Изот Литинецкий - Беседы о бионике

На человека, не посвященного в современные проблемы радиоэлектроники, приведенные цифры могут произвести ошеломляющее впечатление. Зачем, например, увеличивать выпуск радиоэлектронной аппаратуры в 6 раз, когда и так наша радиоэлектронная промышленность развивается вдвое быстрее, чем все промышленное производство страны? Или зачем уменьшать габариты, вес и потребляемую мощность радиоэлектронных устройств в 100-1000 раз, когда радиоприемники уже уменьшились до карманных размеров и потребляют мизерное количество электроэнергии? Попытаемся кратко ответить на эти вопросы.

Расчеты показывают, что при сохранении существующего уровня технической оснащенности сферы планирования, управления и учета в 1980 г. потребовалось бы занять в этой сфере заметную часть взрослого населения Советского Союза. А если бы мы сохранили современный технический уровень в сфере производства, то в 1980 г. нам пришлось бы привлечь к работе во всех отраслях народного хозяйства не менее 400 миллионов рабочих. Поскольку это практически неосуществимо, надо искать иные пути резкого повышения производительности труда. Огромными потенциальными возможностями в решении этой важнейшей государственной задачи располагает электронная техника. Поэтому вполне естественно, что объем выпуска радиоэлектронной аппаратуры должен из года в год резко увеличиваться.

Теперь о проблеме уменьшения габаритов и веса электронной аппаратуры.

Многие радиоэлектронные устройства, которые можно было бы с большим успехом применять в народном хозяйстве, в оборонной технике, не изготовляются только потому, что они очень громоздки, не вписываются в отводимые для них места и очень тяжелы. Лучше всего это знают конструкторы всевозможных летательных аппаратов — самолетов, искусственных спутников, космических кораблей. Известно ли вам, например, сколько насчитывается различных деталей в радиоэлектронной аппаратуре, установленной на современном тяжелом самолете? Более 150 тысяч штук! На рис. 13 показан рост числа деталей, используемых в электронных системах американских самолетов-бомбардировщиков, за 25 лет. В конце второй мировой войны на самолетах В-17 и В-29 применялась аппаратура, состоявшая из 1000 — 2000 электронных деталей. Ныне на самолетах В-70 число их возросло до 150 000! Для того чтобы поднять в воздух 1 кг самолетного оборудования, нужно на 10 — 20 кг увеличить взлетный вес самолета. Еще хуже выглядит это соотношение для космических ракет. По американским Данным, отношение веса системы разгона космического корабля к полезному грузу, запускаемому в космос, составляет 1000 : 1!

Рис. 13. Рост числа радиодеталей в авиационной радиоэлектронной технике по годам

Таким образом, чем легче и компактнее электронные устройства, устанавливаемые на искусственных спутниках, тем больше полезной информации можно получить из космоса, не увеличивая мощности ракетных двигателей. Не менее важно и другое. От уменьшения размеров электронной аппаратуры в большой степени зависит также повышение ее надежности, ибо хорошо известно, что малогабаритные конструкции значительно лучше противостоят ударной и вибрационной нагрузкам, чем крупногабаритные. Все дело в том, что силы, создаваемые ускорением, пропорциональны массе того тела, к которому они приложены. А масса в свою очередь пропорциональна кубу среднего размера тела. При уменьшении размера электронного устройства его масса уменьшается очень существенно и система становится более устойчивой к силам, возникающим при ускорениях.

Уменьшить габариты и вес современной электронной аппаратуры в 100 — 1000 раз — дело, конечно, нелегкое. Но добиться этого ученые и инженеры обязаны. Иначе ею нельзя будет оборудовать космические корабли для полетов человека на Луну, Марс и Венеру. Ведь на таких кораблях будет очень много электронной аппаратуры: установки для связи с Землей, локаторы, счетно-решающие устройства для вычисления траектории полета, установки, поддерживающие нормальные условия для жизнедеятельности экипажей, и т. д.

Иначе сотни тысяч вычислительных устройств, которые будут созданы в течение ближайшего десятилетия, потребуют нерационально больших помещений.

Иначе электроника не сможет занять подобающее ей место в нашей будущей жизни: из-за громоздкости электронной аппаратуры она окажется неприемлемой на производстве, на транспорте, в медицине, в быту.

Не менее остро стоит сейчас вопрос о резком снижении мощности, потребляемой радиоэлектронной аппаратурой. Важность этой проблемы видна хотя бы из того, что для питания выпускаемых ежегодно в нашей стране телевизоров и радиоприемников нам требуется каждый год три новых Днепрогэса! И еще пример. Дальнейшее изучение космоса требует запуска искусственных спутников, которые вращались бы вокруг Земли в течение 5 — 10 лет. Для обеспечения питанием электронной аппаратуры спутников в течение столь длительного времени необходимо, чтобы потребляемая ею энергия исчислялась не ваттами, а милливаттами.

По какому же пути следует идти, чтобы достигнуть резкого увеличения объема производства, снижения стоимости, уменьшения габаритов, веса и потребляемой мощности электронной техники? Магистральной дорогой комплексного решения всех этих задач служит микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры.

Микроминиатюризация — принципиально новый метод разработки и изготовления радиоэлектронных систем. В ее основе лежит модульная система конструирования, заимствованная из отечественной строительной техники. В строительстве этот метод конструирования заключается в выборе и взаимоувязке размеров зданий и их элементов (ширина и длина помещений, высота этажей, высота и ширина оконных и дверных проемов и т. д.), а также размеров выпускаемых промышленностью строительных деталей, материалов и оборудования зданий. В соответствии с этим же методом выбираются и размеры мебели. Основным требованием модульного метода является кратность всех номинальных размеров регламентированной единице измерения, называемой модулем (в СССР в строительстве принят модуль, равный 100 мм). Главная цель, которую преследует модульная система, — это содействие типизации и стандартизации в проектировании и производстве, способствующим механизации и автоматизации, снижению стоимости и сокращению сроков строительства.

Радиоэлектронная аппаратура также может конструироваться в виде модулей, т. е. узлов стандартных размеров, кратных определенной единице измерения. Модули могут состоять из различных радиодеталей и выполнять различные рабочие функции (генератора, усилителя, триггера и т. д.). В зависимости от характера применения электронной аппаратуры, отводимого для нее пространства на объекте установки и от окружающих условий работы модульные функциональные узлы могут иметь различную форму, но для конкретной аппаратуры узлы изготовляются по однотипной конструкции.