Рождение машин. Неизвестная история кибернетики

Рид Томас

Вторая вычислительная задача, предсказание, оказалась гораздо сложнее. Вычислить, как выпустить снаряд, чтобы он оказался в определенной точке пространства и времени, – это одно. Подсчитать, где именно будет эта определенная точка пространства и времени по отношению к быстро летящему самолету, – совершенно другое. Чтобы упростить задачу, инженеры допустили, что вражеский самолет летит прямо и на одной высоте, а не по петляющей траектории, то ниже, то выше, как это происходит обычно на практике. Устройство наведения предполагало, что имеется константная траектория. Допущение не соответствовало реальности, но не настолько, чтобы лишить предсказание смысла.

Вторая мировая война была войной технологий, войной механических чудовищ из железа и стали, громивших друг друга на земле, в море и в воздухе.

К 1940

году последнее слово в области разработки систем управления было за Sperry, и это преимущество сохранялось в последующие 30 лет. Поначалу эти системы наведения физически воссоздавали поведение приближающегося бомбардировщика: «Действительное движение цели механически воспроизводилось в небольшом масштабе без использования компьютера, – сообщается в записях компании за 1931 год. – Нужные углы или скорости могли быть измерены непосредственно из перемещений этих элементов» [30] . Сейчас подобные технологии могут показаться примитивными, однако тогда это было самое совершенное оборудование, отвечавшее высоким требованиям механического предсказания пути полета. Механический компьютер Sperry, М-7, состоял из одиннадцати тысяч частей и весил около 400 килограммов.

30

American Defense Preparedness Association, «Army Ordnance», National Defense 12, no. 67 (1931): 38. Также цитируется в книге Mindell, Between Human and Machine, 89.

Ситуацию изменила компания Bell Labs. Идея, позволившая Bell Labs внести свой весьма значительный вклад в развитие систем наведения, зародилась во сне. В мае и июне 1940 года физик лаборатории, Дэвид Паркинсон, работал над «автоматическим самопишущим уровнемером». Паркинсон пытался начертить график скачущего электрического напряжения на диаграммной ленте, для чего присоединил измеритель напряжения – потенциометр – к двум магнитным захватам, которые держали пишущую ручку. Напряжение управляло этой ручкой, и на бумагу ложилась кривая линия.

Пока Паркинсон работал над своим самопишущим уровнемером, битва за Дюнкерк потрясла Европу. С 26 мая по 4 июня нацистская Германия обратила в бегство французские, британские и бельгийские войска. Атаки пикирующих бомбардировщиков «Штука» сыпались со всех сторон. 29-летний Паркинсон был очень встревожен этими событиями, и вскоре ему приснился «очень необычный сон» [31] . Позднее он написал об этом в своем дневнике: «Я увидел себя в окопе вместе с командой воздушной обороны… Там было орудие… оно стреляло, но самое замечательное – каждый его выстрел сбивал самолет! После трех или четырех выстрелов человек из команды улыбнулся мне и поманил ближе к орудию. Когда я подполз к нему, он указал на левую часть установки. Там был прикреплен потенциометр от моего самопишущего уровнемера!» [32]

31

Bernard Williams, Computing with Electricity, 1935–1945 (Ann Arbor, MI: University Microfilms International, 1984), 204–205.

32

Glenn Zorpette, «Parkinson’s Gun Director», IEEE Spectrum, April 1989, 43.

Проснувшись утром, Паркинсон совершенно точно знал, что ему делать. Его самопишущая ручка может стать оружием! Как потенциометр управляет движением ручки, точно так же он может управлять движением орудия – быстро и точно. Нужно просто усилить сигнал.

Босс Паркинсона, Кларенс Ловелл, сразу оценил потенциал идеи. Механической основой машины Bell должен стать компьютер, но не скрипучий механизм, способный только выбирать и объединять высчитанные заранее значения. Электрический компьютер Bell должен сам уметь производить вычисления. «Диапазонный вычислитель» Ловелла и Паркинсона работал по другому принципу, нежели М-7 Sperry. Инженеры Bell Labs рассматривали расстояние от точки наблюдения до цели как «электрическую разность потенциалов» [33] .

33

Clarett A. Lovell and David Parkinson, Range computer, US Patent 2,443,624.

Чтобы

выйти на рынок электронных вычислительных машин, начать их массовый выпуск, нужно обладать целым рядом различных навыков, выходящих далеко за рамки того, что может предложить фирма-производитель, даже такая как Sperry. У телекоммуникационной компании был нужный опыт в коммуникационной инженерии, а также собственное производство потенциометров, резисторов, конденсаторов и средств обратной связи. В 1940 году лидирующей телекоммуникационной лабораторией была Bell Labs.

Основателем и президентом Bell Labs был Франк Джеветт. У него, бывшего инструктора по электротехнике в МТИ, имелся свой целостный взгляд на коммуникации. Еще в 1935 году на лекции в Национальной академии наук он сказал: «Мы склонны думать и, что еще хуже, действовать так, как будто телеграфия, телефония, радиопередачи, телефонография и телевидение – это какие-то отдельные понятия» [34] .

34

Mindell, Between Human and Machine, 136.

Джеветт считал электрический сигнал единым универсальным элементом. Буш высоко оценил идеи Джеветта и поставил его во главе подразделения С – коммуникаций и передачи – только что созданного Научно-исследовательского совета национальной обороны. Уоррен Уивер, бывший директор отделения естественных наук Рокфеллеровского фонда, возглавил отделение D-2, которое вело огромное количество проектов NDRC в области автоматического контроля, включая разработку устройств наведения и радаров. Джеветт еще во время работы в Bell хорошо представлял важность проекта по модернизации устройств наведения и рассматривал задачу как коммуникационную проблему. Уивер был согласен с такой остановкой вопроса: «Есть потрясающее количество близких и точных сходств между проблемой разработки устройства наведения и задачами, стоящими в области коммуникационной инженерии», – писал он позже. Шестого ноября 1940 года при поддержке войск связи новый цех D-2 Уивера и Bell Labs подписали контракт.

Уивер оценил опыт сотрудников компании Bell в области электроники. Новое оборудование оказалось настолько удачнее механических систем наведения, что в это было трудно поверить. Электрические системы наведения требовали меньше навыков от операторов, меньше времени и денег для производства, а в работе позволяли получить большую точность, скорость и гибкость. Компьютер Bell позволял устройству наведения рассчитывать простые математические функции, такие как синус и косинус, а с помощью резисторов, потенциометров, серводвигателей и усилителей оно могло управлять тяжелой 90-миллиметровой установкой противовоздушной обороны.

Однако даже автоматическое радиолокационное отслеживание не сделало устройства наведения идеальными. Как только снаряд со взрывателем вылетал из жерла ствола, он становился неуправляем. Так как снаряды, как и самолеты, летали все быстрее и выше, настройка временного взрывателя становилась все более сложной задачей. Наведение было незамкнутым контуром: не было никакого механизма обратной связи со снарядом. Если бы только был способ сообщить снаряду, чтобы он взорвался немного позже или немного раньше, в зависимости от реальной ситуации!

Университет Джонса Хопкинса, тоже финансируемый NDRC, предложил использовать бесконтактный взрыватель, также известный как «плавкий взрыватель с переменным временем», или просто «VT-взрыватель», для замыкания этой обратной связи. Оставалось его немного улучшить. Снаряд срабатывал бы намного лучше, если бы мог распознавать приближение к немецкому бомбардировщику. Разница была небольшой, но значительной. Временные взрыватели устанавливались до выстрела, время детонации бесконтактных взрывателей определялось в полете. Механизм взрывателя должен был быть чувствительным, но в то же время прочным, чтобы выдержать сам момент выстрела из мощного 5,8-тонного орудия M-114. Сила, в 20 тысяч раз превосходящая гравитацию, запросто могла разорвать снаряд внутри орудия. Вскоре решение было найдено.