Профиль невидимки

ЗАЩИТА ТОЧНОСТИ

Ну, вот и наступило это главное. Можно приниматься за электрическую сердцевину прибора, за те узлы, где должен происходить математический подсчет, увеличение и где перо будет рисовать профиль невидимки. Сердце и мозг, куда потянутся нити проводов от механического пальца.

Прежде всего увеличение. Как увеличивать ничтожные колебания иглы, в принципе не представляло никакой загадки. Сигналы датчика усиливаются во множество раз, настолько, чтобы придать перу нужный размах. Есть и верное средство усиления - электронная лампа.

Электронная лампа - маленькое чудо нашего века, заключенное в пустотный баллончик. Электронная лампа, которая дала нам и современное радио, и телевидение, и контрольную автоматику, и новейшие «разумные» машины, эта лампа должна была послужить сейчас и делу извлечения гребешков из их микроскопического мира. Электронный поток, рождаемый там, внутри, в пустоте, под влиянием даже слабейших токов, делает лампу прекрасным усилителем. Он, как мощный рычаг, переводит подведенный ток на более высокий уровень, умножает, увеличивает во множество раз. Электронный рычаг, гибкий и мгновенно действующий, невесомый и практически не имеющий никакой инерции. Именно такой рычаг и нужен, чтобы вытаскивать им на белый свет сокровенный рисунок микропрофиля.

Одна лампочка увеличивает, за ней другая еще увеличивает, третья - еще больше.., Так и выстраивается та цепочка, что именуется столь поэтично на языке электроники «каскадами усиления». Пятьдесят на пятьдесят и еще раз на пятьдесят. Увеличить до ста тысяч раз - в принципе никакой загадки.

В принципе! А в применении именно к этому прибору десятки загадок и неизвестностей вставали вдруг перед людьми маленькой лаборатории. Необычайно высокая точность его выдвигала все новые требования, самые строгие, неукоснительные и часто совсем еще непредвиденные. Высокая чувствительность. И обязательно высокое постоянство действия. В любой момент электронное сердце прибора должно совершенно точно отвечать на любое движение иглы. Точно производить увеличение, подсчет, запись. Неизменно точно.

Тут нельзя было остановиться ни на каком чужом примере, ни на какой из готовых схем. Тут требовалось исследование, система своих решений, пусть частных, но своих. Иначе нет пути к увеличению в сто тысяч раз и к желаемой точности.

Процент погрешности всегда преследовал изобретателей приборов для измерения гребешков. Пятнадцать - двадцать процентов погрешности - и это еще считалось достижением. Профиль строит гримасы, но что поделаешь!

- Десять процентов, не больше, - поставили сами себе условие на заводе.

- Значит, нам придется, пожалуй, работать на пять, - сказал своим сотрудникам Александр Иванович.

У него была такая черта - работать с запасом. Если хочешь удержаться в пределах десяти процентов, не допускай в работе погрешностей больше чем процентов на пять. Логика беспощадной точности.

Но какое же может быть постоянство, если сама лампа, чудодейственная электронная лампа, то и дело содрогается от внезапных перемен? Что-то в ней там иногда происходит, от чего начинает меняться ее собственный режим. Иногда до тридцати процентов меняется. Игла, скажем, обследует какой-нибудь микропрофиль, сигналит его рисунок прибору, а лампа упрямо режет и режет, все больше и больше, - вот вам и точность. «Разброс параметров», как по-ученому называется эта беда.

Как она капризна и своенравна, эта нежно-чувствительная лампочка, принесшая миру столько завоеваний! Недаром ее так любят и так побаиваются люди производства, механики. Лампочка требует особого подхода, ее нужно обставить как следует, со всеми мерами предосторожности, чтобы смогла она надежно и верно проявлять свои великолепные свойства. И чем тоньше, деликатнее работа, в которой должна участвовать лампочка, тем сложнее всякие предосторожности. Кто же может во всем этом разобраться?

Все авторы электрических приборов для измерения гребешков трудились и бились над этой задачей - защитой точности. Английский прибор под стеклянным колпаком имел целую электронную крепость всяких устройств и контрустройств, охраняющих постоянство действия. Но то при увеличении в сорок тысяч. А у них-то должно быть сто тысяч. Во сколько же раз станет труднее защита? Заранее никто сказать не мог: никто не брался еще за такое увеличение. Но все понимали, что будет трудно, очень трудно.

- Придется последить за собой, без поблажек, - предупредил Александр Иванович своих сотрудников.

Теперь все надо было бросить в эту борьбу за постоянство действия прибора. Все силы маленькой лаборатории - на защиту точности.

…Вот когда наступила в комнате настоящая лабораторная тишина. Александр Иванович извлек из кармашка свою вечную автоматическую ручку.

За письменным столиком, стиснутым всякой лабораторной утварью, он едва слышно черкал пером, рисовал, подсчитывал, поправляя время от времени очки. Он писал, по обыкновению, на обороте старых библиографических карточек все схемы и вычисления. Карточка за карточкой раскладывались пасьянсом: разные варианты, разные ходы мыслей. Александр Иванович «думал пером».

Марк и Мила молча оглядывались со своих мест на вкрадчивый шорох по бумаге. Они уже знали, что этим пером рассчитывается, осмысливается сейчас вся их работа и на узеньких карточках складывается постепенно осмотрительный детальный план защиты точности. Всякий раз, как предстояло что-нибудь серьезное, появлялась эта неизменная автоматическая ручка.

И то, что вычерчивает там Александр Иванович на узеньких карточках, называется методом обратной связи. Один из самых остроумных приемов, на какие только способна техника.

Мы носим этот метод у себя на руке или в жилетном кармане, под крышкой мерно тикающих часов. В них маленькая вилка, именуемая спуском, открывает ход часовому колесу, повинуясь качаниям маятника, и затем сама обратным движением подталкивает маятник, помогая ему качаться. Классический пример обратной связи, рожденный еще триста лет назад в блестящих механических построениях голландского физика Гюйгенса. В век пара обратная связь развилась широко для регулирования хода машин, для их успокоения, для защиты от собственных колебаний. Поршень регулятора открывает доступ пара в машину и в то же время обратным действием приостанавливает чрезмерное поступление пара. Наступает равновесие, постоянный спокойный ход.

Тот же метод в наши дни, по закону взаимности наук, перешел из механики в электротехнику, радио, в электронные устройства. Обратная связь была обращена на защиту ламп, на их постоянство. А теперь вот электрик Бояров, применяя в новом приборе тот же метод, как бы возвращал его по закону взаимности для решения одной из труднейших механических задач: исследования микромира поверхности.

Обратная связь придает лампе почти разумные свойства. Лампа сама должна следить за собой и сама регулировать свой собственный режим. После того как слабенький ток, посланный гребешками, увеличивается в лампе во много раз, часть этого возросшего тока отводится в лампу обратно. Выход соединяется с входом - общий принцип обратной связи. Тут-то и начинается процесс осмысленного действия. Оригинальный логический аппарат!

По обратной цепи выход непрерывно посылает информацию на вход: у меня получилось столько-то. И вход отвечает тем, что дает в лампу тока больше или меньше. Мгновенный баланс, и лампа успокаивается. Чуткий автоматический регулятор, стерегущий равновесие точности.

Но этот метод требует жертв. Недаром электронщики говорят: «Хочешь выиграть в постоянстве, теряй в усилении». Уж такова логика процесса: чем надежнее должно быть равновесие, тем больше оно поглощает тока. Все затевалось в новом приборе ради большого увеличения, вся эта электроника, все лампы. И вдруг, получив увеличение, надо отдавать обратно!

Александр Иванович отчаянно торговался у себя на карточках за каждый процент такой безвозвратной потери. Перо производило десятки вычислений. И все же итог оказался более чем скромным. Три лампы вполне могли бы дать усиление в сто с лишним тысяч раз. А на самом деле оставалось всего лишь тысяч десять. Все остальное надо было принести в жертву обратной связи. Огромные, ужасные потери в угоду постоянству. Их можно было возместить только увеличением количества ламп. Сначала одна дополнительная лампа. Потом еще одна… И схема прибора вырастала уже до шести различных ламп. Каскады усиления явно превращались в целое семейство электронных водопадов. Из двух достоинств прибора - портативность и постоянство - определяющим было все-таки постоянство. Ему и приносил Александр Иванович самые большие жертвы. «Глубокая отрицательная обратная связь» - термин, вполне выражающий меру всех его усилий по защите ламп.

Мне показали потом на монтажной панели этот узел обратной связи, обладающий столь удивительной способностью следить, сравнивать, анализировать. Одна проволочка, припаянная к одному концу провода, и другая проволочка, припаянная ко второму концу.

- И это все? - спросил я разочарованно.

- А что бы вы хотели? Вавилонскую башню? - блеснул очками Александр Иванович.

Я понял его. Мы слишком часто останавливаемся в восхищении перед громадностью и сложным величием вещей - станки-великаны, гигантские турбины - и пропускаем равнодушно вот этакие малые, незаметные узелки, прекрасные не только в своем действии, но и в своей лаконичной простоте. Простота - не в этом ли лучшая, ведущая черта всего будущего нашей техники?

..Лабораторное сражение на карточках подходило к концу.

- Я думаю так, - протянул Александр Иванович последнюю схему Марку. - Пока так.

Он любил это словечко «пока». Никогда не надо терять ощущения, что можно придумать и лучше.

На карточке все было достаточно ясно и убедительно. А как будет в действительности? Не в чернильных линиях, а в живом, реальном устройстве.