Дорогами тысячелетий

Сейчас карданов подвес непременная часть гироскопов, без которых не обходится ни одно навигационное устройство для ракет, самолетов, кораблей. В прошлом веке цыганские повозки освещались с помощью хитроумного приспособления. В центре соединенных друг с другом медных колец закреплялась лампа. Даже при самой сильной тряске она не переворачивалась и сохраняла вертикальное положение. В этом заключается и основная идея карданова подвеса: несколько колец, помещенных одно внутри другого, соединяются в двух противоположных точках, что дает им возможность вращаться относительно друг друга. Если в центре колец поместить груз, например лампу, то он будет сохранять вертикальное положение. К XVIII веку китайские мореплаватели уже использовали компасы, закрепленные на кардановом подвесе.

Первое упоминание о кардане встречается в китайских источниках примерно в 140 году до н. э. Более чем триста лет спустя механик Дин Хуань изобрел этот механизм вторично. В Европе же карданов подвес появился через 1100 лет после его изобретения, а еще через 800 лет изобретатели стали использовать этот принцип для стабилизации.

Известный английский ученый Джозеф Нидем, автор фундаментального исследования «Наука и цивилизация в Китае», считает, что не позднее III века в Срединном царстве появился первый навигационный «кибернетический прибор», в котором использовался принцип обратной связи. Это устройство не было магнитным компасом и представляло собой именно повозку, имевшую в высоту и длину по 3,3 метра, а в ширину 2,75 метра, увенчанную нефритовой фигурой «мудреца». Его простертая рука всегда указывала на юг, куда бы ни поворачивалась повозка, даже если она ездила по кругу.

В официальной летописи от 500 года записано: «Повозка, указывающая на юг, была впервые построена правителем Чжоу (начало I тысячелетия до н. э.), чтобы служить проводником послам, возвращающимся домой из далеких стран. На наших бескрайних равнинах легко потерять направление на запад и восток, и потому правитель приказал изготовить такую повозку, с помощью которой послы могли определять северную и южную стороны».

Если эти сведения верны, то изобретение следует отнести примерно к 1030 году до н. э. Но вполне возможно, что слово «повозка» было вставлено в это описание переписчиками, и речь тогда шла о компасе.

Нидем датирует появление «кибернетической повозки» III веком. Итак, если эта повозка не магнитный компас, то как же она работала? Возможно, у повозки был дифференциал, — непременное устройство современных автомобилей. Он дает возможность соосным колесам вращаться с разной скоростью при повороте, поскольку у них разный радиус разворота.

Для ручной тележки или конной повозки поворот не представляет затруднений. А вот когда колеса приводятся в движение от механического привода, то без дифференциала не обойтись.

Нидем предполагает, что дифференциал изобрели все-таки китайцы. Если считать, что первая повозка с указателем на юг принадлежала правителю Чжоу (I тысячелетие до н. э.), то изобретатели дифференциала — вне сомнения китайцы. Но если такая повозка появилась во II или III веке, то некоторые историки приписывают первенство древним грекам. Доподлинно доказано, что с 80 года до н. э. «одно из величайших изобретений механики всех времен» — дифференциал было знакомо грекам. Вероятно, что оно попало в Рим, а оттуда в Китай, хотя вполне допустимо, что китайские инженеры придумали устройство сами.

Изготовление повозки требовало высокой точности. В книге Коулза «Исторические и научные основы автоматизации» проведена следующая оценка допусков: «Различие в длине окружности внешних колес всего в 1 процент приведет к изменению направления, указываемого нефритовой фигурой, на 90 процентов на расстоянии всего лишь в 50 раз большем, чем расстояние между двумя колесами». В результате повозка будет уклоняться в сторону колеса с меньшим диаметром. Следовательно, точность в размерах колес должна быть гораздо меньше одного процента, с той же точностью, естественно, надо изготавливать и шестерни для дифференциала.

В отличие от автомобиля в «повозке, указывающей на юг», дифференциал использовался не для передачи усилия на колеса, а, наоборот, с колес, которые приводили в движение животные, усилие передавалось для корректировки положения руки нефритовой фигурки. Дифференциал постоянно поворачивал фигуру так, что ее рука постоянно показывала на юг.

Джозеф Нидем назвал повозку «первым механизмом-гомеостатом в истории человечества, в котором используется полная отрицательная обратная связь. Конечно, в систему управления следует включить и погонщика. Но, как остроумно заметил Коулз, его вполне могла бы заменить аппетитная морковка в руке нефритового «мудреца», что обеспечило бы автоматическое замыкание контура… Повозку можно было бы по праву считать первым настоящим кибернетическим механизмом, если бы обеспечивалась самокорректировка управления, легко осуществимая в наши дни».