Проектирование на основе первых принципов
Хотя стоимость отправки коммерческих грузов в космос сегодня на 50–60 % ниже, чем во времена «Аполлонов», ключевые технологические решения космической отрасли по сути остались всё теми же, многократно модифицированными, принципами устройства «Фау-2» фон Брауна. Конструкция ракеты, производственный процесс и специфика функционирования основаны на разработках НАСА периода активного использования кораблей «Аполлон», для которых исходным образцом была «Фау-2». Подобный процесс итеративного проектирования (iterative design, iterative engineering) инженеры называют проектированием по аналогии (design by analogy).
Проектирование по аналогии основано на представлении о том, что по мере расширения технологических возможностей и накопления инженерных знаний специалисты находят всё более удачные варианты базовых конструкций ракеты, позволяющие исключить прежние недостатки. Однако практика проектирования по аналогии ограничивает полет конструкторской мысли, поскольку инженер начинает с готового шаблона – его работа вторична. Чтобы создать что-то по-настоящему революционное, нужно быть готовым начать с нуля.
И здесь на сцену выходит Илон Маск. Как и фон Браун, Маск бесконечно предан идее космических полетов. Но ему неинтересно просто вернуться на Луну – его внимание привлекает Марс. Для него полеты в космос – это вопрос ни много ни мало выживания человечества. Говоря о своей одержимости Марсом, Маск отмечает, что Земля уже пережила по меньшей мере пять катастроф, почти уничтоживших жизнь на планете, и шестая может произойти в любой момент. В последние годы в непосредственной близости от Земли несколько раз пролетали астероиды размером с тот, который некогда погубил динозавров. Поэтому Маск считает, что мы должны «подстраховаться» и организовать внеземные колонии.
После успешной продажи акций компании PayPal Маск создал три новые крупные компании: Tesla, SpaceX и SolarCity. Ключом к процветанию каждой из них стала приверженность Маска идее конструирования на основе первых принципов (first principles). В отличие от проектирования по аналогии, или итеративного проектирования, ориентация на первооснову возвращает нас к базовым элементам системы, к ее физическому смыслу – то есть к тому, что составляет суть конструирования. Отличный пример проектирования по методу первых принципов – создание автомобиля. В 1885 году, пока другие пытались усовершенствовать конструкцию повозок на конной тяге, Карл Бенц обратился к базовой идее использования транспортных средств и применил возможности двигателя внутреннего сгорания для создания чего-то совершенно нового – первой легкой двухместной автомашины с бензиновым двигателем.
Я считаю, что нужно опираться на первые принципы, а не на аналогию. Мы привыкли действовать по аналогии: делать что-то потому, что уже делали это, или потому, что так делают другие. Опираясь на первые принципы, вы возвращаетесь к фундаментальным истинам… и начинаете выстраивать логическую цепочку с чистого листа.
Илон Маск, видео о методе первых принципов на хостинге YouTube
Маск подсчитал: чтобы добраться до Марса, нужно снизить стоимость выхода на орбиту в 10 раз. Задача кажется непростой даже для НАСА, а для инженера – разработчика программного обеспечения, который никогда не занимался ракетами, – совершенно невыполнимой. В биографии Маска отмечается его уникальная способность очень быстро овладевать новыми навыками и добиваться необычайно высокого уровня мастерства. Поэтому когда речь зашла о создании ракет, Маск просто научился всему, что нужно знать: освоил принципы конструирования сосудов высокого давления, камер ракетных двигателей и бортовой электроники, а также физические и химические законы, лежащие в основе этих принципов. Маск рассуждал так: если начать разрабатывать ракету с нуля, располагая сегодняшними вычислительными мощностями, технологиями машиностроения, достижениями материаловедения и лучшим пониманием физических принципов, будет ли новая ракета устроена так же, как ракеты, которые мы использовали последние 50 лет? Ответ был очевиден: нет, не будет.
В 2010 году каждый запуск обходился НАСА примерно в 380 млн долларов. Сегодня компания SpaceX заявляет: стоимость запуска ракеты-носителя тяжелого класса Falcon 9 – 65 млн долларов, а ракеты-носителя сверхтяжелого класса Falcon Heavy – 90 млн долларов. При этом стоимость вывода килограмма груза на низкую околоземную орбиту силами SpaceX составляет 1100 долларов, в то время как тот же показатель у компании United Launch Alliance, ближайшего конкурента SpaceX по стоимости запуска в Соединенных Штатах, находится в диапазоне 14 000-39 000 долларов.
Последняя крупная пилотируемая космическая программа США – программа космических шаттлов – выводила килограмм груза на орбиту за 18 000 долларов. Теперь, когда в SpaceX знают, как сажать первую ступень ракет на наземные посадочные комплексы и плавучие платформы (одна из них называется «Просто прочти инструкцию», другая – «Конечно, я всё еще люблю тебя»), повторное использование первых ступеней позволит в течение нескольких лет снизить стоимость вывода килограмма груза на орбиту при помощи Falcon Heavy примерно до 400 долларов. Это будет означать, что компании SpaceX удалось снизить стоимость вывода грузов на орбиту более чем на 90 % всего за 14 лет работы на рынке. Ближайший конкурент Falcon Heavy в НАСА – ракета Space Launch System грузоподъемностью 70 тонн и оценочной стоимостью одного запуска в 1 млрд долларов. Грузоподъемность ракеты Falcon Heavy составляет 64 тонны, а запуск стоит 90 млн долларов, то есть в 10 раз меньше, чем у ближайшего конкурента (и это до учета экономии на повторном использовании ступеней).
Рисунок 1. Одним из источников сокращения затрат стали достижения SpaceX в области интеграции производства
Более чем 90-процентное снижение стоимости вывода грузов на орбиту, повторное применение ракет, умеющих самостоятельно приземляться, и использование топлива, которое просто производить и удобно хранить на Марсе, – добро пожаловать в эру революционных преимуществ проектирования на основе первых принципов.
Использование первых принципов при создании iPhone
Маск – не единственный сторонник идеи проектирования по методу первых принципов. Стив Джобс тоже считал необходимым вернуться к первоосновам и переработать избитые концепции. Он отказался от итеративных улучшений популярных моделей телефонов («раскладушки» Motorola, коммуникатора Blackberry, «телефона-банана» Nokia) и начал создавать с нуля персональное «умное» устройство, соединяющее в себе функции телефона, интернет-браузера и музыкального плеера iPod.
Есть известная история о том, как Стив принес в офис, где его команда работала над созданием iPhone, деревянный брусок. Он хотел всем напомнить, что продукт должен быть простым. Джобс понимал, что сила технологий ограничена способностью людей применять их на практике. Чтобы раскрыть всю мощь технологий, нужна не несуразно сложная конструкция, а простой и удобный в использовании функционал.
Билл Уайз из MediaBank, статья на портале Business Insider, 12 октября 2011 года
Объективности ради заметим, что идею прототипа в виде деревянного бруска Джобс мог позаимствовать у Джеффа Хокинса, главного разработчика наладонного компьютера PalmPilot. Говорят, когда Хокинс задумался о создании PalmPilot, он стал всё время носить с собой бруски примерно того же размера, что и проектируемое устройство. Каждый раз, когда возникала необходимость в использовании наладонника, Хокинс «активировал» брусок-прототип и «писал» на его поверхности или в блокноте, имитируя работу с устройством для решения какой-то конкретной задачи, будь то внесение встречи в календарь, запись краткой заметки или обмен контактами с коллегой.
Рисунок 2. iPhone – прекрасный пример проектирования на основе первых принципов
Стив Джобс и Джони Айв, директор по дизайну компании Apple, не стали исходить из уже существующих моделей и пытаться усовершенствовать их; они начали с нуля. Именно поэтому iPhone в конечном счете оказался аппаратом с принципиально новым дизайном сенсорного экрана, в алюминиевом корпусе, без физической клавиатуры, но с целой экосистемой мобильных приложений. Помните, как при выходе первого iPhone все спорили, что лучше: физическая клавиатура устройств Blackberry от компании RIM или обеспечивающая менее аккуратный набор текста экранная клавиатура Apple? Многие были уверены, что победит клавиатура Blackberry. Но этого не случилось.
Почему я обращаю ваше внимание на эту историю? Задайте себе несколько простых вопросов. Если бы сегодня вы начали с нуля строить мировую банковскую, денежную, финансовую систему или банковскую систему отдельной страны, если бы решили с чистого листа разработать продукт под названием «банковский счет», стали бы они тем, что мы сейчас имеем? Стали бы вы открывать физические отделения банков, навязывать использование физических платежных средств в виде бумажных или полимерных денег, требовать проставления собственноручной подписи на бланках заявлений, предлагать банковские расчетные книжки, пластиковые карты, чековые книжки, указывать на необходимость приложить к заявке на ипотеку солидную пачку документов и заполнить три идентификационные формы?
Разумеется, нет – это даже звучит глупо. Если бы вы начинали с нуля, располагая современными технологиями и возможностями, вы бы создали нечто совершенно непохожее на сегодняшнее присутствие банковских услуг в повседневной жизни человека. Давайте применим метод первых принципов к банковскому обслуживанию и посмотрим, ведется ли работа по переосмыслению банковской деятельности. Наблюдаем ли мы появление принципиально новых систем?
