15

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДВНЗ "Переяслав-Хмельницький ДПУ імені Григорія Сковороди"

Історія розвитку вітрових електростанцій в Україні в контексті генетичної коеволюції антропогенних і природних систем

Гайдаєнко І.В.,

аспірант кафедри історії та культури України, керівник навчально-наукового центру усної історії, (Україна, Переяслав-Хмельницький)

Аналізується історичний розвиток вітрових електростанцій в контексті генетичної теорії розвитку електромеханічних перетворювачів енергії. Досліджується місце, значення і задачі історії техніки, виходячи з взаємопов'язаних еволюційних процесів, що відбуваються в природі, суспільстві, науці і в техніці Наголошується на ключовій ролі системних законів спадковості, які забезпечують неперервний структурно-інформаційний зв'язок між історичним минулим, через сьогодення, з майбутнім. На прикладі технічної електромеханіки показано, що її історія є невід'ємною складовою генетично організованого процесу еволюції, який технічно реалізується людиною у відповідністю з генетичними програмами структурної організації електромеханічних об'єктів.

Мета статті - розкрити взаємозв'язок історичного розвитку вітрових електростанцій та теорії генетичного розвитку електромеханічних перетворювачів енергії, показати фундаментальність генетичної інформації, матеріальними носіями якої виступають історично визначені об'єкти техніки, музейні експонати, технічна документація, патенти, тощо. На прикладі патентного пошуку показати зв'язок історичних досліджень з генетичними програмами макро - і мікрорівнів і технологією генетичного передбачення нових класів технічних об'єктів. Акцентується увага на необхідності переходу від концепції відокремленості і самодостатності історичного минулого, до стратегії передбачуваної і гармонізованої коеволюції людини, природи і техніки. Обґрунтована необхідність організації досліджень в рамках нового наукового напряму "генетична історія техніки".

Ключові слова: історія техніки, технічна еволюція, вітрові

електростанції, структура, генетична інформація, породжувальна періодична система елементів, генетична програма, генетичне передбачення, еволюційний експеримент, генетична історія техніки.

Розвиток окремих галузей науки (як гуманітарних так і технічних) в сучасному світі не можливий без тісної взаємодії та глибокого проникнення одних наукових знань в інші. Процес історичного розвитку будь якої галузі господарства необхідно розглядати не лише з боку історичних фактів та явищ (виникнення нових розробок, моделей, відкриття нових законів), а й збоку узагальнення знань, тобто необхідно намагатися систематизувати отриману інформацію та звести її до логічного упорядкування. Такий підхід до науки дасть змогу не лише навести події та явища, що відбулися, а й за допомогою їх впорядкування надати поради та окреслити майбутні перспективи галузі.

Як відомо, еволюція живої природи і суспільства людей здійснюється на принципах збереження генетичних констант відповідних біологічних видів і виду homo sapiens, які реалізуються через взаємопов'язані процеси розвитку соціальних структур, науки, техніки, матеріальної і духовної культури. Наявність такої системної взаємодії в процесах розвитку і визначає суть принципу коеволюції - гармонійного взаємообумовленого існування людини і біосфери [1, с.15]. Термін "коеволюція" вперше було введено в наукову термінологію в 60-х років, як інтерпретацію терміну ноосфера [2, с.142]. Процеси еволюції в природі і в суспільстві здійснюються у відповідності із законами екологічної рівноваги. Внаслідок зростання темпів науково-технічного прогресу та розвитку інформаційних технологій швидкість техноеволюції на відміну від біоеволюції постійно зростає. За наявності великої різниці в швидкості біологічної і технічної еволюції (три десятих порядку) гармонійне співіснування природи і суспільства стає неможливим. Тому нагальною потребою є конвергенція і гармонізація соціального, інформаційного, технічного і біологічного еволюційних процесів.

Одна з нагальних проблем на шляху інтеграції знань і пізнання системних законів еволюції полягає в тому, що взаємопов'язана природа різних форм організації матерії розглядається сучасною наукою в значній мірі ще відокремлено, в вузьких рамках відповідних наукових напрямів і дисциплін: природничих, технічних, суспільних. Кожна з цих дисциплін має свої традиції, напрацьовує власну методологію досліджень, формує свій стиль мислення і вводить специфічну термінологію. Але подальший розвиток науки неможливий без врахування потужних інтеграційних процесів, основу яких становлять принципи конвергенції наукових дисциплін, напрямів і новітніх технологій [3; 4].

Зазначені тенденції ставлять перед історичною наукою необхідність перегляду традиційних уявлень щодо відокремленості історичного минулого від передбачуваного майбутнього. Науковою основою для реалізації такого підходу можуть стати фундаментальні принципи і системні закони генетичної еволюції, які природа ефективно використовує на протязі мільйонів років для розвитку людини розумної, а через неї визначає напрями розвитку систем антропогенного походження. Основним механізмом реалізації генетичних програм в живій і неживій природі є спадковість та генетична мінливість структур нащадків. Саме через механізми спадковості забезпечується неперервний структуро-інформаційний зв'язок між історичним минулим, через сьогодення, з передбачуваним майбутнім. Зазначена закономірність є загальносистемною, вона визначає принципи організації і розвиток як в природних, так і в антропогенних системах [5, с.18].

В різноманітності складних систем, що існують в природі і створені людиною, спостерігаються спільні принципи їх структурної організації, які проявляються на різних рівнях складності у вигляді відповідних аналогій і гомологій. Такі властивості мають місце як в природних (біологічних, хімічних, електромагнітних и др.) системах, так і в системах антропогенного походження (технічних, числових, лінгвістичних, та ін.). Генетичний принцип "від простого - до складного", який Природа реалізує через фундаментальний принцип збереження генетичної інформації, визначає аналогію в ієрархії рівнів складності генетично організованих систем як фізичної, так і абстрактної природи (табл.1) [1, с.16].

вітрова електростанція закон спадковість

Таблиця 1 Організовані системи в природі

Кожному рівню структурної організації ставиться у відповідність конкретний аксіоматичний і структурний базис, певний вид генетичних і еволюційних моделей структурного розвитку і конкретні класи задач досліджень. Кожний наступний рівень структурної організації містить в собі інформацію структур попереднього рівня. Взаємозв'язок фундаментальних принципів спадковості з об'єктами технічної еволюції отримав своє логічне підтвердження і подальший розвиток в рамках структурної і генетичної електромеханіки. В 1995 році на кафедрі електромеханіки НТУУ "КПІ" започатковано програму фундаментальних досліджень за науковою проблемою "Структурно-системні дослідження в електромеханіці". Зазначеній програмі досліджень передували відкриття генетичної класифікації (ГК) і універсальної структури генетичних кодів первинних джерел електромагнітного поля [6, с.39].

Результати системного аналізу періодичної структури і інваріантних властивостей ГК дозволили встановити наявність детермінованих зв'язків елементного базису періодів і груп з принципами збереження електромагнітної симетрії, гомологією і просторовою геометрією джерел поля, дозволили визначити принципи кодування генетичної інформації в універсальних генетичних кодах і встановити їх детерміновані зв'язки з історично визначеною різноманітністю об'єктів технічної еволюції. Результати порівняльного структурно-системного аналізу елементного базису ГК з історією розвитку технічної електромеханіки засвідчили, що історично визначена множина електромагнітних і електромеханічних об'єктів, створених багатьма поколіннями спеціалістів, є носіями генетичної інформації (генетичних кодів), а їх структурна різноманітність наділена високо упорядкованими системними зв'язками, суть яких розкривається через генетичну інформацію елементного базису ГК (табл. 2) [6, с.48].

Таблиця 2. Відтворення історії видоутворення (макроеволюції) електричних машин індуктивного типу в природній структурі генетичної класифікації первинних джерел електромагнітного поля (перший великий період)

Генетичні коди електромагнітних (батьківських) хромосом визначають кількісний склад і системні властивості базових видів довільних класів ЕМ-об'єктів. Так, наприклад, видова різноманітність класу індуктивних електричних машин обертального і поступального руху, які створено за всю історію технічної електромеханіки (ТЕ = 183 роки) в таблиці 2, визначається кодами, які позначено в рамках. Слід зазначити, що на початок ХХ ст. найбільш поширений клас машин був представлений електричними машинами лише трьох видів. Відповідно з принципом системності, довільний технічний об'єкт є представником певної множини систем структурного, функціонального або таксономічного рангу. Як наслідок, об'єкт виконує функцію фізичного носія генетичної інформації про свою приналежність до відповідної множини систем. Знання генетичної інформації (генетичного коду) і рівня структурної організації електромеханічного об'єкта (ЕМ - об'єкта), за умови наявності породжувальної періодичної системи первинних джерел магнітного поля, відкривають можливість їх генетичної ідентифікації з наступним відтворенням та роз шифровкою генетичних програм відповідного рівня їх системної приналежності (табл.3).

Таблиця 3. Рівні знань в генетично організованих системах електромеханічного типу

Кожному рівню генетичної організації ЕМ-систем ставиться у відповідність конкретна генетична програма, основу якої становить відповідний принцип збереження, або структурний закон [7, с.5]. Методологія багаторівневих структурно-системних досліджень безпосередньо пов'язана з упорядкуванням знань, використанням технології генетичного передбачення, реалізацією міждисциплінарного (горизонтального) перенесення та обміну інформацією, що створює умови для здійснення системного історичного аналізу з гарантованим прогностичним результатом.

Технічна еволюція має генетичну природу, тому результати історичних досліджень в технічних дисциплінах становлять необхідну умову в методології генетичного передбачення, генетичного аналізу, а також в задачах інноваційного синтезу генетично допустимих зразків нової техніки. Історично задокументовані події і факти в структурі генетичної еволюції виконують роль важливого фактологічного базису, необхідного для постановки еволюційних експериментів і перевірки достовірності теоретичних положень.

Взаємозв'язок історичного минулого з генетичними принципами спадковості і в біології і в генетичній електромеханіці відтворюється і експериментально підтверджується у відповідністю з їх генетичними програмами. Історія техніки, це лише окремі фрагменти технічно реалізованих об'єктів, представлених їх програмами, які людство реалізує не системно, а скоріше, шляхом "проб і помилок". Платою за ігнорування системних законів природи є значні втрати часових і матеріальних ресурсів на виконання пошукових досліджень, створення складних систем, функціонування яких входить в протиріччя з людиною і природою, тяжкі наслідки техногенних катастроф і зростання техногенного тиску на довкілля, поглиблення екологічної кризи.

Процедури розпізнавання генетичних програм різного рівня узагальнення, які представлено в таблиці 3, в загальному випадку вимагають наявності трьох обов'язкових складових: "Технічна еволюція" ^ "Дослідник" ^ "Породжувальна періодична система елементів" (рис. 1).

Рис. 1. Архітектура інформаційних зв'язків в системі "Технічна еволюція (історія) - дослідник - породжувальна періодична система первинних елементів"

Системні інформаційні зв'язки між породжувальною системою (глобальною генетичною програмою) і довільним об'єктом, який є одним із структурних представників історично визначеної технічної еволюції, як на макро- (рис. 2) так і на мікрорівні (рис. 3), визначається методами генетичного та філогенетичного моделювання. До складу основних задач генетичного моделювання входять: визначення загального (історичного) часу еволюції; виявлення і генетичний аналіз архетипів; визначення меж існування об'єктів класу; аналіз напрямів, географії і темпів еволюції; визначення кількості видів і популяцій, задіяних в технічній еволюції; аналіз напрямків функціональної адаптації генетично визначених структур, та їй. За результатами моделювання визначається структура генетичних програм, здійснюється їх розшифровка, визначається структурний та інноваційний потенціал досліджуваного класу технічних систем [6, с.131].

Рис. 2. Взаємозв'язок історично визначеного процесу макроеволюції (2) з генетичною програмою видоутворення (1) на рівні функціонального класу ЕМС

Результати генетичного аналізу і еволюційних експериментів підтверджують, що історія розвитку техніки повністю узгоджується з генетичними програмами відповідних класів технічних систем. Сьогодні можна констатувати про започаткування нового наукового напряму з "Генетичної історії техніки", як невід'ємної частини реального еволюційного процесу технічних систем, яка є складовою системних досліджень в технології генетичного передбачення (рис. 3) [1, с. 20].

Рис. 3. Місце і структура історії техніки в методології генетичного передбачення технічних систем

Дослідження такої спадкової закономірності

здійснюється методами геномного аналізу і генетичного синтезу з використанням логічної послідовності інформаційних зв'язків: "об'єкт" ^ "генетична інформація" ^ "генетичний код" ^ "породжувальна хромосома" ^ "вид" ^ "рід" ^ "генетична програма функціонального класу", незалежно від еволюційного статусу об'єкта, рівня його складності і функціональної приналежності. Наявність такої системної закономірності було покладено в основу розробки методології генетичного передбачення, за результатами якого були створені та запатентовані перші в світі зразки ЕМС, синтезовані за результатами розшифровки їх генетичних програм [8; 9].

Для імплементації даної теорії в дослідження історії науки і техніки, спробуємо застосувати її для галузі вітроенергетики. Для цього необхідно проаналізувати як історичний розвиток даної галузі, так і сучасний стан речей.

Про важливість і актуальність цієї галузі в нашій країні свідчить створення Державного агентства з енергоефективності та енергозбереження України 22 лютого 2012 року [10, с.1]. У тім, розвиток вітроенергетики як галузі господарства країни розпочався в ХІХ столітті. Початок ХХ століття ознаменував теоретичні та практичні дослідження даної галузі. Ґрунтовний аналіз розвитку технологій та ідей у вітроенергетиці дозволяє зробити рекомендації для подальшого розвитку даної галузі в економіці України.

Відомо, що вітроенергетика - відноситься до галузі науки і техніки, в рамках якої розробляються теоретичні основи, методи і засоби використання енергії вітру для отримання механічної, електричної та теплової енергії, визначаються напрями і масштаби доцільного використання вітрової енергії в народному господарстві [11, с.55].

Будівництво вітряних млинів на першому етапі ґрунтувалося лише на багаторічному досвіді. Теоретичних розрахунків чи технічних проектів не існувало. Однак, відпрацьовуючи форми і методи випробувань своїх млинів, майстри вкладали в загальну справу свій внесок і сприяли поступовому нагромадженню досвіду.

Перехід від дослідів до перших теоретичних висновків відносять до початку XVIII століття. Оскільки властивості земної атмосфери впливають на рух тіл у повітрі, важливим кроком у вирішенні проблеми вітровикористання стали дослідження в галузі фізики атмосфери і метеорології, які проводив у середині цього століття М.В. Ломоносов. До кінця XIX століття в Росії вже функціонувала мережа метеорологічних спостережень, організатором якої був ініціатор застосування математичних і експериментальних методів у метеорології член-кореспондент Петербурзької академії наук О.В. Клосовський. До цього ж періоду відноситься і поява в більш систематизованому вигляді теорії вітродвигуна.

Вирішальне значення для всього наступного розвитку науки і техніки мали роботи М. Є. Жуковського (18471921), С.О. Чаплигіна (1869-1942), Л. Прандтля (18751953) і багатьох інших учених-механіків з теорії крила, повітряного гвинта, пограничного шару, що датуються відповідно 1904, 1905, та 1910 роком.

У 1905 р. М.Є. Жуковський розкрив механізм виникнення підйомної сили і вивів теорему, що визначає її кількісно, у своїй праці "Про приєднані вихори". Цими дослідженнями були закладені основи аеродинаміки як науки [12, с.79].

У 1920 р. М.Є. Жуковський виклав теорію "вітряного млину типу МЄЖ", де виведено коефіцієнт використання енергії вітру ідеальним вітроколесом. Теорія ідеального вітроколеса М. Є. Жуковського одержала назву "класичної теорії". Вона встановлює, що максимальний коефіцієнт використання енергії вітру ідеальним вітроколесом дорівнює 0,593 [13, с.405].

Над аналогічною теорією також працював російський професор Г Х. Сабінін, який також зробив вагомий внесок у теоретичне освоєння вітрової енергії. Відповідно до його теорії максимальний коефіцієнт використання енергії вітру вітроколесом дорівнює 0,687. Г.Х. Сабініним розроблена також теорія реального вітроколеса [14, с.3].

У зв'язку з істотним збільшенням робіт, присвячених вітроелектричним станціям, Постановою Ради міністрів СРСР в 1954 р. в м. Істра Московської області була створена Центральна науково-дослідна лабораторія вітродвигунів і вітроелектричних станцій (ЦНДЛВ) з конструкторським бюро і дослідним виробництвом [15, с.1].

В наступні роки наукові дослідження, розробки та впровадження у господарство країни вітрових енергетичних установок мало масовий характер та було обумовлено високою зацікавленістю керівництва СРСР у енергоносіях з низькою вартістю.

Початок 80-х років ХХ ст. характеризується великою кількістю винаходів в галузі вітроенергетики - а саме вітроагрегатів, вітроенергетичних установок та перетворювачів енергії вітру.

Патентний пошук на глибину 35 років дав наступні результати:

Таблиця 4. Результати патентного пошуку

Остання колонка таблиці - "генетичний код", що містить інформацію про електромеханічний перетворювач енергії. Теорія генетичного розвитку ЕМПЕ, дає можливість проаналізувати вже існуючі технічні рішення та зробити прогноз їх подальшого розвитку. Історичний аналіз показав, що виникла велика кількість електромагнітних і електромеханічних об'єктів, створених багатьма поколіннями фахівців, і існує високоупорядкований системний зв'язок між ними, а їх різноманітність і сутність розкривається через структуру і генетичну інформацію вихідного елементного базису ГК [7, с.3].

Накладемо отриманий код на періодичну таблицю первинних джерел електромагнітного поля і отримаємо наступний результат (рис. 4):

Рис. 4. Накладення отриманих даних патентного пошуку на періодичну таблицю первинних джерел електромагнітного поля

Подальше розгортання досліджень в галузі генетичної історії техніки буде сприяти ефективному використанню інноваційного потенціалу генетичних програм технічних систем, що забезпечить перехід на принципово новий рівень історичних досліджень, основаних на стратегії генетичного передбачення і гармонійного співіснування людини, техніки і природи. Дана теорія дає можливість комплексного підходу до історичного аналізу техніки та створює передумови для тісної інтеграції історичних наук та прикладних технічних наук, що в подальшому дасть можливість використовувати багатогранні знання, що з'явилися на межі двох наук. А також перевагою даної теорії є можливість за її допомогою зробити прогноз подальших винаходів у техніці (у галузі ЕМПЕ), що робить її надзвичайним інструментом для винахідників та

Кольором виділені ЕМПЕ, код яких було знайдено при патентному пошуку. Чорно-білі клітинки - це ті, які ще необхідно знайти. При чому, серед них є вже існуючі - ті що просто не потрапили до вибірки патентів, а також і ті, які ще будуть запатентовані (перспективні). Таким чином, можна зробити висновок, що дана теорія допомагає не тільки систематизувати отримані з історичного пошуку дані, а й окреслити коло для пошуків ще не існуючих видів ЕМПЕ. Відкриття періодичної системи електромагнітних елементів, яка одночасно є їх генетичної класифікацією і подальший аналіз її інваріантних властивостей, виявив необхідність зміни традиційних уявлень про принципи структурної організації та закони розвитку складних систем природного і природно-антропогенного типу.

Отже, характерною особливістю генетичного принципу організації історичної науки є її інваріантність відносно часу еволюції, складності систем і їх функціонального призначення, так як її ієрархічна структура є відображенням відповідних таксономічних рангів геносистематики природного типу. Наявність інформаційних взаємозв'язків між історією техніки і генетичними програмами їх розвитку є об'єктивною реальністю, яка зумовлює необхідність розробки нових методологічних підходів до історичних досліджень і організації освіти з історії науки і техніки, основаних на пізнанні і практичному використанні системних законів природи. Історично визначені об'єкти техніки є носіями не тільки історичної і технічної інформації, але й найбільш фундаментальної генетичної інформації.

пошуковців, а форма систематизації існуючої інформації про ЕМПЕ, вперше зведена до таблиці первинних джерел електромагнітного поля є надзвичайно легкою для сприйняття і може бути використана не тільки для технічних спеціальностей, а й для гуманітарних.

Список використаних джерел

1. Шинкаренко В.Ф. Історія техніки в контексті генетичної коеволюції природних і антропогенних систем. Дослідження з історії техніки, випуск 19. - К.: ІВЦ "Видавництво "Політехніка", 2014. - 79 с.

2. Моисеев Н.Н. Алгоритмы развития / Н.Н. Моисеев. - М.: Наука, 1987. - 304 с.

3. Абдеев Р Ф. Философия информационной цивилизации / Р Ф. Абдеев. - М.: ВЛАДОС, 1994. - 336 с.

4. Ковальчук М.В. Конвергенция наук и технологий - прорыв в будущее / М.В. Ковальчук // Российские нанотехнологии. - 2011. - №1-2. - С.13-23.

5. Шинкаренко В.Ф. Генетические программы структурной эволюции антропогенных систем. (Междисциплинарный аспект) / В.Ф. Шинкаренко // Праці Тавр. держ. агротехнолог. ун-ту. - Мелітополь, 2013. - Вип.13. - Т.4. - С.11-20.

6. Шинкаренко В.Ф. Основи теорії еволюції електромеханічних систем / В.Ф. Шинкаренко. - К.: Наукова думка, 2002. - 288 с.

7. Шинкаренко В.Ф. Теория и практика управляемой эволюции на уровне произвольных Видов электромеханических преобразователей энергии / В.Ф. Шинкаренко, В.В. Котлярова // Праці Тавр. держ. агротехнолог. ун. - ту - 2012. - Вип.2. - Т.1. - С.3-14.

8. Shynkarenko V. F. Evolutionary Experiments in Genetic Electromechanics / V. F. Shinkarenko, I. A. Shvedchikova, V. V. Kotlyarova // 13 th Anniversary International scientific Conference "Unitech'13", 22-23 November 2013. Gabrovo, Bulgaria. - 2013. - Vol. III. - P.289-294.

9. Шинкаренко В.Ф. Уровни представления знаний и классы решаемых задач в технологи генетического предвидения // Електротехніка і електромеханіка. - 2009. - №6. - С.31-36.

10. Указ Президента України №134/2012 від 22.02.2012.

11. Кудря С.О. Нетрадиційні та відновлювані джерела енергії: Підручник / С.О. Кудря. - К.: НТУУ "КПІ", 2012. - 492 с.

12. Энергетика: история, настоящее и будущее. Т.1. От огня и воды к электричеству: Монография / [Бондаренко В.И., Варламов Г.Б., Вольчин И.А. и др.]. - К., 2005. - 304 с.

13. Жуковский Н.Е. Ветряная мельница типа НЕЖ: Статья третья (1920 г.) / А.П. Котельникова, В.П. Ветчинкина. - Полное собрание сочинений.Т. VI. - М.: ОНТИ, 1937. - 431 с.

14. Сабинин Г.Х. Теория и аэродинамический расчет ветряных двигателей / Тр. ЦАГИ. - 1931. - Вып.104. - 70 с.

15. Постановление Совета Министров СССР №1794 от 24 августа 1954 г. "О производстве и внедрении в сельское хозяйство ветродвигателей и ветроэлектростанций".

Размещено на Allbest.ru