Автор - Рудольф Каримович Галимов, физик, математик.
Об астероидной угрозе цивилизации на Земле
Он смотрит на планету,
Как будто небосвод
Относится к предмету
Его ночных забот.
Не спи, не спи, работай,
Не прерывай труда,
Не спи, борись с дремотой,
Как летчик, как звезда.
Не спи, не спи, художник,
Не предавайся сну, -
Ты – вечности заложник
У времени в плену!
Борис Пастернак
Внукам.
Пятого марта 1953 года объявили о смерти Сталина. День был сырым и мрачным. Поселок вырос в лесах среди лагерей из ссыльных и бывших зеков в атмосфере классовой ненависти, разделенный на две несопрягаемые доли - лагерь и его вохру. Сипит динамик на столбе. Хмуро слушаем про дыхание Чейна. Страшно - с двух лет я знаю фугасные бомбы, которыми нас в сорок первом каждую ночь засыпали фашистские бомбовозы - из трех братьев-погодков в живых остался я один. Только мы победили фашистов, и вот нет защитника - товарища Сталина и дяде Сэму некого бояться, и он спалит нас в атомном пекле. В газетах я видел, как тощий, весь в черном, в наглом цилиндре и остроносых туфлях дядя Сэм отплясывает Витта, жонглируя атомной бомбой. Не вязалось одно – тот же дядя в войну решительно помог моей стране, спас от смерти моего отца, меня, околевающего от голода и холода, накормил тушенкой, одел в теплое пальто, шерстяные рейтузы и башмаки на меху.
Обожженные войной, мы были напрочь отделены от следующих поколений. Невозможно рассказать про бомбежку не сидевшим в бомбоубежище, когда все грохочет, стонет, трясется, под потолком тусклая лампочка мотается в тумане дыхания сотен людей, и если выйдешь живым, то другим. Сколько бы я ни рассказывал Дуняше, что хлеб нам давали раз в день кусочком и крошек на столе мы не оставляли, в конце был неизменный вопрос - а тортики вам давали? Представления внуков о мире весьма облегченные. и наш опыт им неинтересен. Жаль - им предстоит непростая жизнь - разгребать наследие прошлого.
В девяностые годы, в перестройку, я много общался с американскими и немецкими студентами – денег на жизнь не было, и мы сдавали комнату. Разумные, интеллигентные и доброжелательные ребята из благополучного мира. И снова – бомбы, уже на ядерной тяге и, невероятно, грозит миру ими - Россия! И я говорю внукам – не верьте! Мир не таков. Преодолейте это состояние помраченного сознания, как любовь к свиным рулькам с баварским пивом. Работайте, творите, дерзайте, и вы, и ваши внуки сделаете мир разумнее и чище. Война не отпускала - в 1968 году я, выпускник Физтеха, получил первое задание в базовом институте - проанализировать варианты проектируемого стратегического бомбардировщика. Мой начальник объяснил – США имеют дозвуковой В52 и проектируют сверхзвуковой. Мы не можем замахнуться на два и нужно выбирать – дозвук или сверхзвук. Об этом в министерстве идут долгие баталии между армией и промышленностью. Поэтому – будут результаты – сразу ко мне, в любой час дня и ночи.
Я не был птенчиком, натасканным после школы решать дифуры и брать интегралы. По обстоятельствам пять лет на заводе Средмаша, от рабочего в цеху до сотрудника заводского КБ, давали некоторые представления о базе проектирования. Здесь я знал немного больше своих именитых начальников. Базовыми были заданы три значения крейсерской скорости – мах М= 0.8; 2.3; 3.0. Десяток дней на формирование матмодели, пара дней на пробивку перфокарт и счет на М-20, день на расшифровку результатов и графики. Показываю результаты. Мах М=3 заведомо уступает двум первым. Мах М=2.3 в заданных параметрах для противной стороны несколько предпочтительней маха М=0.8. Уже вечер, но мой босс спешит в министерство с наказом - сиди у телефона и никуда не отходи. Действительно, несколько раз звонит - что на этом графике, почему вдоль этой оси абсцисс этот параметр, зачем в логарифмах.
Утром узнаю – решение принято. Так родился ТУ-160. Я был поражен – вот как принимаются решения государственной важности! Моя капелька переломила хребет верблюду. А была всего лишь пробой пера, взглядом на проблему с другого ракурса и, безусловно, не отражала всей многогранной ее сложности. Со временем понял - Штаты слукавили и, развивая технику Stels невидимого самолета, устроили шум вокруг проекта сверхзвукового бомбовоза. Наши ВПК и жители ЦК купились как ерш на голый крючок. Я удостоился поощрения – в Высоких Сферах Высокое Лицо Сказало – а, Галимов, знаю. Этот может дать сильное решение! Если бы. В итоге США создали дозвуковой малозаметный В2. СССР понес гигантские убытки. Ту-160 полвека стоит в ангаре, сегодня идейно и физически устаревший, никому ненужный и нестрашный. Здесь нам дано предугадать, как слово наше отзовется - то же будет с ракетами на ядерной тяге. И это – лучший вариант. Но, допустим, эта бомба достигла Нью-Йорка. Следом из космоса приходит фото громадной дымящейся ямы с подписью – здесь была Москва. Следом - такая же с подписью – здесь был Нью-Йорк. Следом над Землей на долгие годы встает Ядерная Зима. Вспомним работы школы
Н.Н. Моисеева уже полувековой давности.
Вслед за программой B2 президент Рейган объявил программу защиты от массированного ракетного нападения (СОИ). Задача, функционально близкая с проблемой астероидной угрозы, однако последовательные итеративные приближения приводят к убеждению, что на фоне слепых и грозных сил Космоса программа СОИ – не более чем закономерный итог мелкой бытовой склоки с большими претензиями. Тогда как Земля – маленькая, хрупкая, беззащитная и очень уязвимая планета, одиноко несущая в мрачной ледяной пустыне слабый огонек разума и цивилизации. Его нетрудно погасить. Трудно сохранить. Мир полон парадоксов и парадоксы правят миром. Клубок нераскрытых загадок и парадоксов оставил период создания ядерного оружия и холодной войны. Сегодня время двоечников и ряженых - подмены анализа событий на подгонку под заданный удобный ответ. Давно сказано - Каждый мнит себя героем, видя бой со стороны [1]. Так я расстался с Войной.
Астероиды символизируют редкие случайные события, каждое из которых может оказаться катастрофическим для цивилизации Земли. Время появления такого Камня сегодня непредсказуемо. Возможно, завтра. Через сто лет. Через миллион, он придет из глубин Космоса. В течение неограниченного времени возможное событие свершается. За свою историю Земля имела несколько столкновений с массивными космическими телами, радикально менявшими течение и направление эволюции на Земле. Так родилась Луна, так вымерли динозавры. Так меняются параметры орбиты Земли. При сотворении мира Боги где-то ошиблись, незавершенная постройка потеряла устойчивость и внезапно взорвалась. Так бывает при стремлении к недостижимому идеалу. По миру полетели громадные камни, сокрушая все на своем пути.
Абсолютное большинство из падающих на Землю астероидов по массе не превышает тунгусского метеорита, и современные ракеты способны отвести такой камень от столкновения c Землей. И в вопросах защиты рассматриваются прежде всего астероиды из этого диапазона [2]. Астероиды с массой более 10–9 массы Земли представляют угрозу цивилизации, пролетая мимо с промахом до десятков радиусов Земли. Ниже на рисунке показано, как вспухает кора Земли под действием сил гравитации при пролете такого камня.
В случае массивного астероида при малом промахе силы гравитации растягивают кору за пределы уровня критических напряжений; происходит разрыв коры и в ней развивается рост трещин. Из сети трещин в направлении астероида вырывается поток раскаленной магмы, излучающей в Космос тепло Земли; после пролета астероида на ее поверхность обрушивается дождь раскаленных камней и это сопровождается многочисленными пожарами, землетрясениями, гигантскими океанскими волнами и атмосферными бурями, огибающими Землю. Ее центровка нарушается, вращение становится неустойчивым и хаотичным. Отдавая тепло в Космос, магма застывает, образуя на поверхности Земли каменную пустыню. Потеряв часть тепла, Земля локально или полностью покрывается коркой льда.
Оледенение, принесенное из Космоса - аналог ядерной зимы. По бытовым меркам такие камни редки – один на миллион и более лет; по космическим это примерно завтра. Единственно результативным средством защиты от такой угрозы сегодня является ядерный взрыв вблизи поверхности астероида на дальностях порядка десятка и более радиусов орбиты Земли с целью отклонить его траекторию на безопасный угол. Потребуются заряды порядка 100 МГТ и более. Современные ракеты ни по массе заряда, ни по энергетике не удовлетворяют таким требованиям. Сравним - астероид массой в одну миллионную массы Земли при скорости 40км/с обладает кинетической энергией 1014 МГТ. Стомегатонный заряд
с полным основанием может спросить, вслед за товарищем Сталиным, – меня боишься? Его - не боишься? Сегодня у нас нет и на ближайшее время не будет средств защиты от смертельных для цивилизации Земли астероидов. На графиках ниже показаны оценки минимальной дальности перехвата для двух вариантов краевых условий – перехват на встречных курсах и на догоне:
в зависимости от энергии заряда Е/Ео для астероидов с относительной массой от 10–15 до 10–6 массы Земли. Верхняя кривая отвечает перехвату на встречных курсах и нижняя - перехвату на догоне. Дальность астероид – Земля дана в единицах среднего радиуса орбиты Земли Rорбиты= 150•106 км. Согласно этим расчетам современным ракетам доступен перехват астероидов массой не более чем ma/Mz=10–12. Возможен перехват астероида ma/Mz=10–9 на догоне; здесь достаточен заряд меньшей энергии и, соответственно, массы. Перехват астероида массой ma/Mz=10–6 и более рассмотренной стратегией исключается. Здесь нужны другие средства.
Решение прозаической инженерной задачи о перехвате астероида есть необходимое (и недостаточное) условие для решения фундаментальных вопросов космологии и биологии; для разгадки физики, стоящей за процессами, которые называют случайными, но где, согласно эмпирическому закону распределения Гаусса и эксперименту, царит строгий порядок. В противном случае может так статься, что эти проблемы попросту некому будет решать. И увлекательные игры на тему – а кто здесь есть самый главный!? – в момент завершатся сами собой банальной ничьей – никому и некому. Астероидная угроза – одна из ряда проблем, решение которых жизненно необходимо цивилизации Земли. Вот еще две – деградации среды обитания и периодических оледенений Земли [3-5]. Космический вариант оледенения дан выше. Астероид служит причиной и триггером динамических процессов оледенения на Земле. И если это так, для роста цивилизации Земли открываются грандиозные перспективы.
Анализ открывает возможности нестандартного пути в создании астероидной защиты при условии решения ряда сопутствующих физических и технических задач. Но вкупе с решением других проблем это потребует затрат, непосильных любой отдельной стране. И трудно представить отдельные европейскую, американскую и китайскую системы астероидной защиты. Как и раздельное решение проблемы отходов. Потребуется объединение ресурсов при грамотном и экономном их использовании. Вместе с тем, рождающиеся при этом идеи, конструктивные решения и технологии будут очевидными свидетельствами прогресса человечества. Ниже на рисунке показана качественная зависимость результата проектирования P(x,n) в показателях – уровень конструирования x и уровень совершенства технологии n. Характерная оценка cовременного уровня - P(x,n)≈1. Новые идеи, конструктивное и технологическое совершенство преобразуют мир новым уровнем качества.
Построенная на базе решения частной физико-технической задачи, эта диаграмма вполне универсальна. Помимо прочего она показывает, что при слабой научной базе и - как следствие – технологии - нельзя достичь высокого результата конструктивным совершенствованием. Высокий уровень науки и технологий открывают дорогу высокому конструктивному совершенству. Ее ограниченность - в игнорировании совокупности моральных критериев.
Такие критерии с необходимостью пронизывают всю ткань общественной жизни; они накладывают жесткие ограничения на отбор технически реализуемых вариантов, но без них прогресс невообразим и это видно из анализа процессов роста цивилизации. Увы, глухому трудно объяснить гармонию музыки глухого Бетховена. В полной мере моральные критерии необходимы при формировании элементов системы астероидной защиты. Общие энергетические закономерности вкупе с моральными критериями отбора предлагают в начальном приближении схему антиастероидного космического корабля как тонкого энергетического диска с высоким уровнем информационной насыщенности; его эскиз в плане представлен ниже.
Наружное кольцо корабля – функциональная область обитания астронавтов и систем защиты жизни. В центре – источник энергии, включающий – наряду с малым атомным реактором - теплообменник для преобразования теплового потока от Солнца в другие формы энергии. Совокупность рефлекторов между энергоцентром и жизненным объемом собирает солнечную энергию для теплообменника. При радиусе наружного кольца порядка одного километра рефлектор в целом может принимать до 16 мегаватт тепловой мощности. Придав кораблю вращение вокруг оси в плоскости кольца с угловой скоростью ω=0,1 с–1 (≈ оборот в минуту), астронавты во внешнем кольце окажутся в условиях привычного земного притяжения g=9,81 м/c2.
Расходуя часть энергии на создание магнитного поля корабля, они получат защиту от потоков заряженной космической пыли и еще приблизятся в условиях обитания к привычным земным. Такой корабль, помещенный в лагранжеву точку пространства, где силы притяжения Солнца и рабочей планеты уравновешены, может оставаться в ней неопределенно долго практически без затрат энергии. При появлении астероидной опасности он направляется навстречу астероиду и реализует перехват на безопасной от Земли дальности. Сеть из таких кораблей на расчетных орбитах в Космосе образует надежную астероидную защиту Земли. И это потребует радикального сокращения накопленного на Земле ядерного потенциала путем размещения его в Космосе на антиастероидных кораблях Сети.
Управление. Человек успешно овладевает знаниями и опытом в оптимальном управлении техническими объектами и иерархией таких объектов. Парадокс в том, что эти знания никак не используются в управлении главным объектом - сообществом людей. Работают две модели управления – монархия или ее вариант – тоталитаризм - и демократия. Первая попросту архаична – из каких бы побуждений она ни рождалась, конец всегда один – жестокая борьба за трон. Универсальными орудиями в этом на все времена являются война, с ее длинным хвостом бедствий и разрухи, и религия.
Рыночная демократия в сравнении с монархией - строй более динамичный. Но стратегические задачи трудно решать общим голосованием, когда накоплен воз горячих сиюминутных проблем. Со временем эти проблемы множатся, поскольку принимаемые управляющие решения хаотичны, фрагментарны, часто ошибочны либо корыстны, и не основаны на анализе текущей и последующей динамики общества в целом. Управление отдается стихии рынка – он все исправит. Но сошлемся на нобелевских лауреатов по экономике Джорджа Акерлоф и Роберта Шиллер (источник - ТРВ – Наука): фишинг (манипуляции и обман) – не болезнь свободного рынка, но его суть - “Невидимая рука рынка” расставляет фишеров в самых разных областях, включая критически важные (политика, медицина и др). Горизонт рынка узок. Он годится как инструмент решения мелких бытовых конфликтов. Безумие возвеличивать рынок с его родовой травмой – подешевле купить, подороже продать - до уровня решения стратегических проблем.
В Космосе не с кем торговаться.
В зависимости от объема накопленного капитала творческий потенциал человека меняется подобно кривой на графике ниже.
Вот статистические факты – нобелевские и филдсовские лауреаты в США и Европе – граждане из среднего класса. Уровень здоровья общества определяется потенциалом каждого его члена. Шедевры прошлого создавались вовсе не в конкурентной борьбе. Глухой Бетховен слышал Музыку Богов. Евклид, Галилей, Ньютон, Эйлер, Эйнштейн, Арнольд не стояли в заочной рыночной сваре. Каждый внимал своей Гармонии Сфер. Теоретики марксизма видели цель во все большем удовлетворении потребностей трудящихся. Термин потребностей остается неопределенным и мы видим, как стремительно растут потребности отдельных трудящихся по мере их удовлетворения. Апологеты рынка призывают – обогащайтесь! Сегодня десяток семейств владеет половиной материальных благ, созданных трудом населения Земли. В этом виден потенциал прогресса.
Царь воспринимает страну как вотчину, где он – Хозяин! (Я – Хозяин Земли Русской!) Стремительное усложнение структуры общества в такой ситуации несет следствием беду эмоциональных и алогичных действий. Так неуравновешенный подросток, проигрывая партию в шахматы, вдруг одним махом сметает с доски все фигуры. Финансисты заняты бесконечным делением пирога. Со временем он явно усыхает, но каждый жаждет кусок побольше и пожирнее. Камень – летит. Физик видит динамическую систему, ограниченную в пространстве объемом и массой Земли, интеллектуально во времени – законами физики и доступными на текущий момент средствами управления или уровнем наших знаний. В отличие от двух первых, интеллектуальная компонента общества при определенных условиях растет вслед за ростом творческого потенциала его членов.
Физики и лирики нашли общую точку в афоризме – красота спасет мир! Великий оригинал Поль Дирак приходит к парадоксальному на первый взгляд заключению - красота уравнений важнее их согласия с результатами эксперимента. Вариационные задачи оптимального управления обладают классической красотой лаконичности. В отличие от методов решения голосованием оптимальное управление динамическими процессами является следствием требования соблюдения законов движения. Запрещается нарушение ограничений, обусловленных законами физики и морали, при движении к заданной цели. Так космический корабль на траектории приземления, следуя уравнениям движения, держится узкого коридора – не развалиться от чрезмерных перегрузок и не сгореть от перегрева [6].
Первый вопрос – о цели управления. В отличие от существующих методов, задачи оптимального управления формулируют ее конкретно и недвусмысленно. Здесь она состоит в сохранении и развитии человеческой цивилизации. Через немыслимые миллиарды лет Солнце погаснет, но цивилизацию нужно сохранить как Уникальное Творение Природы.
Сама задача является эволюционной – начиная с простых схем для решения узких локальных вопросов, она естественным образом будет побуждать к новым знаниям, обрастать новыми деталями, идеями, вариантами и масштабом. Современное развитие вычислительной электроники и информационных сетей позволяет ставить задачи такого уровня. В итоге лукавые методы формирования управления – друзьям все, остальным – закон – заменяются беспристрастными оценками - способствует прогрессу или тормозит его. Каждый житель Земли сможет, протестировав новую версию алгоритма на множестве контрольных ситуаций, составить представление о ее качестве. Бесконечная Бесплодная Болтовня уступает место бесконечному процессу совершенствования от достигнутого на объективной основе. Интернет уже работает как элемент такой программы. Пример – каждое достижение в лечении раковых болезней сегодня тут же становится известным всей мировой медицине. Итог – многие формы рака, вчера означавшие приговор, сегодня излечиваются.
Коллективный интеллект заведомо мощнее интеллекта каждого его члена в отдельности, но - мир непредсказуемо сложен, наши знания ограничены. Простых стратегий управления нет, в процессе поиска ошибки неизбежны, главное – в способах их исправления. И здесь важно не опоздать. Внуки, ваш черед.
Оптимальная структура общества по определению гуманистична - сменив приоритеты ценностей, она не оставляет места безмерному обогащению одних за счет унизительной нищеты других, равно как и бесплодной имитации бурной деятельности. Такие стратегии заведомо неоптимальны – творческий потенциал общества необходимо держать вблизи максимума. Концлагеря отменяются – оптимальная динамическая система - продукт постоянного творчества свободных граждан. Со временем наши знания об окружающем мире безмерно расширяются. Субъективные предпочтения отдельного лица отсекаются и через короткое время понятие “коррупция” за ненадобностью уходит в разряд архаичных. Что препятствует такой динамике, это общество потребления и его производная - вялость и ограниченность общественной мысли.
Как образец - эпизод из советского периода жизни. Непритязательная шутка Литгазеты: ученые неопровержимо доказали – люди, что едят яблоки, умирают! – породила день траура в институте садоводства в Бирюлеве – оказывается, от наших яблок люди умирают! Так! Другой пример – результат статистического эксперимента. Читатели предварительных вариантов данной работы все как один заключали – так много - миллион лет - это не про нас! Господа, напрягитесь и попробуйте представить ситуацию, когда этот миллион не начинается с вас, а как раз на вас заканчивается. Вам неизвестна точка отсчета. Космос дал землянам шанс. Математика конфликта говорит – воспользуйтесь им, другого для вас не будет.
Демократия, реализованная в алгоритмах оптимального управления, работает в режиме ежесекундного отклика на каждое изменение в структуре общества и среде обитания. Каждый человек получает доступ к необходимой ему информации и ответ на любой вопрос. Предложение каждой кухарки по коррекции управления будет принято, если оно удовлетворяет необходимым условиям оптимальности. В пределе на этом трудном и достойном пути человек становится органичной и светлой частью мира.
И Боги будут ему завидовать.
Выше рассмотрен оптимальный вариант прогрессивного пути эволюции общества. Но его современное состояние разброда далеко от оптимального и допускает выбросы в альтернативные пути эволюции. В статье академика Е.Б. Александрова “Дырка от бублика большой науки” находим большую коллекцию примеров дегенеративных тупиковых вариантов. Прогресс науки сопровождается как добросовестными заблуждениями, так и хапужным авантюризмом. Играя на невежестве президента и жонглируя наукообразными терминами, эти выбивали сотни миллионов на проекты торсионных полей, гравицапы, извлечения энергии из камня, экстрасенсорных чудес и других подобных авантюр.
Протесты мудрых академиков отметаются с порога – это вы так думаете, а есть люди, которые думают иначе. Да, есть, и таких много больше. Известно – чиновник падок на халяву. Пределы решения острых проблем рыночным инструментарием вскрыла “Новая газета” (N36 06. 04. 2018). По наследству в России проблема утилизации мусора решается просто – его от века сваливают в общие кучи, со временем выросшие в мусорные холмы. Пришло время и процессы брожения в этих холмах стали угрожать здоровью и жизни жителей близлежащих городов. И обнаружился академический институт, который на опережение занимался этой проблемой. Лабораторный плазменный прибор с высоким кпд разлагает мусор до уровня нейтральных атомов; принципиальный путь решения проблемы очерчен. И это вызвало интерес у потенциальных инвесторов – бизнесменов и банкиров. Но путь от прибора до завода долгий. Первый вопрос – что я буду с этого иметь и когда затраты окупятся – гасил энтузиазм – лучше я куплю стандартный мусоросжигательный завод. Вопрос, как быть с проблемой диоксидов – ядовитых побочных продуктов пиролиза – отметался честным ответом – не моя проблема, на мой век хватит этой кучи. Такова логика рынка.
Вспомним мудрого Никиту Николаевича Моисеева - Как далеко до завтрашнего дня…[7]. Цивилизация достигла уровня, где она способна многократно себя уничтожить. Способна ли она подняться до уровня, где могла бы себя сохранить?
___________________
Использованная Литература
1 Шота Руставели. Витязь в тигровой шкуре. XII век н.э.
2 Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра. Коллектив авторов. Физматлит, 2013 г.
3 И. Делюсина. Климат разбушевался. ТрВ Наука № 13, 16 2017 г.
4 Н.М. Чумаков. Оледенения Земли. Природа № 7 2017 г.
5 ТрВ Наука № 25 19. 12. 2017г.
6 Галимов Р.К. Управление траекторией спуска гиперзвуковой летающей лаборатории, минимизирующее тепловой поток к ее поверхности. XXI научные чтения по космонавтике. Москва, ИИЕТ, 1997 г.
7 Н.Н. Моисеев Как далеко до завтрашнего дня... Москва, 2002 г.
Вы также можете подписаться на мои страницы:
- в фейсбуке: https://www.facebook.com/podosokorskiy
- в твиттере: https://twitter.com/podosokorsky
- в контакте: http://vk.com/podosokorskiy
- в инстаграм: https://www.instagram.com/podosokorsky/
- в телеграм: http://telegram.me/podosokorsky
- в одноклассниках: https://ok.ru/podosokorsky
Об астероидной угрозе цивилизации на Земле
Он смотрит на планету,
Как будто небосвод
Относится к предмету
Его ночных забот.
Не спи, не спи, работай,
Не прерывай труда,
Не спи, борись с дремотой,
Как летчик, как звезда.
Не спи, не спи, художник,
Не предавайся сну, -
Ты – вечности заложник
У времени в плену!
Борис Пастернак
Внукам.
Пятого марта 1953 года объявили о смерти Сталина. День был сырым и мрачным. Поселок вырос в лесах среди лагерей из ссыльных и бывших зеков в атмосфере классовой ненависти, разделенный на две несопрягаемые доли - лагерь и его вохру. Сипит динамик на столбе. Хмуро слушаем про дыхание Чейна. Страшно - с двух лет я знаю фугасные бомбы, которыми нас в сорок первом каждую ночь засыпали фашистские бомбовозы - из трех братьев-погодков в живых остался я один. Только мы победили фашистов, и вот нет защитника - товарища Сталина и дяде Сэму некого бояться, и он спалит нас в атомном пекле. В газетах я видел, как тощий, весь в черном, в наглом цилиндре и остроносых туфлях дядя Сэм отплясывает Витта, жонглируя атомной бомбой. Не вязалось одно – тот же дядя в войну решительно помог моей стране, спас от смерти моего отца, меня, околевающего от голода и холода, накормил тушенкой, одел в теплое пальто, шерстяные рейтузы и башмаки на меху.
Обожженные войной, мы были напрочь отделены от следующих поколений. Невозможно рассказать про бомбежку не сидевшим в бомбоубежище, когда все грохочет, стонет, трясется, под потолком тусклая лампочка мотается в тумане дыхания сотен людей, и если выйдешь живым, то другим. Сколько бы я ни рассказывал Дуняше, что хлеб нам давали раз в день кусочком и крошек на столе мы не оставляли, в конце был неизменный вопрос - а тортики вам давали? Представления внуков о мире весьма облегченные. и наш опыт им неинтересен. Жаль - им предстоит непростая жизнь - разгребать наследие прошлого.
В девяностые годы, в перестройку, я много общался с американскими и немецкими студентами – денег на жизнь не было, и мы сдавали комнату. Разумные, интеллигентные и доброжелательные ребята из благополучного мира. И снова – бомбы, уже на ядерной тяге и, невероятно, грозит миру ими - Россия! И я говорю внукам – не верьте! Мир не таков. Преодолейте это состояние помраченного сознания, как любовь к свиным рулькам с баварским пивом. Работайте, творите, дерзайте, и вы, и ваши внуки сделаете мир разумнее и чище. Война не отпускала - в 1968 году я, выпускник Физтеха, получил первое задание в базовом институте - проанализировать варианты проектируемого стратегического бомбардировщика. Мой начальник объяснил – США имеют дозвуковой В52 и проектируют сверхзвуковой. Мы не можем замахнуться на два и нужно выбирать – дозвук или сверхзвук. Об этом в министерстве идут долгие баталии между армией и промышленностью. Поэтому – будут результаты – сразу ко мне, в любой час дня и ночи.
Я не был птенчиком, натасканным после школы решать дифуры и брать интегралы. По обстоятельствам пять лет на заводе Средмаша, от рабочего в цеху до сотрудника заводского КБ, давали некоторые представления о базе проектирования. Здесь я знал немного больше своих именитых начальников. Базовыми были заданы три значения крейсерской скорости – мах М= 0.8; 2.3; 3.0. Десяток дней на формирование матмодели, пара дней на пробивку перфокарт и счет на М-20, день на расшифровку результатов и графики. Показываю результаты. Мах М=3 заведомо уступает двум первым. Мах М=2.3 в заданных параметрах для противной стороны несколько предпочтительней маха М=0.8. Уже вечер, но мой босс спешит в министерство с наказом - сиди у телефона и никуда не отходи. Действительно, несколько раз звонит - что на этом графике, почему вдоль этой оси абсцисс этот параметр, зачем в логарифмах.
Утром узнаю – решение принято. Так родился ТУ-160. Я был поражен – вот как принимаются решения государственной важности! Моя капелька переломила хребет верблюду. А была всего лишь пробой пера, взглядом на проблему с другого ракурса и, безусловно, не отражала всей многогранной ее сложности. Со временем понял - Штаты слукавили и, развивая технику Stels невидимого самолета, устроили шум вокруг проекта сверхзвукового бомбовоза. Наши ВПК и жители ЦК купились как ерш на голый крючок. Я удостоился поощрения – в Высоких Сферах Высокое Лицо Сказало – а, Галимов, знаю. Этот может дать сильное решение! Если бы. В итоге США создали дозвуковой малозаметный В2. СССР понес гигантские убытки. Ту-160 полвека стоит в ангаре, сегодня идейно и физически устаревший, никому ненужный и нестрашный. Здесь нам дано предугадать, как слово наше отзовется - то же будет с ракетами на ядерной тяге. И это – лучший вариант. Но, допустим, эта бомба достигла Нью-Йорка. Следом из космоса приходит фото громадной дымящейся ямы с подписью – здесь была Москва. Следом - такая же с подписью – здесь был Нью-Йорк. Следом над Землей на долгие годы встает Ядерная Зима. Вспомним работы школы
Н.Н. Моисеева уже полувековой давности.
Вслед за программой B2 президент Рейган объявил программу защиты от массированного ракетного нападения (СОИ). Задача, функционально близкая с проблемой астероидной угрозы, однако последовательные итеративные приближения приводят к убеждению, что на фоне слепых и грозных сил Космоса программа СОИ – не более чем закономерный итог мелкой бытовой склоки с большими претензиями. Тогда как Земля – маленькая, хрупкая, беззащитная и очень уязвимая планета, одиноко несущая в мрачной ледяной пустыне слабый огонек разума и цивилизации. Его нетрудно погасить. Трудно сохранить. Мир полон парадоксов и парадоксы правят миром. Клубок нераскрытых загадок и парадоксов оставил период создания ядерного оружия и холодной войны. Сегодня время двоечников и ряженых - подмены анализа событий на подгонку под заданный удобный ответ. Давно сказано - Каждый мнит себя героем, видя бой со стороны [1]. Так я расстался с Войной.
Астероиды символизируют редкие случайные события, каждое из которых может оказаться катастрофическим для цивилизации Земли. Время появления такого Камня сегодня непредсказуемо. Возможно, завтра. Через сто лет. Через миллион, он придет из глубин Космоса. В течение неограниченного времени возможное событие свершается. За свою историю Земля имела несколько столкновений с массивными космическими телами, радикально менявшими течение и направление эволюции на Земле. Так родилась Луна, так вымерли динозавры. Так меняются параметры орбиты Земли. При сотворении мира Боги где-то ошиблись, незавершенная постройка потеряла устойчивость и внезапно взорвалась. Так бывает при стремлении к недостижимому идеалу. По миру полетели громадные камни, сокрушая все на своем пути.
Абсолютное большинство из падающих на Землю астероидов по массе не превышает тунгусского метеорита, и современные ракеты способны отвести такой камень от столкновения c Землей. И в вопросах защиты рассматриваются прежде всего астероиды из этого диапазона [2]. Астероиды с массой более 10–9 массы Земли представляют угрозу цивилизации, пролетая мимо с промахом до десятков радиусов Земли. Ниже на рисунке показано, как вспухает кора Земли под действием сил гравитации при пролете такого камня.
В случае массивного астероида при малом промахе силы гравитации растягивают кору за пределы уровня критических напряжений; происходит разрыв коры и в ней развивается рост трещин. Из сети трещин в направлении астероида вырывается поток раскаленной магмы, излучающей в Космос тепло Земли; после пролета астероида на ее поверхность обрушивается дождь раскаленных камней и это сопровождается многочисленными пожарами, землетрясениями, гигантскими океанскими волнами и атмосферными бурями, огибающими Землю. Ее центровка нарушается, вращение становится неустойчивым и хаотичным. Отдавая тепло в Космос, магма застывает, образуя на поверхности Земли каменную пустыню. Потеряв часть тепла, Земля локально или полностью покрывается коркой льда.
Оледенение, принесенное из Космоса - аналог ядерной зимы. По бытовым меркам такие камни редки – один на миллион и более лет; по космическим это примерно завтра. Единственно результативным средством защиты от такой угрозы сегодня является ядерный взрыв вблизи поверхности астероида на дальностях порядка десятка и более радиусов орбиты Земли с целью отклонить его траекторию на безопасный угол. Потребуются заряды порядка 100 МГТ и более. Современные ракеты ни по массе заряда, ни по энергетике не удовлетворяют таким требованиям. Сравним - астероид массой в одну миллионную массы Земли при скорости 40км/с обладает кинетической энергией 1014 МГТ. Стомегатонный заряд
с полным основанием может спросить, вслед за товарищем Сталиным, – меня боишься? Его - не боишься? Сегодня у нас нет и на ближайшее время не будет средств защиты от смертельных для цивилизации Земли астероидов. На графиках ниже показаны оценки минимальной дальности перехвата для двух вариантов краевых условий – перехват на встречных курсах и на догоне:
в зависимости от энергии заряда Е/Ео для астероидов с относительной массой от 10–15 до 10–6 массы Земли. Верхняя кривая отвечает перехвату на встречных курсах и нижняя - перехвату на догоне. Дальность астероид – Земля дана в единицах среднего радиуса орбиты Земли Rорбиты= 150•106 км. Согласно этим расчетам современным ракетам доступен перехват астероидов массой не более чем ma/Mz=10–12. Возможен перехват астероида ma/Mz=10–9 на догоне; здесь достаточен заряд меньшей энергии и, соответственно, массы. Перехват астероида массой ma/Mz=10–6 и более рассмотренной стратегией исключается. Здесь нужны другие средства.
Решение прозаической инженерной задачи о перехвате астероида есть необходимое (и недостаточное) условие для решения фундаментальных вопросов космологии и биологии; для разгадки физики, стоящей за процессами, которые называют случайными, но где, согласно эмпирическому закону распределения Гаусса и эксперименту, царит строгий порядок. В противном случае может так статься, что эти проблемы попросту некому будет решать. И увлекательные игры на тему – а кто здесь есть самый главный!? – в момент завершатся сами собой банальной ничьей – никому и некому. Астероидная угроза – одна из ряда проблем, решение которых жизненно необходимо цивилизации Земли. Вот еще две – деградации среды обитания и периодических оледенений Земли [3-5]. Космический вариант оледенения дан выше. Астероид служит причиной и триггером динамических процессов оледенения на Земле. И если это так, для роста цивилизации Земли открываются грандиозные перспективы.
Анализ открывает возможности нестандартного пути в создании астероидной защиты при условии решения ряда сопутствующих физических и технических задач. Но вкупе с решением других проблем это потребует затрат, непосильных любой отдельной стране. И трудно представить отдельные европейскую, американскую и китайскую системы астероидной защиты. Как и раздельное решение проблемы отходов. Потребуется объединение ресурсов при грамотном и экономном их использовании. Вместе с тем, рождающиеся при этом идеи, конструктивные решения и технологии будут очевидными свидетельствами прогресса человечества. Ниже на рисунке показана качественная зависимость результата проектирования P(x,n) в показателях – уровень конструирования x и уровень совершенства технологии n. Характерная оценка cовременного уровня - P(x,n)≈1. Новые идеи, конструктивное и технологическое совершенство преобразуют мир новым уровнем качества.
Построенная на базе решения частной физико-технической задачи, эта диаграмма вполне универсальна. Помимо прочего она показывает, что при слабой научной базе и - как следствие – технологии - нельзя достичь высокого результата конструктивным совершенствованием. Высокий уровень науки и технологий открывают дорогу высокому конструктивному совершенству. Ее ограниченность - в игнорировании совокупности моральных критериев.
Такие критерии с необходимостью пронизывают всю ткань общественной жизни; они накладывают жесткие ограничения на отбор технически реализуемых вариантов, но без них прогресс невообразим и это видно из анализа процессов роста цивилизации. Увы, глухому трудно объяснить гармонию музыки глухого Бетховена. В полной мере моральные критерии необходимы при формировании элементов системы астероидной защиты. Общие энергетические закономерности вкупе с моральными критериями отбора предлагают в начальном приближении схему антиастероидного космического корабля как тонкого энергетического диска с высоким уровнем информационной насыщенности; его эскиз в плане представлен ниже.
Наружное кольцо корабля – функциональная область обитания астронавтов и систем защиты жизни. В центре – источник энергии, включающий – наряду с малым атомным реактором - теплообменник для преобразования теплового потока от Солнца в другие формы энергии. Совокупность рефлекторов между энергоцентром и жизненным объемом собирает солнечную энергию для теплообменника. При радиусе наружного кольца порядка одного километра рефлектор в целом может принимать до 16 мегаватт тепловой мощности. Придав кораблю вращение вокруг оси в плоскости кольца с угловой скоростью ω=0,1 с–1 (≈ оборот в минуту), астронавты во внешнем кольце окажутся в условиях привычного земного притяжения g=9,81 м/c2.
Расходуя часть энергии на создание магнитного поля корабля, они получат защиту от потоков заряженной космической пыли и еще приблизятся в условиях обитания к привычным земным. Такой корабль, помещенный в лагранжеву точку пространства, где силы притяжения Солнца и рабочей планеты уравновешены, может оставаться в ней неопределенно долго практически без затрат энергии. При появлении астероидной опасности он направляется навстречу астероиду и реализует перехват на безопасной от Земли дальности. Сеть из таких кораблей на расчетных орбитах в Космосе образует надежную астероидную защиту Земли. И это потребует радикального сокращения накопленного на Земле ядерного потенциала путем размещения его в Космосе на антиастероидных кораблях Сети.
Управление. Человек успешно овладевает знаниями и опытом в оптимальном управлении техническими объектами и иерархией таких объектов. Парадокс в том, что эти знания никак не используются в управлении главным объектом - сообществом людей. Работают две модели управления – монархия или ее вариант – тоталитаризм - и демократия. Первая попросту архаична – из каких бы побуждений она ни рождалась, конец всегда один – жестокая борьба за трон. Универсальными орудиями в этом на все времена являются война, с ее длинным хвостом бедствий и разрухи, и религия.
Рыночная демократия в сравнении с монархией - строй более динамичный. Но стратегические задачи трудно решать общим голосованием, когда накоплен воз горячих сиюминутных проблем. Со временем эти проблемы множатся, поскольку принимаемые управляющие решения хаотичны, фрагментарны, часто ошибочны либо корыстны, и не основаны на анализе текущей и последующей динамики общества в целом. Управление отдается стихии рынка – он все исправит. Но сошлемся на нобелевских лауреатов по экономике Джорджа Акерлоф и Роберта Шиллер (источник - ТРВ – Наука): фишинг (манипуляции и обман) – не болезнь свободного рынка, но его суть - “Невидимая рука рынка” расставляет фишеров в самых разных областях, включая критически важные (политика, медицина и др). Горизонт рынка узок. Он годится как инструмент решения мелких бытовых конфликтов. Безумие возвеличивать рынок с его родовой травмой – подешевле купить, подороже продать - до уровня решения стратегических проблем.
В Космосе не с кем торговаться.
В зависимости от объема накопленного капитала творческий потенциал человека меняется подобно кривой на графике ниже.
Вот статистические факты – нобелевские и филдсовские лауреаты в США и Европе – граждане из среднего класса. Уровень здоровья общества определяется потенциалом каждого его члена. Шедевры прошлого создавались вовсе не в конкурентной борьбе. Глухой Бетховен слышал Музыку Богов. Евклид, Галилей, Ньютон, Эйлер, Эйнштейн, Арнольд не стояли в заочной рыночной сваре. Каждый внимал своей Гармонии Сфер. Теоретики марксизма видели цель во все большем удовлетворении потребностей трудящихся. Термин потребностей остается неопределенным и мы видим, как стремительно растут потребности отдельных трудящихся по мере их удовлетворения. Апологеты рынка призывают – обогащайтесь! Сегодня десяток семейств владеет половиной материальных благ, созданных трудом населения Земли. В этом виден потенциал прогресса.
Царь воспринимает страну как вотчину, где он – Хозяин! (Я – Хозяин Земли Русской!) Стремительное усложнение структуры общества в такой ситуации несет следствием беду эмоциональных и алогичных действий. Так неуравновешенный подросток, проигрывая партию в шахматы, вдруг одним махом сметает с доски все фигуры. Финансисты заняты бесконечным делением пирога. Со временем он явно усыхает, но каждый жаждет кусок побольше и пожирнее. Камень – летит. Физик видит динамическую систему, ограниченную в пространстве объемом и массой Земли, интеллектуально во времени – законами физики и доступными на текущий момент средствами управления или уровнем наших знаний. В отличие от двух первых, интеллектуальная компонента общества при определенных условиях растет вслед за ростом творческого потенциала его членов.
Физики и лирики нашли общую точку в афоризме – красота спасет мир! Великий оригинал Поль Дирак приходит к парадоксальному на первый взгляд заключению - красота уравнений важнее их согласия с результатами эксперимента. Вариационные задачи оптимального управления обладают классической красотой лаконичности. В отличие от методов решения голосованием оптимальное управление динамическими процессами является следствием требования соблюдения законов движения. Запрещается нарушение ограничений, обусловленных законами физики и морали, при движении к заданной цели. Так космический корабль на траектории приземления, следуя уравнениям движения, держится узкого коридора – не развалиться от чрезмерных перегрузок и не сгореть от перегрева [6].
Первый вопрос – о цели управления. В отличие от существующих методов, задачи оптимального управления формулируют ее конкретно и недвусмысленно. Здесь она состоит в сохранении и развитии человеческой цивилизации. Через немыслимые миллиарды лет Солнце погаснет, но цивилизацию нужно сохранить как Уникальное Творение Природы.
Сама задача является эволюционной – начиная с простых схем для решения узких локальных вопросов, она естественным образом будет побуждать к новым знаниям, обрастать новыми деталями, идеями, вариантами и масштабом. Современное развитие вычислительной электроники и информационных сетей позволяет ставить задачи такого уровня. В итоге лукавые методы формирования управления – друзьям все, остальным – закон – заменяются беспристрастными оценками - способствует прогрессу или тормозит его. Каждый житель Земли сможет, протестировав новую версию алгоритма на множестве контрольных ситуаций, составить представление о ее качестве. Бесконечная Бесплодная Болтовня уступает место бесконечному процессу совершенствования от достигнутого на объективной основе. Интернет уже работает как элемент такой программы. Пример – каждое достижение в лечении раковых болезней сегодня тут же становится известным всей мировой медицине. Итог – многие формы рака, вчера означавшие приговор, сегодня излечиваются.
Коллективный интеллект заведомо мощнее интеллекта каждого его члена в отдельности, но - мир непредсказуемо сложен, наши знания ограничены. Простых стратегий управления нет, в процессе поиска ошибки неизбежны, главное – в способах их исправления. И здесь важно не опоздать. Внуки, ваш черед.
Оптимальная структура общества по определению гуманистична - сменив приоритеты ценностей, она не оставляет места безмерному обогащению одних за счет унизительной нищеты других, равно как и бесплодной имитации бурной деятельности. Такие стратегии заведомо неоптимальны – творческий потенциал общества необходимо держать вблизи максимума. Концлагеря отменяются – оптимальная динамическая система - продукт постоянного творчества свободных граждан. Со временем наши знания об окружающем мире безмерно расширяются. Субъективные предпочтения отдельного лица отсекаются и через короткое время понятие “коррупция” за ненадобностью уходит в разряд архаичных. Что препятствует такой динамике, это общество потребления и его производная - вялость и ограниченность общественной мысли.
Как образец - эпизод из советского периода жизни. Непритязательная шутка Литгазеты: ученые неопровержимо доказали – люди, что едят яблоки, умирают! – породила день траура в институте садоводства в Бирюлеве – оказывается, от наших яблок люди умирают! Так! Другой пример – результат статистического эксперимента. Читатели предварительных вариантов данной работы все как один заключали – так много - миллион лет - это не про нас! Господа, напрягитесь и попробуйте представить ситуацию, когда этот миллион не начинается с вас, а как раз на вас заканчивается. Вам неизвестна точка отсчета. Космос дал землянам шанс. Математика конфликта говорит – воспользуйтесь им, другого для вас не будет.
Демократия, реализованная в алгоритмах оптимального управления, работает в режиме ежесекундного отклика на каждое изменение в структуре общества и среде обитания. Каждый человек получает доступ к необходимой ему информации и ответ на любой вопрос. Предложение каждой кухарки по коррекции управления будет принято, если оно удовлетворяет необходимым условиям оптимальности. В пределе на этом трудном и достойном пути человек становится органичной и светлой частью мира.
И Боги будут ему завидовать.
Выше рассмотрен оптимальный вариант прогрессивного пути эволюции общества. Но его современное состояние разброда далеко от оптимального и допускает выбросы в альтернативные пути эволюции. В статье академика Е.Б. Александрова “Дырка от бублика большой науки” находим большую коллекцию примеров дегенеративных тупиковых вариантов. Прогресс науки сопровождается как добросовестными заблуждениями, так и хапужным авантюризмом. Играя на невежестве президента и жонглируя наукообразными терминами, эти выбивали сотни миллионов на проекты торсионных полей, гравицапы, извлечения энергии из камня, экстрасенсорных чудес и других подобных авантюр.
Протесты мудрых академиков отметаются с порога – это вы так думаете, а есть люди, которые думают иначе. Да, есть, и таких много больше. Известно – чиновник падок на халяву. Пределы решения острых проблем рыночным инструментарием вскрыла “Новая газета” (N36 06. 04. 2018). По наследству в России проблема утилизации мусора решается просто – его от века сваливают в общие кучи, со временем выросшие в мусорные холмы. Пришло время и процессы брожения в этих холмах стали угрожать здоровью и жизни жителей близлежащих городов. И обнаружился академический институт, который на опережение занимался этой проблемой. Лабораторный плазменный прибор с высоким кпд разлагает мусор до уровня нейтральных атомов; принципиальный путь решения проблемы очерчен. И это вызвало интерес у потенциальных инвесторов – бизнесменов и банкиров. Но путь от прибора до завода долгий. Первый вопрос – что я буду с этого иметь и когда затраты окупятся – гасил энтузиазм – лучше я куплю стандартный мусоросжигательный завод. Вопрос, как быть с проблемой диоксидов – ядовитых побочных продуктов пиролиза – отметался честным ответом – не моя проблема, на мой век хватит этой кучи. Такова логика рынка.
Вспомним мудрого Никиту Николаевича Моисеева - Как далеко до завтрашнего дня…[7]. Цивилизация достигла уровня, где она способна многократно себя уничтожить. Способна ли она подняться до уровня, где могла бы себя сохранить?
___________________
Использованная Литература
1 Шота Руставели. Витязь в тигровой шкуре. XII век н.э.
2 Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра. Коллектив авторов. Физматлит, 2013 г.
3 И. Делюсина. Климат разбушевался. ТрВ Наука № 13, 16 2017 г.
4 Н.М. Чумаков. Оледенения Земли. Природа № 7 2017 г.
5 ТрВ Наука № 25 19. 12. 2017г.
6 Галимов Р.К. Управление траекторией спуска гиперзвуковой летающей лаборатории, минимизирующее тепловой поток к ее поверхности. XXI научные чтения по космонавтике. Москва, ИИЕТ, 1997 г.
7 Н.Н. Моисеев Как далеко до завтрашнего дня... Москва, 2002 г.
Вы также можете подписаться на мои страницы:
- в фейсбуке: https://www.facebook.com/podosokorskiy
- в твиттере: https://twitter.com/podosokorsky
- в контакте: http://vk.com/podosokorskiy
- в инстаграм: https://www.instagram.com/podosokorsky/
- в телеграм: http://telegram.me/podosokorsky
- в одноклассниках: https://ok.ru/podosokorsky
29.07.2018, 215 просмотров.