XX век: новейшая история

В XX в. процессы научно-технического развития приобрели крайне интенсивный, «взрывообразный» характер. Невозможно сколь-нибудь полно описать все, что было сделано за это столь богатое событиями столетие. В XX в. работает огромное число ученых и инженеров; социальный институт науки XX в. часто характеризуют как «большую науку» — в равной мере можно говорить и о наступлении эпохи «большой инженерии».

Первая половина века

К началу столетия формируется широкая сеть технического образования, действует множество высших технических школ и технических факультетов.

Важность научно-технической деятельности осознают все сильнее, и ее начинают координировать на государственном уровне. Например, в США создается (1915) Национальный консультативный комитет по аэронавтике и Военно-морской комитет под руководством Т. Эдисона. В Германии с 1911 г. действует Общество кайзера Вильгельма, под эгидой которого учреждается целая группа научных институтов (по физике, химии, изучению мозга и др.). Так, фундаментальное открытие распада урана было совершено в химическом институте Вильгельма.

Возникают научно-исследовательские лаборатории при крупных корпорациях («General Electric», «AT&T» и др.).

Промышленность вступает в эпоху массового производства. В 1913 г. в США г. Форд впервые применяет конвейерную технологию сборки автомобилей, что резко повышает производительность труда, а также ведет к существенной стандартизации продукции. Американский инженер-механик Ф. Тейлор вводит рациональную систему организации труда («Принципы научного менеджмента», 1911), призванную обеспечить наиболее эффективную производственную деятельность. Новые промышленные методы США сыграли огромную роль в прогрессе американской индустрии и позже стали образцом для всех развитых стран.

В физической науке с первых десятилетий XX в. происходят революционные изменения.

У. Томсон, говоривший о «лишь двух облачках» на завершающемся здании физики, заявлял также в 1907 г., что атом есть навсегда созданная монолитная частица; однако он опять ошибся в своем суждении. Новые рубежи физики открылись с квантовой теорией (М. Планк, Н. Бор, В. Гейзенберг, В. Паули и другие) и теорией относительности (А. Эйнштейн). Физика XX в. отбрасывает ряд классических представлений (абсолютное пространство и время, непрерывность, неделимость атома и др.) и строит существенно неклассическую картину мира. Проникновение науки вглубь строения материи — в мир атомов и элементарных частиц — позже привело и к принципиально новым технологическим возможностям (ядерная энергетика, квантовая электроника и др.).

Сопротивление материалов и строительная техника. Продолжают развиваться фундаментальные технические дисциплины, основы которых были заложены в предыдущем столетии. К началу XX в. ряд крупных успехов достигнут в такой важнейшей общетехпической науке, как сопротивление материалов. К этому времени она стала стандартным базисным курсом в подготовке инженеров. Эта дисциплина претерпела долгую эволюцию; в числе ее разработчиков (начиная с XVII в.) — Г. Галилей, Р. Гук, Л. Эйлер, Ш. Кулон, Г. Ламе, Б. Клапейрон, Дж. Максвелл, А. Сен-Венан и многие другие. Среди крупных отечественных ученых в этой области — М. В. Остроградский, А. Н. Крылов, С. П. Тимошенко, Д. И. Журавский, Ф. С. Ясинский, В. Л. Кирпичев и другие.

С выходом к более детальным знаниям о микроструктуре материалов классическая наука о прочности стала дополняться новыми представлениями — в частности, идеями о процессах развития микротрещин в материалах, что привело к созданию теории трещин и далее — к разработке так называемой механики разрушения. Начало им положили результаты А. Гриффитса (1920).

Примером того, какого уровня достигло строительное дело в начале XX в., может служить деятельность замечательного российского ученого и инженера В. Г. Шухова (1853—1939), которого называли «русским Эдисоном». Сам он в совершенстве знал теорию прочности (и создал собственный метод исследования задач по сопротивлению материалов). Одно из достижений В. Г. Шухова — изобретение сетчатых гиперболоидных конструкций (по типу «плетеной корзины»). В 1920—1922 гг. по его проекту в Москве на Шаболовке была построена радиотелеграфная железная башня высотой около 160 м, с которой в 1939 г. началось транслирование телепередач.

Новое энергоснабжение. С начала XX в. активно идет становление новой энергетики и технологии, основанной на новом энергоснабжении. Господство паровой техники, характерное для XIX в., сменяется эпохой электричества и двигателей внутреннего сгорания. Бурно развиваются отрасли, связанные с производством и использованием электричества, нефти и газа.

Нефтегазовая промышленность прогрессирует по многим направлениям в связи с самыми различными запросами: здесь и массовое автомобилестроение, и нефтехимическая индустрия, становящаяся все более широкой (смазочные материалы, электроизоляционные среды, растворители и т. п.), и бытовые потребности (освещение, отопление и т. п.), и многое другое.

В индустриальных странах активно идет электрификация, развертывается сеть строительства электростанций. В России с начала века тоже строят ряд крупных электростанций, однако полностью широкомасштабный проект электрификации страны был выполнен только в советский период (план ГОЭЛРО, 1920;1931).

Все большее число ученых и инженеров работает над решением возникающих в связи с этим технических задач. Стоит отметить, что в становление новой энергетики и основанной на ней техники большой вклад внесли отечественные ученые. В области теплотехники работали В. И. Гриневецкий, М. В. Кирпичев, А. А. Радциг, Л. К. Рамзин (первый директор Всесоюзного теплотехнического института) и многие другие. В развитии мировой нефтяной индустрии важные результаты принадлежат уже известному нам В. Г. Шухову: это изобретенная им техника нефтепроводов, нефтеналивных судов, технология нефтепереработки и др.

Авиация. Ракетная техника. Аэродинамика — еще одна из фундаментальных инженерно-технических дисциплин, основы которой появились в конце XIX в. Теперь она вступает в период интенсивного развития вместе с разработкой авиационной техники.

Значительный вклад в механику сплошных сред сделал немецкий ученый Л. Прандтль (1875—1953) из знаменитого Геттингенского университета. Выдвинутая им в начале XX в. (1904) теория пограничного слоя сформировала связь между понятиями идеальной и реальной (вязкой) жидкости и имела широкие практические приложения к различным вопросам техники (аэродинамические поверхности, теория пропеллера, смазка и др.). В 1908 г. Прандтль приступает к аэродинамическим экспериментам (с помощью разработанной им аэродинамической трубы) и продолжает теоретические исследования проблем авиации.

Н. Е. Жуковский в первые два десятилетия XX в. решает ряд фундаментальных теоретических проблем: решение задачи о подъемной силе, теория крыла, вихревая теория винта, разработка методов расчета самолетных конструкций и их прочности и др. Все это становится основой современной авиационной науки. Крупный вклад в разработку формы крыла внес С. А. Чаплыгин, сформулировавший важные закономерности динамики газовых струй (значение которых раскрылось лишь во второй половине XX в.) и др. Работы Жуковского и Чаплыгина заложили основы отечественной школы авиатехники и получили мировое признание.

Отечественное самолетостроение всемирно прославлено такими именами, как Д. П. Григорович, А. Н. Туполев, С. В. Илыошин, А. С. Яковлев, С. А. Лавочкин, Н. Н. Поликарпов, А. И. Микоян, П. О. Сухой. Работами советских авиаинженеров был обеспечен немалый вклад в победу в Великой отечественной войне. Авиационная техника сама по себе стала комплексной отраслью и стимулом развития других отраслей, так как сочетала в себе проблемы связи, навигации, автоматического регулирования, техники двигателей, материаловедения и многого другого.

Развитие авиации неустанно шло к повышению скоростей и к преодолению звукового барьера. Здесь приоритет также принадлежит нашей стране. Впервые в мире сверхзвуковой самолет (конструирование которого потребовало решения сложнейших технических проблем) совершил полет 31 декабря 1968 г. Это был ТУ-144, созданный А. Н. Туполевым и А. А. Туполевым. Он на несколько недель обогнал старт англо-французского сверхзвукового «Конкорда».

Другая линия развития авиации была основана на принципе несущего винта и в итоге привела к появлению вертолетной техники. Для этого также нужно было решить ряд трудных теоретических проблем. В разработке теории вертолета участвовали Г. Фогге, X. де ла Сиерва, Б. Н. Юрьев, С. К. Джевецкий и другие инженеры. Крупнейшие отечественные конструкторы вертолетов — Е. И. Сикорский, М. Л. Миль, Н. И. Камов и другие.

Наконец, еще один важный принцип летательной техники — реактивный. Работы И. В. Мещерского на рубеже веков по механике переменных масс («Динамика точки переменной массы», 1897; «Уравнения движения точки переменной массы в общем случае», 1904) заложили теоретическую основу для создания реактивной техники, которая приобрела со временем столь огромное значение.

Практически сразу же с идеей реактивного двигателя родилась и идея полетов человека в космос. К. Э. Циолковский (1857—1935) выступил пионером теории реактивных двигателей и межпланетных путешествий. Он теоретически обосновал возможность использования реактивного движения в безвоздушном пространстве («Исследование мировых пространств реактивными приборами», 1903), вывел ряд классических формул ракетодинамики, разрабатывал конструкции ракет.

Идеи Циолковского вскоре находят отклик. Ф. А. Цандер (1887—1933) разработал проект межпланетного корабля, провел теоретические исследования ракетной техники, спроектировал ракетные двигатели. В 1930 г. он создал первый ракетный двигатель (ОР-1), а в 1931 г. организовал знаменитую Группу по изучению реактивного движения (в которой начал свою деятельность будущий главный космический конструктор С. П. Королев). Труды Ф. А. Цандера вошли в золотой фонд космонавтики.

Другой отечественный последователь Циолковского — Ю. В. Кондратюк (А. И. Шаргей) (1897—1941) активно занимался конструкциями ракетных двигателей, ввел множество новых идей в теорию космонавтики (которые позже были реализованы), а также рассчитал наилучший путь на Луну и обратно: впоследствии американские астронавты совершали полет к Луне по «трассе Кондратюка».

Современник К. Э. Циолковского немецкий инженер Г. Гансвиндт (1856—1934) тоже пропагандирует идею космических полетов и ведет разработки пилотируемых космических аппаратов. Американец Р. Годдард (1882—1945) уже в 1913 г. подает заявку на изобретение ракетного летательного аппарата; с 1914 г. он начинает эксперименты с ракетами, а к 1926 г. производит первый запуск ракеты с жидкостным реактивным двигателем. Отечественный ученый Б. С. Стечкин (1891 — 1969) разрабатывает теоретические основы работы воздушно-реактивных двигателей (1929).

Машиностроение и кораблестроение. Из достижений в теории машин и машиноведении первой половины XX в. можно указать следующие. В 1910;е гг. практически одновременно выходят значительные работы двух отечественных авторов. Л. В. Ассур (1878—1920) в 1914—1917 гг. создал новую общую классификацию плоских механизмов и ввел ряд понятий, играющих важную роль в современной теории машин. Н. И. Мерцалов выступил одним из основоположников динамики машин и разработал новые методы проектирования механизмов («Динамика механизмов», 1914; «Кинематика механизмов», 1916).

В области машиноведения в нашей стране выделяются также работы В. П. Горячкина (1868—1935), одного из основоположников сельскохозяйственного машиностроения («Земледельческая механика», 1919), И. И. Артоболевского (1905—1977), В. В. Добровольского (1880—1956), А. П. Малышева (1879—1962), Е. В. Чудакова (1890—1953) и других ученых.

Бурно развивается кораблестроение, теоретическую основу которого разработал Н. А. Крылов. Разработку строительной механики вслед за Н. А. Крыловым продолжили И. Г. Бубнов (1872—1919), П. Ф. Папкович (1887—1946) и другие ученые.

Формируется новое направление кораблестроения — подводный флот. Он играл немалую роль уже в Первую мировую войну, а впоследствии его военное значение стало стратегическим. Работы по строительству подводных лодок велись еще с XIX в.; крупный вклад в решение теоретических и прикладных проблем подводной техники внесли К. А. Шильдер (1786— 1854), И. Г. Бубнов, С. К. Джевецкий.

Кроме того, уже с первой половины века активно разрабатывается идея судна, основанного на совершенно новом принципе, какого еще не знало мореплавание — корабля на подводных крыльях. Российский инженер Р. Е. Алексеев (1916—1980) к 1941 г. разработал новаторский проект такого корабля, а к 1957 г. создал первое в мире скоростное судно на подводных крыльях («Ракета»).

Радио и телевидение. Целая эпоха в истории техники XX в. была связана с развитием радио. Появилось множество новых отраслей: радиосвязь, радиолокация, радиофизика, радиоэлектроника, радиоспектроскопия и многие другие. Это требовало решения массы технических задач: например, расчета излучения антенн, создания способов помехоустойчивого приема, кодирования и декодирования радиосигналов. Среди российских ученых, разрабатывавших в первую половину XX в. основы радиотехники, можно назвать М. В. Шулейкина (1884—1934), В. В. Татаринова (1878−1941), А. Л. Минца (1895−1976), Д. А. Рожанского (1882−1936), А. И. Берга (1893−1979).

Уже с 1920;х гг. в странах Запада (в России с 1924 г.) начинается регулярное радиовещание — создается система массовой коммуникации.

С общим развитием радиотехники была тесно связана и отрасль телевидения. Технический принцип передачи изображений на расстояние (развертка изображения) был сформулирован еще в конце XIX в. (П. И. Бахметьев, М. Санклек, А. ди Пайва). В 1911 г. российский физик Б. Л. Розинг (1869—1933) продемонстрировал первую в мире передачу изображения на основе телевизионной системы с электронно-лучевой трубкой. Решающие изобретения в области телевидения были сделаны в 1920;е гг. (В. К. Зворыкин, С. И. Катаев, Ф. Франсуорт, Дж. Бэрд и другие), и с 1930;х гг. в жизнь входит телевещание. Появление телевидения имело колоссальные социокультурные последствия (см. параграф 4.5).