Известно, что при расчете и конструировании сложных радиотехнических устройств чрезвычайно важно правильно выбрать характеризующие работу системы показатели качества, надежности и эффективности. Это требует, разумеется, специальных исследований, и в современной технике с разработкой таких оптимальных показателей пока дело обстоит, скажем прямо, далеко не идеально. Что же касается выбора параметров для правильной оценки эффективности сложных живых систем, то нет нужды доказывать, что такая задача еще сложней, а ведь ее решение весьма важно для успешного моделирования и разработки практического варианта технического устройства.
В свете сказанного заслуживает внимания попытка Д. Гриффина найти интегральный показатель[6] эффективности локационной системы Q путем перечисления требований, предъявляемых к ней.
"От наиболее эффективной системы эхолокации, — пишет ученый, — требуется, чтобы она при наименьшем весе W и минимальной используемой мощности Р обнаруживала объекты наименьшей величины (диаметра d) на максимальных расстояниях R".
Соответствующий показатель эффективности Q должен иметь максимальное значение, а в случае "ухудшения" перечисленных факторов, характеризующих систему, — пропорционально убывать.
При таком подходе из чисто качественных соображений сразу же напрашивается формула для вычисления этого показателя:
Однако небольшое размышление показывает, что выбранное выражение необоснованно предопределило связь величин R, Р, W, d; например, из этой формулы следует, что при фиксированном показателе эффективности Q дальность прямо пропорциональна мощности.
Но у всех локаторов плотность излучаемой энергии, как известно, убывает при распространении обратно пропорционально квадрату расстояния. Что же касается летучих мышей, то исследования показали: в ряде случаев можно считать, что энергия эха обратно пропорциональна четвертой степени расстояния. Последнее соображение уже, видимо, можно учесть и в выражении для Q, характеризующем локационные способности как летучих мышей, так и локаторов (от усиления зависимости по R оценка эффективности последних только повысится).
Аналогично (т. е. путем приведения к мощности Р) можно проанализировать и влияние на показатель Q диаметра объекта обнаружения d. В самом деле, если размеры объекта достаточно велики по сравнению с длиною волны отраженного от него звука, то мощность эха приблизительно пропорциональна поверхности цели, т. е. d2. Так обстоит дело с большинством радарных целей и, в частности, при локации самолетов с использованием сантиметровых волн. В случае же локации, осуществляемой летучими мышами, которые, как правило, обнаруживают объекты с размерами, меньшими длины излучаемых волн, мощность эха должна уже быть пропорциональной d4.
Таким образом, учитывая сказанное, можно окончательно принять два вида выражений для показателя эффективности локации Q, а именно:
первое приблизительно соответствует условиям работы радаров, второе — условиям, характерным для летучих мышей.
В заключение, воспользовавшись полученными выражениями для Q, сравним эффективности одного из наиболее совершенных локаторов самолетного типа и эхолокационного аппарата летучих мышей (табл. 2).
Таблица 2
Простейший анализ данных, приведенных в таблице, уже говорит о том, что летучие мыши обладают локационной системой в десятки миллионов раз более эффективной, чем локатор. И это справедливо даже в том случае, если не учитывается, что при расчете вес локационной системы летучей мыши был принят равным 10% ее веса, тогда как вес радиолокатора составляет совершенно ничтожную долю веса самолета, на котором он установлен. А "... если подходить к данному вопросу с самой общей точки зрения, то превосходство летучих мышей и других животных становится очевидным, хотя такое сравнение и трудно выразить в количественной форме. В самом деле, летучие мыши сами поддерживают в рабочем состоянии и ремонтируют свои живые механизмы, а радиолокаторы и самолеты должен ремонтировать человек. Летучие мыши питают свои механизмы энергией за счет добычи, которую они сами ловят и переваривают. А от самолетов мы не ждем, чтобы они сами заправлялись топливом за счет ловли птиц; топливо же, накачиваемое в их баки, уже не требует никакой предварительной химической переработки. И, конечно, изготовленные человеком механизмы не размножаются".
6
Интересно отметить, что аналогичный прием определения интегральных показателей, характеризующих те или иные стороны физических явлений, путем простого перечисления их свойств довольно часто применяется в науке. Например, в теории информации (см. С. Голдман, Теория информации, ИЛ, 1957) подобным образом вводится такое сложное теоретико-вероятностное понятие, как энтропия — степень неопределенности состояния.