Возьмем, например, лед. Это очень мощное холодильное вещество. Чтобы расплавить 1 кг льда, нужно затратить 80 ккал. А для нагревания образовавшейся воды до 35°C — еще 35 ккал. Таким образом, один килограмм льда дает возможность отвести от человека 115 ккал. А у нас этих калорий 1400, значит, потребуется 12 кг льда. Если учесть вес костюма и холодильного устройства (ведь холод надо распределять и регулировать!), получится, что нужен запас веса никак не меньше 15—20 кг.
Решение задачи 4
| Логические операции | Ход размышлений при решении задачи |
| Аналитическая стадия |
| Первый шаг |
| Поставить задачу в общем виде. | Создать холодильный аппарат. |
| Второй шаг |
| Представить себе идеальный конечный результат. | Максимальная холодильная мощность. |
| Третий шаг |
| Что этому мешает? | Большой вес необходимого (запасаемого) холодильного вещества. |
| Четвертый шаг |
| Почему? | Потому что вес аппарата ограничен. Из 28 кг допустимой для горноспасателя нагрузки на долю холодильного аппарата приходится только 9 кг. |
| Пятый шаг |
| При каких условиях не будет мешать? | Если на долю холодильного аппарата будет приходиться не 9 кг, а больше — 15 или 20 кг. |
| Вывод: надо снизить вес кислородного аппарата и инструментов. | |
| Оперативная стадия |
| Первый шаг |
| Проверить изменения в самом объекте, в частности возможность его разделения. | «Самим объектом» теперь являются кислородный аппарат и инструменты, вес которых надо уменьшить. Путь этот чрезвычайно затруднителен, ибо инструменты и кислородный аппарат совершенствовались годами. Конструкторы боролись буквально за каждый грамм... Нет, здесь мы многого не добьемся... |
| Второй шаг |
| Проверить возможность изменения в среде. | Внешняя среда — шахтный воздух. Конечно, если бы этот воздух был чист, можно было бы отказаться от кислородного аппарата. Но шахтный воздух во время пожара не очистишь. |
| Третий шаг |
| Проверить возможность изменения в соседних объектах. | Соседним объектом для кислородного аппарата и инструментов является третья составная часть нагрузки на горноспасателя — искомый холодильный аппарат. Заставить его одновременно давать кислород? Для этого нужно взять в качестве холодильного вещества не лед, не сухой лед, а жидкий кислород. Черт побери, кажется, это возможно. Правда, жидкий кислород менее мощное холодильное вещество, чем, например, жидкий аммиак, но зато мы сможем взять его много, чуть ли не 15 кг! |
| Итог. Намечается идея: вместо двух аппаратов — кислородного и холодильного — иметь один. В этом аппарате будет использоваться жидкий кислород. Испарение и нагревание кислорода обеспечат охлаждающее действие; нагретый до нормальной температуры кислород пойдет на дыхание. Весить такой прибор может 12 + 9 = 21 кг. |
| Синтетическая стадия |
| Первый шаг |
| Придание новой формы. | Новой сущностью нашего аппарата является работа на сжиженном кислороде. Кислорода много. А раньше в кислородном аппарате его было мало и приходилось для экономии применять круговой цикл — выдыхаемый кислород шел на очистку в патрон с известью и снова на дыхание. Теперь можно отказаться от сложного и громоздкого кругового цикла. Комплексный аппарат окажется проще и дешевле, чем каждый из соединяемых аппаратов! |
| Второй шаг |
| Изменения в других объектах. | Единственный «другой объект» — инструменты. Дать и им дополнительную нагрузку? Вряд ли это возможно. |
| Третий шаг |
| Изменения в методе использования. | Подумаем, чем будет отличаться наш аппарат в использовании. Кислород быстро испаряется... Значит, вес аппарата будет быстро уменьшаться: из 21 кг на кислород приходится 15 кг. К концу работы аппарат будет весить всего 6 кг. А утомляемость зависит от среднего веса. Значит, можно сначала основательно перегрузить аппарат, брать побольше кислорода. |
| Четвертый шаг |
| Применимость найденного принципа к решению других задач. | Где можно применить совмещение двух совместно работающих аппаратов? Помнится, аналогичная задача была в сварочной технике, где применяют переносные бензобачки и кислородные аппараты. |
Общий итог: комплексный холодильный аппарат на жидком кислороде, некруговая схема питания кислородом, начальная перегрузка для увеличения мощности.
Были разработаны (мною совместно с инженером Р. Шапиро) два варианта комплексного холодильно-дыхательного аппарата. Оба проекта получили на конкурсе высшие премии — первую и вторую. Основной принцип — объединение холодильного и дыхательного аппаратов — лег в основу современных газотеплозащитных костюмов, впервые в мире созданных в Советском Союзе.
«Аппарат для индивидуальной газотепловой защиты, — сказано в авторском свидетельстве № 111144, — состоящий из герметизированного комбинезона, шлема, соединительного кольца, дыхательного мешка, маски и размещенного в подкостюмном пространстве резервуара жидкого кислорода, отличающийся тем, что для устранения необходимости в специальных респираторах отработанный в холодильной системе газ используется для дыхания».
На рис. 6 видно, как устроен газотеплозащитный костюм. Жидкий кислород размещен в ранцевом резервуаре 1. Испаряясь, кислород поступает в инжектор 2, расположенный по оси сквозного канала 3. Вытекая из инжектора, кислород смешивается с теплым воздухом подкостюмного пространства и охлаждает его.
В резервуар может быть залито 15—16 кг жидкого кислорода; это обеспечивает 2000—2200 ккал теплоотвода. Начальный вес скафандра при этом составляет 20—22 кг. Если же повысить начальный вес до 30—35 кг, запас кислорода можно увеличить в полтора раза. В таком скафандре не страшно войти и в раскаленную печь...
Рис. 6. Газотеплозащитный костюм для горноспасателей, впервые созданный в Советском Союзе.
* * *
Познакомимся теперь с новым вариантом алгоритма.
АРИ3—71
Часть 1. Выбор задачи
1—1. Первый шаг. Определить конечную цель решения задачи.
а) Какова техническая цель решения задачи («Какую характеристику объекта надо изменить?»).
б) Какие характеристики объекта заведомо нельзя менять при решении задачи?
в) Какова экономическая цель решения задачи («Какие расходы снизятся, если задача будет решена?»).
г) Каковы (примерно) допустимые затраты?
д) Какой главный технико-экономический показатель надо улучшить?
1—2. Второй шаг. Проверить обходной путь. Допустим, задача принципиально нерешима; какую другую — более общую — задачу надо решить, чтобы получить требуемый конечный результат?
1—3. Третий шаг. Определить, решение какой задачи целесообразнее — первоначальной или обходной.
а) Сравнить первоначальную задачу с тенденциями развития данной отрасли техники.
б) Сравнить первоначальную задачу с тенденциями развития ведущей отрасли техники.
в) Сравнить обходную задачу с тенденциями развития данной отрасли техники.
