Судостроение, полей обработка,

дороги и стены. Платье, оружие, права, а также
все остальные Жизни удобства и все, что
способно доставить усладу: Живопись, песни, стихи, ваянье
искусное статуй — Все это людям нужда указала и
разум пытливый Этому их научил в движеньи
вперед постоянном.
Лукреций Кар

Может быть, это древний человек, который развел костер, чтобы согреться или поджарить кусочек мамонта? Или тот, кто впервые придумал нацепить на себя шкуру убитого зверя? А может, это та обезьяна, которую считают нашим предком, догадавшаяся сбить палкой с ветки банан или приспособившая камень, чтобы расколоть кокосовый орех? Ведь такие действия, что ни говорите, требовали изобретательности ума.

Если идти от далеких времен вплоть до наших дней, то, пожалуй, придется зачислить в разряд изобретений фактически все, что было сотворено человеком, и не только предметы, машины и сооружения, окружающие нас.

А вот создал ли Робинзон что-нибудь принципиально новое? Может быть, ему иногда так и казалось, но если бы мы сравнили все, что он делал на острове, с тем, что уже было известно людям, то наверняка встретили бы много уже знакомого.

Изобретение, как определяет его энциклопедия, — это "новое и обладающее существенными отличиями техническое решение задачи, дающее положительный эффект". Иными словами, это такое устройство, приспособление или метод, которые несут в себе нечто оригинальное, нестандартное. Например, можно менять размеры какой-либо машины, но это на ее работе практически и не отразится. А можно принципиально изменить ее конструкцию, и тогда она обретет совершенно иные, новые, лучшие качества.

Можно ли научиться изобретать? Ну, ответите вы, это не всем дано — не каждый же может стать композитором или художником! С этой точкой зрения, однако, есть и несогласные.

В нашей стране уже несколько десятилетий известна Теория решения изобретательских задач. Ее автор не только утверждал, что очень многих рабочих, техников, инженеров и исследователей можно обучить искусству изобретательства, но и доказал это на практике. В кружках и на курсах они овладевали приемами, которые позволяли находить оригинальные решения различных технических проблем.

Приведем один пример старого способа изобретательства. Научное его название — метод проб и ошибок, а по-простому — метод тыка.

Наверное, вы слышали про знаменитую Пизанскую башню, особенность которой — в ее наклонном положении. Столетия она кренится, и практически столько же времени изобретатели разных стран пытаются предложить способы ее возвращения "на место".

Однако существует менее известная башня, но с похожей судьбой, в провинциальном городке примерно в сотне километров от Лондона. В начале прошлого века почва под башней просела на два метра, и она наклонилась почти на пять градусов.

А можно ли спрогнозировать, каковы результаты внедрения не одного какого-либо изобретения, а вообще всего научно-технического прогресса? Такие попытки предпринимались неоднократно, и не только писателями-фантастами, но и серьезными учеными.

Желая представить будущее, выдающийся английский философ и естествоиспытатель Фрэнсис Бэкон описывал некий храм науки. Царь выдуманной им страны, основавший этот храм, ставит перед жрецами задачу овладеть скрытыми силами природы и обратить их на службу человеку. Удивительно, но почти четыреста лет назад Бэкон предсказал многое из того, что сегодня воплотилось в реальность: самолеты и подводные корабли, гидростанции и солнечные двигатели, выведенные человеком растения и породы скота, пластмассы, телескопы, лазеры, кондиционеры и т.д. Да, безусловно, это были мечты, но сколько из них удалось осуществить!

А всегда ли изобретение оправдывало связанные с ним надежды? Писатель Илья Ильф, один из авторов "Двенадцати стульев" и "Золотого теленка", заметил: "В фантастических романах главное — это было радио. При нем ожидалось счастье человечества. Вот радио есть, а счастья нет".

Люди, изобретая, стремились облегчить себе жизнь, улучшить ее. Тяжелый труд и вправду постепенно брали на себя машины, появилась возможность путешествовать на далекие расстояния, связываться практически с любой точкой земного шара. Не сравнить наши усилия, требуемые для добычи пищи и энергии, с затратами людей прежних поколений. Еще немного, казалось, и человек переложит всю рутинную работу на плечи придуманных им механизмов и посвятит себя лишь творческим занятиям.

Можно сказать, что человечество в своем развитии бросило само себе вызов. Коротко он звучит так: подчинимся ли мы миру неконтролируемых машин и предприятий, созданных нами же самими, или сумеем найти на них управу, выйдем из сложного положения, опираясь на силу разума и новые изобретения?

Понятно, что двигаться по этому, во многом еще неведомому пути, пути в третье тысячелетие, нельзя вслепую. Необходимо тщательно взвесить, какие из достижений техники ведут в тупик, не прибавляя нам благ, а скорее отнимая их, а что позволит нам оказаться завтра в более приемлемом для жизни мире.

Расплавы звонких руд вонзились

в интервалы
И трещины пород; подземные пары.
Как змеи, извиваясь меж камнями,
Пустоты скал наполнили огнями
Чудесных самоцветов. Все дары
Блистательной таблицы элементов
Здесь улеглись для наших инструментов

И затвердели...
Н. Заболоцкий

Пусть перед вами поставили такую задачу: закрыв глаза, вы должны одним пальцем дотрагиваться до лица незнакомого человека, а потом по этим касаниям создать его портрет. Как вы думаете, сколько раз вам необходимо совершить такие прикосновения?

Конечно же, скажете вы, чем больше, тем лучше, а кто-нибудь подумает про себя: "Ну, и странная же задачка — рисовать вслепую!"

Представьте, что подобные задачи возникают во время разведки полезных ископаемых. На огромной территории, с низинами и возвышенностями, проводят бурение в  поисках, к примеру, нефти. Очень трудно расположить скважины регулярно — как на шахматной доске. Поэтому сведения о результатах бурения, как правило, очень разнородны: о каких-то участках больше информации, о каких-то меньше, да и разбросаны они по местности весьма произвольно.

Полезные ископаемые, залегающие очень близко к поверхности земли, люди умели добывать очень давно. Например, в Германии известна так называемая Рудная гора, которую в течение долгих лет просто понемногу скапывали. Да и сейчас строительные материалы порой извлекают не мудрствуя лукаво, уничтожая холмы и даже целые горы.

Это — один из видов добычи открытым способом. В таких же случаях, когда месторождение уходит вглубь, создают карьер — постепенно, слой за слоем поднимая на поверхность руду. Если масштабы добычи возрастали, то киркой, лопатой и носилками уже было не обойтись. Человек изобрел землеройные машины. Из них, конечно, вам лучше всего знаком экскаватор. Но и он претерпел целую эволюцию.

Ну, а если все-таки нужные нам топливо и руда залегают глубоко? Тогда, ничего не поделаешь, приходится рыть шахты. Известно, что забираться под землю люди научились уже тогда, когда еще только пользовались каменными орудиями. Чтобы достать необходимый для них кремний, прорывали шахт глубиной до десяти метров с короткими боковыми ходами — штреками. Этот опыт в дальнейшем пригодился для добычи руды и угля.

За прошедшие с тех пор тысячелетия шахты неузнаваемо преобразились. Теперь это — целые подземные заводы. По широким вертикальным трубам — стволам — люди и механизмы могут передвигаться вверх и вниз, а также по ним поднимают наружу то, что добыто в забоях. Если для этого применяют лифты, то по горизонтальным ответвлениям ходят настоящие поезда — настолько они длинны.

Какое же топливо на сегодня самое для нас выгодное? Это, безусловно, нефть. Может быть, вам покажется удивительным, но промышленная добыча ее началась всего лишь около ста пятидесяти лет назад. Еще в 1883 году практически всю нефть получали в одном из североамериканских штатов — Пенсильвании. "Королем" тогда был уголь, и казалось, что соперников у него нет. Однако довольно быстро люди убедились в преимуществах использования нефти, и поверхность земли стала обрастать нефтяными вышками.

А зачем нужны эти вышки? Дело в том, что нефть под давлением залегает в так называемых нефтеносных пластах на глубинах в 2—4 километра. Добираться до нее, роя шахты, невыгодно и опасно. Если же мы пробурим узенькое отверстие до нефтяного пласта, она сама вырвется наружу. Когда же давление спадет, откачивать нефть станут мощные насосы. Человеку при этом вовсе не обязательно забираться под землю, он сможет управлять всем процессом добычи, находясь на поверхности.

Там, где залегает нефть, как правило, можно обнаружить и газ. Трудно представить себе современную жизнь без такого удобного для использования вида топлива. Ведь это — и газовые плиты на наших кухнях, и газовые баллончики, которые возят на дачи, и огромное количество вещей и предметов, сделанных из газа с помощью химии. Достаточно сказать, что сейчас каждый год на всей земле сжигается до одного миллиарда тонн газа!

В прошлом веке больше всего нефти добывали в США и в России. Затем были открыты богатые ее залежи на Ближнем Востоке. Однако нефтяные и газовые месторождения из-за их чрезмерной эксплуатации в последние сто лет довольно быстро истощаются. Правда, в Северной Америке обнаружены залежи еще пятидесяти миллиардов (!) тонн нефти, но их очень трудно и дорого добывать.

А только ли нефтью богато океанское дно? Чем больше человек исследовал океан, тем более убеждался в том, какими несметными запасами он обладает. Огромные площади океанского дна на глубинах 4—6 километров покрыты породами, содержащими железо и марганец. Запасы эти оцениваются в несколько триллионов тонн, и даже если небольшую их часть удастся поднять "с морского дна", многие проблемы будут решены.

Так же не столь давно на больших глубинах были обнаружены следы непрекращающейся вулканической деятельности. А в таких местах из недр Земли могут выбрасываться весьма необычные породы, в состав которых входят цветные металлы.

Вот еще одна проблема. Те, кому приходится проезжать через Донбасс или еще через какой-нибудь район угледобычи, наверняка видели терриконы — искусственные горы, образованные из так называемой пустой породы. Когда люди сосредоточивают свое внимание на получении какого-либо одного полезного ископаемого, все остальное, что сопутствует его добыче, не берется в расчет. Из этих отходов и образуются горы, обезображивающие землю и выводящие из оборота плодородные поля.

Даже как-то странно называть ее ископаемым: вроде бы вот она вокруг нас, течет в ручейках и реках, плещется в прудах и морях, даже с неба льется. И тем не менее такое название — верное. Вспомните о колодцах и артезианских скважинах. Разве в этих случаях воду не приходится добывать в буквальном смысле слова из-под земли?

Ну, а уж о том, что это ископаемое полезное, и говорить не нужно. Вот уж действительно, без воды — "и ни туды, и ни сюды". Практически ни один известный нам процесс, от заварки чая до охлаждения автомобильных двигателей, нельзя представить без воды.

И в то же время ни одно из дарованных нам природой веществ, кроме, пожалуй, воздуха, не подверглось со стороны человека столь мощной атаке. Сегодня ощущается дефицит пресной и чистой морской воды. И это острейшая проблема.

А почему, говоря о полезных ископаемых, мы должны "заглядывать" под землю или на дно океана? Может быть, стоит поднять взор... на небеса? Ближайшая наша космическая соседка — Луна. Не поделится ли она с нами своими запасами?

Сегодня такие вопросы звучат вовсе не фантастически. Совсем недавно на поверхности Луны, на дне ее кратеров и на полюсах, была обнаружена вода. Разумеется, не жидкая, тогда бы она давно испарилась. Это скорее всего лед, сохранившийся на такой глубине, куда не могли попасть солнечные лучи. Ведь обращенная к солнцу лунная сторона прогревается до температуры свыше ста градусов.

А зачем могут понадобиться лунные базы? Они потребуются не только для научно-исследовательских целей, как, скажем, базы в Антарктиде. Есть и более практичные намерения: Луна должна стать перевалочной базой при создании в околоземном пространстве индустриального пояса.

Что это такое? Чтобы убрать с Земли экологически вредные производства, сохранить ее природные ресурсы, предлагается вывести заводы и фабрики на околоземную орбиту. Представьте себе, что из глубин космоса в сторону  Земли с помощью ракеты транспортируется космическое тело — астероид. Их огромное количество, и находятся они между орбитами Марса и Юпитера. Даже небольшой, поперечником всего лишь в один километр, астероид имеет массу около двух миллиардов тонн. Он может содержать в себе миллионы тонн железа, никеля, кобальта, тысячи и сотни тонн серебра, золота и платины.

Там плавят медь, варганят крицы:
И горен день и ночь кипит;
И мех вздувает надувальный;
И, раз под раз подъемлясь в лад,
Стучит и бьет за млатом млат
По ребрам звонкой наковальни...

Ф. Глинка

Как точно ухвачены в этих стихах тонкости процесса... чего? Перейдя от поэтического языка к техническому, назовем этот процесс обработкой металла.

Обратимся к твердым ископаемым и прежде всего — к рудам, содержащим железо. Когда-то умение выплавлять этот металл в прямом смысле слова влияло на ход истории. Наконечники копий и стрел, сделанные из уже хорошо освоенной бронзы (сплава меди с оловом), уступали по прочности железным. И те государства, где овладели выплавкой и обработкой железа, получали значительное военное преимущество перед "отсталыми" соседями.

Как же получить хорошее железо? А знаете ли вы, что чистого железа, в общем-то, нет? Дело в том, что некоторые чистые металлы либо проявляют не самые лучшие свойства, либо быстро окисляются — ржавеют — на воздухе. О чем же тогда идет речь?

Можно ли сократить бег по такой длинной дистанции? Изучение свойств металлов привело к новым открытиям. Наука снабдила металлургов знаниями о внутреннем строение вещества. И оказалось, что вовсе не обя-зательно делать процесс получения стали таким многоступенчатым.

Ведь когда-то железо получали из руды в маленьких печурках-горнах "в один присест" — просто нагревая ее вместе с древесным углем. Вооружившись современными знаниями и техникой, инженеры как бы воссоздали древний способ, но в значительно больших масштабах. Например, вместо угля стали использовать иное топливо — водород. Сократилось количество вредных выбросов, "обязанных" углю, потребление энергии и материалов, а также, разумеется, — время производства. Сегодня, пользуясь таким способом, называемым прямым восстановлением железа, получают уже десятки миллионов тонн стали. И эта доля год от года растет.

А как еще можно получить сталь? И почему только сталь, ведь нам нужны и другие металлы?

Например, алюминий более выгодно выделять из руды с помощью процесса, называемого электролизом. В огромную ванну загружается руда, содержащая алюминий, ее растворяют, нагревают и погружают в нее электроды, с помощью которых в ванну подается электрический ток. Во время протекания тока, как в батарейке, происходит разделение веществ. Таким образом можно выделить металл в чистом виде — без ненужных примесей. И многие цветные металлы, в том числе медь, никель, магний, предпочитают получать сейчас именно электролизом.

Металл получен, или, как говорят металлурги, сварен, как правило, в виде слитка. Но это пока отнюдь еще не деталь, а только более или менее подходящая для нее заготовка. Что с ней делают дальше, как формируют? Теперь ее подвергают таким видам обработки, как прокатка, ковка, штамповка, литье.

Еще горячие стальные бруски пропускают через систему вращающихся валков. Они-то и вытягивают сталь, и упрочняют ее, и формируют — то есть придают необходимый профиль. Так производят рельсы, оси для железнодорожных вагонов, трубы, или раскатывают сталь, как тесто, в полосы. Этот способ — прокатка — позволяет получать длинные изделия.

Каким образом можно сделать деталь блестящей, гладкой, приятной на ощупь? Всего этого добиваются также несколькими способами ее обработки.

Как правило, при этом стараются "убить сразу нескольких зайцев", то есть преследуют несколько целей. Вот, скажем, бампер легкового автомобиля — блестит, как зеркало. А ведь это дешевый и грубый, но прочный металл покрыли тонким слоем более дорогого, который предназначен для защиты от ржавчины. Получают такие слои с помощью уже знакомого вам электролиза.

Не всегда обязательно шлифовать металл инструментами — напильником, "шкуркой". Иногда достаточно нанести на него, как бы намазать, иной материал, который и защитит изделие от износа или нагревания, и покроет его тонким слоем — пленкой, выровняв, замаскировав все шероховатости. Роль такой пленки играют и другие металлы, например алюминий, и пластмассы.

Часто, чтобы придать нужную форму детали, необходимо заготовку для нее разделить на части. Ну, самый простой пример: когда распиливают на кружки бревно — как колбасу ножом. И металл, конечно, можно распилить, дома для этого держат пилу-ножовку. Но сколько же при этом порой его (в отличие от колбасы!) теряется впустую — в опилках. Да и после этой грубой операции металл придется все равно дополнительно обрабатывать. Нет ли более "аккуратных" способов резки?

Разумеется, есть. На сегодня даже такой трудноподдающийся металл, как вольфрам (спиралька из него не плавится в лампочках!), можно разрезать с помощью плазмы — газа, разогретого до чрезвычайно высокой температуры — 20 000 градусов. Такие плазменные горелки чем-то напоминают аппараты для противоположного процесса — сварки.

Детали при обработке приходится не только разъединять, но и, напротив, крепко присоединять друг к другу. Вспомните, как говорят о неразлучных друзьях — не разлить водой, прикипели один к другому. Чуть-чуть изменим слова: прикипеть — приварить. Вот этот процесс так и стали именовать — сварка.

Ее прародителем был способ прикрепления одних материалов к другим с помощью хорошо известной вам пайки. Еще двести лет назад в стихах шотландского поэта Роберта Бернса встречаются слова: "Я, ваша честь, паяю жесть..." Что нужно для сварки? Ну конечно, нагревание, при котором либо одно из соединяемых веществ, либо специальная добавка, скажем олово, плавятся. При охлаждении эти вещества крепко "схватывают" друг друга.

Созрела новая порода,
— Угль превращается в алмаз.
А Блок

Давняя мечта людей — научиться одни вещества преобразовывать в другие. Но если, скажем, немецкий поэт Гёте словно ждал, когда "по своему почину" природа позаботится о нас: "Глянем поглубже в расщелины скал: тихо в кристаллах растет минерал", то россиянин М. Волошин предчувствовал нетерпение человека, его стремление взяться за "переделку" веществ самому: "В едином горне за единый раз жгут пласт угля, чтоб выплавить алмаз".

С незапамятных времен алмаз привлекал человека исключительной красотой своих кристаллических граней. Но, помимо ювелирной ценности, алмаз обладает и технической — это самый твердый природный материал. Недаром его издавна использовали для обработки металлов или в качестве стеклореза.

К сожалению, такой нам нужный, алмаз в природе встречается редко. К каким только ухищрениям не прибегали, чтобы получить его искусственным путем, так сказать, "одомашнить". Чуть более ста лет назад, казалось бы, тайна его изготовления была раскрыта европейскими учеными. Потрясенный мир с удивлением взирал на полученные в лаборатории алмазы, но... повторить эти опыты не удалось никому.

Не помните ли вы, когда впервые столкнулись со стеклом? Вполне возможно — еще в колыбели, когда получали свой завтрак в бутылочке с соской.

А когда познакомились со стеклом люди вообще? Известно, что еще за 4000 лет до новой эры стекло производили в Древнем Египте. Удивительно, но за многие тысячелетия технология его изготовления не менялась. В огнеупорные горшки засыпали кварцевый песок, соду, мел, еще кое-что добавляли, как приправу в суп, и... варили. Получалась прозрачная масса, из которой можно было выдувать, словно мыльные пузыри, различные сосуды: бутылки, банки, посуду, цилиндры, раскатываемые затем в листы. Только труд это был тяжелейший — жидкое стекло в десятки тысяч раз более вязкое, чем мыльная вода, попробуй выдуй!