Это история о том, как фундаментальная наука опередила промышленность на десятилетия, а страна, где были созданы все принципы оптической записи, оказалась последней в очереди за собственной технологией.
Изобретение: световой луч вместо иглы
В 1960-х годах, сразу после создания первых лазеров, советские физики — нобелевские лауреаты Николай Басов и Александр Прохоров — поняли, что свет можно использовать для хранения колоссальных объёмов информации.
Приоритет:
в 1969 году в СССР был получен патент № 220315 на «долговременное оптическое запоминающее устройство». В том же году в ФИАНе была разработана концепция записи информации лазерным лучом на вращающийся диск.
Cфокусированный луч лазера «прожигал» микроскопические отверстия (питы) в специальном слое диска. Другой лазер, меньшей мощности, считывал эти отверстия, переводя их в двоичный код (есть ямка — «1», нет ямки — «0»).
Но этим дело не ограничилось. В Ленинграде, в ЛГИИС (Ленинградский государственный институт информатики и систем), под руководством В.Г. Толчина была создана система голографической памяти — качественно иной подход к хранению данных. На плоском стеклянном диске диаметром 400 мм и толщиной 5 мм, покрытом высокоразрешающей фотоэмульсией, удалось записать более 10 000 страниц текста — около 3 Гб информации.
Это было 1970-е годы!!!
В то время, когда вычислительная техника измерялась в килобайтах, а жёсткие диски имели ёмкость не более 1–2 Гб, советские учёные создали оптический диск на 3 Гб.
Эта система с голографической памятью и управлением от ЭВМ была установлена в Государственной библиотеке СССР имени В.И. Ленина в Москве. Позже она была передана военным морякам.
«Луч-001» и «Луч-002»: первый советский CD-плеер до появления CD
В середине 1970-х годов, ещё до появления международного стандарта CD, в СССР начались собственные исследования цифровой звукозаписи на оптических носителях. Площадкой для этих разработок стала лаборатория лазерной звукозаписи под руководством Эдуарда Ивановича Вологдина при ВНИИРПА (Всесоюзный научно-исследовательский институт радиовещательного приёма и акустики имени А.С. Попова).
Перед инженерами стоял комплекс сложных задач. Нужно было найти способ преобразовывать звуковой сигнал в цифровой код, разработать оптический носитель, способный надёжно хранить информацию, и создать систему считывания без потери качества. Для экспериментов по записи дисков потребовалась специальная чистая комната с высокой степенью очистки воздуха.
Химики искали состав, изменяющийся под воздействием лазерного излучения, оптики - систему точной фокусировки луча, а специалисты по автоматике - решения для автофокусировки, слежения за дорожкой и управления двигателем.
В качестве источника излучения применялся газовый лазер с активной средой из гелия и неона ЛГ-75 мощностью около 25 милливатт. Из-за его внушительных габаритов и потребности в подаче высокого напряжения конструкцию оптического модуля выполнили стационарной. Вместо перемещения блока вращали носитель - он двигался на подвижной каретке.
Носители информации изготавливали в виде стеклянных дисков диаметром 12 см, которые были немного толще более поздних обычных компакт-дисков. Параметры оцифровки сигнала предусматривали частоту дискретизации 44,1 кГц и глубину квантования в 11 бит.
К концу 70-х собрали первый опытный образец под названием «Луч-001». Устройство существовало в единственном экземпляре и предназначалось для тестирования и доводки технологии. Конструкция аппарата включала два отдельных модуля: в верхней секции разместили оптическую систему, механические узлы и систему управления, а в нижней — блок питания и цифровой декодер.
В «Луче-001» не лазер перемещался относительно диска, а сам вращающийся шпиндель с диском двигался на подвижной каретке. Спустя полтора десятка лет похожий принцип применили в некоторых механизмах Sony.
К 1981 году изготовили пробную серию усовершенствованных аппаратов «Луч-002». Схему устройства полностью переработали, задействовав только компоненты отечественного производства. Механическая часть осталась близкой к предшественнику, поэтому габариты по-прежнему оставались значительными. К 1982 году разработку признали завершённой и пригодной для запуска в серию.
Торжественная демонстрация прошла на ВДНХ в 1982 году. Экземпляр аппарата представили вместе с оптическим диском с записью музыкальной композиции из кинофильма «Мой ласковый и нежный зверь».
Показ вызвал интерес у специалистов. Но дальше этого дело не пошло.
Советский LaserDisc: отчаянная попытка «догнать и перегнать»
Параллельно с аудио-CD в СССР велись работы над видеодисками формата LaserDisc.
НПО «Авангард» (Ленинград) совместно с ГНПП «Рубин» (Пенза) в середине 80-х выпустили первый советский Laser Disc. Производство видеодисков было налажено не позднее 1988 года. Изначально они были только аналоговые, а с 1987 года начали производиться и гибридные версии.
Экспериментальные LD появились в 1989 году, а уже в 1990 году пошли в мелкую серию для оснащения опытных образцов экспериментального проигрывателя «Русь-501 ВИДЕО». Проигрыватели LD были представлены моделями «Русь-501 ВИДЕО» и «Русь ВП 201» производства Государственного Рязанского приборного завода.
К моменту разработки в Союзе эта технология уже доживала свои последние годы за «ржавеющим железным занавесом». Для подавляющего большинства советских людей, немногим из которых был доступен даже банальный VHS-видеомагнитофон, она представлялась истинным технологическим чудом. Это была отчаянная и изначально обречённая на провал попытка «догнать и перегнать».
Почему это стало «бумажной» победой?
СССР обладал всеми патентами на принципы оптической записи. Были созданы опытные установки, которые могли записывать изображения и звук на стеклянные диски с металлическим напылением. Однако технология не пошла в народ по нескольким причинам.
1. Проблема «чистых комнат»
Для производства качественных дисков требовалась стерильность уровня микроэлектроники. Малейшая пылинка приводила к потере мегабайтов данных. Наладить массовое «чистое» производство бытовых товаров в СССР было крайне сложно. В лаборатории ВНИИРПА такую комнату создали — но это была единичная лабораторная установка, а не промышленная линия.
2. Миниатюризация лазеров
Советские лазеры для записи были громоздкими газовыми установками размером с ящик. В «Луче-001» применялся гелий-неоновый лазер ЛГ-75 мощностью 25 милливатт — тот же самый, что использовался для управления процессами термоядерного синтеза.
Чтобы сделать бытовой плеер, нужны были крошечные полупроводниковые лазеры. Хотя Алфёров их изобрёл, их массовое производство для гражданских нужд так и не было развёрнуто.
3. Отсутствие цифровой экосистемы
В СССР не было рынка цифровой музыки или видео. Зачем нужен лазерный диск, если нет компьютеров у населения и нет студий, способных оцифровать контент?
4. Разрыв между лабораторией и заводом
«Луч-002» был готов к массовому производству. Но на этапе планирования выяснилось, что заводы не могут обеспечить требуемую точность и чистоту производства. Как и в случае с гетероструктурами, наука была готова — а промышленность нет.
Западный триумф: рождение CD
В 1970-х годах компании Philips (Нидерланды) и Sony (Япония) начали совместную работу над стандартом компакт-диска. Они использовали те же принципы лазерной оптики, что описывали Басов и Прохоров, но сосредоточились на стандартизации и массовости.
В 1980 году Philips и Sony представили «Красную книгу» (Red Book) — документ, установивший все стандарты для компакт-дисков. Интересная деталь: Philips склонялась к диску диаметром 115 мм, но Sony настояла на том, чтобы диск вмещал всю Девятую симфонию Бетховена — так появился стандарт 120 мм.
1982 год: выход первого коммерческого CD и плеера. Западные компании создали не просто «железку», а формат, который приняли все звукозаписывающие студии мира.
Технологический отрыв: Запад смог сделать лазерную головку размером с ноготь и стоимостью в несколько долларов. СССР на тот момент всё ещё выпускал виниловые пластинки и магнитные ленты.
Итог: «золотой век» импорта
В конце 80-х и в 90-е годы в СССР и Россию хлынул поток импортной техники.
Парадокс: страна, физики которой получили Нобелевскую премию за лазер и гетероструктуры, не имела собственного производства лазерных дисков и приводов.
Все CD-ROM для компьютеров, музыкальные центры и позже DVD-плееры закупались на Западе и Востоке. Компакт-диски в СССР не производились - с 1990 года выпускались малыми партиями, в основном для экспорта. Стоимость устройства была эквивалентна стоимости нового автомобиля.
Даже когда в России открывались заводы по «репликации» (штамповке) дисков, они работали на 100% импортном оборудовании (линии Singulus и др.) и на импортном сырье (поликарбонате).
Где это живёт сегодня?
Принципы оптической памяти, заложенные в ФИАНе, до сих пор используются в дисках Blu-ray и архивных системах хранения данных.
Blu-ray, представленный в 2002 году консорциумом из девяти компаний (Sony, Philips, Panasonic, Hitachi, LG, Samsung, Sharp, Thomson), использует сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм для увеличения ёмкости до 25 Гб на однослойный диск.
Sony начала развитие оптической технологии с применением «синего» лазера в конце 1990-х годов и создала первые в мире записи в высоком разрешении на оптических носителях объёмом 20 Гб.
И хотя мы почти отказались от дисков в пользу облаков, сама передача данных в этих облаках идёт по оптоволокну с помощью тех самых лазерных импульсов, концепцию которых первыми предложили советские учёные.
Итог:
История оптической памяти — это наглядный пример того, как советская наука создала фундамент для целой отрасли, но сама не смогла построить на этом фундаменте ничего, кроме лабораторных образцов.
СССР изобрёл лазерный диск. Но мир купил плееры Sony и Philips. И в этом - вся трагедия советского инженерного гения: технологии были, но страна, которая их создавала, не смогла превратить их в продукт для своих граждан.
* * *
- троичная ЭВМ «Сетунь».
- ЭВМ «МИР»
- "Эльбрус-1"
- РЕФАЛ.
- Ракетный Двигатель Закрытого Цикла.
- Ионные (плазменные) двигатели
- «Стелс» (Stealth)
- Atomic Layer Deposition (ALD)
- Гетероструктуры - "слоеный пирог" изменивший Мир
Комментарии
На самом деле есть кроме того, что вполне возможно, те кто управлял экономикой не желали следить за прогрессом, так ещё и при Горбачеве уже открыли границы и иностранный товар хлынул в страну, а уж прихватизация и развал страны, да связанная с ними делёжка общенародной собственности вообще забила кол в прогресс. Вспомним хотя бы слова Егора Гайдара, да и пришедший после Ельцина Путин в конце концов проговорился, что они и не считали нужным развивать не сырьевую экономику, мол мы рассчитывали, что будем продавать сырьё и за него всё остальное купим. Так что дело не только в чистых комнатах - этого можно было добиться, а в проведении экономической политики.
В 80-е я был руководителем среднего звена на производстве, и всю эту катавасию, от смерти Брежнева до Кончины Перестройки и СССР, в технологической части знаю не по рассказам. Подчиненное мне подразделение постоянно выполняло заказы для ВПК и СВР, которые приходили к нам, так как уже целая цепочка их проваливала. Особенно примечательны те заказы, с которыми столкнулись после введения технологических санкций от США.
Вам виднее. Но если нет решения для разработки для массового потребления, то чего ждать. Не такие уж отсталые были наши учёные, чтобы на создать такой товар.
В этом вопросе, и тогда и сейчас, присутствует устойчивое мнение, что надо только выпустить Указ Генсека/Президента - и все будет сделано. К сожалению - нет. Например, невозможно начать выпускать прецизионные станки с ЧПУ по Указу, если страна не умеет делать подшипниковые узлы... СССР сгубил экономику и не смог начать массового производства современных товаров из-за перекоса экономики, а перекос из-за избыточных геополитических понтов. Россия идет по тем же рельсам, только у нее инерция будет короче.
В России ещё хуже. Да конечно же по указу по "щучьему веленью, моему хотенью" - это уже хуже чем мнение, на самом деле в СССР ещё была возможность и выпускались станки с ЧПУ, а вот развал и прихватизация и проводимая экономическая политика, возможность развития окончательно добили.
Помните, как начиналось "Импортозамещение" в 2015?
Помню, помню. Лозунгов вдоволь было. Но импортозамещение окончилось замещением товаров из одних стран, замещением товарами из других .
Я напомню коротенько только один сюжет. Была создана Группа "Стан", в которую собрали примерно половину российских производителей станков и оборудования. Дали вливания, рекламу на выставках, по СМИ. Заказчики понадавали предоплат (ведь государственная поддержка и от министерства). В 2018 году ФСБ стало искать, где деньги, где руководство, где выполненые заказы?
И как нашли?
А кого находили? Ни миллиардов, ни руководства. Та же история и с закупленным и разрекламированным заводом чипов. Схема одна. А "Сколково"?