Высокого звания защитника Отечества заслуживают не только военные, но и все, кто своим трудом способствует укреплению обороноспособности страны. Среди них традиционно важнейшее место занимают ученые. В годы Великой Отечественной войны многие выдающиеся физики и математики, оставившие заметный след в фундаментальных исследованиях, вносили свой вклад в оборону страны. Накануне Дня защитника Отечества - вспомним некоторые «боевые» эпизоды из истории нашей науки.
Линкор "Марат"
Размагничивающие устройства для кораблей
Игорь Курчатов известен прежде всего, как отец советского атомного проекта, однако его вклад в обороноспособность страны этим не ограничивается. В годы Великой Отечественной войны группа ученых под руководством Игоря Курчатова занималась разработкой устройства для размагничивания советских кораблей – для их защиты от немецких магнитных мин. Устройство мин постоянно менялось, и для успешной борьбы с ними необходимо было вести их постоянное изучение. Разборку мин зачастую собственноручно производил сам Игорь Васильевич. Для экспериментов по размагничиванию больших кораблей был выделен линкор "Марат". Именно на этом крупнейшем корабле нашего военно-морского флота при помощи размагничивающей обмотки тока физикам удалось в десятки раз уменьшить магнитное поле в непосредственной близости от киля - наиболее уязвимой части корабля. На основании этих опытов командование издало приказ об организации бригад по установке размагничивающих устройств на всех кораблях флота. Уже в августе 1941 года основное боевое ядро кораблей на всех действующих флотах и флотилиях было защищено от магнитных мин противника.
Борьба с флаттером
В ходе испытания скоростных машин летчики столкнулись с явлением флаттера - внезапного разрушения самолета из-за появления интенсивных вибраций. Борьбой с этой проблемой занималась группа ученых во главе с молодым профессором, специалистом по математике и механике и будущим президентом Академии наук СССР Мстиславом Келдышем. В результате были выработаны надежные меры по предупреждению флаттера. Наша авиация не знала потерь, связанных с этим явлением, и появилась возможность значительно увеличить скорость и маневренность самолетов.
За научные работы по предупреждению разрушения самолётов Мстислав Келдыш (совместно с Е.П. Гроссманом) в 1942 году был удостоен Сталинской премии. Кроме того, Келдыш сумел решить проблему, создаваемую «эффектом шимми», возникшую в связи с изменением конструкции шасси при увеличении размеров и скоростей самолётов. «Эффект шимми» - возникновение быстрых колебаний на рулевых колесах самолета. Келдыш нашёл уравнение, которое позволило конструкторам полностью устранить колебания колеса. За работы, результаты которых были опубликованы в 1945 году в монографии «Шимми переднего колеса трехколесного шасси», Келдышу в 1946 году была присуждена вторая Сталинская премия.
Залп "Катюши"
Точность «Катюши»
Во время Великой Отечественной войны знаменитая «Катюша» совершенствовалась благодаря исследованиям крупных ученых-физиков, в том числе академика Сергея Христиановича (впоследствии – основателя Института теоретической и прикладной механики СО РАН, сегодня носящего имя ученого). Христианович со своими сотрудниками выяснили причины разброса снарядов при сходе с направляющей рамы и дали рекомендации для достижения более точного полета снарядов по намеченной траектории. Решением стало сверление боковых отверстий в корпусе снаряда, отводившее часть пороховых газов, что приводило к закрутке снарядов в полёт и значительно повышало кучность. Кроме того, ученые разработали новую рецептуру топлива для реактивных снарядов и теорию его горения, что в дальнейшем позволило применять более тяжелые реактивные снаряды массой 72 кг.
Христианович также предложил и теоретическое решение основных закономерностей изменения аэродинамических характеристик крыла самолета при полете на больших скоростях. Полученные им результаты имели большое значение при расчете прочности самолетов.
Кумулятивные бомбы
Большой вклад в обороноспособность страны в годы войны внес советский математик, академик Академии наук Украины, а впоследствии - основатель и первый руководитель Сибирского отделения Академии наук Михаил Лаврентьев. Во время Великой Отечественной войны он много работал в области использования математики и механики в оборонных вопросах. Во время эвакуации основного состава Академии наук УССР в Уфу он изучал действие на преграду металлического стержня, движущегося с большой скоростью вдоль своей оси, тем самым предвосхищая идею кумулятивного действия взрыва, теорией которого вплотную занялся несколько позже (в 1944 году). В начале 1943 года военным специалистом И.А. Ларионовым была изобретена авиационная бомба кумулятивно-концентрированного (остронаправленного) действия, теория которого вскоре была разработана Лаврентьевым. Эта бомба предназначалась для борьбы с танками, поскольку под громадным давлением, возникающим в ней при взрыве, металлические частицы со скоростью порядка 10 км/с узкой струей пронизывали танковую броню. Впервые бомбы остронаправленного действия были успешно применены в битве на Курской дуге.
Термоэлектрический генератор Иоффе
Термогенератор
Заслуги академика Абрама Иоффе перед советской наукой огромны: его называют и отцом советской физики, и основателем советской физико-технической школы. Однако в годы войны он прервал свои занятия фундаментальными исследованиями и занялся прикладными разработками. Специально для партизанских отрядов под руководством академика Иоффе был разработан термогенератор, который служил источником электропитания для радиоприемников и радиопередатчиков. Он состоял из нескольких термоэлементов, крепившихся ко дну солдатского котелка. В котелок наливалась вода, и он ставился на костер. Вода определяла температуру одних спаев, а температуру других "задавало" пламя костра, нагревающее дно котелка. Перепада температур в таком случае в 250-300 градусов хватало для надежного обеспечения питания переносной радиоаппаратуры партизан. Подобный термогенератор был прост, удобен в эксплуатации, а главное - готов к действию в любое время.
Прочность артиллерийских стволов
Весомую отдачу на полях сражений дали разработки ученых в области металлургии и металловедения. И здесь необходимо отметить роль советского физика и химика Леонида Верещагина – тогда сотрудника Института органической химии АН СССР, впоследствии академика, создавшего и возглавившего Институт физики высоких давлений в Троицке. Разработки Верещагина позволили создать первую в мире установку по упрочению стволов минометов и других артиллерийских систем, в которых был использован принцип действия сверхвысоких давлений на кристаллическую структуру металла. Эта установка дала возможность увеличить срок службы орудий, их дальнобойность, а также применять для их изготовления менее качественные сорта стали.
Дорога жизни
Дорога жизни
Физико-технический институт АН СССР (ЛФТИ) по заданию Ленинградского правительства участвовал в важнейшей операции начала Великой Отечественной войны - прокладке Дороги Жизни по льду Ладожского озера. Группа ученых, возглавляемая членом-корреспондентом АН СССР, физиком и физико-химиком Павлом Кобеко, изучила механические свойства ледового покрова и на основе этого разработала правила движения автоколонн по льду.
ЛФТИ в 1941 году был эвакуирован в Казань, однако Кобеко, несмотря на возможность уехать из города вместе с институтом, остался: работал в должности научного руководителя Ленинградского филиала института, а с июня 1942 по 1945 год — руководителем филиала. Во время блокады он несколько раз попадал под обстрелы и бомбёжки, был контужен, получил повреждение черепа и перелом кисти руки. Для прокладки Дороги жизни Кобеко разработал методику изучения льда, предложив идею самописца, регистрирующего колебания льда, — «прогибографа». С помощью этого прибора было определено, с какой скоростью должны двигаться автомобили и при каких условиях танки могут форсировать Неву. Одну из технических проблем, связанных с обеспечением непрерывной работы прогибографов, решила Софья Кобеко, жена Павла Павловича, предложив оригинальную конструкцию незамерзающих прорубей.
Благодаря разработанным под руководством Кобеко правилам движения, дорога действовала без аварий, не было случая разрушения льда из-за деформации или резонанса при движении транспорта
Радиолокационная установка
Нельзя не вспомнить о заслугах заведующего лабораторией Ленинградского физико-технического института АН СССР Юрия Кобзарева (впоследствии – академика). Именно в его лаборатории были разработаны и внедрены в производство и эксплуатацию первая радиолокационная станция дальнего обнаружения самолётов (радиоулавливатель самолётов РУС-2) «Редут», передвижной вариант РЛС «Пегматит» и ряд последующих РЛС. Установки, созданные в лаборатории Кобзарева позволяли обнаруживать технику противника на значительных расстояниях. Радиолокационные установки охраняли и воздушное пространство на подступах к Москве. В 1941 году Юрий Кобзарев был награждён Сталинской премией за создание первого в СССР импульсного радиолокатора.
Штурмовики Ил-2
Бронестекло
Физикохимик, профессор МХТИ имени Д. И. Менделеева Исаак Китайгородский посвятил свою научную деятельность стеклу. Разрабатывал технологии варки стекла, а также пеностекла и сверхпрочного искусственного камня. Под его руководством был создан новый класс стеклокристаллических материалов, получивших название ситаллы. Но в годы войны он разработал технологию создания бронестекол, когда несколько листов стекла склеиваются друг с другом и становятся непробиваемыми. В результате получался прозрачный материал, в 25 раз превосходивший по прочности обычное стекло. На его основе была создана прозрачная пуленепробиваемая броня для кабин самолетов Ил-2.
Оптимальный метод нацеливания
Андрей Колмогоров - один из крупнейших математиков XX века, один из основоположников современной теории вероятностей, получивший фундаментальные результаты в самых разных областях математики. Во время Великой Отечественной войны Колмогоров, к тому время бывший уже академиком и профессором МГУ, осуществил ряд исследований в области теории вероятности, связанных с оценкой эффективности артиллерийской стрельбы, и определил оптимальное рассеивание артиллерийских снарядов, благодаря чему мощь советской артиллерии возросла. По просьбе артиллерийского командования математик разработал рекомендации, как организовать зенитный огонь против массированных бомбардировок противника. Разработки ученого, называемые теорией искусственного рассеивания снарядов, показывают, что при определенных условиях предпочтительнее стрелять наугад, а не целиться, создавая завесу из разрывов снарядов на пути вражеского самолета. Разработки Колмагорова использовались для определения наилучших методов нахождения самолетов, подводных лодок противника и для указания путей, позволяющих избежать встречи с подлодками врага.
Президент Академии наук СССР Сергей Ваввилов говорил: "Советская техническая физика с честью выдержала суровые испытания войны. Следы этой физики всюду: на самолете, танке, на подводной лодке и линкоре, в артиллерии, в руках нашего радиста, дальномерщика, в ухищрениях маскировки. Дальновидное объединение теоретических высот с конкретными техническими заданиями, неуклонно проводившееся в советских физических институтах, в полной мере оправдало себя в пережитые грозные годы".