Тема 3.2. Розвиток науки і техніки у другій половині ХХ – на початку ХХІ ст

Електроенергетика і електричні системи. У другій половині ХХ ст. значно зростають потужності теплових електростанцій (ТЕС). На них почали застосовувати регенерування підігріву води, котлів парою, яка забиралася з допоміжних ступенів турбіни, що дозволяло значно скоротити витрати тепла на виробництво однієї кіловат-години. Температура води, яка надходить у конденсаційні турбіни великої потужності в агрегатах з високим тиском, почала перевищувати 300°С. Велике значення у підвищенні ефективності ТЕС мав також розвиток паливно-котельної техніки: використання потужних конденсаторів, механізація процесів подавання палива, впровадження прямоточних парових котлів, спалювання подрібненого вугілля.

Відбувався процес вдосконалення енергетичного устаткування й обладнання. В першу чергу – це збільшення обертів ротора турбіни під час досягнення найвищої потужності. Успішне розв’язання цієї проблеми було пов’язане з розвитком машинобудування, металургії, конструювання турбін. У промислово розвинутих країнах починається використання стаціонарних трициліндрових турбін потужністю 150 тис. кВт при 300 об/хв, з параметрами пари – 170 атм, 550°С (Швейцарія). Ще у 1960–1970-х рр. в Україні на Харківському турбогенераторному заводі було налагоджено виробництво турбін, потужність яких перевищувала 2 млн. кВт.

На ТЕС виробництво електроенергії здійснюється за допомогою синхронних генераторів трифазного змінного струму, які з’єднані з валом турбіни. Одним з елементів їхньої експлуатації є охолодження обмоток, для чого використовується водень. Так, американський концерн General Electric у пазах секції обмотки ротора застосовує порожнисті трубки прямокутного розрізу, для чого передбачений незалежний контур, а водень охолоджується відцентровим вентилятором.

Зростає також значення використання гідроелектростанцій (ГЕС), хоча капіталовкладення у їхнє спорудження значно більші. ніж у теплові. З метою економії коштів у 1950-х рр. починається будівництво суміщених ГЕС, у яких відсутні спеціальні машинні зали. Гідроагрегати встановлюються у греблі, а сама станція з’єднується з водозливними спорудами. Так, на Кременчуцькій ГЕС в Україні відсутній машинний зал, а самі агрегати накриті спеціальними ковпаками.

Будівництво гідроелектростанцій дає змогу заощаджувати ресурси. Так, в Італії у 1960-х рр. питома вага ГЕС у електровиробництві перевищувала 81%. Виробництво електроенергії на гідроелектростанціях має велике значення для економіки Норвегії, Франції, Швеції, Швейцарії, Канади, Єгипту.

Хоча існує понад 300 типів гідротурбін, але всі вони поділяються на два основні класи: активні (найбільш поширений ковшовий тип) і реактивні (осьові). Винайдення й виробництво турбін з поворотними лопатями пов’язане з діяльністю професора вищої технічної школи в м. Брно Віктора Каплана. Такими турбінами, наприклад, була обладнана ГЕС Мак-Нері у США.

На межі ХХ–ХХІ ст. у світі зросло використання енергії вітру і сонця для виробництва електроенергії. У 2012 р. загальна потужність усіх вітряних генераторів становила 282,6 гігават.

У 1950-х рр. учені багатьох країн світу зайнялися розв’язанням проблеми використання атомної енергії у мирних цілях, перш за все для отримання дешевої електроенергії. Атомні електростанції (АЕС) мають одно-, дво- або триконтурні схеми. які залежать від системи теплопередачі. Атомна техніка базується на використанні ланцюгової реакції важких ядер урану повільними нейтронами. Керовані ланцюгові реакції здійснюються на ізотопах урану-235, які виділяються з природного урану-233, плутонію-239 (отримують з урану-238), плутонію-241.

Головним пристроєм в атомній техніці є реактор. Його використовують для отримання електроенергії, вторинного ядерного палива, радіоактивних ізотопів. Атомні реактори бувають двох типів: перші працюють на повільних, а другі – на швидких нейтронах. Активна зона реактора оточується речовиною, котра відбиває нейтрони. Для захисту людей від нейтронного і гамма-випромінення застосовуються бетон і свинець. Регулювання роботи реактора здійснюється стрижнями, які виготовляються з бору і гафнію або кадмію. В якості теплоносія, а також охолоджуючого середовища використовується вода, вуглекислий газ чи гелій, а також рідкі метали – калій, свинець, натрій.

У той же час провадилися роботи зі створення транспортних енергосилових установок. У січні 1955 р. у США вступив у дію підводний човен Nautilus водотоннажністю 3180 т, який мав швидкість 20 вузлів. Того ж року в СРСР було побудовано криголам, загальна потужність 3-х атомних реакторів якого становила 44 тис к.с. Невдовзі будівництво підводних і надводних атомоходів серед провідних морських держав набуло значного поширення.

В електроенергетиці важливе місце посідає процес автоматизації управління й контролю. В експлуатації енергетичних систем використовуються диспетчерські пункти, обладнані спеціальними засобами автоматизації та комп’ютеризації.

У повоєнний час значно зросло виробництво електрообладнання, що було пов’язано з введенням у дію потужних електростанцій та ліній електропередач. До апаратури високої напруги належать спеціальні вимикачі й приводи до них, трансформатори, запобіжники, розрядники тощо. Так, у США для захисту ліній електропередач від пошкоджень під час короткого замикання було створено електронний запобіжник, який спрацьовує за 0,016 сек. В Україні, у м. Запоріжжя 1959 р. було виготовлено трансформатор потужністю 135 тис. ква на 500 кв.

На початку 1960-х рр. розпочалося застосування напівпровідників для виробництва безконтактних регуляторів. У них процеси замикання і розмикання струму відбуваються без механічного розриву чи з’єднання ланцюга. Функції вимикача виконує магнітний підсилювач (напівпровідник). Такий регулятор повільно вмикає напругу й поступово доводить її до потрібного рівня.

Металургія, хімічні технології і машинобудування. У другій половині ХХ ст. виробництво чорних металів було переважаючим у металургійній галузі й значно випереджало випуск кольорових. Виробництво чавуну, сталі, прокату є основою розвитку електроенергетики, машинобудування, транспорту, будівельної справи. Зросло виробництво нових профілів прокату, доменних феросплавів. Так, високоякісна електросталь різних сортів у великих об’ємах вироблялась у Швеції, а електроферосплави – у Норвегії.

Розвиток авіації та космонавтики пов’язаний з виробництвом легких металів – алюмінію, магнію і титану, а металургія легких металів – з розвитком електроенергетики. В алюмінієвій та магнієвій промисловості з’явилися технологічні процеси, пов’язані з електролізом розплавленого середовища, які здійснюються за температури, що перевищує 900°С. Методи електролізу застосовуються також для отримання міді, нікелю, цинку, літію, берилію, танталу.

Зарахування до групи рідкісних металів не пов’язане з їх малим вмістом у земній корі. До рідкісних належать метали, які важко отримати в елементарному стані. Кількість цих металів досить значна. Так, титану. цезію, ніобію, гафнію у земній корі значно більше. ніж олова, ртуті та кадмію, але методи їх отримання дуже дорого коштують. Уся технологія отримання рідкісних металів поділена на дві стадії: отримання хімічного з’єднання рідкого металу і отримання рідкого металу в елементарному стані.

Серед рідкісних металів у окрему групу виділяються тугоплавкі з температурою плавлення, що перевищує 1700°С. Вольфрам, молібден, ванадій, титан, ніобій, тантал використовуються в основному для виробництва спеціальних сортів сталі в якості розкислювачів. Так, з танталу, молібдену і ніобію виготовляють деталі комп’ютерів.

Сучасний рівень розвитку техніки потребує використання металів з високим рівнем чистоти. Застосування, наприклад, в радіоелектроніці германію висуває такі вимоги: якщо на 10 млн. атомів потрапляє 2 атоми домішок, то метал значно втрачає свої якості.

Для отримання рідких металів важливе значення має застосування металотермії – методу відновлення металів та їх окислів іншими металами, здатними з’єднуватися з киснем за температури від 800°С до 3000°С.

Створення нових зразків атомної, електронної, авіаційної, космічної техніки було забезпечене як розвитком металургії, так і хімічних технологій. З різних галузей хімічної промисловості слід виділити виробництво синтетичних матеріалів і виробів з них. Крім того, відбувається застосування поширених елементів, які раніше використовувались у невеликій кількості, та перетворення їх в основу розвитку хімічної промисловості.

У хімічній промисловості застосовуються нові методи: високий тиск (понад 2000 атмосфер); глибокий вакуум; високі температури (до декількох тисяч градусів); глибокий холод (температури, близькі до абсолютного нуля), використовається ультразвук, радіоактивне випромінювання. Однією з тенденцій сучасної хімії є проектування молекулярної будови речовини у відповідності до визначених властивостей на основі вивчення законів утворення молекул.

Особливість верстатобудування у другій половині ХХ ст. полягала у зростанні кількості типів верстатів: від таких, які створені для виготовлення дрібних деталей, що використовуються у різноманітних приладах, і до великих складних верстатів. Так. у Краматорську (Україна) було створено токарний верстат, здатний обробляти деталі вагою до 170 т, завдовжки 30 м і висотою 3 м. Загальна потужність його електродвигунів становила 260 кВт.

У машинобудуванні провідних індустріальних країн світу у цей час відбувалася заміна металообробних верстатів, створених на засадах багатопозиційності, на агрегатні верстати. На одному такому верстаті можливий обробіток деталей одночасно кількома інструментами.

1954 р. компанія Bendix Corporation створила першій серійний пристрій з ЧПУ, а з наступного року почала встановлювати його на верстати. Впровадження верстатів з ЧПУ йшло повільно. Міністерство оборони США своїм коштом виготовило 120 таких пристроїв з метою передачі їх в оренду приватним компаніям. Сучасні більш технологічні системи з ЧПУ, які отримали назву CNC (Computer numerical control) використовують для виконання різноманітних завдань.

Одним з напрямів розвитку машинобудування було скорочення обсягів обробки виробів шляхом різання, оскільки багато металу у вигляді стружки йде у відходи. Відбувався розвиток ковальсько-штампувального виробництва. Адже за допомогою таких методів можна отримати деталі, які не потребують додаткового обробітку. Такі тенденції призвели до змін у технології всього машинобудування й розвитку, перш за все, пресового обладнання.

Розвиток транспорту. Космонавтика. Другу половину ХХ ст. неможливо уявити без автомобіля. У повоєнній Європі, яка потерпала від кризи, налагоджується виробництво різними компаніями (FIAT, Volkswagen, Citroën та ін.) недорогих в експлуатації й обслуговуванні малолітражних, автомобілів, на виготовлення яких впливав автоспорт. Саме з нього у серійне виробництво прийшли використання турбіни у двигунах, електронне впорскування палива у циліндри, вакуумні гальма, гідропідсилювач керма, незалежна підвіска коліс та багато іншого.

У залізничних вантажоперевезеннях зростала вага потягів за рахунок збільшення кількості вагонів, змінювалась їхня спеціалізація та якісні характеристики. А головне – електровози остаточно почали домінувати на всіх основних магістралях світу. У пасажирських перевезеннях виділилися два напрями: збільшення комфорту та значне зростання швидкості руху потягів. У Франції, наприклад, використовуються потяги серії TGV. Вони складаються з двох локомотивів з двигунами нового покоління, та 8 вагонів, використовують колісні каретки, встановлені між вагонами, специфічну конструкцію коліс і гальм. На рейках виставлені спеціальні датчики, які передають зібрану інформацію на комп’ютер, який знаходиться у потягу і контролює роботу всієї системи. Використання сучасної техніки і нових технологій дало змогу досягти швидкості 574,8 км/год.

Найпомітніший вплив наукові досягнення й технічні винаходи мали вплив на розвиток авіації та створення космічної техніки. У повоєнні роки під час конструювання літаків почали використовувати правило площин Ричарда Уіткомба. Дослідження цього американського ученого довели, що для зменшення опору конструкції під час надзвукових швидкостей фюзеляж літака у місці з’єднання з крилом повинен мати якомога меншу площу поперечного розрізу. Це приблизно на 60% зменшує лобовий спротив. Ці розрахунки були підтверджені експериментальним шляхом.

Як довели дослідження та практика, надзвукові швидкості – це значне нагрівання зовнішніх поверхонь літака. З метою подолання цієї перешкоди конструктори пішли двома шляхами: максимальні швидкості вмикалися на висотах понад 10000 м, де повітря значно розріджене, та почали застосовувати для виготовлення планеру літака легкі сплави на основі титану, які мають властивість зберігати міцність за температури 600°С і вище. Саме цей шлях – використання жаростійких матеріалів – виявився найбільш перспективним.

1950–1960-ті рр. у розвитку авіації виявилися визначальними, оскільки саме у цей час були створені надійні потужні реактивні двигуни. які випускалися великими серіями. Так, в Англії було створено двигун Giron. Він мав діапазон сили тяги від 6800 кг до 8000 кг без перевищення існуючих обмежень рівня температури на вході у турбіну.

Використання реактивних двигунів помітно вплинуло і на створення гвинтокрилів. Одним з найпотужніших у світі й сьогодні залишається радянський Ми-26, створений під керівництвом Михайла Міля. Машина має два потужних ТРД, які обертають п’ятилопатевий несучий гвинт. На ній було встановлено декілька світових рекордів. На Ми-8 було використано двигуни ТВ-3-117. Саме вони зробили цю машину універсальною й надали змогу протриматись в експлуатації понад 30 років.

На розробленому в 1960-х рр. британському винищувачі-бомбардувальнику вертикального зльоту і посадки Harrier GR.1 використовувався унікальний турбореактивний двигун Bristol Orpheus. Він створював тягу в 3600 кг і спрямовував її у 4 сопла під час старту.

Крило як основний елемент конструкції літака постійно вдосконалювалося. На серійних винищувачах (американському Lockheed F-104 Starfighter, радянському МиГ-21, французькому Mirage F-1) встановлювалося дельтоподібне тонкого профілю крило зі стріловидністю близько 60°. Це допомагало перевищити швидкість звуку в 2–2,25 рази. Крім того, у бомбардувальній, пасажирській та транспортній авіації застосовувалися стріловидні крила великої площі та довжини: на американському стратегічному бомбардувальнику B-52, що дозволяє 170-тонній машині досягати швидкості 1050 км/год; на пасажирському Boeing-747, здатному перевозити 400 пасажирів на великі відстані; на транспортному Ан-225 «Мрія», створеному в Києві в КБ ім. О. Антонова для транспортування радянських космічних кораблів багаторазового використання «Буран». Після модернізації у 2001 р. літак може перевозити 200 т вантажу, за що й був занесений до книги рекордів Гіннеса.

В останній чверті ХХ ст. в авіації почали застосовуватися крила зі змінною стріловидністю, що дозволяло на третину збільшити радіус дії машин і на чверть зменшити їхню посадкову швидкість (американський F-111 з двома двигунами Pratt & Whitney TF30-P1, радянський Су-17). Адже сам принцип керування літаком заснований на відхиленні певних поверхонь крила та оперення.

Технології Stealth (об’єкт малопомітний для радарів) вперше були реалізовані у 1980-х рр. на американському винищувачі-бомбардувальнику Lockheed F-117А. Їх елементом, поряд з використанням нових матеріалів, було застосування крила великої стріловидності у передній частині та відсутність горизонтального оперення. Похилі кілі, що поєднують функції керма напряму і висоти, а також двигуни General Electric F-404, які не мають форсажних камер і глибоко сховані у кореневих частинах крила, також були складовою «непомітності» літака. Турбореактивний двигун F-119 з поворотними соплами змінної тяги, який стоїть на надзвуковому винищувачі нового покоління зі змінною стріловидністю крила, створеного за техологією Stealth – F-35B (2001 р.) також приводить у дію допоміжний підіймальний вентилятор, встановлений за кабіною пілота. Це дає змогу машині злітати та сідати вертикально на палубу авіаносця.

Для запуску штучних супутників Землі були створені багатоступеневі ракети, потужні двигуни і розроблені оптимальні режими руху. Виведення космічного апарату на навколоземну орбіту здійснюється при досягненні швидкості близько 8 тис. м/сек.

4 жовтня 1957 р. здійснив політ перший штучний супутник Землі. Його головним конструктором був колишній студент КПІ, академік Сергій Корольов. У січні наступного року на навколоземну орбіту було запущено американський супутник Explorer-1. Так розпочалося дослідження космосу.

12 квітня 1961 р. радянський космонавт Юрій Гагарін здійснив перший в історії пілотований космічний політ на кораблі «Восток». А вже 21 липня 1969 р. командир екіпажу американського корабля Apollo-11 Ніл Армстронг зробив перші кроки по Місяцю. Невдовзі до нього приєднався астронавт Едвін Олдрін. У наступні десятиріччя до освоєння космосу долучилося багато країн. Зокрема, було створено Європейське космічне агентство (ESA).

У подальшому радянська космічна програма була спрямована на створення орбітальних космічних станцій, першою з яких був «Салют», виведений на орбіту 1971 р. США, після закінчення експедицій на Apollo, зосередили зусилля на реалізації програми «Космічна транспортна система» і створенні кораблів багаторазового використання Space Shuttle («космічний човник»).

З лютого 1981 р. розпочалося будівництво на орбіті станції «Мир», яка загалом складалася з 7 модулів. З 1995 р. проект став міжнародним (9 експедицій на Shuttle). 23 березня 2001 р., після того, як вона перевищила визначений термін функціонування втричі, станцію «Мир» було затоплено у Тихому океані. Всього на ній працювали 104 космонавти з 12 країн.

Паралельно з експлуатацією «Миру» на орбіті з листопада 1998 р. розпочалося будівництво Міжнародної космічної станції (МКС). Обслуговування МКС здійснюється космічними кораблями «Союз-ТМ» та Space Shuttle, хоча для останніх це була далеко не єдина робота на орбіті. Адже з їх допомогою виводили в космос й обслуговували телескоп Hubble (4 експедиції, п’ять місій). Екіпажі виконували на орбіті велику кількість й інших завдань. Але у лютому 2011 р. Discovery. у травні – Endeavour, а у липні того ж року Atlantis здійснили свої останні місії на МКС. Після цього її обслуговують лише «Союзи», європейські ATV та японські HTV. За 30 років експлуатації 5 «човників» здійснили 135 рейсів на орбіту. На них літали 355 астронавтів і космонавтів. Загалом вони подолали 872,7 млн. км та вивели у космос 1,6 тис. тонн корисних вантажів.

Електроніка, зв’язок, комп’ютерні системи. У другій половині ХХ ст. у розвитку радіотехніки пріоритетним напрямом стала радіоелектроніка. Її прилади є незамінними під час вирішення багатьох науково-технічних проблем. Зокрема, відбувся перехід від метрових і дециметрових хвиль до сантиметрових, яким відповідає спектр частот від 30 тис. до 3000 мГц.

Розвиток радіолокації заклав підвалини створення нової науки – радіоастрономії. Розпочалося дослідження космічних об’єктів за допомогою радіотелескопів з діаметром дзеркал до 75 м, що дозволило приймати електромагнітні хвилі з космосу на відстані приблизно 30 млрд. світлових років. Американські вчені розробили радіотелескоп зі сферичним дзеркалом діаметром 300 м, який здатний знаходити предмети завдовжки 1 м на відстані 25 тис. км. У 1961 р. його будівництво закінчилось у Пуерто-Ріко.

На початку 1950 р. у США розпочалися регулярні трансляції кольорових телепрограм з використанням принципу послідовної передачі кольорових зображень з великою швидкістю, розкладанням кольорів на три основні складові й відтворення їх під час прийняття за допомогою дискового трикольорового світлофільтру. Трансляції установлених 12 каналів (частот) почали здійснюватися від Атлантичного до Тихого океану.

У телебаченні почали застосовувати фотоелементи, в яких використовується явище вторинної електронної емісії. Це явище застосовується, наприклад, у електронному іонному емісійному мікроскопі, який дає збільшення більш ніж у 150 тис. разів.

Використання фотоелементів відкрило шлях до застосування напівпровідників, що значно збільшило можливості електронної техніки. Вони містять слабкозв’язані електрони. Напівпровідники розташовуються між металами і діелектриками. До них належать германій, графіт, бор, кремній, цезій, рубідій, гелій, кадмій, сульфіди, а також більшість мінералів.

Сутність процесів, які відбуваються у напівпровідниках, полягає у тому, що за більш високих температур речовина, яка є ізолятором, стає напівпровідником, оскільки у них, на відміну від металів, вільних електронів набагато менше. У техніці використовується властивість напівпровідника перетворювати енергію світла безпосередньо у електричну.

Нові відкриття у галузі електроніки знайшли застосування у створенні комп’ютерної техніки. У листопаді 1950 р. під керівництвом доктора фізико-математичних наук Сергія Лебедєва у Києві в Інституті електротехніки АН УРСР була створена «Малая электронная счетная машина» (МЭСМ). Вона складалася з 6000 вакуумних ламп і споживала 15 кВт. Машина могла виконувати близько 3000 операцій за секунду.

У червні 1951 р. компанія Remington Rand встановила в Бюро перепису населення США комп’ютер UNIVAC 1. У ньому, на відміну від машин IBM з пристроєм введення з перфокарт, використовувалася магнітна стрічка. Завдяки цьому забезпечувалася сумісність з комерційними системами зберігання інформації. Загалом було продано 46 UNIVAC 1 за ціною 1 млн. доларів кожний.

Першою серійною радянською електронно-обчислювальною машиною (ЕОМ) була «Стрела», яка випускалася з 1953 р. Вона належала до класу великих універсальних машин з триадресною системою команд і виконувала близько 3000 операцій за секунду.

З 1954 р. на ринку з’явився IBM 650, який коштував 500 тис. доларів. Було реалізовано понад 2 тис. комп’ютерів цієї моделі. Його пам’ять на магнітному барабані зберігала 2000 10-розрядних слів (згодом була збільшена до 4000). У комп’ютері використовувався компілятор Symbolic Optimal Assembly Program (SOAP), який розташовував інструкції за оптимальними адресами.

1955 р. Моріс Уілкс винайшов мікропрограмування – принцип, який згодом знайшов використання у мікропроцесорах різних комп’ютерів. Цей принцип дозволяє визначати або збільшувати базовий набір команд за допомогою вбудованих програм. Наступного року компанія IBM вперше продала пристрій для зберігання інформації на 50 металевих 24-дюймових магнітних дисках – RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control).

На початку 1960-х рр. з’явилися комп’ютери другого покоління на транзисторах, які замінили енергоємні лампи. Завдяки платам і транзисторам було досягнуто значне зменшення розмірів машин і об’єм споживаної ними енергії, а головне – зросла надійність комп’ютерної техніки.

Комп’ютери другого покоління складалися з великої кількості плат, кожна з яких містила від одного до чотирьох логічних вентилів або тригерів. Спочатку вони будувалися на германієвих транзисторах. згодом їх замінили на більш дешеві кремнієві. Застосування напівпровідників дозволило покращити не лише центральний процесор, але й периферійні пристрої. Це дозволило зберігати вже десятки мільйонів символів і цифр.

За період з 1960 до 1964 р. IBM виготовила понад 100 тис. комп’ютерів середнього класу моделі 1401 (з пам’яттю 4000–16000 символів). Паралельно компанія постачала на ринок мейнфрейм IBM 7090 і транзисторну модель на перфокартах IBM 1620. В останній використовувалася пам’ять на магнітних осердях з об’ємом до 60000 десяткових цифр. Того ж 1960 р. компанія DEC для застосування у наукових дослідженнях випустила модель PDP-1. Наступного року Burroughs Corporation виготовила B5000 – перший двопроцесорний комп’ютер з віртуальною пам’яттю.

Найшвидшою серійною європейською ЕОМ того часу була БЕСМ-6, створена у 1966 р. у Києві. В її архітектурі вперше було застосовано принцип сумісного виконання команд (14 з них одночасно могли знаходиться на різних стадіях виконання). Механізми переривання, захисту пам’яті та інші технічні рішення дозволяли використовувати БЕСМ-6 у мультипрограмному варіанті режиму розподілу часу. Вона мала 128 Кб оперативної пам’яті на феритових осердях, зовнішню пам’ять на магнітних барабанах і стрічці. Машина працювала з тактовою частотою 10 МГц й рекордною для того часу швидкістю – 1 млн. операцій за секунду. Всього було випущено 355 БЕСМ-6.

Значне зростання використання комп’ютерів у світі почалося з третього покоління обчислювальної техніки на інтегральних схемах. 1969 р. співробітник компанії Intel Тед Хофф запропонував створити центральний процесор на одному кристалі, тобто використати одну головну інтегральну мікросхему, яка повинна виконувати всі арифметичні, логічні та керуючі операції, записані в машинному коді.

1971 р. компанія Intel випустила на ринок перший мікропроцесор Intel 4004. Поява мікропроцесорів дозволила створити недорогі надійні мікрокомп’ютери, які могли купувати малі компанії або окремі громадяни. Реалізація цієї ідеї започаткувала створення четвертого покоління комп’ютерної техніки. До початку 1980-х рр. вони набули великого поширення.

Перший масовий домашній комп’ютер розробив Стів Возняк – однин із співвласників компанії Apple Computer. DEC також у 1992 р. вийшла на ринок з 64-розрядним Alpha. Але вже наступного року починається новий етап у виробництві комп’ютерної техніки: Apple запропонувала портативний персональний комп’ютер (ПК) – Newton.

У 1994 р. IBM і Motorola спільно створили мікропроцесор Power PC, який протягом декількох років переважав за швидкістю плати Intel. Подальші роботи з розробки дизайну комп’ютерів призвели до того, що у 1998 р. фірмовим знаком Apple стає iMac, який розробили Стів Джобс і Джон Айв. Через два роки на ринку з’явився Power Mac G 4 Cube, один примірник якого через оригінальні технічні рішення й зовнішній дизайн був виставлений у Нью-Йоркському музеї сучасного мистецтва.

Цифрові технології (Digital technology) ґрунтуються на поданні сигналів дискретними імпульсами аналогових рівнів, а не у вигляді неперервного спектру. Зазвичай використовують сигнали, які мають невеликий набір значень, як правило – два. Але облікові системи зберігання інформації мають три значення 0, 1, NULL. У булевій алгебрі це відповідно «Неправда», «Істина» і за наявності NULL – «відсутність результату». Зберігання інформації у цифрових системах простіше, ніж в аналогових.

Цифрові технології використовуються у комп’ютерах, радіотехніці, вимірювальних та телекомунікаційних пристроях тощо. Такими системами з комп’ютерним управлінням можна керувати за допомогою програмного забезпечення, додаючи нові функції без заміни апаратних засобів. Це може бути зроблено шляхом простого оновлення програмного продукту. Така властивість дозволяє швидко адаптуватися до нових вимог.

Ідея сотового телефонного зв’язку з’явилася ще у 1940-х рр. у Bell Labs, яка належала компанії AT & T. Наступні 15 років тривали роботи, спрямовані на пошук оптимальних технічних рішень. Радянський інженер Леонід Купріянов у 1961 р. створив мобільний телефон вагою 70 г, який був подальшою розробкою його експериментальної моделі ЛК-1. Через 5 років на виставці «Інтероргтехніка-66» болгарські інженери показали мобільні телефони РАТ-0,5 і АТРТ-0,5, а також базову станцію РАТЦ-10 на 6 абонентів.

1967 р. колектив одного з відділів компанії Motorola під керівництвом Мартіна Купера створив портативні рації для поліції Чикаго. Накопичений досвід дозволив компанії у 1973 р. випустити перший сотовий телефон Motorola DynaTAC вагою 1,15 кг з 12 клавішами без дисплею та змонтувати у Нью-Йорку на 50-поверховому Alliance Capital Building базову станцію на 30 абонентів і з’єднати їх з наземними лініями зв’язку. Але лише через десять років на ринку з’явився перший комерційний сотовий телефон – DynaTAC 8000Х. Незважаючи на ціну – 3995 доларів, тисячі людей записувались у черги на його придбання.

У 1990 р. у США компанія Qualcomm розпочала дослідження нового виду зв’язку, який заснований на технології кодового поділу сигналів за частотою – CDMA (Code Division Multiple Access). Перша система зв’язку стандарту CDMA (IS-95) почала працювати у Китаї з 1995 р. Наступного року у продажу з’явився перший телефон з кольоровим дисплеєм Siemens S10 (3 кольори, 8 відтінків) та комунікатор Nokia Communicator, який мав багато функцій, серед яких були факс і електронна пошта.

Життя у ХХІ сторіччі неможливо уявити як без сучасних комп’ютерів, так і без мобільного зв’язку. Лише в одному 2000 р. з’явилися перший сотовий телефон з підтримкою технології Internet Times (Swatch) – Ericsson T20; телефон з GPS-приймачем – Benefon ESC; сотовий телефон з поліфонією (Sony IS); перший телефон з МР3-плеєром і підтримкою карт пам’яті Multi Media Card Siemens SL45; Sharp разом з J-Phone випустила телефон з вбудованою камерою (Sharp J-SH04).

До 2005 р. популярність iPad значно зросла. Того року було продано 20 млн. пристроїв, а окрім того ще й 825 млн. мобільних телефонів. У той час в Apple працювали над створенням планшетного комп’ютера. Екран повинен був мати функцію «мультитач» – здатність обробляти декілька сигналів одночасно («мультисенсорний екран»). До кінця року ідея знайшла остаточне технічне втілення в інерційній продукції, яка дозволяла рухати картинку, проводячи пальцями по екрану.

До 2011 р. у цифровому світі визначилися два принципові підходи до інтегрованих систем: відкритий і закритий. Так, спроектований Возняком Apple ІІ легко відкривався, мав доступ з мінімальним централізованим контролем, можливості вільно модифікувати програмне й апаратне забезпечення, ділитися кодами, подавати інформацію для відкритих стандартів, працювати з контентом і додатками, які були сумісні з багатьма приладами і операційними системами. Він давав можливість користувачам вільно оперувати великою кількістю порталів.

Macintosh Джобса – це програмно-апаратний комплекс, у якому обидва аспекти пов’язані між собою й не підлягають модифікації. Через це операційна система Macintosh не доступна для стороннього апаратного забезпечення.

Сучасна комп’ютерна техніка посіла домінуюче становище у багатьох галузях науки, техніки, мистецтва, медицини, спорту. На її основі створюються автоматизовані системи керування, дослідницькі й виробничі комплекси, зокрема й Інтернет.

Агентство з перспективних оборонних наукових досліджень США (DARPA) у 1957 р. запропонувало розробити систему передачі інформації Каліфорнійському університету у Лос-Анджелесі, Стенфордському дослідницькому центру, Університету Юти і Університету штату Каліфорнія у Санта-Барбарі. Комп’ютерна мережа отримала назву ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network), і у 1969 р. ці чотири наукових центри були об’єднані в межах проекту. Того ж року в Каліфорнійському університеті було встановлено перший сервер ARPANET (комп’ютер Honeywell DP-516) і проведено сеанс зв’язку зі Стенфордським дослідницьким інститутом на відстані 640 км.

До 1971 р. була розроблена перша програма для відправлення електронної пошти в мережі. Через два роки до мережі були підключені за допомогою трансатлантичного телефонного кабелю іноземні організації з Великої Британії та Норвегії. У той час починається розвиток протоколів передачі інформації.

З січня 1983 р. мережа ARPANET перейшла з протоколу NCP на TCP/IP і за нею закріпився термін «Інтернет». Наступного року було розроблено систему доменних імен – Domain Name System (DNS), а Національний науковий фонд США (NSF) створив міжуніверситетську мережу NSFNet. За рік до неї підключилися близько 10 тис. комп’ютерів і назва «Інтернет» закріпилася за NSFNet. У 1988 р. був розроблений протокол Internet Relay Chat (IRC), завдяки чому в Інтернеті стало можливим спілкування в реальному часі (чат).

Відомий британський учений Тім Бернерс-Лі у 1989 р. запропонував концепцію Всесвітньої павутини, а протягом наступних двох років розробив протокол HTTP, мову HTML та ідентифікатори URL. З 1991 р. Всесвітня павутина отримала доступ в Інтернет, а через два роки з’явився веб-браузер NCSA Mosaic. Саме поєднання веб-протоколу, який забезпечував комунікацію, та браузера, який надавав інтерфейс, зробило Веб досить відомим. У 1995 р. було створено Консорціум Всесвітньої павутини і з наступного року поняття «Інтернет» поступово перейшло до павутини. У цей час Інтернет вже нараховував близько 10 млн. комп’ютерів, і було зареєстровано понад 1 млн. доменних імен.

Сьогодні до Інтернету можна підключитися через супутники зв’язку, кабельне телебачення, радіоканали, телефон, сотовий зв’язок. З 22 січня 2010 р. прямий доступ в Інтернет отримав екіпаж МКС.

Theme 3.2. The development of science and technology in the second half of the 20^th – 21^st century

In the second half of the 20^th century the power of thermal power plants (TPP) significantly increased, this greatly promoted the efficiency of the steam turbine generators.The TPP started applying regeneration of feed boiler water heating by steam, which gathered from the intermediate stages of turbine. This has greatly reduced the consumption of heat for the production of one kilowatt hour. After the war, the construction of a combined hydropower plants (HPP) begins, on which there are no special machine rooms. Hydraulic units are installed directly in the dam.The HPP connects to the spillway facilities. From the 1950’s a new direction for the electricity – nuclear power plants (NPP) appeared. The main element in a nuclear power plants are the nuclear reactors, which are of two types: operating at slow or fast neutrons.

In the second half of the 20^th century the production of ferrous metals was dominant in the metallurgical industry.The leading industrial countries of the world have significantly increased their output of the electric steel, introduced the steel smelting and the casting under vacuum, the continuous casting of the steel, the smelting of domain ferroalloys, and production of the new profiles of the rolled metals.

The development of nuclear technology has set itself the task of widespread use of the chemical industry and rare elements.In addition, chemistry supplies nuclear production of various metals, plastics, heavy water and hydrogen. The strict requirements for purity are pulled out to the new materials – the monomers. In the chemical industry, new methods are used: high pressure, deep vacuum, high temperatures, the deep cold, ultrasound, electric discharge, radioactive radiation.One of the trends in chemical science is the design of the molecular structure of the substance in accordance with the set properties based on the study of the laws of the molecules` formation.

One of the directions of mechanical engineering development is reduction in the processing of products by cutting, which is achieved by the use of forging and stamping production. It uses a non-contact heating of the metal by high-frequency currents.

This leads to reduced slag formation, reduced tolerances for machining parts, improves the quality of forgings. In 1950–60-s the production of reliable jet engines begins, which contributed to the rapid progress of both civil and military aviation.Theaircraft with variable geometry of wings, vertical take-off and landing, invisible to radar (Stealth Technology) are created.

In the second half of the 20^th century the exploration of space begins.On October 4, 1957, the first artificial satellite of Earth was launched. Its chief designer was a former student of the KPI, academician Sergei Korolev.On April 12, 1961, Soviet cosmonaut Yuri Gagarin made the first ever pilot-controlled space flight on the shipboard the «Vostok». In July 1969, the Commander of the crew of the American space ship Apollo 11 – Neil Armstrong became the first man to walk on the moon.In the future, the Soviet (Russian) space program was aimed at the creation of the orbital space stations.TheUnited States have focused their efforts on the implementation of the program «Space Transportation System», related to the use of the space shuttle (Space Shuttle).

New discoveries in the field of electronics have found application in the computer technology.In November 1950, under the guidance of Doctor of Physical and Mathematical Sciences Sergei Lebedev in Kiev the «Small Electronic Calculating Machine» (SECM), containing about 6,000 vacuum tubes was established.In 1955, Maurice Wilkes invented micro-programming. In the 1960’s production of the second generation of computers on transistors began, which replaced the energy intensive lamps.

In 1969, Intel`s Officer Ted Hoff proposed the establishment of a central processing unit on a single chip – microprocessor. In the 1980's Microcomputers have become commonplace.In 1993, a new stage in the manufacture of computer equipment begins: a company Apple offered the portable personal computer (PC) – Newton.In 1998, the trademark of Apple becomes iMac, developed by Steve Jobs and Johnny Ivy.After 2 years the Power Mac G-4 Cube appeared on the market, a copy of which is presented in the New York's Museum of the Modern Art.

The end of the 20^th century is connected with the rapid development of digital technology, which is based on the discrete signal pulses of analog levels, rather than in a continuous spectrum.It isused in various fields of electrical engineering, computers, measuring instruments, radio engineering, and telecommunication devices.In addition, it is impossible to imagine life in the 21^th century without cellular communication and mobile phones.Currently, these areas are booming.

In 1989, the British scientist Tim Berners-Lee proposed a concept of the World Wide Web. Since 1991, the World Wide Web gained access to the Internet.In 1995, the World Wide Web Consortium was founded and the following year the notion of the Internet gradually transferred to the Web.