Мы говорили относительно проектирования плотин. На электроинтеграторе ничего не стоит не только запроектировать фильтрацию воды под основанием плотины, но мы здесь не связаны временем. Хотите узнать, как сквозь плотину будет просачиваться вода через тысячу лет, при таком-то количестве ила, приносимого водою, при таком-то подпоре, выражающемся не в десятках, а иногда в сотнях метров? Пожалуйста. На электромодели плотины вы ставите соответствующим образом ручку времени, введите необходимый коэффициент заиливания, изменение уровня воды в водохранилище. В любой точке электрической сети, которая воспроизводит "воздушный замок" несуществующей модели, вы можете получить картину просачивания воды, напряжения, которое испытывает грунт и части плотины. Это уже не неподвижная схема, а схема динамическая.
Недавно я знакомился с работой института в Северо-Кавказском научном центре в Ростове-на-Дону.
Здесь создается сложнейшая электрическая модель не чего-нибудь, а целого Азовского моря с целью изучить его эволюцию на многие годы вперед.
Огромное количество факторов влияет сегодня на судьбы этого замечательного моря, являющегося бассейном для развития рыб самых ценных пород. Здесь и ограничение стока впадающих в море рек, воды которых идут на мелиорацию и на нужды производства. Здесь и загрязнение воды нерадивыми предприятиями и развивающимися населенными пунктами. Здесь и засолонение Азовского моря со стороны Черного моря через Керченский пролив. Здесь, наконец, изменение районов питания рыбы и миграции нереста вследствии строительства плотин и гидроэлектростанций.
Электронная модель моря, включающая в себя огромное количество динамической информации, способна разыгрывать значительное количество вариантов в зависимости от изменения влияющих на море многочисленных факторов.
Вряд ли можно учесть все это каким-либо другим способом. Лишь модель приходит на помощь человеку.
Возьмем пример. Представьте себе, что вам необходимо выяснить, что произойдет с винтом турбореактивного самолета, который летит со скоростью 800 километров в час на высоте 4000 метров, если о лопасть винта самолета вдруг неожиданно ударится птица.
"Невыполнимая задача!" - скажете вы.
Винт вращается, самолет движется вперед. Навстречу летит воробей, у которого тоже есть своя скорость. Гигантская масса самолета, определенная твердость материала, из которого изготовлен винт, а рядом крохотный вес воробья. Ну, как вы хотите решить задачу, где столько неизвестных?! Но сегодня эта задача решается относительно просто. Создается динамическая модель происходящего события. Электрическим путем моделируется все, что связано с движением самолета, инерцией и материалом вращающегося винта, все, что связано со столкновением его лопасти с крошечным телом воробья, заброшенного на высоту 4000 метров. Мы сидим перед электроинтегратором и следим за процессом, который обладает поразительным качеством свободного выбора всех данных. Вы хотите увеличить количество оборотов двигателя? Можно. Мгновенным включением новых данных на электроинтеграторе вы заставляете мотор вращаться быстрее. Не воробей, а журавль печально закончил в высоком небе свою жизнь - у него другой вас, другая скорость. Машина мгновенно моделирует и эти данные.
Не будем гадать, сломается ли лопасть винта или погибнет только птица. Но мы решали не абстрактную проблему. За последние годы неоднократно на сверхскоростных самолетах бывали трагические случаи, когда крошечная птица, словно артиллерийский снаряд, пробивала пластмассовую броню козырька летчика или выводила из строя двигатель. Представьте себе на мгновение, что вы слышите отдельные звуки из "Лунной сонаты" Бетховена. Звуки не следуют плавным и непрерывным потоком, а раздаются звучанием отдельных нот через каждые 5 секунд. Разве вы получите какое-то представление о "Лунной сонате"? Конечно, никакого. Музыка производит впечатление только тогда, когда звучащие ноты предельно сближаются, когда вы улавливаете не отдельные звуки, а как бы поток поступающих звуков.
Вот она, бессмертная симфония - потрясающая и неповторимая по своему звучанию! Разнимите ее на составные части - и она перестанет существовать.
Но математическая симфония - ведь она всегда существовала как бы разъятая на отдельные части.
Подбирая параметры любой задачи, мы могли в каждом случае иметь только одно решение, словно музыкальное звучание лишь одной ноты симфонии. Электроинтегратор дает нам удивительную возможность увидеть непрерывное течение решений, при любых меняющихся данных. Вы присутствуете при исполнении математической симфонии. Вы по своей воле меняете нагрузки, скорости, размеры деталей - на осциллограммах перед вашими глазами проходят все возможные варианты решений.
Вскоре после Великой Отечественной войны в нашей стране была создана самая крупная в мире электромеханическая машина для решения дифференциальных уравнений. Это очень дорогостоящий организм. Создание его потребовало многих лет упорного, настойчивого труда, который завершился блестящим успехом. Эту машину назвали "Интеграл". Она занимает площадь в 250 квадратных метров. Сотни электродвигателей, сотни приборов управляют работой машины. Машина автоматически настраивается на моделирование того или иного процесса. Как необходима она нашей стране, строящей и проектирующей тысячи уникальных сооружений! Такие машины строятся не только в столице.
Вот одна из задач по моделированию сложного процесса, которая решается в Тбилисском вычислительном центре.
При строительстве гидроэлектростанций ставится вопрос, какого объема должно быть водохранилище, чтобы обеспечивать нормальную работу электростанции при различных климатических условиях. Турбина гидроэлектростанции должна вращаться равномерно. Под определенным давлением должна поступать к ней вода. А погода меняется. Может наступить засушливое лето, пройдут нерегулярные дожди, а водохранилище должно хранить достаточное количество воды, чтобы обеспечить нормальную работу электростанции. Поэтому делать резервуар слишком маленького объема нельзя - вода может иссякнуть в засушливое лето.
Но если сделать резервуар слишком большим, вода начнет отвоевывать территорию у плодородных пашен. Нужно выбрать самый выгодный объем будущего резервуара. Но как это сделать?
В Тбилисском вычислительном центре используют для этой цели машину "МПТ-11". С помощью теории вероятности можно предусмотреть случайности, связанные с выпадением ливневых дождей, собрав достаточное количество данных за несколько лет. Эти данные называют довольно смешно: математическое ожидание. "Ожидание" закладывается в машину, закладывается также мощность турбины, все известные и предполагаемые величины, связанные с использованием водного бассейна,- сколько воды направляется на орошение, сколько фильтруется сквозь плотину и т. д.
Учитывая все эти данные, машина автоматически подсчитывает главное как уравновесить напряженный, меняющийся поток поступления и расходования воды.
Но, пожалуй, наиболее интересным является моделирование биологических процессов. Киевляне осуществили моделирование одного из таких сложных явлений. Машина должна была моделировать закон Дарвина - закон эволюции и борьбы за существование. В Институте кибернетики Академии наук Украины выработали у автомата все основы поведения, необходимые для "выживания". Была создана "внешняя среде" и "обитатели" этой среды, реагирующие на любые изменения условий существования. Внешняя среда создавалась лампочками, установленными по кругу. Если лампочка горела, значит, в этом месте была "пища".
Лампочки зажигались и гасли, как бы моделируя течение жизни. Условные обитатели этой модели способны двигаться по кругу в двух направлениях. Кроме того, они получают информацию о состоянии среды, для того чтобы двигаться в поисках пищи. Внутренние состояния организмов также моделировались, имитируя возраст и чувство голода.
Попадая в точку, где горит лампочка, организм насыщался _ чувство голода уменьшалось на 1 единицу. Если организм попал в точку с погашенной лампочкой, где пищи нет, чувство голода увеличивалось на 1 единицу. Возраст тоже изменялся - через определенный промежуток времени возрастал на 1 единицу. В определенных условиях организмы должны были умирать: если голод достигал 14 единиц, а возраст - 40 единиц. В этом случае деятельность организмов навсегда прекращалась.