Г. АЛЬТШУЛЛЕР - АЛГОРИТМ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Решать задачу надо применительно к кораблю водоизмещением в 5-20 тыс. т. Корабль должен иметь в свободной воде нормальную скорость (т. е. 18-20 узлов).
Решение задачи 5
Часть 1
1 - 1. а) Надо увеличить скорость движения каравана судов и ледокола во льдах.
б) Нельзя увеличивать мощность двигателей ледокола - эта возможность исчерпана.
в) Надо снизить стоимость транспортировки грузов в ледовых условиях.
г) Затраты должны быть ниже, чем при использовании лучших современных ледоколов.
д) Цель - снизить стоимость одного тонно-километра транспортировки груза.
1-2. Обходный путь - отказаться от ледокола. Ледокол- машина для изготовления канала во льдах. Если транспортные суда научатся ходить во льдах без канала, отпадет необходимость в ледоколе.
1-3. Итак, с ледоколом или самостоятельно?
а, в) В водном транспорте отчетливо проявляется тенденция к «само» (например, от буксируемых барж - к самоходным баржам).
б, г) Тенденция к «само» наблюдается и в сельхозмашиностроении (различные самоходные установки вместо прицепов), и в авиации (поэтому не были осуществлены многочисленные проекты прицепных пассажирских пла-неропоездов).
д) Обходная задача представляется значительно более трудной, в некотором смысле даже нереальной, дикой: мы хотим, чтобы транспортное судно шло во льдах быстрее ледокола… Но анализ свидетельствует в пользу обходной задачи. Выбираем ее.
1-4. Примем требуемую скорость во льдах равной 6 узлам (втрое больше, чем у существующих ледоколов), толщину льда - 3 м.
1-5. Поправка на время: скорость - 8 узлов, толщина льдов - до 3,5 м (практически это предельная величина).
1-6. То, что нам предстоит придумать, должно надежно работать в полярных условиях. Отсюда требование: как можно меньше подвижных механизмов и выступающих деталей (они смерзаются, ломаются льдами и т. п.).
Часть 2
2-1 а) Анализ патентной информации сразу выявляет чрезвычайно интересный факт: нет изобретений, относящихся к выбранному нами обходному пути. Свыше ста лет развитие ледоколов идет в рамках исходной схемы. Даже наиболее оригинальные изобретения послед^ них лет не выходят за пределы этой схемы. Изобретатели из Ленинградского НИИ Арктики и Антарктики предложили разрушать лед системой фрез или импульсными водометами1. В американском патенте № 3130701 предлагается заводить носовую часть ледокола под лед и взламывать лед снизу: опускание носовой части производится затоплением особых цистерн, а подъем - опорожнением этих цистерн и одновременной подачей воздуха в надувную емкость, расположенную под днищем ледокола. По патенту ФРГ № 1175103 предлагается в носовой части корабля устанавливать десятки бивней - «направленных вперед, изогнутых и спускающихся под лед стальных клиновидных плоскостей».
Совсем свежее предложение предусматривает, что «ис-
полнительный орган выполнен в виде расположенных вдоль корпуса, регулируемых по высоте резцов, а в задней части корпуса шарнирно установлена стрела, на конце которой закреплена удаляющая разрушенный лед плита». Это уже не корабль, а специализированный агрегат по изготовлению канала во льдах…
Много авторских свидетельств и патентов выдано на различные устройства для удаления битого льда из-под днища ледокола и очистки канала. Предложено даже специальное ледоочистительное судно, оборудованное установками, направляющими лед под ледяное поле. Система «ледокол - караван» очень далека от идеальной машины: ледокол «возит самого себя», а тут добавится еще одно судно - только для обслуживания канала. Это явно отдаляет исходную схему от идеальной машины.
Патентный анализ, таким образом, подтверждает, что прямой путь ведет в тупик излишней специализации. Мы правильно сделали, отдав предпочтение обходному пути.
б) Мы решаем задачу о продвижении сквозь плотную среду; ведущая отрасль техники в данном случае - горная техника (проходка шахт, штреков, выемка угля, руды и т. п.). Лед - горная порода; посмотрим, как движутся машины в более плотных горных породах.
Здесь уже давно применяют водометы, гидромониторы. Идут эксперименты с различными электрофизическими способами разрушения угля, руды, камня. Используют нагревание токами высокой частоты, контактный электропробой, электрогидравлический эффект и т. п. К сожалению, применить какой-либо из этих методов в нашей задаче невозможно: слишком велик объем льда, который надо разрушать в единицу времени, чтобы обеспечить требуемую скорость движения судна.
в) Обратная задача - не разрушать, а укреплять лед. Решение - армирование льда. Такое решение явно не годится, а чтобы использовать его «с обратным знаком», нужно добавлять в лед что-то, уменьшающее его прочность. Но и этот путь не годится: потребуется слишком большой расход вещества-разрыхлителя.
2-2. Применим оператор РВС. Будем считать объектом корабль, а основным размером - его ширину (от длины мало что зависит).
а) Ширина корабля стремится к нулю. Допустим, она равна 1 мм. Корабль-лезвие?
б) Начнем теперь увеличивать ширину: 10 м, 100 м, 1000 м, 10 000 м… Бее труднее и труднее двигать сквозь лед такую громаду. Положить корабль на бок?
в) Скорость движения корабля близка к нулю. В этом случае можно просто потихоньку растапливать лед. Расход топлива тоже будет стремиться к нулю.
г) Скорость повысилась до 50 узлов, 100 узлов… Корабль должен мчаться, как судно на подводных крыльях. Любой способ разрушения льда не годится - потребуется слишком большая мощность. Нужно придумать нечто, что позволит идти сквозь лед, не расходуя энергии. Как?
д) Допустимые расходы стремятся к нулю. Снова тот же вывод: не разрушать лед (за это всегда надо платить).
е) Если допустимы неограниченные расходы, задача легко решается: применить лазеры, пусть они пробивают дорогу сквозь лед.
2-3. Изложим задачу в двух фразах, убрав такие термины, как «ледокол», «ледорез» или «ледолом» (они заранее привязывают нас к какой-то технологии разрушения льда).
Итак, задача: «Дана система из корабля и льда. Корабль не может идти с большой скоростью сквозь лед». (Можно, вообще говоря, убрать и термин «корабль», но он достаточно широк и вряд ли сильно стеснит воображение.)
2-4. Корабль - технический объект, его можно изменять как угодно. Лед - природный объект, изменять его крайне трудно. Следовательно, надо корабль отнести к «а», лед - к «б».
2-5. Объектом для дальнейшего анализа будет корабль.
Вывод неожиданный: традиционные попытки решения задачи связаны с изменением льда: его ломают, режут, взрывают… Корабль кажется неизменным, мы привыкли к его определенной форме, а лед кажется легко изменяемым На самом деле все наоборот. Чтобы расплавить один кубометр льда - все равно, чем: архисовременным лазером или простым огнем,- нужно затратить 80 000 ккал тепла (без учета потерь). Большое количество энергии нужно и для того, чтобы тем или иным способом искрошить кубометр льда. Куда проще разрушать
Рис. 23. К задаче 5, шаг 3-2. «Было» - корабль дошел до льда и остановился; «Стало» - тот же корабль каким-то образом движется сквозь лед
не лед, а корабль! Ведь корабль можно сделать легко-разрушаемым - это зависит от нас…
Мы пришли к весьма дикому выводу. Кто-то, может быть, уже подходил к этой мысли - и останавливался перед психологическим барьером.
Часть 3
3-1. Сформулируем идеальный конечный результат (ИКР): корабль сам идет сквозь лед с большой скоростью и с нормальным {как на чистой воде) расходом энергии.
3-2. На рис. 23: «Было» - корабль дошел до льда и остановился; «Стало» - тот же корабль каким-то образом движется сквозь лед.
3-3. Не может выполнить требуемого действия участок АБ носовой части корабля, упирающийся в лед. Можно ответить и по-другому: не может выполнить требуемого действия объем корпуса между АБ и ВГ.
3-4. а) Мы хотим, чтобы эта часть не упиралась в лед.
б) Она жесткая, твердая, сплошная - поэтому она и упирается.
в) Эта часть нужна для сохранения целостности корпуса и не нужна, чтобы не упираться в лед.
3-5. Поскольку эта часть нужна, придется сохранить ее. А поскольку она нам мешает, придется уменьшить ее до минимума.
3-6. Размеры этой части определяются толщиной льда и шириной корабля. Уменьшить толщину льда мы не можем. Остается уменьшать ширину корабля. Нам не надо,лтобы корабль был вообще плоским (рис. 24, а). Мы рассматриваем изменения той части корпуса, кото-
Рис. 24 Чем уже полоса разрушаемого льда, тем меньше расход энергии.
рая совпадает со слоем льда. Пусть эта часть будет плоской (24,6).
3-7 и 3-8. Получается неустойчивая форма. Чтобы корабль был устойчивым и плоским, нужны две плоскости, соединяющие верхнюю и нижнюю части корпуса (рис. 24, в).
