Кондовистика

Понятие «кондовистика» - это этимологическая производная от слова «кондовый», то есть исходный, первоначальный.
Существует распространенное убеждение, что все основные, принципиальные технические решения были найдены нашими далекими предками, а дальнейшее техническое развитие – это просто усовершенствование указанных принципиальных решений. Так, например, все современные механические устройства имеют в основе два основных изобретения: рычаг и клин. Колесо – это просто развитие устройства, называемого рычагом, винтовые устройства – это развитие конструкции клина. Эти примеры можно привести в разных областях.
Однако не следует чрезмерно идеализировать мудрость наших предков. Указанные кондовые изобретения осваивались и распространялись очень медленно, в течение тысячелетий. Человеческой натуре свойственен консерватизм. Это свойство любого биологического вида, и человек не является исключением. Можно напомнить, например, что от изобретения велосипеда до его широкого практического применения прошло не менее пятидесяти лет. На протяжении этого времени указанное транспортное средство можно было увидеть только в цирке – как курьезный аттракцион.
Некоторые устройства и технологии, созданные в далекой древности, дошли до на-стоящего времени в принципиально неизменном виде, будучи лишь модернизированы адекватно общему уровню технического развития. При этом с ростом масштабов применения указанных устройств часто дальнейшее техническое развитие в этих направлениях заходит в тупик.
Чтобы избежать сентенций, основанных на чисто абстрактных рассуждениях, будем, по возможности, подкреплять их примерами. Рассмотрим некоторые из них. При этом авторы изобретений здесь не упоминаются, поскольку это не обзор, а просто перечень отдельных примеров.
Можно привести предложенное простое устройство, включающее манжету из гибкого материала, которая крепится на человеческую руку несколько выше кисти. К манжете крепится простая ручка, на которую подвешивается сумка или иной переносимый вручную груз. Описанное устройство позволяет исключить нагрузку на пальцы руки, которые при большой нагрузке быстро устают, а при длительных больших нагрузках могут со временем деформироваться. Пальцы предназначены для более тонкой работы. Данное устройство можно считать «кондовым».
Большие проблемы создаются в отопительных системах при их временном охлаждении в зимнее время (например, при отсутствии топлива). При замерзании воды в системе образующийся из нее лед, вследствие естественного расширения разрывает трубы. Вместе с тем предложено простое и эффективное средство, исключающее подобные аварии. В отопительную систему, в разных ее местах, помещаются небольшие по объему надувные устройства типа сильфонов или просто отрезков гибких трубок, герметично закрытых по торцам. При замерзании воды под действием избыточного давления указанные пустотелые устройства уменьшаются в объеме, что компенсирует увеличение объема замерзающей воды при ледообразовании. И таким образом предотвращается разрушение отопительной системы. Это простое устройство следует признать «кондовым». Более технологичным решением является выполнение на трубах системы коротких тупиковых ответвлений («аппендиксов»), заполненных воздухом – подобно защитным устройствам для смягчения гидравлических ударов. К сожалению, это простое решение широко не используется, и ежегодно можно услышать о выходе из строя отопительных систем в зимнее время в разных городах
Известно изобретение автоматической системы для проветривания помещений, например, теплиц. Окно теплицы открывается и закрывается с помощью гидроцилиндра. Внутрь гидравлической системы помещается некоторый объем капронового материала. Капрон характеризуется большим значением коэффициента теплового расширения. При заметном повышении температуры в помещении объем капронового материала несколько увеличивается, и в системе гидроцилиндра создается повышенное давление, которое приводит в действие простой механизм, закрывающий окно. При заметном понижении температуры этот же механизм закрывает окно – вследствие сжатия капронового материала. Указанное изобретение также можно считать «кондовым». Несмотря на то, что оно относится к современному механизму, которым является гидроцилиндр, в нем очень простым способом решается задача преобразования небольшого теплового расширения материала в механическое движение.
Рассмотрим землеройную машину, называемую экскаватором. В сущности, этот механизм имитирует человеческую руку, при использовании ее в качестве землеройного органа. Апофеозом развития экскаваторостроения стали шагающие экскаваторы, весящие тысячи тонн, обладающие большой мощностью и захватывающие в свой ковш большой объем разрабатываемого грунта. Однако значительную часть своей мощности эти машины затрачивали на собственное перемещение, что при их большой массе существенно снижало коэффициент полезного действия. Значительно более эффективными оказались роторные экскаваторы, обладающие при существенно меньших массе и габаритах большим коэффициентом полезного действия. Этот эффект был достигнут за счет отхода от антропоморфной схемы механизма. Поэтому такое решение тоже можно считать «кондовым», поскольку роторное колесо с ковшами использовалось еще в старинных водяных мельницах.
Известно, что гидромелиорация, то есть искусственное орошение и осушение полей применялась с древнейших времен. При этом неизбежно возникала необходимость регулирования количества воды, подаваемой на поля или, например, на водяную мельницу. Эта задача решалась наиболее естественным образом: канава, по которой подавалась вода, частично или полностью перегораживалась подвижным, например плоским щитом. По прошествии тысячелетий это техническое решение не изменилось. На современных гидротехнических сооружениях, имеющих в некоторых случаях напор свыше сотни метров и большие пропускные расходы воды используются для регулирования пропуска воды те же щиты, называемые затворами, с пролетами и высотой в десятки метров, с массой в сотни тонн, требующие для подъема и опускания применения подъемных механизмов с очень большими подъемными усилиями. При этом использование таких устройств связано с трудно разрешаемыми проблемами уплотнения по контуру, сильных вибраций, примерзания в холодное время, необходимости большого подпора для обеспечения требуемой высоты переливающегося через плотину слоя воды, необходимости сооружения высоких и дорогих ограждающих береговых конструкций и образования больших ледовых заторов в период ледохода. До настоящего времени все регулирующие и запорные устройства работают на принципе частичного или полного перекрытия сечения регулируемого потока жидкости.
Вместе с тем уже давно создано устройство для регулирования расходов воды, на-званное «сифонным регулятором расхода», представляющее собой, по существу, две вертикальные трубы, вставленные одна в другую. При перемещении по вертикали внутренней трубы, имеющей площадь сечения в несколько процентов от внешней, в последней изменяется статическое давление, и в результате происходит требуемое изменение пропускаемого расхода. При этом поперечное сечение потока не перекрывается. Несмотря на экспериментальные испытания указанного устройства с успешными результатами, в течение более сорока лет это регулирующее устройство не применяется, несмотря на его видимые преимущества. Это объясняется исключительно инерционностью мышления и естественным органическим консерватизмом. Указанное регулирующее устройство можно считать «кондовым» вследствие его простоты.
Издавна у разных южных и восточных народов использовались надувные мешки (например, из бараньей шкуры) для переправы через водные препятствия. В настоящее время их аналогом являются надувные лодки и плоты. Недостатками этих устройств являются их слабая надежность, то есть опасность нарушения сплошности конструкции при столкновении с остроконечными плавающими предметами или подводными камнями. С другой стороны, для обеспечения прочности при растяжении под действием давления сжатого воздуха стенки указанной конструкции должны иметь достаточную толщину. В результате, надувные плавательные средства в нерабочем состоянии имеют довольно значительную массу и занимают существенный объем, что делает затруднительной возможность их хранения или транспортировки в компактном виде. Техническое решение, включающее изготовление гибкой оболочки из тонкого материала и размещение ее в меньшем в сравнении с ней по объему прочном корпусе (например, в ящике из каких-то подручных материалов), к которому не предъявляется требования герметичности, позволяет получить надежное и простое плавучее устройство в виде понтона, способное нести значительный груз.
Тонкие оболочки могут в нерабочем состоянии компактно храниться или перевозиться. Они не подвергаются растягивающим напряжениям благодаря требованию превышения их объема относительно объема корпуса. Прочный корпус может быть также выполнен из гибкого материала, например, в виде мешка из прочного текстиля, мелко-ячеистой титановой сетки или материала из углеродных волокон. При авариях морских судов с заполнением их трюмов водой имеется возможность спасения корабля путем превентивного заполнения всего свободного пространства внутри его корпуса выше ватерлинии вышеописанными тонкостенными надувными гибкими конструкциями, которые до возникновения потребности в них заранее компактно складируются во всех помещениях судна. Такие устройства также можно считать «кондовыми». А пока что очень часто появляются сообщения о затонувших кораблях и гибели их пассажиров и экипажей.
Рассмотрим другой пример. Наш далекий предок, изобретший колесо, естественно, не знал экономики. Ибо колесо в качестве важного элемента транспортного средства требует дороги, а дорога (если это – инженерное сооружение) в сочетании с колесом – весьма дорогостоящее устройство. Возможно использование колеса и при отсутствии дорог. Здесь приходится решать проблему предотвращения образования в рыхлых грунтах глубокой колеи, в которой увязает транспортное средство. Если сделать колесо достаточно большого диаметра, а также достаточно большой толщины, то, во-первых, уменьшается удельная нагрузка на грунт, и колея в нем образуется с меньшей интенсивностью, а во-вторых, колесо большого диаметра работает как рычаг, позволяющий при относительно небольшом тяговом усилии двигаться по рыхлому грунту. Транспортные средства с колесами большого диаметра используются, например, для движении по рыхлому снегу. Известно оригинальное решение, позволяющее увеличить сцепление грунта с колесом и тем самым обеспечить движение транспортного средства даже в рыхлых грунтах. Представим, что колесо выполнено в виде тела, образованного пересечением цилиндра с двумя параллельными плоскостями, ориентированными под некоторым углом к продольной оси указанного цилиндра, причем ось вращения колеса  совпадает с продольной осью цилиндра. В этом случае мы получим устройство, которое, перемещаясь по грунту, будет образовывать в нем зигзагообразную колею. Заметим, что аналогичным способом эффективно передвигаются по рыхлому грунту безногие пресмыкающиеся: при таком движении возникают дополнительные силы трения в горизонтальной плоскости. Указанное техническое решение также можно считать «кондовым», но оно на сегодняшний день не реализуется.
Однако возможность надежного движения обеспечивается лишь при наличии дороги. Что касается дорог как инженерных сооружений, то для страны с большой территорией, например России, сооружение необходимой сети качественных дорог является экономически труднореализуемой задачей. А существующие дороги, при большом количестве колесного транспорта часто не в состоянии пропустить весь его поток, и в результате возникают заторы («пробки»). Если поискать аналогии в живой природе, то можно убедиться в том, что природа не создала колеса, хотя создавала несравненно более сложные по конструкции системы.
Рассмотрим механику движения природного биологического механизма – жука. Полет жука осуществляется с использованием жестких надкрылков, которые в расправленном состоянии остаются неподвижными во все время полета. Подъемная сила при полете создается благодаря работе небольших и маломощных крыльев, колебания которых образуют некоторое разряжение воздуха над надкрылками. В результате атмосферное давление, действующее на нижние поверхности надкрылков, создает подъемную силу, обеспечивающую полет указанного биологического объекта. Имеются и искусственные устройства, использующие этот принцип, называемые «воздушными змеями». При обтекании ветром его верхней поверхности, имеющей небольшую кривизну, скорость обтекающего потока воздуха несколько выше, чем на нижней поверхности. Соответственно возникает и разность статических давлений, и именно благодаря этому конструкция держится в воздухе. Если создать искусственный поток воздуха или иного газа (например, с помощью вентилятора или реактивного двигателя), движущийся вдоль криволинейной (или гофрированной) твердой поверхности, то можно получить техническое устройство для создания подъемной силы. Для предотвращения рассеивания искусственного потока целесообразно отделять его от окружающей атмосферы гибкой диафрагмой. В частности, для привода вентилятора можно использовать ветряной двигатель с простой трансмиссией. Такое устройство позволит при относительно небольшой мощности обеспечить полет транспортного средства. При этом не обязательно, чтобы его движение происходило с очень большой скоростью и на большой высоте. Главное – в том, что для него не требуются дороги, и маневрирование возможно в трех измерениях. Такое устройство также можно назвать «кондовым», и оно так же не применяется вследствие консервативности человеческого мышления.
Подземная добыча угля в настоящее время производится так же, как и многие сотни лет назад, путем механического разрушения угольного массива и механического подъема на поверхность отколотых кусков - с той лишь разницей, что механическую работу вместо мускульной силы выполняют специальные машины. Однако в конце прошлого века появилось новое простое решение. Если в угольный массив закачать под большим давлением воду и потом быстро сбросить давление, то вследствие упругости воды и хрупкости материала указанный угольный массив раздробится на отдельные небольшие фракции (куски), которые смываются струями и скатываются вниз по заранее про-буренной наклонной скважине, а затем поднимаются на поверхность по трубе вместе с водой и подаваемым в трубу сжатым воздухом (эрлифт). Описанная технология разрушения угля, которую также можно считать «кондовой», весьма производительна и безопасна: она не требует работы под землей большого количества людей. Но именно поэтому ее использование встречает сопротивление, так как нужно обеспечить работой большую армию шахтеров, несмотря на то, что периодические подземные взрывы метана уносят множество человеческих жизней.
Указанные примеры можно продолжить.
В настоящее время в качестве изобретения признается какое-либо усовершенствование существующих устройства или технологии, при условии, что указанное усовершенствование обладает признаками принципиального отличия. Однако, по-видимому, следует делать различие между просто усовершенствованием, например, за счет усложнения, использования дополнительных известных элементов, высокотехнологических устройств (например, современных процессоров и пр.) и техническим решением, упрощающим техническую задачу. Другими словами, изобретение – это не обязательно более сложное устройство, оно может быть и более простым или же усложнение существующего технического решения должно быть небольшим в сравнении с достигаемым эффектом.
Разумеется, расширения понятия «кондовое решение» нуждается в более серьезной юридической формулировке, над которой необходимо поработать патентоведам. Воз-можно, и сам термин «кондовый» можно заменить более удачным. Однако по приведенным примерам вряд ли могут возникнуть возражения – в том смысле, что эти технические решения отличаются простотой, они очевидны, основаны на известных физических законах и не должны вызывать априори серьезных сомнений.
«Кондовое» техническое решение может быть получено путем глубокого и серьезного научного анализа существующих решений. Вовсе не обязательно каждая следующая модель известного технического устройства должна быть сложнее и дороже предыдущей, как это, к сожалению, имеет место в современной технике. Необходимо, по-видимому, задавать вопрос: почему мы делаем что-либо именно так, как мы делаем? Совокупность методов поиска «кондовых» решений мы условно и предварительно на-зовем «кондовистикой».
Одним из возможных путей кондовистики можно считать создание математических моделей явлений или устройств. А с математической моделью можно экспериментировать как угодно или по определенным программам, в том числе и в запредельных областях. Другим возможным принципом кондовистики можно было бы принять утверждение о том, что технические мастодонты, подобно своим биологическим предшественникам, неизбежно уступают место под солнцем более компактным и более адаптированным устройствам. Автор не берет на себя единоличного решения вопроса по формулировке критерия, определяющего принадлежность конкретного технического решения к «кондовым». Речь идет только об его постановке. А решение должно быть результатом коллективных усилий.
Развитие современной техники, основанное на использовании высоких технологий, компьютерных методов, космических аппаратов, нанотехнологий, должно одновременно опираться на поиски упрощений существующих сложных технических решений, обоснованное снижение требуемого неоправданно высокого технического уровня, новых «кондовых» устройств и технологий, разрабатываемых путем их направленного научного поиска.