Да, операционники тоже давали погрешность, но ее можно было контролировать в гораздо более широких пределах. Если на обычных RC-цепях конденсатор постепенно разряжается, то операционники свой конденсатор подпитывают, и чем дольше идет то же интегрирование — тем точнее оно получится. Мы ограничивались погрешностью в один процент, поэтому время с начала интегрирования до момента, когда проинтегрированное значение начинало использоваться в последующих каскадах, не превышало трех секунд даже для ОУ с общим усилением в тысячу раз, а допустимое время, в течение которого могли интегрировать входной сигнал, составляло более минуты — по сравнению с обычной RC-цепью, где уже после шести сотых секунды возникала ошибка интегрирования более одного процента — обычные цепи резистор-конденсатор явно не подходили для управления технологическими процессами, где требовалось отслеживать изменение параметров в течение минимум нескольких секунд, а то и минут. Увеличив усиление в десять раз, мы снизили время начала интегрирования с указанной точностью до одной секунды, а максимальное время интегрирования — увеличили до десяти минут.
Сглаживание сигналов также было одной из работ операционников. Особенно они были полезны для сглаживания низкочастотных сигналов, так как, если бы сглаживание делали на фильтрах, то они получались бы очень громоздкими, с малым уровнем выходного напряжения, да к тому же они вносят фазовые искажения за счет запаздывания выходного сигнала при прохождении через фильтр. Что самое замечательное — "смена деятельности" конкретного операционника выполнялось перестановкой пассивных элементов. Так, если в дифференциаторе в обратную связь включается резистор, а в интеграторе — конденсатор, то в сглаживателе — включенные параллельно резистор и конденсатор, с помощью которых подбирают постоянную времени сглаживания, то есть будут сглаживаться те сигналы, чья длительность окажется меньше времени этой постоянной. А остальная электронная схема остается без изменений. Сглаживающие операционники широко применялись в тех же системах наведения ракет — схемы сглаживания с компенсацией запаздывания позволяли сглаживать случайные колебания в сигналах управления, вызванные неравномерным вращением рукояток, и вместе с тем управляющий сигнал подавался на выход практически без задержки, что уменьшало величину динамической ошибки — компенсацию запаздывания выполняла схема дифференцирования, которая выдавала на выход начальный скачок напряжения, почти равный окончательному напряжению, которое устанавливалось после сглаживания — к лету сорок второго наши разработчики систем управления уже переходили на стадию волшебства, хакерства, когда подобными хитрыми и одновременно простыми методами можно было существенно улучшить работу систем и повысить их эффективность. А у меня появлялось ощущение, что мы вместо цифровой эры входим в эру аналоговых вычислений.
---
Это меня не радовало, так как я-то рассчитывал на милую мне "цифру", и возиться с, условно говоря, "патефонными пластинками" вместо "mp3" мне как-то не хотелось. Нет, в детстве я пластинками пользовался довольно часто, но уже давно был избалован цифровыми технологиями, и послушать пластинки мог бы только в качестве экзотики да ностальгии, но не более того. "Теплый цифровой файл" был мне гораздо милее.
Но вместе с тем, наши аналоговые блоки делали все, что было нужно инженерам. Так чего еще желать? Операционные усилители позволяли выполнять разнообразные функции — сложение, вычитание, умножение, деление, интегрирование, дифференцирование, логарифмические операции — и каждая операция требовала в среднем шести-восьми ламп. А несколько блоков, соединенных в последовательности обработки сигналов, реализовывали алгоритм, который в случае применения цифровых машин требовал тысяч транзисторов и десятков, а то и сотен корпусов наших микросхем — даже если реализовывать его аппаратно. Да, цифровая ЭВМ в общем случае была более универсальна, обеспечивала более высокую точность, но за счет этой чертовой простоты операционников их можно было просто скомпоновать в нужном порядке, заложив в него нужный алгоритм — и мы получали то же самое с меньшими затратами — одна ЭВМ ведь не сможет одновременно обрабатывать несколько алгоритмов, а схемы на операционниках — более чем, причем с гораздо меньшими аппаратными затратами.
Я был, мягко говоря, удручен — столько сил потратить на разработку и проектирование цифровых машин, чтобы получить такой удар под дых. Да еще от кого? От автоматизаторов, которых я поначалу чуть ли не насильно заставлял заниматься именно автоматизацией технологических процессов и расчетов, предполагая, что в скором времени получу большое количество обученных кадров. И вот эти "кадры" массово начали применять эти аналоговые "вычислительные" блоки, которые только и делали, что преобразовывали сигналы по нужному закону.
Технари научились моделировать и довольно сложные функции управляющих сигналов — делали их кусочно-линейную апроксимацию схемами на операционниках и диодах с резисторной обвязкой функций — каждым таким сочетанием операционник-диод реализовывали один из кусков функции, так что порой конструкция содержала до двадцати блоков. Но это никого не смущало — для радиотехников мы уже выпускали макетные печатные платы, где под радиоэлементы были насверлены и омеднены поля отверстий, так разработчики аналоговой управляющей и вычислительной техники довольно быстро приспособили эти платы под свои нужды, отлаживая на них свои схемы.
И получалось это у них уже довольно ловко. В подробности я не вдавался, мне было достаточно радостного вида конструкторов, которые мне взахлеб объясняли, что "для каждого уравнения мы просто составляем цепочку интегрирующих операционных усилителей, последовательно понижающих порядок производной" — что бы это ни значило, зачем понижать порядок и сколько их всего — я был не в курсе, так как занимался этими вещами двадцать лет назад и все успешно подзабыл. Хотя, насчет порядков — мне как-то с восторгом рассказывали об уравнениях шестьдесят седьмого порядка. Откуда они набрали столько порядков, для меня было загадкой — может, просто по количеству переменных? Но вот что я уловил, так это то, что они задействовали шестьдесят семь операционников, работавших по схеме дифференцирования. Вот это я понимал, "что угодно", измеряемое в штуках — это мое.
— Операционников-то хватает?
— Да, более чем…
— Ну и отлично.
Проявил "заботу", выслушал, операционниками обеспечил, над душой не висит — чего еще от начальства надо? Умение вовремя смыться! Но в полной мере им я еще не овладел, поэтому продолжаю слушать:
— Затем на входе цепочек задаются константы, а функция, относительно которой выполняется решение уравнения, задается в блоке нелинейности, который выдает нужное значение в зависимости от аргумента — поданного на его вход напряжения.
Да, про эти блоки нелинейности я тоже могу порассказать уже немало — сам участвовал не в одном заседании технического комитета. Блоки представляют собой схемы с разным набором элементов — смотря как удастся реализовать — как правило, это наборы блоков кусочной апроксимации, генераторы сигналов, а то и просто сигнал, записанный на магнитную ленту — последнее особенно часто применялось для отладки различных изделий — тех же зенитных ракет, когда запись телеметрии и была исходным сигналом, или запись крутильных колебаний коленвалов, или давление в камере сгорания. Народ буквально дорвался до простого и вместе с тем мощного инструмента моделирования процессов, а мне приходилось наступать самому себе на горло — если на разработке цифровых программ и библиотек работало всего триста человек, то аналоговыми моделями занималось более пяти тысяч. Причем — с перспективой дальнейшего роста аналоговой составляющей. Немного успокаивало лишь то, что на аналоге прорабатывались математические модели, которые мы понемногу переносили и на цифру, и даже намечалось какое-то сотрудничество между двумя ветками моделирования — цифровики уже помогли аналоговикам найти пару косяков в их моделях. Но пока соотношение аппаратуры просто не позволяло увеличивать долю цифры — если по цифровым ЭВМ у нас имелось семьдесят три вычислительные машины разрядностью от четырех до шестнадцати бит и общей производительностью три миллиона операций с фиксированной точкой в секунду, то аналоговых моделей было уже семь сотен, с производительностью, если пересчитывать на фиксированную точку, в сто шестьдесят миллионов операций в секунду. И всего-то пятьдесят тысяч ламп. Казалось бы — при недостатке раций, все лампы надо тратить на связь. Но тогда мы не сможем развивать науку и технологии — задавят, не одни, так другие. Так что мы "просто" наращивали количество линий по выпуску радиоламп, и к лету сорок третьего довели производство уже до десяти тысяч ламп в сутки, а с учетом моделей, в которых в одной колбе было совмещено два-три тетрода, пентода или диода, выпуск активных элементов достигал уже двенадцати тысяч. Вот только из этого количества для операционников подходило хорошо если триста штук — стабильность ламп еще оставляла желать лучшего. Да и из этих трехсот что-то надо было оставить для дальнобойных радиостанций и РЛС, остальное же шло на обычные радиостанции, причем нестабильность ламп приходилось компенсировать схемотехникой и кварцами.