Памятуя, что «будущее начинается сегодня», попытаемся увидеть, какие способы обеспечения надежности можно назвать сегодня и оценить, и могут ли они применяться для грядущих космических вояжей?
Насколько эффективны существующие способы?
Прежде всего, уясним, что основная проблема, которая и определяет реализуемость межзвёздных вояжей — это проблема обеспечения надежного функционирования. Это не случайно.
Не трудно показать, что: «решить проблему транспортировки технических средств проще, чем гарантировать, что в результате этого будет доставлено именно то, ради чего и замышлялся весь проект».
Попытаемся ответить на вопрос, существуют ли в наше время способы создания устройств, устойчивых к деструктивным воздействиям?
Существующие сегодня методы обеспечения надежности можно условно разделить на три группы:
1. Методы, основанные на применении компонентов, устойчивых к предполагаемым деструктивным воздействиям. Например, применение элементов, устойчивых к высоким температурам, сильным вибрациям и т. п.
2. Методы, основанные на защите создаваемого устройства от деструктивных воздействий. Например, стабилизация температуры изделия, разработка виброустойчивых несущих конструкций, экранирование и т. п.
3. Методы разработки устройств, не чувствительных к отказам компонентов. Например, кратное повторение структуры, при котором отказ одного из элементов не приведет к нарушению ее работы.
Для организации межзвездного вояжа первые два метода не применимы. Впрочем, и на Земле они носят вспомогательный характер. Причина заключается в том, что устойчивость компонентов к высоким температурам, как и устойчивость защитных экранов — свойства преходящие (происходит так называемое, «старение»). Это для условий межзвёздных путешествий не применимо, потому, что, насколько бы свойства защиты, перечисленные в пунктах 1 и 2 не были эффективными, неизбежно настанет момент, когда защитные экраны или несущие конструкции выработают свой ресурс.
В наше время при конструировании устройств всё чаще используется третий способ. Это связано с успехами микро — миниатюризации в электронике, которые позволяют вводить высокую избыточность. И всё-таки, этот подход не способен обеспечить достаточную надежность аппаратуры межзвездных кораблей. Дело в том, что при реализации этого положен принцип «большинства», при котором «правильным» считается сигнал, который выработан большинством дублированных компонентов. Например, при троировании правильным будет состояние, которое одинаково, не менее, чем у двух структур.
Из этого следует, что какой бы не была кратность структуры, в устройстве должен присутствовать единственный элемент («элемент принятия решений»), который должен единолично принимать решение по поводу «мнения большинства» (ситуация «единственного элемента» называется проблемой «узкого горлышка»). Возникает проблема «кто будет охранять сторожа?».
Когда речь идет об устройствах, эксплуатирующихся на Земле, эти проблемы решаются применением к элементу управления методов обеспечения надежности, названных в пунктах 1 и 2. Следовательно,
все современные методы обеспечения надежности неприемлемы для конструирования аппаратуры межзвездных космических кораблей.
И, всё-таки.
Существуют ли предпосылки обеспечения требуемой надежности?
Что говорит наш здравый смысл?
Во-первых, что нет проблемы, которая была бы неразрешима, исключая обозначенную незабвенным Козьмой Прутковым: «Нельзя объять необъятное» И, всё-таки,
во-вторых, наш здравый смысл говорит нам, что для этого есть источники оптимизма.
Например, известно, что:
A. В Природе существуют способы обеспечения надежности ее созданий.
B. В Природе не применяются методы обеспечения надежности, принятые в технических устройствах.
Например, популяция рыб сохраняется за счет того, что количество мальков на несколько порядков превосходит количество взрослых особей; количество пыльцы растения на несколько порядков превосходит ее потребности для опыления; количество семян превосходит количество взрослых растений и т. д.
На фоне концепций обеспечения надежности, принятых в технике, способ, существующий в природе несколько парадоксален. Житейский опыт и опыт конструирования технических изделий подсказывает, что в любой системе, чем больше составляющих ее элементов, тем больше шансов, что какой-то из них откажет. По этой причине мы воспринимаем существующую в природе избыточность, как расточительность. Наши представления о способах обеспечения надежности можно коротко сформулировать:
«ОДИН ЗА ВСЕХ, ВСЕ ЗА ОДНОГО».
Принцип достаточно популярен, так как он лежит в основе не только обеспечения надежности технических устройств, но и социальных систем, порожденных нашей цивилизацией. Главное, что он предполагает, это наличие элемента (индивидуума) назовём его «ОДИН», который имеет право единолично интерпретировать мнение ВСЕХ. В соответствии с этим принципом участие человека в человеческой бойне под названием Война легитимно потому, что в этом случае совершенно не обязательно, чтобы участник бойни имел личную причину убивать себе подобных. Как правило, эти причины порождает ОДИН, потому, что «один за всех…» и убийство становится оправданным. Не трудно видеть, что в технике этот принцип порождает проблему «узкого горлышка», а в социальных системах — приводит к круговой поруке и порождает авторитарные режимы. Этот же принцип лежит в основе всевозможных криминальных сообществ.
Характерно, что в природе принцип «один за всех …» не используется. Более того, трудно найти область в социологии, где применение его принесло бы людям пользы больше, чем вреда.
Какая же концепция лежит в основе обеспечения надёжности в таких системах, как популяция и ей подобные природные образования?
Мы уже упоминали о том, что для сохранения популяции рыб количество мальков значительно превосходит количество взрослых особей, то же самое происходит с множеством семян растений. Если бы в этих ситуациях соблюдался принцип «один за всех и все за одного», то гибель любого экземпляра должна была сказаться на состоянии всех остальных. Очевидно, что в этом случае для сохранения популяции Природа должна была бы стремиться к уменьшению числа мальков за счет увеличения степени надежности каждого из них (именно это происходит при создании технических устройств). Мы уже видели, что это не эффективно.
В Природе же работает принцип:
«КАЖДЫЙ ЗА СЕБЯ».
На первый взгляд создается впечатление, что этот принцип основан на проявлении эгоистических наклонностей. Но это только первое впечатление, которое сторонники принципа «… все за одного» стремятся внедрить в наше сознание. Дело в том, что эгоист — это человек, который стремится решать свои проблемы за счет других и принцип «… все за одного» больше всего подходит для него. В противоположность ему принцип «каждый за себя», обеспечивает независимость каждого субъекта при решении проблем собственного существования.
В условиях воздействия деструктивных факторов принцип «каждый за себя» способен обеспечить сохранение популяции. Следует подчеркнуть, что в этих условиях избыточность не направлена на обеспечение существования каждого члена популяции. Более того, жизнь каждого индивидуума обусловлена существованием популяции, в то время, как существование популяции не обусловлено существованием конкретного индивидуума.
ПРИМЕЧАНИЕ 2
Разумеется, избыточность — это не единственный фактор, обеспечивающий существование популяции. Здесь мы используем ее, для иллюстрации эффективности обеспечения надежности. Кроме того, рассмотренные нами факторы могут представить интерес для последующих рассуждений.
Мы показали, что в природе существуют методы обеспечения устойчивости к деструктивным воздействиям. Попытаемся теперь обсудить вопрос: можно ли этот способ применить к техническим устройствам, когда время их эксплуатации не ограничено.
Для примера, рассмотрим вычислительные устройства, обеспечение надежности которых может решаться разными способами, при условии, что эти устройства содержат программное обеспечение, базу данных и «железо», которое на сленге программистов называется «хард вэр».
Как можно обеспечить надежность?
Как было показано выше, применение в технике кратного повторения элементов структуры, не способно обеспечить надежность на весь период межзвездного вояжа.
Допустим, мы решили гарантировать доставку исправного оборудования в конце вояжа, разместив на борту корабля такое количество экземпляров устройств, при котором хотя бы одно останется исправным к концу полета.
