Звездные корабли воображения - Песах Амнуэль

Брошюра подписной научно-популярной серии "Новое в жизни, науке, технике" библиотечки "Космонавтика, астрономия" издательства "Знание", № 2 1988 г.

Содержание:

• Предисловие 1

• Введение 1

• Методы научно-технического прогнозирования 1

• Что такое научно-фантастический прогноз? 3

• Четыре этажа фантастики 4

• Все больше и больше 5

• Сделаем наоборот 6

• Все быстрее и быстрее 7

• Эфирные города 8

• Под солнечным парусом 8

• Презумпция естественности 9

• Изменить неизменяемое 10

• Морфологический анализ и фантограммы 10

• Фантастические модели 11

• Заключение 12

Предисловие

Предлагаемая работа П. Р. Амнуэля, посвященная прогнозированию в космонавтике и астрономии, представляет определенный интерес для читателей этой научно-популярной серии. Основное внимание автор уделил вольной или невольной роли авторов фантастической литературы в прогнозировании развития космонавтики. Зародившись на заре человеческой цивилизации, идеи полета в космическое пространство долгое время являлись сюжетом лишь фантастических произведений.

Прошли многие тысячелетия, и только в XX столетии эти мечты стали превращаться в реальность. Фантастическая литература способствовала рождению космической эры. Многие пионеры космонавтики нашли свое призвание благодаря этой литературе. В этом признавались К. Э. Циолковский, Р. Годдард, Р. Эно-Пельтри, Г. Оберт и другие ученые.

Так что разрабатываемая П.Р.Амнуэлем тема полезна не только для широкого круга читателей, но и для дальнейшего расширения кругозора специалистов.

Академик В. П. ГЛУШКО

Введение

Наука и техника не могут развиваться без попыток заглянуть в собственное будущее. У этого, казалось бы, чисто человеческого, субъективного желания есть и необходимость, и объективные причины. Наука и техника движутся вперед, ставя перед собой на каждом этапе конкретные цели, преодолевая конкретные противоречия. Однако каждый раз приходится выбирать, какие проблемы наиболее актуальны сегодня, для достижения каких целей необходимо именно сейчас приложить максимум усилий.

Чтобы разобраться в этой непростой (и тоже сугубо научной!) проблеме, создан раздел науки, призванный предвидеть и главные цели научно-технического прогресса, и его возможные результаты, и даже (желательно) следствия этих результатов - влияние их на человеческое общество. Лишь представив цели развития и возможные пути их достижения, можно конкретно и доказательно планировать научно-технические разработки. Исследованием же целей, путей их достижения, возможных будущих проблем, кризисов и выходов из них занимается прогнозирование.

Прогнозирование еще находится в стадии становления, хотя попытки создавать обоснованные прогнозы в различных областях техники и науки ведутся не первое десятилетие. Совершенствуются и методы, при помощи которых составляются прогнозы. Эти методы исследует прогностика - научная дисциплина о закономерностях разработки прогнозов.

В этой брошюре мы будем говорить о прогнозах в области космонавтики и астрономии. Но есть и одна особенность: речь пойдет в основном о прогнозах, которые делают не ученые, а авторы научно-фантастических произведений. Поговорим и о методах прогнозирования, сопоставляя те, которые используют ученые-прогнозисты, и те, которыми пользуются писатели-фантасты.

Именно в области космонавтики и астрономии лучше всего, пожалуй, видны возможности и недостатки современного прогнозирования. Уже в первые годы после полета Ю.А.Гагарина на страницах печати интенсивно обсуждались вопросы дальнейшего развития космонавтики. Будут ли поселения на Луне через десять лет? Пилотируемые полеты к планетам - через двадцать? К звездам - через полвека?

С. П. Королев писал, что в будущем каждый человек сможет полететь в космос по профсоюзной путевке. Прошло четверть века. Как сбываются прогнозы? Нет пока поселений на Луне, и люди не летают к планетам. А летчик-космонавт СССР К. П. Феоктистов недавно заметил: "В принципе и сейчас можно было бы отправить на орбиту "по профсоюзной путевке" любого человека. И технические средства это позволяют, и медицина так шагнула вперед, что нынче от космонавтов не требуется какого-то "сверхздоровья"… Весь вопрос в стоимости этого удовольствия". (Известия. - 1987. - 1 января).

Полеты в космос очень дороги и останутся такими еще долгое время. Это одна из причин, по которым цели космонавтики оказались несколько иными, чем представлялось вначале людям, следившим за ее развитием по публикациям на страницах научно-популярных изданий. Оказалось наиболее целесообразным развивать такие отрасли космонавтики, как системы спутников связи, системы метеорологических спутников, проводить дистанционное зондирование земной поверхности с целью поиска залежей полезных ископаемых и т. д. Американская администрация, как известно, планирует выведение в космос спутниковых систем первого удара. Колоссальные средства, которые тратятся в США на военные цели, отвлекают от проведения космических научных программ.

Итак, недостаточное понимание целей космонавтики в свое время оказалось причиной появления излишне оптимистических и зачастую просто неверных прогнозов. Можно привести и обратные примеры. Вот, что писал К.Э.Циолковский в 1935 г. (Комсомольская правда. - 23 июля): "Чем больше я работал, тем больше находил разных трудностей и препятствий. До последнего времени я предполагал, что нужны сотни лет для осуществления полетов с астрономической скоростью (8-17 км в секунду)… Но непрерывная работа в последнее время поколебала эти мои пессимистические взгляды: найдены приемы, которые дадут изумительные результаты уже через десятки лет". На деле жизнь потребовала еще более сжатых сроков - 22 года спустя на орбиту был выведен первый искусственный спутник Земли.

Методы научно-технического прогнозирования

Различают два типа прогнозов: поисковый и нормативный. Поисковый прогноз выявляет перспективные проблемы развития технической или научной дисциплины. К поисковым относят дальнесрочные (с периодом упреждения более 15–20 лет) или долгосрочные прогнозы (период упреждения 5-15 лет). Нормативный прогноз определяет пути решения проблемы, пути достижения какого-то оптимума на основе заранее заданных критериев. Это обычно среднесрочные (1–5 лет) или краткосрочные (до 1 года) прогнозы.

Многочисленные варианты методов прогнозирования объединяют в три большие группы:

1. Метод экстраполяции. В будущее экстраполируют тенденции, закономерности развития технической или научной системы, хорошо изученные по их проявлениям в прошлом и настоящем.

2. Метод моделирования. Объект прогнозирования представляют в упрощенном виде, исследуют модель объекта или явления, удобную для получения выводов прогнозного характера.

3. Метод экспертных оценок. Прогноз составляет эксперт (или группа экспертов), т. е. человек, способный достаточно объективно судить о перспективах развития избранного объекта или явления.

Сложность прогнозирования заключается в том, что, кроме развития самого избранного объекта, нужно учитывать еще и прогнозный фон - те внешние факторы, которые прямо или косвенно связаны с объектом прогнозирования и могут повлиять на его развитие. Факторов этих может быть так много, что зачастую даже использование быстродействующих ЭВМ не даст гарантии того, что влияние всей совокупности факторов, всего прогнозного фона оценено правильно. К примеру, таким фоном по отношению к космонавтике являются степень экономического развития страны, развитие наук (в частности, химии), развитие различных технологий и даже изменение политической ситуации в мире.

Решается, например, сугубо конкретная проблема - как будут меняться в будущем двигатели ракет. Казалось бы, достаточно знать, как развивалось двигателестроение до сегодняшнего дня, каково оно сейчас, и продолжать уже намеченные тенденции (метод экстраполяции). Однако можно заведомо сказать, что такой прогноз (если делается попытка дальнесрочного прогноза) будет ошибочным как в сроках, так и зачастую в своей основе.

Например, системы жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) интенсивно развивались в 50-х годах, что и привело к возможности поднять в космос спутники массой более тонны. Мощности двигателей быстро нарастали. Скорость истечения в двигателях, использующих химические реакции между компонентами топлива, ограничена величиной 5 км/с, а при использовании реакции свободных радикалов - около 25 км/с. Если бы тенденции к увеличению скоростей истечения продолжались, то быстро был бы достигнут предел и прогнозисты пришли бы к выводу о необходимости качественного скачка - непременной замене химических двигателей ядерными, причем созданию ядерных двигателей нужно было бы отдать приоритетное значение в нормативном прогнозе.

Однако на самом деле изменился прогнозный фон, и продолжать тенденцию наращивания удельного импульса стало нецелесообразно. Главным стало не достижение как можно больших полетных скоростей, а создание экономичных двигателей, способных при минимальной стоимости поднимать на орбиту максимальную массу.

Прогноз должен предвидеть развитие объекта с учетом возможных качественных скачков. Это уязвимое место любого прогноза. Предвидеть качественный скачок удается, если уже сейчас создана база для его появления. Смену химических ракетных двигателей ядерными можно было прогнозировать, поскольку уже в начале 60-х годов было ясно, что создать ядерный двигатель в принципе возможно. Причем чем меньший срок охватывает прогноз, тем он, естественно, более конкретен. Дальнесрочные прогнозы обычно лишь качественно рассматривают развитие объекта прогнозирования. Но на основе неконкретного дальнесрочного прогноза невозможно принимать решения, планировать деятельность.

Нужно еще иметь в виду то, что прогнозирование в технике значительно легче, чем прогнозирование развития науки. Причина здесь очевидна; в науке невозможно пока предсказать появление качественных скачков, способных коренным образом изменить весь прогноз. Представим себе прогнозиста 50-х годов, который составлял бы прогноз развития астрономии на 15–20 лет. Техническую сторону развития он бы предсказал: в то время уже проектировались приборы для будущих рентгеновских наблюдений, строились все более мощные радиотелескопы. Было ясно, что окно, сквозь которое астрономы смотрят во Вселенную, скоро раздвинется очень широко - от радиодиапазона до гамма-лучей. Но какие открытия будут сделаны с помощью новых технических средств наблюдения? Как изменят они лик астрономии?

Открытия на то и открытия, что они появляются неожиданно! Процитируем И. В. Бестужева-Ладу: "Наука как форма общественного сознания (это, кстати, относится и ко всем остальным формам), по нашему мнению, вообще не может служить объектом прогнозирования: любая более или менее удачная попытка предвосхитить научное открытие ведет к более или менее быстрой реализации такого открытия (на то оно и открытие!). Иной вопрос - возможные пути и сроки реализации уже сделанного открытия".

Иными словами: вряд ли можно было предсказать открытие пульсаров, но уже в 1968 г. можно было предвидеть бурное развитие исследований этих объектов, что экспоненциально возрастет число публикаций по проблеме пульсаров. Но что будет содержаться в этих публикациях - какие новые идеи? Об этом прогноз должен молчать.

По мнению автора, прогнозировать развитие научного знания вовсе не так уж безнадежно, во всяком случае когда не происходит открытия неизвестного ранее закона природы. Открытие пульсаров не было предсказано, но оно вполне могло быть предсказано. Пульсары как небесные объекты не нарушают никаких известных в 50-х годах законов природы, вполне укладываются в рамки современной физики.

Пульсар - это быстро вращающаяся нейтронная звезда с большим магнитным полем, излучающая радиоволны в выделенном направлении (например, вдоль магнитной оси). Нейтронные звезды были предсказаны в 1934 г. В.Бааде и Ф.Цвикки. Иное дело, что до открытия пульсаров в существование нейтронных звезд мало кто верил, но это вопрос психологии ученых, а не прогнозирования.

В начале 60-х годов была опубликована работа советского астрофизика В. Л. Гинзбурга, из которой следовало, что нейтронная звезда, если она существует, должна обладать магнитным полем порядка 10 Гс. Тогда же другой советский астрофизик Н. С. Кардашев писал о том, что нейтронная звезда должна быстро вращаться. Известно также, что электроны, движущиеся в магнитном поле, излучают вдоль направления своего движения, а движутся они вдоль силовых линий магнитного поля. Следовательно, и излучение должно быть направленным. Достаточно теперь сделать небольшой шаг и сказать: "Если излучение направлено не вдоль оси вращения, то с Земли будут наблюдаться пульсации с периодом, равным периоду вращения нейтронной звезды".

Иными словами, существование нейтронных звезд-пульсаров можно было предвидеть с помощью уже известного в 50-е годы метода прогнозирования - морфологического анализа. Метод этот был предложен Ф. Цвикки (опубликовавшим книгу "Морфологическая астрономия"), но для прогнозирования возможных открытий практически не используется (хотя на Западе существует даже ассоциация "морфологистов", занимающихся подобными прогнозами). Применяют морфологический анализ обычно для решения изобретательских задач. Сейчас морфологический анализ прогнозисты относят к совокупности методов, называемых в прогностике экспертными оценками. Поговорим об экспертных оценках подробнее, поскольку в дальнейшем нам предстоит сравнить этот способ прогнозирования с теми, что используют писатели-фантасты.

Наиболее прост, хотя и наименее надежен, метод индивидуальной экспертной оценки, когда в качестве источника информации для прогноза используется мнение какого-то одного компетентного специалиста. Вряд ли нужно пояснять, почему этот метод наименее надежен: эксперт может ошибиться, может быть подвержен крайностям в оценках и т. д. Поэтому чаще пользуются методом коллективной экспертной оценки, основанным на выявлении обобщенного мнения группы экспертов путем обработки независимых оценок, вынесенных экспертами, входящими в группу. У этих двух методов есть немало модификаций.

Одна из них - дельфийский метод: прогнозисты ведут опрос группы экспертов в несколько туров. После каждого тура экспертам сообщают результат, чтобы они могли к следующему туру скорректировать или заново обосновать свое мнение. Модификация коллективной экспертной оценки: мозговой штурм или метод коллективной генерации идей. Эксперты коллективно обсуждают проблему, причем обсуждение обязательно регламентировано четкими правилами.

Результаты экспертных оценок довольно часто публикуются в печати, и каждый может наглядно убедиться в достоинствах и недостатках этого метода прогнозирования. В 60-х годах фирма "Рэнд" провела экспертное исследование прогнозов, пользуясь дельфийским методом. В сущности, лишь один из этих прогнозов сейчас сбывается "в срок": создание рентгеновских лазеров (к сожалению, осуществление этого прогноза оказалось связано с разработками "звездных войн"). Многие сроки оказались слишком оптимистическими (например, управляемая ядерная реакция синтеза еще не осуществлена, хотя оптимальный срок был назван - 1987 г.). По многим прогнозам у экспертов не было единого мнения, и сроки осуществления прогнозов оказались очень расплывчатыми.

Морфологический, или матричный, метод, о котором уже упоминалось, тоже является модификацией и систематизацией экспертного метода. Для объекта прогнозирования строят матрицу характеристик и их возможных значений - так называемый морфологический ящик. Это, в общем, таблица, на одной оси которой записаны все характеристики прогнозируемого объекта, а на другой - возможные варианты и значения каждой характеристики. В свое время Ф. Цвикки, автор морфологического метода, использовал его для прогнозирования "необычных звезд" и предсказал как нейтронные звезды (1934 г.), так и звезды с гораздо меньшими размерами, названные адскими (теперь о них говорят как о черных дырах).

Таблица 1. Прогноз ожидаемых событий научно-технического прогресса (Результат опроса экспертов в 60-х годах)

Интересно, что, будучи призванным во время второй мировой войны на военную службу, Ф. Цвикки использовал морфологический метод для прогнозирования развития реактивных двигателей и описал 36864 возможные комбинации параметров. Следует отметить, что при матричном прогнозировании очень важно правильно оценить получившиеся варианты и сочетания (большинство из них обычно не имеет для прогноза никакой ценности).

Как быть, однако, если необходимо представить себе развитие техники и науки не на 30–40, а на 100–200 лет?

Надежных методов современная прогностика не дает, оставляя размышления о далеком будущем науки и техники на долю отдельных смелых ученых, не боящихся публично размышлять на эти темы, и на долю научно-фантастической литературы.