Текст книги "История технических инноваций: учебное пособие"

1. Техноценозы и закономерности их появления и развития.

2. Техноценоз металлургического завода.

3. Техноценоз атомного авианосца.

4. История развития средств связи (до изобретения радио).

5. Естественный отбор в технической эволюции (на примере развития средств звукозаписи).

6. Технический симбиоз.

1. Искусственный разум – конкурент или помощник человека?

2. Развитие техники – фактор деградации или развития человека?

1. Горбань А.Н., Хлебопрос Р.Г. Демон Дарвина: идея оптимальности и естественный отбор. – М.: Наука, 1988.

2. Варшавский В.И., Поспелов Д.А. Оркестр играет без дирижера: размышления об эволюции некоторых технических систем и управлении ими. – М.: Наука, 1984.

1.4. Энергетические эпохи

Если вы не думаете о будущем, то его у вас и не будет.

Джон Голсуорси

Исторические эпохи можно разделять по разным основаниям: по сменам общественно-экономических формаций, по существованию империй, по основному конструкционному материалу и т. п. Но одной из фундаментальных причин, определяющих смену экономических формаций, взлет и падение империй и целых цивилизаций, является смена господствующего источника энергии и зависящей от него энерготехники. Поэтому вполне разумно рассматривать историю человечества как последовательную смену энергетических эпох.

Эпоха мускульной энергетики. За этот период источником энергии служила химическая энергия пищи, превращающаяся в мускульную силу человека, а позже и прирученных животных. Верблюды, ослы, лошади, буйволы, быки, ламы, олени, собаки, слоны и даже страусы – все эти животные являлись энергетическими двигателями древних эпох в разных странах и на разных континентах. На них возили товар, распахивали землю, качали воду, поднимали грузы и т. п. Наличие такого энергоисточника в хозяйстве было необходимым условием выживания, показателем благополучия. Коэффициент полезного действия таких «генераторов» определялся их индивидуальными физиологическими показателями и увеличивался посредством простых механизмов – хомута и подковы, рычага, ворота, блока и т. п.

Могущество государства уже тогда определялось его энергообеспеченностью, выражающейся в количестве рабов, ослов лошадей и т. п. Лошади, верблюды, быки в некоторых странах и цивилизациях являлись своего рода «твердой валютой», в которую вкладывали свои сбережения, производили расчеты, брали дань и т. п. С помощью мускульной силы люди древности строили такие сооружения, масштабы которых поражают до сих пор. Египетские пирамиды, города Майя, Великая Китайская стена, Московский Кремль – все эти величественные сооружения построены исключительно на энергии человека и животных.

В течение этой эпохи невозобновляемые энергоресурсы, к которым относятся органические ископаемые, такие как каменный уголь, нефть и газ, продолжали накапливаться. И это продолжалось примерно до VIII–X вв.

Затем наступила эпоха механоэнергетики, длившаяся до XVIII в. В этот период человек стал дополнительно использовать механическую энергию возобновляемых энергоресурсов – речной воды и ветра. Для этих целей использовались водяные колеса и ветряные крылья. Человек получил в свое распоряжение силы, во много раз превосходящие его собственные и силу домашних животных. Вместо рабов, вращающих какой-нибудь ворот водяного насоса, потребовались ремесленники, плотники, кузнецы. Рабовладельческий строй стал экономически невыгодным и сменился феодальным.

Водяные и ветряные мельницы стали центрами, определяющими уклад средневековой жизни. Мельник был самой главной и значительной фигурой средневекового производства. Чаще всего владельцем мельницы и был феодал. Ветряная мельница – обязательный элемент средневекового пейзажа.

Энергетические ресурсы в эту эпоху полностью восстанавливались, а окружающая среда оставалась практически в первозданном виде.

Вёсельный флот, движимый энергией гребцов, уступил место парусному кораблю – символу технического прогресса того времени, вбирающему в себя все самые передовые технические решения и инновации.

Те страны, которые оказались технически способны к постройке и эксплуатации большого количества парусных кораблей, стали прирастать новыми землями. Великобритания, Испания, Португалия соперничали между собой за колонии во всех уголках земного шара. Их борьба двигала мировую историю с XV по XVII в., результаты которой во многом определили облик современного мира. Испанский, португальский и английский языки именно в это время распространились по всему миру, и сегодня являются государственными языками многих стран.

Благодаря достижениям кораблестроения, навигации, картографии, парусный корабль покорил всю землю, включая суровую Антарктиду. Имена бесстрашных путешественников, таких как Христофор Колумб, Васко да Гама, Америго Веспуччи, Фернан Магеллан, навсегда вписаны в историю. Открытие новых торговых маршрутов стимулировало приток капитала, развитие торговли и культуры. Звездное время парусного флота получило название эпохи Великих географических открытий. Своей красотой, совершенством, изощренностью технических решений и искусством выполнения работы парусные корабли поражают и сегодня, они навсегда останутся символом романтики и путешествий.

Однако совершенство парусника стало и причиной его гибели. Парусный флот послужил одним из факторов, во многом определившим завершение романтической эры энергии воды и ветра, уступившей место практичной и деловой эпохе химической теплоэнергетики, которая длится до сих пор.

Главным источником энергии становится химическая энергия, выделяющаяся при сгорании органических ископаемых ресурсов – каменного угля, нефти и т. д. А основной движущей силой является энергия пара или газов, используемая в тепловых двигателях. Изобретение тепловых двигателей качественно изменило энергетические возможности человека. Он перестал зависеть от прихотей ветра, смог оторваться от рек, служивших не только источниками энергии, но и являющихся основными торговыми путями.

Принципиальное отличие этой эпохи состоит в том, что человечество уничтожает ресурсы, доставшиеся ему как результат процессов, протекавших на Земле миллионы лет и имевших своим первоисточником энергию Солнца. Все это сопровождается загрязнением окружающей среды продуктами сгорания и отходами производства. Загрязнение окружающей среды, в том числе и радиационное, начинает тормозить развитие традиционных энергетических технологий.

В связи с этим продолжается активный поиск альтернативных источников энергии, способных заменить энергию сжигания органического топлива.

1. Простые механизмы на стройках Древнего мира.

2. Устройство водяных мельниц.

3. Устройство и принцип действия ветряных мельниц.

4. История развития упряжи и рабочих инструментов для лошадей.

1. Источники энергии будущего.

1. Данилов Н.И. Использование ресурсов и энергии: учеб, пособие для элективного курса «Энергосбережение» в старших классах / Н.И. Данилов, Ю.Н. Тимофеева, А.П. Усольцев, Я.М. Щелоков, В.Ю. Балдин. – Екатеринбург, 2010.

2. Ваганов А. От хомута до автомобиля. Инновации как самый древний способ управления обществом // Независимая газета, – 2006.-№ 11–14.

3. Военно-исторический портал античности и средних веков. – www.xlegio.ru

1.5. Энергосбережение и устойчивое развитие

Мир достаточно велик, чтобы удовлетворить нужды любого человека, но слишком мал, чтобы удовлетворить людскую жадность.

Махатма Ганди

История развития живой природы свидетельствует о том, что источником движения биологической эволюции является постоянно сохраняющееся противоречие между безграничной способностью живых организмов к воспроизводству и ограниченными возможностями материальных ресурсов внешней среды. Вид, получивший преимущество перед другими видами, распространяется до тех пор, пока не сталкивается с недостатками тех ресурсов, которые необходимы именно этому виду. Отсутствие достаточного количества пищи, жилья, жизненного пространства приводит к уменьшению популяции вида, а иногда и к его полному исчезновению.

Если в качестве такого вида рассматривать человечество, то основной ресурс, без которого человек не сможет выжить, – это ресурс энергетический. Формула энергетического обеспечения развития современного общества определяет: чтобы повышать благосостояние общества, необходимо постоянно увеличивать расход энергии. Но это увеличение не может продолжаться бесконечно, любые запасы ограничены, и поэтому рано или поздно они закончатся. И тогда человечество неизбежно столкнется с необходимостью кардинального уменьшения энергетических затрат.

В основных выводах XV конгресса Мирового энергетического совета, состоявшегося в 1992 г., говорится, что органическое топливо останется основой энергообеспечения; его абсолютное потребление возрастет при любых реалистичных сценариях; по крайней мере, на ближайшие 30 лет не просматривается появление ни одного нового источника энергии.

Выводы ученых, а также разнообразные программные документы международных организаций свидетельствуют о том, что многие параметры экономического и популяционного роста человечества остаются практически бесконтрольными. В настоящее время преобладает режим перепотребления, т. е. мы тратим больше, чем природа может восстанавливать. Этим, в первую очередь, объясняется то, что человечество как развивающаяся система все чаще и чаще сталкивается с кризисными ситуациями, многие из которых носят межгосударственный характер. Ярким подтверждением этому являются события 70-х годов XX столетия, которые вошли в историю как энергетический кризис. После того как развитые страны столкнулись с проблемой нехватки энергии, они сделали из этого выводы и уже тогда коренным образом пересмотрели свою энергетическую политику. Экологический кризис, спровоцированный неразумным поведением человечества, по своим масштабам будет намного более разрушительным для экономики, чем все предыдущие экономические кризисы.

Называются обычно несколько причин, способных привести к столь печальным последствиям:

• возросшие масштабы производства, качественно изменившие влияние промышленных выбросов на окружающую среду. Они перестали носить локальный характер, а стали вызывать глобальные нарушения природного равновесия;

• сохраняющаяся и даже возрастающая степень опасности складов ядохимикатов, вооружений, захоронений отходов, в том числе радиоактивных, последствия аварий, взрывов или пожаров. Все это может иметь дополнительные катастрофические последствия;

• возрастающий прирост численности населения Земли (в основном в слаборазвитых странах) в сочетании со значительным различием в уровнях потребления сырьевых ресурсов, топлива, энергии, продуктов питания в странах с развитой и слаборазвитой экономикой привел к значительной разнице между уровнями жизни в разных странах. Согласно разным оценкам, примерно 25 % населения Земли потребляет до 80 % всех добываемых в мире ресурсов.

Чтобы обеспечить условия жизни во всех странах мира на уровне стран с развитой экономикой, добычу ресурсов, энергии следует увеличить в несколько раз, а это вызовет дальнейшие негативные последствия для биосферы. Считается, что природа способна воспроизводить изъятые у нее биологические ресурсы, если изымается не более 1 % имеющегося их количества. По оценкам специалистов, этот предел превышен на Земле более чем в 10 раз. Следовательно, для многих источников, важных для мировой экономики, и выбросов отходов производства выход за допустимые пределы уже произошел.

Создается впечатление, что Человечество загоняет себя в тупик. Предотвращение подобной ситуации возможно только одним путем – необходимо решать вопрос рационального расхода энергии, снижения ее удельных затрат. Возникла необходимость изменения самого характера развития общества, его ценностей. Это направление человеческой деятельности получило название – «энергосбережение».

Энергосбережение – это комплекс мер, направленных на эффективное использование энергии и материальных ресурсов, в первую очередь, невозобновляемых первичных источников энергии в виде органических минеральных горючих.

Бережное расходование энергии и ее получение на основе возобновляемых источников энергии – ветра, солнца, биомассы и т. д. позволит уже сегодня решить массу экологических проблем, снизить в несколько раз усилия на постоянные поиски новых ископаемых источников энергии и их освоение.

Это позволит не только зарезервировать для потомков часть запасов ископаемого топлива, но использовать эту категорию ресурсов для неэнергетических потребностей – производства химических продуктов, лекарств, всевозможных препаратов.

Но для этого необходимо понимание всем обществом того, что рост благосостояния населения возможен только в условиях увеличения полезного расхода энергии, роста ее душевого потребления и того, что в любой, даже самой богатой энергоресурсами стране требуется ее рациональное использование и экспортирование с целью сохранения для будущих поколений запасов топлива в виде невозобновляемых ресурсов.

В России с ее богатыми природными ресурсами, в первую очередь, топливно-энергетическими, до последнего времени энергетика привычно рассматривалась как единственный источник развития промышленного производства. Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) дает до сих пор практически от трети до половины всех валютных поступлений. Но такое положение не может сохраняться долго, поскольку энергоемкость промышленного производства и социальных услуг и так оказалась в несколько раз выше общемировых показателей. Это делает нашу жизнь недопустимо энергорасточительной, а продукцию неконкурентоспособной не только на мировом, но и на внутреннем рынке. Только менее одной трети добываемых топливно-энергетических ресурсов идет в конечном итоге на обеспечение прямых и косвенных энергетических услуг населению. Еще одна треть сырьевых ресурсов идет на экспорт, а остальная безвозвратно теряется в самой системе энергопоставок, не давая при этом никакого полезного эффекта для конечного потребителя.

Россия сегодня стоит перед выбором возможного сценария своего развития. Тот сценарий, который был выбран на последнее десятилетие XX в., способствовал развитию крайне нежелательных тенденций с утратой интеллектуального и культурного потенциала страны, превращения ее в сырьевую базу и источник дешевой рабочей силы для развитых стран. В экономическом плане однобоко развиваются топливно-энергетический и сырьевой комплексы при оттоке капиталов за рубеж и сохранении финансовой зависимости от международной финансовой элиты.

Нашему обществу необходимо установление соответствия между ростом материального производства, его энергообеспечения и сохранением экологических ресурсов (воды, воздуха, почвы). Эту задачу не решить только за счет повышения квалификации узких специалистов в области энергетики. Каждый должен научиться рационально расходовать энергию, а это возможно только при освоении широкими слоями населения основ культуры потребления энергетических ресурсов. Эта культура проявляется в повседневной жизни и заключается в обязательном выполнении ряда энергетических ограничений. Цель подобных ограничений – повышение энергоэффективности использования наших природных ресурсов в интересах нынешнего и будущих поколений.

Выход из этой опасной зоны, из состояния с возможными необратимыми катастрофическими последствиями – в построении и реализации своей национальной модели «устойчивого развития», т. е. стабильного социально-экономического развития, не разрушающего своей природной основы.

Понятие «устойчивое развитие» появилось в начале 70-х годов XX в. и получило широкое распространение в мире после опубликования в 1987 г. Международной комиссией по окружающей среде и развитию (МКОСР) доклада «Наше общее будущее». В нем дано определение «устойчивого общества» как общества, удовлетворяющего нужды сегодняшнего поколения, не лишая при этом будущие поколения возможности удовлетворять их собственные нужды.

Устойчивость не предполагает отсутствия роста. Общество, одержимое навязчивой идеей постоянного роста, воспринимает любую критику роста как полное его отрицание. Устойчивое общество должно быть заинтересовано в качественном развитии, а не в физическом росте. Материальный рост в нем – обдуманное средство, а не вечное право. В устойчивом обществе нищета не может и не должна символизировать устойчивость. По моральным и практическим причинам любое устойчивое общество должно обеспечивать материальный достаток и гарантии для всех. Устойчивому миру понадобятся свои правила, законы, стандарты, границы и, конечно, социальные соглашения, как и любой человеческой культуре. Ряд правил должен отличаться от тех, которыми люди руководствуются сегодня. Некоторые виды такого контроля уже существуют, например, международное соглашение по озоновому слою, соглашение по ограничению выбросов парниковых газов, закрепленное Киотским протоколом и др.

Таким образом, устойчивое развитие может рассматриваться как реализация стратегии выживания и непрекращающегося развития отдельной страны и цивилизации в целом в условиях сохранения биосферы, с переходом в ноосферу (сферу разума). Конечно, такой переход, если он и возможен практически, неизбежно приведет к возникновению ряда новых противоречий в обществе.

В Концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию (принята Указом Президента РФ от 01.04.96 № 440) отмечается, что устойчивое развитие – объективное требование времени и его конечная цель – постепенное восстановление естественных экосистем до уровня, гарантирующего стабильность окружающей среды. И достижение этой цели возможно только через полный отказ от нынешнего стереотипа мышления, пренебрегающего ограниченными возможностями биосферы, требованиями экологической безопасности.

Предполагается, что рыночные механизмы в сочетании с мерами государственного регулирования должны сформировать экономические стимулы бережного отношения к природным ресурсам и окружающей среде всех предприятий, будь то огромный металлургический комбинат или небольшое фермерское хозяйство.

Задачи, которые надо решить при переходе к устойчивому развитию, состоят в следующем:

• вести и развивать хозяйственную деятельность не путем все большего потребления природных ресурсов, а на основе массового внедрения энерго– и ресурсосберегающих технологий, чтобы брать от природы ровно столько, сколько она способна без ущерба возместить;

• добиться коренного улучшения состояния окружающей среды за счет экологизации экономической деятельности.

Решение этих задач требует целенаправленных изменений структуры экономики, изменения личного и общественного потребления. Каждый должен бережно использовать электроэнергию, газ, воду, тепло, независимо от своего благосостояния. Даже миллиардер должен помнить, что если на Земле закончатся чистый воздух или вода, то их нельзя будет купить ни за какие деньги.

Основные направления перехода России к устойчивому развитию включают:

• создание соответствующей системы воспитания и обучения;

• оценку возможностей экологических систем разных регионов по воздействию на них промышленными и сельскохозяйственными предприятиями;

• приведение воздействия на природу в соответствие с ее возможностями по полному устранению негативного эффекта.

Рассмотрен в Концепции и региональный аспект устойчивого развития, которой предполагает:

• реконструкцию региональной промышленной системы с учетом хозяйственной емкости локальных систем;

• развитие сельского хозяйства на основе экологически прогрессивных агротехнологий, адаптированных к местным условиям;

• осуществление мер по оздоровлению населения, развитию социальной инфраструктуры, повышению качества жизни.

К основным показателям качества жизни предлагается отнести:

• продолжительность жизни человека;

• состояние его здоровья;

• отклонения состояния окружающей среды от нормативов;

• уровень знаний или образовательных навыков населения;

• доход (измеряемый валовым внутренним продуктом на душу населения);

• уровень занятости;

• степень реализации прав человека.

В качестве целевых и ограничивающих параметров устойчивого развития в экологической сфере предлагаются:

• уровни удельного (на душу населения и единицу валового внутреннего продукта) потребления энергии и других ресурсов, а также выхода выбросов, сбросов и отходов;

• показатели качества атмосферы, вод, территорий, находящихся в естественном и измененном состоянии и др.

Достижение всех этих параметров является стратегической задачей, так как переход к устойчивому развитию представляет единственно возможный путь дальнейшего развития всей мировой экономики и, в том числе, российской.