19 ноября — день рождения Михаила Алексеевича Лаврентьева, создателя Сибирского отделения Академии наук. Дата в этом году не такая, которую можно посчитать юбилейной — 114 лет. В 2015-м будем отмечать 115 лет основателю сибирской науки… и 70 лет победы в Великой Отечественной войне. Академик Лаврентьев принимал активное, творческое участие в создании новых видов вооружений в годы войны и сразу после неё. Самое интересное здесь — глубоко научный подход к прикладным задачам, умение решать их точными, экономными во всех смыслах, методами, а также мощный теоретический аппарат в сочетании с простым, но убедительным экспериментом. И ещё — уверенность в своей правоте. В преддверии Михайлова дня редакция «Науки в Сибири» предлагает вспомнить об этих работах, обратившись к воспоминаниям самого Михаила Алексеевича и его ближайших сотрудников.
Кумуляция
Академия наук Украины в 1941-м была эвакуирована в Казань, там М.А. Лаврентьев занимался задачами, порученными научным работникам. Но наиболее впечатляющие результаты появились позже. Первым в этом ряду стали исследования по созданию кумулятивных снарядов. Они начались в 1945 году.
Из воспоминаний М.А. Лаврентьева:
«Противотанковые кумулятивные снаряды использовались немцами в боях за Сталинград, и эти снаряды были скопированы и изучались в Англии, США и у нас. Но точного понимания физической основы их действия до 1945 года не существовало. Законы пробивания снарядом или пулей различных преград изучались со времён существования артиллерии. Несколько сотен лет незыблемой оставалась формула, согласно которой глубина пробивания пропорциональна скорости снаряда. Пробивание брони кумулятивными снарядами происходило по каким-то другим законам. Мне были известны две модели, изучавшиеся у нас и за рубежом. Согласно первой, броню пробивает струя раскалённого газа, (схема бронепрожигания), по второй — раскалённая металлическая пыль (схема откола). Я поставил ряд опытов, из которых следовала несостоятельность каждой из них. Поиски новых моделей привели к принципиально новой концепции: надо принять, что медный кумулятивный конус снаряда и пробиваемая броня суть идеально несжимаемые жидкости, тогда в основу расчёта можно положить теорию жидких струй.
Мысль о том, что металл ведёт себя как жидкость, многим казалась нелепой. Помню, моё первое выступление об этом в Академии артиллерийских наук было встречено смехом. Но мне удалось доказать, что при формировании кумулятивной струи и пробивании брони возникают такие скорости, что прочностные и упругие силы становятся пренебрежимо малыми по сравнению с инерционными. Гидродинамическую трактовку кумуляции поддержали Мстислав Всеволодович Келдыш и Леонид Иванович Седов. Благодаря теории кумуляции были созданы надёжные методы расчёта, предложены новые типы кумулятивных зарядов. В дальнейшем эта теория оказалось приложимой к широкому кругу задач. Через несколько лет ( в 1949 году. — прим. авт.) работа по теории кумуляции была отмечена Государственной (в те годы — Сталинской. — прим. авт.) премией СССР».
Михаил Алексеевич очень интересно рассказывал о том, как проводились натурные эксперименты по кумуляции в посёлке Феофания под Киевом (сейчас это уже город):
«Металлические части зарядов (конуса, полусферы, цилиндры) изготовлял водитель моей служебной машины Эдик Вирт на токарном станке в гараже АН УССР. Броневые плиты для опытов вырезали из трофейных немецких танков. В лесах под Киевом их было много. Литые заряды изготавливали на электроплитке, прессовали с помощью переплётного пресса, приобретённого на барахолке. Однажды потребовались высокопластичные и особо тяжёлые металлы. Где их взять? Заказать и ждать — пройдёт много времени. Обошлись своими средствами: переплавили в угольном тигле семейное имущество — серебряную рюмку и золотые коронки для зубов.
Трудности с материалами приводили иногда к совершенно неожиданным результатам. Надо было срочно выточить медный конус, но нужных медных цилиндров, из которых можно было бы его изготовить, не оказалось. Николай Максимович Сытый нашёл необычный выход: он взял пучок медной проволоки, обмотал его детонирующим шнуром и подорвал. После взрыва мы получили нужный медный цилиндр, из которого Эдик Вирт выточил несколько конусов. Проведённые опыты полностью подтвердили теорию.Собственно, при описанном получении медного цилиндра была впервые осуществлена сварка взрывом. К сожалению, поглощённые основной задачей, мы не обратили должного внимания на эти явления. Систематические исследования начались только в 60-х годах в Институте гидродинамики СО АН СССР».
Уникальный, атомный
В 1949-м М.А. Лаврентьев, тремя годами ранее ставший академиком АН СССР, был назначен директором Института точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ). А в 1953 году началась ещё одна яркая страница его творческой биографии, которая и до сих пор мало известна широкой научной общественности. Между тем, выполненная разработка была очень важна для обороны страны.
В 1952 году появилась необходимость в создании отечественного артиллерийского снаряда с атомным зарядом как ответ на появление в Западной Германии американских вооружений этого типа. В Конструкторском бюро-11 началась проработка первых вариантов ядерного заряда для артиллерии. Сразу обнаружились серьёзные сложности в решении этой задачи. Поэтому 12 января 1953 года в знаменитое Первое главное управление (будущий Минсредмаш, ныне — Росатом) ушло письмо, подписанное директором КБ-11 Анатолий Сергеевич Александровым, научным руководителем академиком Юлием Борисовичем Харитоном и двумя его заместителями. В письме говорилось: «...Подходящей кандидатурой для руководства указанной работой является академик Лаврентьев М.А., крупный специалист по гидро- и газодинамике, выдающийся математик, хорошо владеющий современной машиной вычислительной техникой, основатель теории кумулятивных снарядов и известный специалист по применению взрывчатых веществ. Просим перевести товарища Лаврентьева М.А. в КБ-11 с тем, чтобы он возглавил работу по исследованию обжатия с помощью осесимметричных систем, в первую очередь, применительно к артиллерийским вариантам. Привлечение т. Лаврентьева М.А. в качестве руководящего работника КБ-11 будет весьма важно как для успешного развития новых работ, так и вообще для укрепления научного руководства в КБ-11».
Академик Лаврентьев прибыл на «объект». То, что он должен был разработать, получило название РДС-41. Напомним: аббревиатура «РДС» присваивалась всем основным изделиям (то есть, ядерным зарядам КБ-11) до конца 1955 года. Для М.А. Лаврентьева был специально создан сектор № 11. Его сотрудниками стали те, чьи имена хорошо известны в новосибирском Академгородке: Дмитрий Васильевич Ширков, Лев Васильевич Овсянников, Богдан Вячеславович Войцеховский. Их заслуги и звания перечислять, пожалуй, не стоит. Участвовал в работе и будущий академик, математик Василий Сергеевич Владимиров. Многие конструкторы, инженеры, вычислители были совсем молодыми людьми. Среди них оказался и Михаил Васильевич Синицын. Он ещё в годы студенчества на физтехе МГУ познакомился с Михаилом Алексеевичем, проходил в Феофании преддипломную практику, потом был распределён в КБ-11. Там весной 1953 года он встретил своего учителя Лаврентьева и стал его сотрудником.
Вот что рассказывал лауреат Ленинской премии М.В. Синицын в 2000 году:
«Под руководством М.А. Лаврентьева решалась весьма сложная для того времени задача... В состав сектора входили теоретики и математики под руководством академика Николая Николаевича Боголюбова (будущий директор ОИЯИ в Дубне, друг М.А. Лаврентьева ещё по работе в Киеве. — прим. авт.), а также газодинамики, конструкторы и специалисты по автоматике под руководством Виктора Михайловича Некруткина. В некоторых отделах продолжались работы по старой тематике, в частности, исследования свойств материалов в условиях сильного ударного сжатия и разработка двух ядерных зарядов малой мощности. Нужно сказать, что коллектив получился довольно разношерстный, и тем более велика заслуга М.А. в том, что очень быстро удалось наладить чёткую, согласованную работу всех его звеньев.
Особенно велика роль Лаврентьева в установлении тесных контактов между теоретиками и практиками. Михаил Алексеевич всегда был в курсе основных экспериментов, часто проводил обсуждение хода работ, на которые приглашались и такие молодые сотрудники, как я. Обстановка на них была очень демократичной, все имели возможность высказаться, а также получали много новых интересных сведений, не только полезных для будущей работы, но и заметно расширявших наш кругозор в физике, математике и в инженерном деле. Вспоминается одно из таких обсуждений после того, как один из силовых узлов заряда разрушился при нагрузке, заметно меньше расчётной. И решение удалось найти очень удачное».
М.В. Синицын упоминает и о том, что многим сотрудникам сектора № 11 по окончании работ Михаил Алексеевич оказывал помощь в их устройстве в академические институты. Сам же он занялся созданием Сибирского отделения Академии наук СССР. Вскоре там начали работать бывшие коллеги по КБ-11. Одним из них был физик Д.В. Ширков, теперь академик.
Он вспоминает о работе над РДС-41: «Наша научно-техническая задача состояла в том, чтобы превратить сферическую конструкцию ядерного заряда, представляющего собой шар диаметром около метра, в некое подобие среднеазиатской дыни, с поперечником, позволяющим разместить её в внутри цилиндрического артиллерийского снаряда калибром не более 40 см. Нарушение сферической симметрии значительно усложняло расчёты... Гидродинамическими исследованиями занимались Лаврентьев и Л.В.Овсянников, нейтронные были поручены мне, а численными расчётами руководил В.С. Владимиров».
Да, конструкция РДС-41 значительно отличалась от ранее разработанных. Кроме упомянутых Д.В. Ширковым особенностей имелась ещё одна — принципиальная. Все составные части РДС-41 должны были выдерживать перегрузки, возникающие при ускорении в канале ствола артиллерийского орудия. Поиск новых решений увенчался успехом.
Испытания заряда для артиллерии прошли в марте 1956 на Семипалатинском полигоне и были удачными, а мощность взрыва превысила ожидаемую. Для РДС-41 создали специальные артиллерийские орудия «Конденсатор» и «Трансформатор». Они участвовали в параде на Красной площади 7 ноября 1957 года. Многие физические, газодинамические и конструкторские решения, полученные в ходе разработки РДС-41, были впоследствии использованы при создании атомных зарядов второго поколения (1958-1966 гг.). А одна из первых Ленинских премий нашей страны — в 1958 году — была присуждена группе, создавшей первый отечественный атомный артиллерийский заряд. Её лауреатами стали М.А. Лаврентьев, Д.В. Ширков, Л.В. Овсянников, В.М. Некруткин и А.М. Абрамов, руководитель конструкторов сектора № 11.
В это время М.А. Лаврентьев уже работал в Сибири: создавал здесь научную базу, строил Академгородок под Новосибирском. Мало кто знает, что он очень похож на тот, что возник десятью годами раньше на объекте — в КБ-11. И возводили его строители Минсредмаша. Чтобы надёжно, на века.