если проверим все лопатки на наличие трещин. При обнаружении последних нужно заменить лопатки; а если трещин обнаружено не было, то времени для безопасного выполнения задания у нас вполне достаточно. Таким образом, утверждается, что проблема трещин относится не к проблемам безопасности полета, а скорее к проблемам ремонта.
Быть может, это действительно так. Но насколько хорошо нам известно, что трещины всегда прогрессируют достаточно медленно, так что во время выполнения задания не произойдет разлома?
Три двигателя проработали в течение длительных периодов времени с несколькими треснутыми лопатками (около 3 000 секунд ЭУПЛ), но ни одна из них не сломалась.
Решение этой проблемы найти можно. При изменении формы лопатки, упрочнении ее поверхности с помощью дробеструйной операции и покрытии ее изоляцией в целях исключения термоудара новые лопатки трескались не так сильно.
Похожая ситуация просматривается и в истории аттестации КТНВД, но ее детали мы приводить не будем.
В итоге, очевидно, что смотры готовности полета и правила аттестации выказывают снижение критериев в отношении некоторых проблем основных двигателей космического шаттла, очень похожее на снижение, наблюдавшееся в отношении критериев для твердотопливных ракета-носителей.
Авиационная электроника
Под «авиационной электроникой» подразумевается как компьютерная система орбитальной ступени, так и ее входные сенсоры и выходные исполнительные органы. Сначала мы ограничимся исключительно компьютерами и не станем затрагивать надежность входной информации, поступающей от сенсоров температуры, давления и т.п., а также тот факт, точно ли исполнительные органы запуска ракет, механического управления, дисплеев астронавтов и т.п. следуют командам компьютера.
Вычислительный комплекс очень сложен и содержит более 250000 строк программы. Помимо всего прочего, он отвечает за полный автоматический подъем шаттла на орбиту и за его возвращение в атмосферу до момента выбора кнопки, которая определяет желаемое место посадки. Автоматизировать можно было бы всю посадку. (Сигнал, по которому опускаются шасси, был намеренно выведен из-под контроля компьютера, его должен подавать пилот, явно по причинам безопасности.) Во время орбитального полета вычислительная система используется для контроля полезной нагрузки, выведения нужной информации на дисплеи астронавтов и обмена информацией с Землей. Совершенно очевидно, что безопасность полета требует гарантированной точности этой сложной системы программного и аппаратного обеспечения компьютеров.
Короче говоря, надежность аппаратного обеспечения гарантируется наличием четырех, в сущности, независимых идентичных компьютерных систем. Везде, где это возможно, каждый сенсор также имеет несколько копий — обычно четыре, — и каждая копия передает информацию во все четыре серии компьютеров. Если входные сигналы сенсоров не согласуются между собой, то в качестве действующего входного сигнала используется либо определенная средняя величина, либо отбор по принципу большинства, в зависимости от обстоятельств. Поскольку каждый компьютер видит все копии сенсоров, все входные данные и все алгоритмы, согласно которым работает каждый из четырех компьютеров, одинаковы, то результаты, которые получает каждый компьютер, должны быть идентичны на каждом этапе его работы. Время от времени их сравнивают, но, поскольку компьютеры работают с несколько разными скоростями, подключается система остановок и ожиданий в течение определенного времени, после чего и проводится сравнение. Если один из компьютеров выдает не согласующиеся с остальными данные или вообще запаздывает с выдачей ответа, ответ трех других компьютеров, в случае их согласия, считается правильным, и компьютер, который ошибся, изолируется от остальной системы. Теперь, если из строя выйдет другой компьютер, по суждению двух оставшихся, то и он исключается из системы, а полет прекращается: осуществляется возвращение на место приземления, которое происходит под управлением двух оставшихся компьютеров. Совершенно ясно, что это система с резервированием, так как выход из строя одного компьютера не оказывает никакого влияния на выполнение задания. И наконец, в качестве дополнительной гарантии безопасности, существует пятый независимый компьютер, в памяти которого хранятся только программы подъема и спуска и который способен управлять спуском, даже если из строя выйдут более, чем два основных компьютера.
В памяти основных компьютеров не хватает места для всех программ подъема, спуска и полезной нагрузки на весь полет, поэтому астронавты четыре раза загружают память с кассет.
Из-за огромных усилий, необходимых для замены программного обеспечения для такой сложной системы и проверки новой системы, аппаратное обеспечение не менялось с момента создания системы транспортировки шаттла, что произошло 15 лет назад. Существующее аппаратное обеспечение устарело — например, память старого типа на ферритовых сердечниках. Становится все сложнее и сложнее найти производителей, которые могли бы поставить такие старые компьютеры, которые были бы одновременно надежными и достаточно высококачественными. Современные компьютеры более надежны и работают гораздо быстрее. Это упрощает схемы и позволяет выполнить во много раз больший объем работы. Современные компьютеры не потребовали бы столь многочисленной загрузки с кассет, так как обладают гораздо большим объемом памяти.
Программное обеспечение проверяется очень тщательно по принципу «снизу вверх». Прежде всего, проверяется каждая вновь созданная строка программы; затем проверяются разделы программы (модули), выполняющие специальные функции. Масштаб мало-помалу увеличивается, пока все новые изменения не будут включены в полную систему и проверены. Этот полный выход считается окончательным, только что созданным продуктом. Но абсолютно независимо работает группа проверки, которая дает советы группе по разработке программного обеспечения и испытывает программы так, как это делал бы покупатель, которому поставили данный продукт. Существует дополнительная проверка при использовании новых программ в имитаторах полета и т.п. Ошибка на этой стадии проверки испытаний считается очень серьезной и ее происхождение изучается очень тщательно, чтобы избежать подобных ошибок в будущем. Подобные ошибки, совершенные по неопытности, были обнаружены лишь шесть раз за все время программирования и изменения программ (для новых или измененных нагрузок). Они следовали такому принципу: вся эта проверка не имеет никакого отношения к программе безопасности; это лишь испытание этой самой безопасности при проверке, которая происходит для предотвращения катастрофы. О безопасности полета можно судить исключительно по тому, насколько хорошо программы ведут себя во время испытаний. Если здесь произойдет отказ, то он вызовет серьезную озабоченность.
В итоге хотелось бы заметить, что система проверки программного обеспечения компьютеров действительно показывает себя как высококачественная. Судя по всему, там нет места постепенному самообману путем снижения норм, что весьма характерно для систем безопасности твердотопливных ракета-носителей и основных двигателей шаттла. Для вящей убедительности добавлю, что руководство недавно предлагало прекратить такие сложные и дорогие испытания за их ненадобностью в последнее время истории запусков шаттла. Подобным предложениям нужно сопротивляться, потому что люди, их выдвигающие, не представляют взаимные незаметные влияния и источники ошибок, которые могут появиться даже из-за незначительных изменений программы в той или иной ее части. Постоянно возникают просьбы об изменении программы по мере предложения пользователями новых полезных нагрузок и появления новых требований. Любые изменения обходятся дорого, так как они требуют полной проверки. Надлежащий способ экономии денег — это сокращение количества требуемых изменений, а не качества испытаний каждого из них.
Можно также добавить, что эту сложную систему испытаний можно было бы весьма усовершенствовать, оснастив современным аппаратным обеспечением и методиками написания программ. Если бы у НАСА появился любой конкурент вовне, то у него были бы все преимущества, если бы он начал с оснащения новым оборудованием. Сейчас НАСА сто ит серьезно подумать над вопросом, не является ли современное аппаратное обеспечение разумной идеей.
И наконец, возвращаясь к сенсорам и исполнительным органам системы авиационной электроники, мы обнаруживаем, что отношение к системному отказу и надежности далеко не так хорошо, как в случае с компьютерными системами. Например, была обнаружена проблема, связанная с тем, что из строя порой выходят температурные сенсоры. Однако восемнадцать месяцев спустя в системе по-прежнему использовались те же сенсоры, они все так же иногда выходили из строя, и это происходило до тех пор, пока запуск шаттла не отменили по причине одновременного выхода из строя двух сенсоров. И даже в следующем полете этот ненадежный сенсор был использован снова. Кроме того, возникают сомнения в надежности систем управления реакцией, реактивными струями ракет, которые используются для переориентации и управления в полете. Присутствует значительное излишество, но существует и длинная история отказов, ни один из которых не был достаточно серьезным, чтобы оказать значительное влияние на полет. Действие реактивных струй находится под контролем сенсоров: если струя не выстрелит, то компьютеры выберут для этой цели другую струю. Но они созданы не для того, чтобы не срабатывать, поэтому данную проблему нужно решать.
Выводы
Если мы хотим придерживаться разумного графика запуска шаттлов, то очень часто возникает ситуация, когда техническую подготовку шаттла не удается провести достаточно быстро, чтобы удовлетворить требованиям изначально консервативных критериев аттестации, которые ставят своей целью гарантировать очень надежный летательный аппарат. В подобных ситуациях критерии безопасности несколько изменяются — причем часто выдвигаются на первый взгляд логичные аргументы, — так, чтобы полеты по-прежнему можно было аттестовать вовремя. Таким образом, шаттл летает в относительно небезопасном состоянии, и вероятность его отказа имеет порядок, равный одному проценту. (Более точную цифру назвать сложно.)
Официальное руководство, с другой стороны, утверждает, что, по их мнению, вероятность отказа в тысячу раз меньше. Одной из причин такой уверенности может быть попытка убедить правительство в совершенстве и успешности НАСА, чтобы гарантировать финансовые вложения. Другая причина, быть может, состоит в том, что они искренне верят в истинность этого, демонстрируя почти невероятное отсутствие передачи информации между менеджерами и работающими у них инженерами.
Как бы то ни было, все это имело весьма неблагоприятные последствия, самое серьезное из которых состоит в поощрении обыкновенных граждан к полету в столь опасной машине, утверждая, что она обладает той же степенью безопасности, что и обыкновенный авиалайнер. Астронавты, как и летчики-испытатели, должны осознавать свой риск, и мы уважаем их мужество. Кто может сомневаться, что МакОлифф[43] была невероятно мужественным человеком, который гораздо в большей степени осознавал риск, на который идет, чем НАСА показывало это нам?
Так давайте же дадим рекомендации, чтобы гарантировать, что официальное руководство НАСА жило бы в реальном мире, понимая технологические слабости и несовершенства достаточно хорошо, чтобы активно пытаться устранить их. Они должны жить в реальном мире и в отношении того, что касается сопоставления затрат и полезности шаттла по сравнению с другими методами покорения космического пространства. Кроме того, они должны реалистично подходить к составлению контрактов и оценке стоимости и сложностей каждого проекта. Следует предлагать только реалистичные расписания выполнения полетов — расписания, имеющие разумную вероятность выполнения. Если при таком раскладе вещей правительство не поддержит НАСА, значит так тому и быть. НАСА обязана быть откровенной, прямой и честной по отношению к гражданам, у которых она просит поддержки, чтобы эти самые граждане могли принимать самые мудрые решения относительно использования своих ограниченных ресурсов.
Чтобы создать успешную технологию, реальность следует ставить превыше общественных отношений, ибо Природу не обманешь.
Часть 3
Эпилог
Предисловие
Когда я был моложе, я считал, что наука принесет пользу всем. Для меня была совершенно очевидна ее польза; наука была хорошей. Во время войны я работал над атомной бомбой. Этот результат науки очевидно являл собой очень серьезное дело: он означал уничтожение людей.
После войны я очень переживал из-за бомбы. Я не знал, каким будет будущее, и уж точно даже близко не был уверен, что мы протянем так долго. А потому возникал такой вопрос: несет ли наука зло?
Если сказать иначе, когда я увидел, какой ужас способна породить наука, то задал себе вопрос: какова ценность науки, которой я посвятил себя, — вещи, которую любил? Это был вопрос, ответ на который должен был дать я.
«Ценность науки» — это своего рода отчет, если хотите, содержащий многие мысли, которые приходили ко мне, когда я пытался на этот вопрос ответить.
Ричард Фейнман
Ценность науки[44]
Время от времени люди говорят мне, что ученые должны уделять больше внимания социальным проблемам, — а особенно, что они должны брать на себя бо льшую ответственность при рассмотрении того влияния, которое наука оказывает на общество. Судя по всему, многие считают, что если бы только ученые повнимательнее посмотрели на все эти сложные социальные проблемы, а не тратили столько времени на забавы с гораздо менее жизненно важными научными проблемами, то это пошло бы всем только на пользу.
Мне же кажется, что время от времени мы думаем над этими проблемами, просто мы не тратим все свое время на их решение, потому что нам прекрасно известно, что мы не обладаем волшебной формулой решения социальных проблем, что социальные проблемы гораздо сложнее научных и что когда мы о них думаем, то обычно ни к чему не приходим.
Я считаю, что ученый, рассматривающий ненаучные проблемы, понимает в них столько же, сколько и обычный человек, — и когда он говорит о том, что не связано с наукой, он рассуждает столь же наивно, сколь и любой другой, не подготовленный к такому вопросу. Поскольку вопрос о ценности науки к самой науке отношения не имеет, то вся эта речь посвящается доказательству моей точки зрения — на примере.
Первая вещь, в отношении которой науку можно считать ценной, знакома каждому: научное знание дает нам возможность заниматься всевозможными делами и создавать всевозможные вещи. Конечно, когда мы создаем что-то хорошее , то это заслуга не только науки; это также заслуга и морального выбора, который привел нас к хорошей работе. Научное знание — это способность делать либо хорошее, либо плохое, но оно не содержит инструкции по своему использованию. Ценность такой способности очевидна, даже несмотря на то, что она может быть сведена на нет тем, что человек с ней делает.
Я научился способу выражения этой общей человеческой проблемы во время поездки в Гонолулу. Там, в буддистском храме, человек, проводивший экскурсию, немного рассказал туристам о буддизме и закончил свой рассказ, сказав, что откроет им кое-что, что они никогда не забудут — я действительно помню это до сих пор. Это была буддистская притча:
Каждому человеку дан ключ, открывающий врата рая; этот же самый ключ открывает и врата ада.
Так какова же тогда ценность ключа от врат рая? Истинная правда то, что когда нам недостает ясных инструкций, которые дают нам возможность отличить врата рая от врат ада, то этот ключ может оказаться опасным предметом.
Но при этом ценность ключа очевидна: как сможем мы войти в рай, не имея его?
Инструкции не имели бы никакой ценности, не будь у нас ключа. Таким образом, очевидно, что, несмотря на то, что наука может породить величайший ужас в мире, она имеет ценность, потому что может создать что-то.
Другой аспект ценности науки — эта забава, называемая интеллектуальным удовольствием, которое некоторые люди получают от чтения научных книг, изучения науки и размышления о ней и которое другие люди получают от работы в ней. Это очень важный момент, и его обыкновенно упускают те люди, которые говорят нам, что мы несем ответственность перед обществом и должны размышлять над влиянием, которое наука оказывает на общество.
Имеет ли это простое личное удовольствие ценность для всего общества в целом? Нет! Но тогда мы должны рассмотреть и цель самого общества. Состоит ли она в том, чтобы устроить все так, чтобы люди могли получать удовольствие от того, чем они занимаются? Если это так, значит и удовольствие, получаемое от науки, так же важно, как и все прочее.
Но мне бы хотелось по достоинству оценить значение мировоззрения, созданного усилиями науки. Мы пришли к тому, что сумели представить различные вещи бесконечно более удивительными, чем это удавалось поэтам и мечтателям в прошлом. Это показывает, что изобретательность природы больше, гораздо больше изобретательности человека. Например, насколько более замечательно для всех нас держаться — причем половина держится вниз головой — посредством таинственного притяжения, на вращающемся шаре, который висел в космическом пространстве в течение миллиардов лет, чем знать, что ты сидишь на спине слона, который стоит на черепахе, плавающей в бездонном море.
Я размышлял обо всем этом столько раз, что надеюсь, что вы извините меня, если я повторюсь, высказав такую мысль, которая несомненно не раз возникала и у вас и которая не могла возникнуть ни у кого в прошлом, потому что тогда люди не имели о мире той информации, которую мы имеем сейчас.
Например, я стою один на берегу моря и начинаю думать.
На берег набегает множество волн,
бесчисленное количество молекул,
каждая из которых бездумно занята своим делом;
и таких молекул триллионы, они отделены друг от друга,
но при этом, двигаясь в унисон, они образуют белые барашки волн.
Из века в век,
когда еще не было глаз, которые могли это увидеть,
из года в год
эти волны бились о берег так же, как и сейчас.
Для кого? Для чего?
На мертвой планете,
где не было жизни.
Никогда не отдыхая,
измученное энергией,
которую непомерно растрачивает солнце,
проливая ее в космическое пространство.
Нечто совсем крошечное вынуждает море реветь.
Глубоко в море
все молекулы повторяют
узоры друг друга,
пока не появятся новые и более сложные молекулы.
Они создают другие молекулы, подобные себе,
и начинается новый танец.
Увеличиваясь в размере и сложности,
живые существа,
массы атомов,
ДНК, белок
танцуют еще более сложный танец.
И вот из колыбели,
на сухую землю
ступают
атомы, обладающие сознанием;
материя, наделенная любопытством.
Стою на берегу,
удивляясь удивительному: я,
вселенная атомов,
атом во вселенной.
Тот же трепет, то же благоговение и таинство снисходит на нас снова и снова, когда мы достаточно глубоко заглядываем в любой вопрос. Когда мы обретаем более глубокое знание, вместе с ним приходят более глубокие и более удивительные тайны, которые искушают человека, заманивая его еще глубже. Нас никогда не заботит то, что ответ может разочаровать, с удовольствием и уверенностью мы переворачиваем каждый новый камень, чтобы найти невообразимую странность, ведущую к еще более удивительным вопросам и загадкам — и конечно к великому приключению!
Истинная правда и то, что некоторые люди, не имеющие отношения к науке, переживают религиозные ощущения подобного типа. Наши поэты об этом не пишут; наши художники не пытаются запечатлеть эту удивительную вещь. Я не знаю, почему это происходит. Разве никого не вдохновляет наша современная картина вселенной? Эта ценность науки остается не воспетой певцами: вам придется ограничиться тем, что все это вы не услышите ни в песне, ни в стихотворении, а только в вечерней лекции. Век науки еще не настал.
Быть может, одна из причин такого молчания состоит в том, что нужно уметь читать ноты. Например, в научной статье может быть написано: «Содержание радиоактивного фосфора в головном мозге крысы уменьшается наполовину за две недели». Что же это значит?
Это значит, что фосфор, присутствующий в мозге крысы — а также в моем и в вашем — это не тот же фосфор, который содержался там около двух недель назад. Это означает, что атомы мозга претерпели изменения: те, что были раньше, бесследно исчезли.
А что же представляет собой наш мозг: что это за атомы, обладающие сознанием? Картофель, который мы съели на прошлой неделе! Теперь они могут помнить , что происходило год назад в моем разуме — в разуме, который уже давно претерпел изменения.
Заметить, что то, что я называю своей индивидуальностью, — это лишь узор или танец, вот что значит понять, через какое время атомы мозга заменяются другими атомами. Атомы появляются в моем мозге, танцуют свой танец, а затем исчезают — атомы в мозге всегда новые, но при этом они танцуют один и тот же танец, не забывая, какой танец они танцевали вчера.
Когда мы читаем об этом в газете, там написано: «Ученые утверждают, что это открытие может сыграть важную роль в поисках лекарства против рака». Газету интересует исключительно применение этой идеи, но не сама идея. Вряд ли кто-то сможет понять важность этой идеи, то, насколько она замечательна. Но, кроме этого, идею могут понять некоторые дети. И когда какой-нибудь ребенок понимает подобную идею, то мы получаем ученого. Для них слишком поздно[45] проникаться духом науки тогда, когда они поступят в университет, поэтому мы должны пытаться объяснять эти идеи детям.
Сейчас мне хотелось бы обратиться к третьему аспекту ценности науки. Быть может, он является косвенным, но не абсолютно. Ученый обладает огромным опытом сосуществования с неведением, сомнением и неопределенностью, и, по-моему, этот опыт имеет очень важное значение. Когда ученый не знает ответа на задачу, то он пребывает в неведении. Когда у него возникает предчувствие того, каким будет результат, он пребывает в неопределенности. А когда он, черт возьми, практически уверен в том, какой результат он получит, то у него все равно остаются какие-то сомнения. Мы считаем чрезвычайно важным то, что ради прогресса мы должны признавать свое неведение и всегда оставлять место для сомнения. Научное знание — это нечто, состоящее из утверждений разной степени определенности, некоторые из которых далеки от уверенности, другие близки к ней, а третьи являют собой абсолютную определенность.
Мы, ученые, к этому привыкли и считаем само собой разумеющимся, что быть неуверенным в чем-то абсолютно нормально, что вполне возможно жить и не знать. Но я не знаю, понимает ли истинность этого каждый. Наша свобода сомневаться родилась из борьбы против авторитетов в самые ранние дни науки. Это была очень долгая и ожесточенная борьба: позволить нам оспаривать — подвергать сомнению — быть неуверенными. Я думаю, что важно не забывать об этой борьбе, потому что, в противном случае, мы потеряем то, что получили. Вот в чем состоит наша ответственность перед обществом.
Всем нам становится грустно, когда мы сравниваем удивительный потенциал, которым, судя по всему, обладают люди, с их небольшими достижениями. Снова и снова люди думают, что мы могли бы создавать что-то гораздо лучшее. Люди прошлого, жившие в кошмаре своего времени, мечтали о лучшем будущем. Мы — те, кто составляет их будущее, видим, что их мечты, в некоторых отношениях, были превзойдены, но во многих отношениях по-прежнему остались мечтами. Значительная доля сегодняшних мечтаний о будущем — это те же самые мечты, которые были вчера.
Когда-то считалось, что возможности, которыми обладают люди, не развивались, потому что большинство людей были невежественными. Но, получив универсальное образование, все ли люди могли стать Вольтерами? Плохому можно учить столь же эффективно, сколь и хорошему. Образование — это мощная сила, но ее можно использовать как во благо, так и во зло.
Общение народов друг с другом должно обеспечить понимание — так родилась другая мечта. Но механизмами общения можно манипулировать. Сообщать можно как истину, так и ложь. Общение — это мощная сила, но и ее можно использовать как во благо, так и во зло.
Прикладные науки должны освободить людей, по крайней мере, от материальных проблем. Медицина держит под контролем болезни. И кажется, что все свидетельства, которые имеются в этой связи, говорят только о хорошем. И тем не менее, есть люди, которые сегодня кропотливо трудятся над созданием вирусов и ядов, которые завтра можно будет применить во время военных действий.
Почти никто не любит войны. Наша сегодняшняя мечта — мир. В мирное время человек может максимальным образом развить те громадные способности, которыми он, судя по всему, обладает. Но, быть может, люди будущего обнаружат, что этот мир может быть как хорошим, так и плохим. Быть может, люди, которые не будут воевать, от скуки начнут выпивать. Тогда, возможно, спиртное станет самой большой проблемой, которая не позволит человеку извлечь из своих способностей все, что он считает возможным.
Ясно, что мир — это великая сила, коей, кроме него, являются трезвость, власть, общение, образование, честность и идеалы многих мечтателей. Мы обладаем этими силами в большем объеме, чем ими обладали древние. И, быть может, многое удается нам лучше, чем удавалось многим из них. Но то, что нам должно удаваться, кажется гигантским по сравнению с нашими беспорядочными достижениями.
Почему это происходит? Почему мы не можем победить самих себя?
Потому что мы обнаруживаем, что даже огромные силы и способности, по-видимому, не несут с собой инструкции относительно того, как их использовать. Например, глубокое понимание принципа поведения физического мира убеждает человека только в том, что это поведение несколько бессмысленно. Явно науки не учат ни хорошему, ни плохому.
На протяжении всех прошлых веков люди пытались постичь смысл жизни. Они осознали, что если бы нашим действиям можно было придать некоторое направление или смысл, то высвободились бы огромные человеческие силы. Таким образом, вопрос о смысле всего этого получал великое множество ответов. Но все эти ответы были бы абсолютно разными, и сторонники одного ответа с ужасом взирали на действия сторонников другого — с ужасом, потому что с той точки зрения, где мнения расходятся, все великие потенциальные возможности человечества направляются в ложный и узко ограниченный тупик. В действительности именно из истории невероятного ужаса, рожденной из ложного убеждения, философы осознали явно бесконечные и удивительные способности людей. Мечта — найти открытый канал.
Так в чем же, тогда, смысл всего этого? Что мы можем сказать, чтобы рассеять тайну существования?
Если учесть все — не только то, что знали древние, но и все, что знаем сегодня мы и что было неизвестно им — то, на мой взгляд, мы должны честно сознаться, что мы не знаем .
Но, признав это, мы, вероятно, обнаружили открытый канал.
Это не новая идея; это идея века разума. Это философия, которая руководила людьми, создавшими демократию, при которой мы живем. Идея о том, что, на самом деле, никто не знал, как управлять правительством, привела к идее о том, что мы должны организовать систему, посредством которой можно развивать, пробовать и, в случае необходимости, отбрасывать новые идеи, привносить другие, еще более новые: по методу проб и ошибок. Этот метод был результатом того, что наука показала себя как успешное предприятие еще в конце восемнадцатого века. Уже тогда социально настроенные люди понимали, что открытость возможностей являет собой возможность и что сомнение и обсуждение необходимы для продвижения в неизвестное. Если мы хотим решить проблему, которую никогда не решали раньше, то мы должны оставить дверь в неизвестное приоткрытой.
Мы стоим в самом начале существования человечества. И наша схватка с проблемами не так уж безрассудна. Но перед нами простираются десятки тысяч лет будущего. Наша задача — сделать все, на что мы способны; узнать все, что мы сумеем; усовершенствовать свои решения и передать их следующему поколению. Наша цель — оставить людям будущего свободу действий. Будучи импульсивной молодежью человеческого рода, мы можем совершить серьезные ошибки, которые надолго остановят наш рост. Именно это мы сделаем, если станем утверждать, что уже сейчас, молодые и невежественные, коими мы и являемся, мы знаем ответы. Если мы подавим любые дискуссии, любую критику, провозглашая: «Вот ответ, друзья мои; человек спасен!», — мы на долгое время приговорим человечество к цепям авторитета, ограничив его пределами нашего настоящего воображения. Это не раз делалось раньше.
Наша ответственность, как ученых, понимающих великий прогресс, который порождает удовлетворительная философия неведения, великий прогресс, который является плодом свободы мысли, — провозгласить ценность этой свободы; научить не бояться сомнения, а приветствовать его, обсуждать все его «за» и «против»; и требовать этой свободы для всех следующих поколений, что составляет наш долг перед ними.
[1] Пробелы между инициалами, а также в общераспространенных сокращениях «и т.д.», «т.е.» и подобных здесь и далее пропущены, чтобы избежать появления разрывов строк посреди тесно связанных между собой сочетаний слов. Использование для этой цели неразрывных пробелов невозможно, т.к. они удаляются библиотечными скриптами. Прим. авторов fb2-документа.
[2] Младшая сестра Ричарда, Джоан, имеет степень доктора философии по физике, несмотря на это предубеждение, что только мальчикам суждено быть учеными.
[3] Примечание для иностранных читателей: система квот представляла собой практику дискриминации — ограничения количества мест в университетах, которые могли занять студенты еврейского происхождения.
[4] Фейнман страдал от рака брюшной полости. Он пережил хирургические операции в 1978 и 1981 гг. По возвращении из Японии ему предстояли еще два хирургических вмешательства: в октябре 1986 и октябре 1987.
[5] Хидэки Юкава, выдающийся японский физик, лауреат Нобелевской премии 1949 г.
[6] K — первая буква английского слова «king» — король. — Прим. пер.
[7] Q — первая буква английского слова «queen» — королева. — Прим. пер.
[8] R — первая буква английского слова «right» — правый. — Прим. пер.
[9] L — первая буква английского слова «left» — левый. — Прим. пер.
[10] Четыре года спустя Ричард и Гвинет встретились с королем Швеции — на церемонии вручения Нобелевской премии.
[11] Собака Фейнманов.
[12] В то время Гвинет ожидала рождения Карла.
[13] Киви.
[14] Карл. Письмо было написано в 1963 г.
[15] Около 200 квадратных футов.
[16] Когда писалось это письмо, в 1980 или 1981 г., дочери Мишель было около одиннадцати лет.
[17] «Новозеландские лекции», прочитанные Фейнманом в 1979 году, подробно описаны в книге: «Квантовая электродинамика: странная теория света и вещества» («Принстон Юниверсити Пресс», 1985 г.).
[18] Эти письма предоставил Фримен Дайсон. Это его первое и последнее письма, в которых упоминается Ричард Фейнман. Другие письма приводятся в книге Дайсона «Возмущая Вселенную».
[19] Друг семьи.
[20] Как оказалось, Фейнману не стоило переживать: Карл работает в компании «Финкинг Машинс», а дочь Мишель учится на рекламного фотографа.
[21] Это письмо было предоставлено Генри Бете.
[22] Космический корабль многоразового использования. — Прим. пер.
[23] Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства.
[24] «…центральную часть занимает ядерный реактор…» — в оригинале «…the large central part is the tank…» — правильно «бак». Перевод содержит ошибки, дальнейшие ошибки перевода оставлены без комментариев. — Прим. Hugger’а.
[25] Лаборатория НАСА по изучению реактивного движения, расположенная в Пасадене, находится под руководством Калтеха.
[26] Английское слово «briefing» имеет один и тот же корень со словом «brief», которое на русский язык переводится как «короткий». — Прим. пер.
[27] Примечание для иностранных читателей: рейс, который отправляется с Западного побережья в 11 часов вечера и прибывает на Восточное побережье около 7 часов утра, на пять часов и три временные зоны позднее.
[28] Примечание для иностранных читателей: Салли Райд — первая американская женщина, которая побывала в космосе.
[29] Позднее во время нашего расследования мы обнаружили, что именно эта проверка на наличие утечки была вероятной причиной появления опасных пузырьков в хромато-цинковой замазке, о которых я узнал в ЛИРД.
[30] Государственный гимн США. — Прим. пер.
[31] Хвостовая часть — это охватываемая деталь стыка; а скоба — это охватывающая деталь (см. рисунок 13).
[32] Автор использует игру слов. Английское слово «bull» переводится и как «бык» и как «чушь». — Прим. пер.
[33] Фейнман собирался раскрыть всем глаза на чушь («bull»), о том, что в НАСА все обстоит очень хорошо.
[34] Министерство Управления и Бюджета.
[35] Ссылка на метод нарезания бобов, придуманный Фейнманом и рассказанный в книге «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!».
[36] Примечание для иностранных читателей. Отчет Уоррена был написан Комиссией Уоррена, которую возглавлял вышедший на пенсию председатель Верховного Суда Эрл Уоррен и которая расследовала убийство Джона Ф. Кеннеди.
[37] Позднее мистер Ловингуд прислал мне этот отчет. Там было написано что-то вроде: «Вероятность успешного полета обязательно очень близка к 1,0», — это значит, что она на самом деле близка к 1,0 или что она должна быть близка к 1,0? — и: «Исторически сложилось так, что эта высокая степень успешности полета породила разницу в философии программ полета в космос пилотируемых и непилотируемых ракет; т.е. численная вероятность против суждения инженеров». Насколько я понимаю «суждение инженеров» означает, что они просто собираются выдумать числа! Вероятность выхода из строя лопатки двигателя давалась как универсальная постоянная, будто бы все лопатки были абсолютно одинаковыми и работали при одних и тех же условиях. Весь отчет состоял из количественного определения всех параметров. Там присутствовала даже оценка каждой гайки и каждого болта: «Вероятность разрыва трубы водородного турбонасоса высокого давления равна 10−7». Такие вещи оценить невозможно; вероятность, равную 1 к 10 000 000, оценить также практически невозможно. Было совершенно ясно, что числа, связанные с каждой деталью двигателя, были выбраны так, чтобы при их сложении получалась вероятность 1 к 100 000.
[38] Об этом я услышал от Билла Граэма. Он рассказал об одном случае, когда он, только возглавив НАСА, просматривал какие-то отчеты и обнаружил маленькую горошину:
• «в нашей базе данных есть вибрационный четырехтысячный цикл».
Он счел эту фразу несколько нелепой и начал задавать вопросы. Пройдя весь процесс, он обнаружил, что дело довольно серьезное: некоторые двигатели выказывали настолько сильные вибрации, что их нельзя было использовать. Он привел эту ситуацию в качестве примера того, насколько сложно получить информацию, пока сам не отправишься на нижние уровни и не проверишь все, что тебе нужно.
[39] Примечание для иностранных читателей: Федеральное управление гражданской авиации.
[40] Фейнман ссылается на рассказ «Ты шнифер, и я шнифер», который был изложен в книге «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!».
[41] Политический скандал в США, связанный с тем, что Совет по национальной безопасности оказался вовлеченным в тайные махинации с оружием, а также другую подобную деятельность, запрещенную Конгрессом США или противоречащую государственной политике правительства. В начале 1985 года глава Совета по национальной безопасности Роберт МакФарлан продал Ирану противотанковые и противовоздушные ракеты, наивно полагая, что подобная сделка обеспечит освобождение нескольких американских граждан, находившихся в плену шайитских террористических группировок, лояльных по отношению к Ирану. Эта и несколько следующих подобных сделок, имевших место в 1986 г., прямо противоречили публичной политике американского правительства, которое отказывалась поставлять оружие террористам или как-либо еще поддерживать Иран в войне с Ираком, — эта политика основывалась на вере в то, что Иран обеспечивает финансовую поддержку международного терроризма. Доля тех 48 миллионов долларов, которые Иран заплатил за оружие, была отдана Контрам, мятежникам, которых поддерживали США и которые сражались против марксистско-ориентированного правительства Никарагуа. Подобные махинации были запрещены законом, принятым Конгрессом США в 1984 году. Когда в ноябре 1986 года о нелегальной деятельности Совета по национальной безопасности узнали все, то немедленно начались публичные беспорядки, при этом весьма пострадал общественный имидж президента Рональда Рейгана, а Соединенные Штаты потерпели серьезную, хотя и недолгосрочную, потерю доверия как страна — противник терроризма. — Примечание любезно предоставлено доктором физ.-мат. наук М. Шифманом.
[42] Примечание Лейтона: вариант, напечатанный в качестве Приложения Ф в отчете комиссии, судя по всему, не был отредактирован, поэтому я сам немного его откорректировал.
[43] Примечание для иностранных читателей: Криста МакОлифф, учительница, должна была стать первым обыкновенным человеком, попавшим в космическое пространство, в качестве символа приверженности нации к образованию и безопасности шаттла.
[44] Публичная речь, произнесенная на осеннем заседании Государственной Академии Наук в 1955 г.
[45] Теперь бы я сказал: «Для них поздно — хотя слишком поздно не бывает никогда — проникаться духом…»
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 222; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!