Кибернетический круг Павла Флоренского

Академик Сергей Лебедев воспитал научную школу разработчиков быстродействующих суперЭВМ.  Фото РИА Новости

Придумать математическую формулу

В конце 1932 года в журнале «Социалистическая реконструкция и наука» (СОРЕНА) была напечатана статья «Физика на службе математики» пятидесятилетнего профессора Всероссийского электротехнического института (ВЭИ) Павла Александровича Флоренского. В ней он выступил против подхода к математике как чистой науке, не нуждающейся в прикладном опыте физического характера. «Отрицание опытных корней математики… распространено… широко», – писал он. Такой подход приводит математику к отрыву от практических потребностей, где требуется получить конкретный расчет тех или иных устройств.

Это как раз те вопросы, которые приходилось решать в своей работе в институте Флоренскому. Превосходно владея математическим аппаратом и обладая широкой эрудицией в физике и химии, он прекрасно понимал, что многие задачи поддаются математическому моделированию и с его помощью может быть получен необходимый результат. Выступая за применение в науке и технике вычислительных приборов, Флоренский отмечал, что в практике «не вполне доверчиво усваиваются даже и различные интеграторы, и механизмы, интегрирующие дифференциальные уравнения». Это, как он писал, «существенно ущербляет математику и со стороны практической приложимости, и со стороны философского мировоззрения». Флоренский считал, что перестройка математического мышления, станет тогда, когда будет усвоена та мысль, что «математика из жизни исходит, ею питается и ей же служит».

Дальше Флоренский подчеркивает: «Чтобы придумать математический механизм, необходима ясность математических рассуждений; но и придумать математическую формулу – это значит уметь конструировать. Формула есть воплощение отвлеченных понятий в некотором конкретном материале: в слове, в буквах, в знаках; она есть конструкция, она необходимо содержит в себе деятельность инженера, как в свой черед инженерные сооружения непременно воплощают в себе некоторую математическую мысль».

Хотя начало статьи носит философско-обобщающий характер, во второй ее части он рассматривает различные математические механизмы начиная с XVII века, подтверждая свою историческую и математическую эрудицию. Но самое интересное, что в статье описаны три сконструированных им еще в 1922 году математических прибора, в том числе электроинтегратор.

Глубокое знание физических законов позволило Флоренскому создать хорошо проработанные в математическом и инженерном плане оригинальные приборы, использующие различные физические принципы: гидростатику, электростатику, электродинамику. Фактически это демонстрация того, как физика служит математике. Это очень интересный подход, показывающий, как можно использовать понимание различных физических явлений и математического аппарата для применения в реальных приборах. Это весьма полезно при профессиональном обучении для более глубокого понимания физики процессов.

Эта его статья была не случайна, во Всесоюзном энергетическом институте (ВЭИ) с 1929 года шли работы по созданию прибора для расчета устойчивости распределенных электрических сетей энергетических систем. Требовалось четкое понимание процессов, происходящих в распределенных электрических сетях.

Самонаводящаяся судьба

В 1926 году дипломник основателя и директора ВЭИ К.А. Круга, студент Сергей Алексеевич Лебедев в качестве дипломного проекта выбрал исследовательскую тему «Устойчивость параллельной работы электрических станций». Это была нетривиальная задача, решение которой заняло у него два лишних года, но защита в 1928 году прошла блестяще. В результате – приглашение в ВЭИ и предложение преподавания в МВТУ, а с 1931 года – в Московском энергетическом институте.

Вскоре Сергей Лебедев организовал лабораторию, занявшуюся исследованием вопросов устойчивости и регулирования мощных энергосистем, а также разработкой практических методов расчета и их внедрения в практику проектирования. Первым шагом Лебедева на пути автоматизации расчетов стала разработка модели сетей переменного тока. В институтской газете «Генератор» он писал: «Собравши схему… можно экспериментально… проанализировать все интересующие режимы работы и… выявить рациональную конфигурацию системы». Это была первая в СССР специализированная аналоговая вычислительная машина, сделанная в 1934 году в ВЭИ. Она состояла из 110 элементов – активных и индуктивных сопротивлений, «выполненных по заданному принципу».

Эта работа и преподавательская работа в МЭИ позволили ВАКу в октябре 1935 года присвоить Лебедеву звание профессора, хотя формально он не был ни доцентом, ни кандидатом наук. В 1936 году он создал отдел автоматики по вопросам искусственной устойчивости, а в 1939 году защитил докторскую диссертацию.

Личность С.А. Лебедева, как и многих посвятивших тогда себя науке, можно хорошо понять по эпизоду 1936 года, который приводит Б.Н. Малиновский в своей книге. Будущий профессор А.В. Нетушил, а в то время – студент, вспоминал, как Лебедев его однажды спросил: «Отдаю ли я себе отчет в том, что значит посвятить себя научной работе, и предупредил, что рассчитывать на особое благополучие не приходится и надо быть готовым к нужде. Я принял это как должное». В зловещем 1937 году ни один сотрудник его отдела не был репрессирован.

В 1943 году С.А. Лебедев лаконично пишет в дирекцию ВЭИ: «7/VI закончил выполнение спецзадания и приступил к выполнению своих обязанностей». Так для него закончилось спецзадание – эвакуация ВЭИ в сентябре 1941-го и работа на оборону в Свердловске (Екатеринбург), где он разрабатывал систему наведения танкового орудия и самонаводящуюся авиабомбу. В 1944 году было создано Центральное конструкторское бюро по электроприводу и автоматике (ЦКБЭА), в котором Сергей Лебедев был назначен научным руководителем для работы «в области военной техники». Мирную работу он проводил в МЭИ, где в 1943 году был назначен заведующим кафедрой «Релейная защита и автоматизация энергосистем».

В феврале 1945 года С.А. Лебедев избирается академиком АН УССР. В мае 1946 года Президиум академии возложил на него обязанности директора Института энергетики АН УССР, и вскоре семья Лебедевых переехала в Киев.

Но, как научный руководитель ЦКБЭА, Лебедев был должен довести до конца работу по управляемому оружию. В октябре 1946 года на государственных испытаниях самонаводящаяся на инфракрасное излучение авиабомба успешно поразила корабль-мишень. Его работа в ВЭИ продолжалась до ликвидации ЦКБЭА в середине 1948 года.

Впереди у Лебедева – работа по созданию в Киеве первой в Европе ЭВМ – МЭСМ, которая была принята приемной комиссией 4 января 1951 года, возвращение в Москву, избрание в 1953 году академиком АН СССР. Как писал академик Юрий Сергеевич Осипов: «С.А. Лебедев воспитал научную школу разработчиков наиболее сложного класса средств вычислительной техники – быстродействующих суперЭВМ. За двадцать лет под его руководством было создано пятнадцать суперЭВМ. Без этих суперЭВМ было бы немыслимым создание отечественного атомного оружия и атомной энергетики, ракетостроение, запуски искусственных спутников Земли, отправка космических кораблей с человеком на борту и многие другие результаты научно-технического прогресса». Имя С.А. Лебедева носит ИТМиВТ РАН, где он бессменно проработал директором с 1952 года до своей кончины».

Научно-экспериментальная база Всесоюзного электротехнического института всегда отличалась своим оснащением.  Фото РИА Новости

В 1925 году в ВЭИ после окончания электротехнического факультета МВТУ пришел молодой инженер Исаак Семенович Брук. Тема его дипломного проекта была посвящена способам регулирования асинхронных двигателей. Это и предопределило его работу в машинно-аппаратном отделе, возглавляемом профессором К.И. Шенфером.

До 1930 года Исаак Брук исследовал и разрабатывал серии асинхронных двигателей, решал задачи, связанные с параллельной работой электрогенераторов, а с 1930 по 1935 год занимался внедрением разработанных двигателей на Харьковском электротехническом заводе. В 1935 году он возвращается в Москву. Но не в ВЭИ, так как то, чем он хотел заниматься, делал другой специалист – С.А. Лебедев. И тогда Брук по рекомендации уже академика К.И. Шенфера устраивается в Энергетический институт АН СССР (ЭНИН), где организует лабораторию энергосистем.

В 1936 году он создает модель сети переменного тока, за которую получил степень кандидата технических наук, а в конце того же года защищает докторскую диссертацию. Опыт работы с двигателями и системами управления позволили ему создать в 1939 году механический интегратор для решения дифференциальных уравнений до 6-го порядка. В этом же году он избирается членом-корреспондентом АН СССР.

В годы войны И.С. Брук занимался разработкой вооружений, в частности системой управления зенитным огнем. Он изобрел синхронизатор авиационной пушки для стрельбы через вращающейся пропеллер.

В послевоенный период сложность решаемых задач электроэнергетики, невысокая точность аналоговых систем привели его к пониманию необходимости создания цифровых электронных вычислительных машин. В итоге это вылилось в разработку принципов действия цифровой ЭВМ и оформление в 1948 году совместно с вернувшимся с фронта Б.И. Рамеевым авторского свидетельства на такую машину. В начале1951 года под руководством И.С. Брука создается автоматическая цифровая вычислительная машина М-1 (АЦВМ М-1).

Характерный штрих, показывающий условия создания ЭВМ в то время: по свидетельству академика А.И. Леонтьева, работавшего в то время в ЭНИН, молодых и дружных сотрудников И.С. Брука, подтрунивая, называли «мракобесами кибернетики» – как было принято тогда в официальной печати относиться к кибернетике.

С 1956 года И.С. Брук возглавил лабораторию управляющих машин и систем (ЛУМС) АН СССР, сосредоточившись в отличие от С.А. Лебедева на разработке малых вычислительных и управляющих машин серии «М». В 1958 году И.С. Брук создал Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ), носящий сейчас его имя.

Гидравлический вычислитель

В 1934 году выпускник МИИТ, инженер В.С. Лукьянов предложил гидравлический интегратор, а уже в 1936-м им была построена гидравлическая вычислительная машина (ВМ) для решения уравнений в частных производных. Его гидроинтеграторы серийно выпускались и успешно использовались в науке и технике вплоть до середины 70-х годов, когда ЭВМ окончательно их вытеснили.

Это была первая реально действующая вычислительная машина (ВМ), основанная на формальном подобии математического аппарата, описывающего различные физические явления. В основу ее положен тот же самый принцип подобия, что и в описываемых в 1932 году П.А. Флоренским вычислительных устройствах. Если рассматривать принцип действия гидравлического интегратора Лукьянова и гидростатической ВМ Флоренского, то можно увидеть их принципиальное сходство: в обоих применяются калиброванные интегрирующие объемы; визуально отмечаются уровни заполнения жидкостью объемов; есть регулирующие краны в зависимости от заданных параметров решаемого уравнения.

Налицо принципиальное совпадение механизма действия и основных элементов конструкции. Но приоритет по дате публикации все же принадлежит П.А. Флоренскому и именно его можно считать первым изобретателем водяного компьютера в стране. Это никак не умаляет достижений Лукьянова, пришедшего к аналогичной мысли, создавшего реальную конструкцию ВМ, серийно выпускавшуюся и применявшуюся во многих областях науки и техники.

Воплотить идею в реальность требует очень больших усилий и преодоления трудностей, особенно тогда, когда впервые создается конструкция, доселе не имевшая аналогов. В науке и технике часто наблюдается феномен, когда «идея витает в воздухе» и у независимых исследователей одновременно приходит решение по ее возможной реализации. Это говорит только о том, что пришло ее время.

Время, когда Флоренский изобрел свои ВМ в 1922 году, еще не пришло для них, в стране – война и разруха. И он это прекрасно понимал, в одном из своих писем он отмечает, что разошелся по состоянию общества «лет на 50, не менее – забежал вперед, тогда как для успеха допустимо забегать вперед не более как на 2–3 года».

Опубликовав принципы построения ВМ в журнале, он тем самым оставил след о своих изобретениях. Журнал СОРЕНА выпускался десятитысячным тиражом и поступал во все технические библиотеки страны, и специалисты имели полную возможность ознакомиться с принципом действия аналогового интегратора. Забвению идей Флоренского, арестованного в 1933 году, способствовало то, что в это время не ссылались на работы репрессированных. Впрочем, в 1938 году будущий академик Н.Г. Бруевич, ссылаясь на эту статью Флоренского с критикой именно гидростатической ВМ, указал его как «Г. Флоренский». Эта формальная хитрость позволила обойти запрет.

Журнал СОРЕНА после суда над его главным редактором Н.И. Бухариным в 1936 году был закрыт и из библиотек изъят. Позже подобная водяная ВМ «MONIAC» была создана в 1949 году в Англии.

В этой истории есть интересный момент. В книге о В.С. Лукьянове «Строить и жить» говорится, что после возвращения со строительства железной дороги в Магнитогорске, в конце 20-х, молодая семья Лукьяновых жила на Гороховской улице, недалеко от храма Вознесения. Интересно, что на этой же улице в доме № 23, то есть практически напротив, располагался в то время ВЭИ, где работал П.А. Флоренский. Архивных документов о работе Лукьянова в ВЭИ нет. Но в то время было распространено совместительство и количество совместителей в институте было больше штатных сотрудников. Весьма вероятно, что именно профессор П.А. Флоренский, член ученого совета ВЭИ, единственный специалист по ВМ в институте, и заронил в сердца молодых и талантливых сотрудников идею вычислительных машин, что стало делом их жизни.

Авторитет в науке

Таким образом, именно из стен ВЭИ вышли два основоположника отечественной электронной вычислительной техники, создавших ЭВМ в стране. Они начинали свою научную деятельность в то время, когда в нем работал не снявший с себя сана священника профессор П.А. Флоренский. Он был арестован в 1933 году по сфабрикованному обвинению, а в декабре 1937-м в составе 2-го соловецкого этапа погиб в неустановленном месте.

В 1974 году с разницей в три месяца ушли из жизни С.А. Лебедев и И.С. Брук, родившиеся ноябре 1902 года, как, кстати, и В.С. Лукьянов, родившийся в марте того же года. Все они окончили один вуз, начинали свою научную деятельность в ВЭИ, создали отечественную вычислительную технику и закончили в один год свое негласное соревнование.

Можно по праву считать, что философ, священник, ученый П.А. Флоренский, очередная дата со дня рождения которого отмечается 21 января, заложил фундамент в развитие вычислительной техники и повлиял на ее становление в стране.

Высокий научный и моральный уровень, который П.А. Флоренский неформально задавал в институте, приводил к тому, что все, кто длительно контактировал с ним, были вынуждены подтягиваться по мере способностей к его уровню. На научных семинарах, кстати, очень распространенных в то время, обсуждениях работ и публикаций, защитах – везде, где как ученый участвовал профессор П.А. Флоренский, научная планка обсуждений была предельно высока. Его кругозор, уникальная эрудиция, научный подход к работе, трудолюбие и исключительные моральные качества были примером для наиболее способных сотрудников. Этими же качествами обладали и И.С. Брук, и С.А. Лебедев, и В.С. Лукьянов, и многие другие деятели науки, посвятившие себя науке в трудные для страны время, отдававшие все силы, формируя научный авторитет страны.

Их пример говорит, о важности непрерывности функционирования научной школы, которая воспитывает и выдвигает наиболее способных молодых ученых, и о необходимости в каждом деле научных и моральных авторитетов, на которых может равняться молодое поколение. Так идет воспитание морали и этики научной элиты и ее выдвижение по научным достижениям, а не по другим не относящимся к науке критериям.

В одном из своих писем П.А. Флоренский отмечал: «Философские книги могут сохранять вечную свежесть, научно же философские необходимо стареют, поскольку появляется существенно новый материал. Тем не менее необходимо знакомиться в подлинниках и с устаревшими научными и научно-философскими сочинениями, так как только при этом условии становится понятен истинный смысл терминов и воззрений, выдвигаемых после; а кроме того, весьма нередко моменты, устаревшие к одному времени, становятся полноценными ко времени более позднему и могут навести на интересные размышления».

Именно поэтому необходимо знать и хранить достижения наших предшественников.