Текст книги "Журнал «Компьютерра» № 43 от 21 ноября 2006 года"

Автор книги: Компьютерра Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 12 страниц) [доступный отрывок для чтения: 5 страниц]

Электроника будущего на службе человечества

Автор: Сергей Леонов

Здесь публикуются высказывания семи выдающихся изобретателей и руководителей промышленности, заложивших основы и ведущих современные разработки в растущей и весьма перспективной области науки и техники – в области электронных ламп. (Публикация 1930 года, представившая прогноз на 35 лет вперед, то есть на 1965 г. – С.Л.)

Редактор журнала Electronics просил меня ответить на вопрос: «Какова главная роль, которую суждено сыграть электронной лампе для человечества?» Я могу ответить лишь то, что приговор вынесет будущее.

Мне были заданы и вопросы относительно того, как я представляю себе будущие применения электронных ламп для подачи больших мощностей, в звуковом кино, в химии, медицине, для целей образования. Меня спросили также, можем ли мы ожидать огромного увеличения мощности электронных ламп и их функциональных возможностей, подобно тому, как в прошлом была решена задача увеличения мощности первых генераторов для питания осветительных сетей.

Возможности применения электронных ламп почти безграничны. Открывается необъятное поле для исследований в физике, химии, для изучения природы электричества, тепла и света.

Усовершенствования выпрямительной лампы, я уверен, достигнут такой степени, что чрезвычайно упростится передача больших мощностей на далекие расстояния.

Будучи свидетелем первых слабых шагов аудиона (позже получил название «триод» – С.Л.) в качестве детектора радиоволн, усилителя токов в радиоприемных и телефонных устройствах и генератора, способного работать почти на любой частоте, пока, наконец, он не стал основным элементом конструкции всех радиовещательных устройств, я не могу не испытывать огромную гордость при виде того, как он проникает во многие другие области человеческой деятельности, содействуя техническому прогрессу. Теперь, когда стокиловаттные лампы являются изделием, ежедневно выпускаемым промышленностью, не надо обладать слишком смелым воображением, чтобы предсказать, что в области преобразования и передачи мощности свободный электрон, заключенный в оболочку из стекла и меди, вскоре заменит многотонные махины электрических генераторов. Одним из результатов этого будет создание высоковольтных линий постоянного тока для передачи энергии на большие расстояния. И как бы в противовес будут разработаны генераторные лампы чрезвычайно малых размеров, которые позволят физикам формировать незатухающие колебания на частотах, приближающихся к инфракрасной части спектра, и которые станут также инструментом для изучения электрона и исследования вещества во внутриэлектронном масштабе.

В мире медицины на основе новых знаний человека о природе электрона и его способности воздействовать на здоровье человека будут созданы новые терапевтические и диагностические теории, науки о наследственности, росте организмов, об управлении жизненными процессами, о бактериальных культурах и уничтожении микробов. Подобным образом в сельском хозяйстве, ускорив развитие растений, избавившись от сорняков и насекомых-вредителей, мы станем гораздо более независимы от случайностей погоды и климата.

В авиации электрон станет самым надежным из пилотов, когда-либо бравших в руки штурвал, он будет проникать сквозь туман или уничтожать его, предотвращая несчастные случаи при слепом полете. То же можно сказать и о морской навигации. В обрабатывающей промышленности, где сегодня ничего не знают об электроне, завтра он будет организатором, исполнителем и советчиком при проведении таких процессов, как плавка, сварка, сортировка, отсчет и измерение, и позволит добиться такой экономии времени, производительности и точности, о которых мы сейчас не можем и мечтать. Если говорить о таких областях, как телевидение, радио и проводная связь, об их использовании в увеселительных, воспитательных и общекультурных целях, в школе, в театре и дома, то нынешние большие достижения – это всего лишь слабая тень тех грядущих неизмеримых выгод и преобразований, которые электрон и электронная лампа припасли для человечества и которые послужат делу мира, облегчению труда человека, сделают его жизнь долгой и богатой.

В 1904 г. я изобрел выпрямительную лампу для радиоприемных устройств. Она оказалась отправной точкой огромных технических усовершенствований, в результате которых мы имеем беспроволочную телефонию и радиовещание. Со временем эта лампа будет в широких масштабах использоваться для выпрямления переменного тока на электрифицированных железных дорогах и при передаче больших мощностей. Трех– и четырехэлектродные варианты этой лампы являются важной составной частью кинопроекционных и телевизионных устройств. Ее использование в технике кабельной связи увеличит пропускную способность линий связи, так как позволит реализовать метод многократной телеграфии по кабелю. По-видимому, окажется возможным даже трансатлантическое телевидение.

В наборной машине – линотипе Мергенталера – нет почти ничего, кроме рычагов и кулачков, весьма простых механизмов, изобретенных много тысяч лет назад. Вот сколь огромное и плодотворное воздействие на будущее может оказать введение в практику одного-единственного нового технического принципа. Ни один новый физический прибор никогда не находил такого множества чрезвычайно важных практических применений и в такое короткое время, как электронно-ламповый усилитель. Отсюда можно получить косвенное свидетельство о масштабах того влияния, которое окажет изобретение электронной лампы на будущее человека.

Я твердо уверен в том, что электронике в целом суждено оказать на электропромышленность весьма глубокое влияние и что электронную лампу ждет большое будущее не только в радио, но и в других отраслях техники, для применения в которых будет создано множество разновидностей электровакуумных приборов, отличных от хорошо известных стандартных типов, которыми мы располагаем сейчас.

Между тем продолжают быстрыми темпами расти номинальные мощности электронных ламп. Если при разработке систем электрического освещения потребовалось время, почти равное жизни поколения, для того чтобы создать генератор мощностью 200 кВт, то от обнаружения еле ощутимого явления электронной эмиссии до достижения в одной лампе мощности 200 кВт и более прошло лишь несколько коротких лет. Возможности электронных ламп как выпрямителей, преобразователей, разрядников и т. д., по-видимому, безграничны, как и возможности их применения в энергетических системах и промышленности.

В повседневной жизни человека электронным приборам суждено в течение следующего десятилетия произвести столь же решительные революционные изменения, какие произошли за последние пятьдесят лет.

Большинство ученых не любят делать предсказания о будущем. Но мне очень хотелось бы думать, что не существует границ для тех огромных возможностей, которые связаны с применением электронной лампы. Наряду с теми, которые ваш журнал называет «радио» и «аудио», существует, наверное, еще множество применений, ни одно из которых не будет последним.

Электронные лампы уже используются для преобразования переменного тока в постоянный и наоборот. Они изменяют частоту и форму колебаний и позволяют отвести любую нужную часть из последовательных колебаний для использования. Они прерывают ток или преграждают ему путь подобно переключателям, сетевым автоматам и грозозащитным разрядникам. Они дают нам в руки инструмент для исследования воздействия высокочастотных полей на живой организм. Раз уж мы видим, что маленькие электронные лампы со стеклянным баллоном способны делать множество вещей, которые никто не умел делать несколько лет назад, мы, естественно, с надеждой смотрим на аналогичные приборы из металла, предназначенные для той же работы, но в более крупных масштабах.

До сих пор, чтобы электрическую мощность можно было передать на расстояние, повернуть, направить в обратном направлении, переключить или преобразовать, необходимо было перемещать большие массы металла. Электроника, по-видимому, позволяет отделить массу аппарата от его электрических свойств, так что в известном смысле мы можем оставить массы на месте и в то же время перемещать или направлять, тормозить или отключать само электричество.

Электронные лампы явились дальнейшим этапом разработки ламп накаливания. Но теперь мы уже не используем света, который они дают, и многие современные лампы заключены в металлическую оболочку. Не потребуется много времени, чтобы создать работоспособные лампы без стекла, или изменить устройство цокольной части, или выйти за пределы тех размеров, которые, как очевидно, определяются условиями внутри стеклянного баллона. Просто мы пока медлительны и не умеем правильно оценивать новые возможности. Кроме очевидных применений, упомянутых выше, электронная лампа, без сомнения, станет необходимой для решения целого ряда задач, о важности которых мы сейчас не имеем никакого представления, точно так же, как было с рентгеновской трубкой, электронным прибором, который разрабатывался вовсе не для удовлетворения каких-либо назревших потребностей. Когда мы рассматриваем снимки наших костей, нам следовало бы думать о том, сколько еще нам предстоит увидеть.

Наилучшим свидетельством будущего электронных приборов и, в частности, трехэлектродной электронной лампы, по-видимому, является их прошлое. Построенные впервые для детектирования радиотелеграфных сигналов, к 1914 г. эти лампы были усовершенствованы настолько, что их стали постоянно использовать в качестве усилителей или повторителей на трансконтинентальных линиях телефонной связи по проводам. В 1915 г. они применялись как на передающих, так и на приемных станциях первой трансатлантической линии радиотелефонной связи, а в 1924 г. – для быстродействующего телеграфирования по кабелю, проложенному по дну океана. В течение того же периода двух– и трехэлектродные лампы нашли широкое применение в радиовещании и многих других областях, где можно было использовать ценные выпрямляющие и усилительные свойства электронных приборов.

Сегодня многие тысячи электронных ламп всех размеров и конструкций используются в сетях связи, построенных фирмой Bell Systems; множество ламп работает в других аналогичных системах по всему миру. В течение последних пятнадцати лет ученые и инженеры проделали большую работу, позволившую наладить производство прочных, относительно эффективных приборов, которые в ряде случаев способны перерабатывать мощности, измеряемые многими киловаттами. И конца успехам в исследованиях и разработках не предвидится.

Четырехслойный диод – запоминающий элемент

Автор: Сергей Леонов

На рис. 1 показана схема аварийной сигнализации, которая обеспечивает зажигание сигнальной лампы в случае возникновения кратковременных или устойчивых аварийных условий. Эта схема исключает проблемы, связанные с дребезгом контактов, и дает возможность маломощным схемам включать сильноточные лампы.

В предаварийных условиях конденсатор С1 заряжается до напряжения питания V0. Напряжение переключения Vs четырехслойного диода D1 (современное название – динистор, разновидность тиристора. – С.Л.) выбрано большим V0 и меньшим 2*V0. В предаварийных условиях D1 находится в запертом состоянии. В случае возникновения кратковременных или устойчивых аварийных условий нормально открытые аварийные контакты замыкаются (механическим, электромеханическим или электронным путем). Это замыкание приводит к мгновенному заземлению одной из пластин С1, в результате чего напряжение, управляющее переключением D1, поднимается выше Vs . Диод D1 переключается в проводящее состояние, и напряжение питания подается на сигнальную лампу. Ток, при котором диод D1 сохраняет устойчивое проводящее состояние, выбран меньшим тока сигнальной лампы. Когда аварийные условия устраняются, нормально закрытые контакты возврата размыкаются и схема возвращается в исходное состояние.

На рис. 2 показана запоминающая схема на 4-слойных диодах. Короткий импульс на любом из входов схемы приводит к изменению уровня постоянного тока на соответствующем выходе. Одновременный возврат всех цепей запоминающей схемы в исходное состояние осуществляется при помощи размыкания контакта возврата.

Напряжение переключения 4-слойного диода выбирается большим напряжения питания V0. При подаче на вход одной из параллельных цепей схемы короткого положительного импульса 4-слойный диод открывается и пропускает ток через сопротивление R1. Положительный уровень напряжения, устанавливающийся на сопротивлении R1, будет удерживаться до тех пор, пока все 4-слойные диоды схемы не будут возвращены в исходное состояние размыканием цепи возврата.

Железный поток

Автор: Сергей Леонов

Устройство для считывания с бумажной перфоленты

Упрощенный лентопротяжный механизм, удобство заправки кассет и компактная легкая конструкция характеризуют новое устройство для считывания с перфоленты, которое разработано для ввода программ и обнаружения неисправностей в управляющей вычислительной машине, входящей в новую тактическую ракетную систему. Считывающее устройство занимает объем менее 30 кв. дм и весит всего около 12 кг. Габаритные размеры 22*25*33 см. Для надежной работы на борту ракеты-носителя в комплексе с управляющей вычислительной машиной в считывающем устройстве применяется прочная кассета, в которую вмещается до 45 м перфоленты, образующей бесконечную петлю. Лентопротяжный механизм упрощен благодаря применению муфты в приводе ведущей оси. Единственным вращающимся элементом является вал с муфтой, связанный с ведущей осью и обеспечивающий нормальное ускорение ленты при каждом шаге протяжки. Такая конструкция упрощает техническое обслуживание, облегчает проверку и в случае необходимости замену механизма. Новое считывающее устройство удобно для ввода повторяющихся программ (например, подпрограмм). Скорость перемотки перфоленты в одном направлении равна 0,4 м/с, а в режиме последовательного считывания знаков – 0,27 м/с. В устройстве используется майларовая пленка толщиной 80 мкм и шириной 25,4 мм.

Cook Electric

Печатающее устройство для вывода данных, представленных в различных двоичных системах кодирования

Это цифровое печатающее устройство предназначено для механического изменения системы четырехзначного двоичного кодирования с помощью печатающего барабана, имеющего шесть наборов шрифтов. Для изменения кода входного сигнала печатающий барабан смещают так, чтобы он был зафиксирован шпонкой на валу в таком положении, которое соответствует нужному набору знаков, связанному с требуемым кодом. Таким образом, изменение системы кодирования не требует схемных изменений. Цифры в каждом наборе знаков расположены в последовательности, обеспечивающей соответствие тому коду, для которого этот набор предназначен. В качестве основных выбраны три кода: 8-4-2-1, 4-2-2-1 и 2-4-2-1. Выпускаются печатающие устройства на любое количество разрядов, от 1 до 12. Скорость печати – 20 строк/мин. Цена устройства в среднем 1500 долларов (от 1250 до 2000 долларов в зависимости от объема партии и числа разрядов). На фото показан печатающий механизм, выдвинутый из кожуха по направляющим с целью заправки бумаги.

Franklin Electronics

Реле со штепсельными контактами для установки на печатные платы

Выпускаются контактные панельки для реле класса Е, облегчающие установку реле в печатные платы. Контакты панелек типа ЕТА вставляются и запаиваются в печатные платы. Контакты самих реле при этом вставляются не в плату, а в панель, с гнездами которой они совмещены, благодаря чему отпадает необходимость в припайке этих контактов и обеспечивается быстрое снятие и замена реле. Хотя реле класса Е с выводами для печатного монтажа не новы, до сих пор не существовало способа их быстрого демонтажа и замены в печатных схемах. Панели типа ЕТА, приспособленные для установки реле серии ЕТР с одно– и двухобмоточными катушками, имеющих до четырех контактных групп, дают возможность осуществлять эти операции. В комплекте могут быть поставлены защитный пластмассовый кожух, скоба для крепления кожуха, плата для придания жесткости выводам и два фиксирующих штырька для прочного удержания реле при ударах и вибрациях. Реле можно хранить и вставлять в панельки с уже установленным кожухом, который защищает реле от повреждений до того, как оно начнет функционировать.

Automatic Electric, подразделение General Telephone & Electronics

Миниатюрный переключатель с рычажным приводом

Сконструирован миниатюрный пакетный переключатель с рычажным приводом, тип Acorn 184. Диаметр пакета всего 25 мм. Переключатель отличается высокой надежностью и точностью фиксации положения при срабатывании. В конструкции использован новый кулачковый механизм с пружинным удерживающим механизмом, обеспечивающим точную фиксацию. В одном варианте исполнения рычаг фиксирует положение переключателя при перебросе в любую сторону; в другом варианте обеспечивается мгновенный возврат в положение «выключено» или в нейтральное положение. Переключатели имеют высоту 38 мм и ширину 12,7 мм; их можно монтировать группами как в вертикальном, так и в горизонтальном положении. Угол поворота подвижной части равен 30°. Один пакет может иметь до 22 контактных групп. Неподвижные детали каркаса могут быть изготовлены из кремнийорганического стекла, а вращающаяся часть – из материала Kel-F. Выпускаются также переключатели со статором из диаллилфталата новой марки, разработанного фирмой, и бакелитовым ротором. Цена за штуку – 1,2 долл. при поставках крупными партиями.

Oak Manufacturing, подразделение Oak Electro-Netics Corp.

Автоматизация управления системой противовоздушной обороны

Автор: Сергей Леонов

Проект NORAD объединенного командования ПВО североамериканского континента предусматривает использование вычислительной машины, скрытой глубоко в горах Колорадо. В системе будут использованы самые последние методы обработки данных и управления.

Первое официальное предупреждение о нарушении воздушных границ США поступит в виде серии вспышек на экране небольшой электронно-лучевой трубки. К концу лета 1965 г. схемой индикации на этой трубке будет управлять не оператор, а вычислительная машина. Сама трубка будет перенесена на командный пункт, сооружаемый под 450-метровой толщей гранита в горе Шайенн вблизи Колорадо-Спрингс, шт. Колорадо. Прежде чем попасть на экран, сигналы обнаружения будут обработаны вычислительной машиной.

На светящийся на экране след дежурный оператор направит фотопистолет: это послужит сигналом о том, что предупреждение принято, и свечение экрана прекратится. Затем оператор нажмет на своем индикаторном пульте ряд кнопок, запрашивая у вычислительной машины дополнительную информацию, которой та может располагать.

С этого момента вступит в действие хорошо отрепетированная программа, которая вызовет цепную реакцию ответных действий, а те, в свою очередь, приведут в готовность всю национальную боевую мощь.

Подземный центр

Пещера, в которой будет скрыт командный пункт NORAD, займет площадь 14 тысяч квадратных метров. Центр будет состоять из одиннадцати зданий, снабженных автономными источниками энергии, имеющими отдельное водоснабжение и другое оборудование, и будет способен нормально функционировать при нанесении ядерного удара. Проектировала систему фирма MITRE. Генеральным подрядчиком на поставки оборудования является фирма Boroughs. Программу для вычислительной машины подготовила фирма System Developments.

Командный центр получает информацию автоматически от семнадцати источников: из восьми районов NORAD в США, от четырех станций системы DEW-Line в Канаде, от станций системы дальнего обнаружения баллистических ракет (BMEWS), расположенных на Аляске, на о. Гренландия и в Англии, от сети обнаружения ядерного нападения (NUDETS) и от сети оповещения о налете бомбардировочной авиации.

Виды связи

Данные, полученные центром, поступают в коммутационное устройство, разработанное фирмой Philco. Коммутатор, представляющий собой блок логических элементов, преобразует входные данные из последовательной формы в параллельную, пригодную для ввода в вычислительную машину, а данные, поступающие в параллельной форме с выходов вычислительной машины, – в последовательную форму для передачи на отдаленные посты.

При ручной передаче информации от приборов обнаружения (например, от радиолокационных станций слежения) оператор должен подготовить данные в соответствующем формате, иначе их нельзя будет ввести.

Информация о налете бомбардировочной авиации, поступающая по линии телетайпной связи, преобразуется устройством фирмы Western Union в слова, которые в параллельной форме вводятся в коммутатор, а оттуда поступают в ЗУ вычислительной машины.

Данные от системы дальнего обнаружения баллистических ракет поступают в центр в виде синусоидальных сигналов, модулированных цифровыми импульсами. Распределитель обнаруживает наличие или отсутствие синусоидальной несущей и накапливает знак за знаком (знак содержит шесть разрядов, три знака образуют слово, три слова составляют сообщение).

В коммутаторе имеется многоканальный переключатель, с помощью которого поочередно опрашиваются все семнадцать входов.

Обработка и индикация сигналов

В системе используются две стандартные вычислительные машины типа 2000/212 фирмы Philco, одна из которых является резервной. Каждая машина имеет оперативное (основное) ЗУ на магнитных сердечниках и вспомогательное (долговременное) ЗУ на магнитном барабане. Емкость ЗУ равна 32 тысячам слов.

Вычислительная машина снабжена также одиннадцатью блоками записи на магнитной ленте. Блоки могут одновременно выполнять до четырех операций записи или считывания со скоростью 90 тысяч знаков/с.

Вычислительная машина и устройство ввода-вывода связаны с пятнадцатью индикаторными пультами и с аппаратурой интерпретации данных. В индикаторном пульте цифровые данные, поступающие от вычислительной машины, преобразуются в визуальное изображение на экране электроннолучевой трубки. Оператор нажатием кнопки может запросить любую специальную информацию, хранящуюся в вычислительной машине. Он может, например, затребовать карту Северной Америки с нанесенными на нее районами NORAD. В случае ракетного нападения он может потребовать полную информацию о каждой ракете, за которой ведется слежение: место запуска и цель ракеты, предвычисленное время удара.

При появлении на экране индикатора траектории неопознанного объекта о его приближении сигнализируют точечные вспышки на изображении траектории. Желая сообщить вычислительной машине, что он видит эту траекторию, оператор направляет на новый сигнал фотопистолет. Мерцание на экране прекращается, и траектория продолжает светиться ровным светом.

Изображение, представленное на экране белыми линиями на черном фоне, непрерывно обновляется с периодом, меньшим времени послесвечения люминофора, покрывающего экран.

Экран индикаторного пульта имеет размеры 35*26 см (трубка круглая, диаметр 48 см). Диаметр сканирующего пятна равен примерно 0,76 мм. Знаки и символы могут быть двух размеров: 6,4 и 9,6 мм в высоту. Программа определяет ординату и абсциссу каждого изображаемого знака и располагает их либо в строчку, либо случайно по всей площади экрана.

Программа предоставляет также координаты обоих концов прямолинейного участка каждой вычерчиваемой на экране линии. Все диаграммы и карты образованы из последовательности коротких и длинных отрезков прямых линий.

Любое изображение с любого из пятнадцати экранов пультов индикации может быть воспроизведено на большом стенном экране размером 3,6*4,8 м, предназначенном для просмотра всем персоналом.

Большой экран, спроектированный фирмой OPTOmechanisms, содержит маленькую электроннолучевую трубку, изображение на экране которой фотографируется на 35-миллиметровую пленку тремя отдельными камерами. Пленки, обработанные в том же устройстве, поступают в проектор, три объектива которого снабжены красным, зеленым и синим светофильтрами. Кадры, соответствующие любому из трех цветов, проецируются на большой экран через фильтр того же цвета. Поскольку все три пленки проецируются одновременно и кадры их точно совпадают, при наложении изображений образуется любой из семи цветов спектра.

Единственная большая задержка от момента получения сигнала распределителем ввода-вывода до воспроизведения информации на большом экране равна 11 с – столько времени требуется на фотографирование экрана электронно-лучевой трубки и обработку пленки.

Надежность средств связи

От центральной площадки, подобно спицам колеса, в радиальных направлениях отходят шесть подземных коаксиальных кабелей, соединенных в гигантское кольцо, кабели заключены в заваренные стальные трубы, заделанные в бетон. Кольцо, в свою очередь, присоединено к сети связи, созданной фирмой American Telephone and Telegraph (AT&T) и проложенной под землей до г. Ламар, шт. Колорадо, находящегося в 320 км от центра. Контакт центра с внешним миром осуществляется в Ламаре.

Импульс электромагнитного излучения, сопутствующий ядерному взрыву, может вывести из строя чувствительную электронную аппаратуру. Хотя подземный комплекс хорошо экранирован, для пущей гарантии предложена необычная система волноводов. Различные части комплекса связаны друг с другом коридорами прямоугольного сечения 3 м в ширину и 3,6 м в высоту. Стены, пол и потолок обшиты стальными листами. Крепежные приспособления осветительных приборов используются в качестве настроечных штырей. В результате получается волновод, который ослабляет сигналы всех частот ниже 75 МГц.