Как советские физики меняли ход войны.
История Великой Отечественной войны хранит немало примеров мужества на передовой, в тылу, в госпиталях, на заводах. Но была и другая линия обороны - лаборатории, чертежи, формулы, ставшие основой новых военно-технических решений. О работах ученых-физиков, которые позволили победить врага и обеспечили научно-технологический прорыв в 50-60-х годах ХХ века, говорили на научной сессии, которую Отделение физических наук РАН провело в здании Президиума РАН в честь 80-летия Великой Победы.
Открывший заседание вице-президент РАН Владислав Панченко подчеркнул: наследие военной поры требует глубокого изучения, ведь оно изменило ход истории человечества.
Слушали войну, чтобы приблизить мир
О работе на Победу ученых, которые сумели использовать понимание природы звука как стратегическое преимущество, рассказал заведующий кафедрой акустики физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова академик Олег Руденко.
Наука о звуке и колебаниях дала армии уши, способные воспринимать то, что не могли увидеть глаза. Важнейшим инструментом в борьбе с артиллерией противника стало акустическое пеленгование. Под руководством Юрия Сухаревского и Дмитрия Блохинцева ускоренными темпами развивались новые методы обнаружения вражеской техники, конструировались звукоулавливающие станции (акустические радары). Эти системы позволяли с высокой точностью определять координаты вражеских орудий. Несколько микрофонов фиксировали выстрел, после чего по задержке сигнала специалисты вычисляли позицию батареи. Мобильные звукометрические станции обслуживали расчеты, в которые входили не только военные, но и гражданские специалисты - выпускники и преподаватели технических вузов. Под обстрелами они устанавливали аппаратуру, записывали сигналы, проводили необходимые вычисления.
Такие разведывательные комплексы позволяли засекать артиллерию на расстоянии 10-15 км ночью или в тумане, когда визуальная разведка была бессильна. Это позволяло нашей артиллерии быстро и эффективно отвечать на огонь огнем, спасая жизни солдат, разрушая боевые порядки противника.
Особую роль акустики сыграли в противолодочной обороне. Ученые и инженеры разработали первые советские активные гидролокаторы - системы обнаружения подлодок по их шумам. Благодаря этим технологиям моряки смогли засекать подлодки противника до того, как те успевали нанести удар.
Под руководством Бориса Введенского разрабатывались акустические мины, срабатывающие на шум кораблей, и торпеды с акустическим наведением. Для защиты же своих кораблей и субмарин от мин создавали шумопеленгаторные станции и акустические тралы, имитирующие шумы судов. Кроме того, были созданы антигидроакустические покрытия - резиновые или композитные пластины, воздушные полости которых рассеивали и поглощали эхосигналы гидролокаторов. Это давало флоту преимущества в тяжелейших условиях морской войны. Впечатляющий факт: за годы войны Германия потеряла 781 подводную лодку.
Ученые-акустики внесли большой вклад и в развитие систем связи. Они создавали защищающие от помех фильтры, надежные микрофоны и громкоговорители, улучшали полевые телефоны.
Военные задачи требовали от науки максимума. На работу шли дни и ночи. Опыты вели в полевых условиях, результаты анализировали, что называется, на бегу. Тем не менее именно в начале 1940-х годов акустика в СССР совершила настоящий прорыв, заложив фундамент для развития радиоэлектроники, гидролокации, сейсмологии.
Код, опередивший время
В тиши лабораторий и кабинетов рождались открытия, повлиявшие на ход войны не меньше громких сражений. Одним из таких «невидимых фронтов» была борьба за надежную, защищенную связь. Символом мощного научного прорыва в этой сфере стало имя академика Владимира Котельникова. Сообщение о его работах сделал главный научный сотрудник Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН Лев Назаров. Соавтором доклада был директор этого института академик Сергей Никитов.
В 1941 году В.Котельников, тогда молодой советский инженер, недавно окончивший МЭИ, обнародовал результаты, которые изменили основы теории передачи сигналов и стали поворотной точкой в развитии связи. Суть знаменитой теоремы, известной сегодня как теорема Котельникова (за рубежом - теорема Найквиста - Шеннона - Котельникова), в том, что любой сигнал с ограниченной полосой частот может быть точно восстановлен из его выборок, взятых с частотой, вдвое превышающей ширину полосы.
В условиях военного времени труды ученого использовались для создания системы защищенной связи и шифрования для армии, флота и авиации. И он сам активно участвовал в этой работе, будучи не только теоретиком, но и практиком. Под руководством будущего академика были созданы помехоустойчивые системы радиосвязи методами частотного разнесения (передача на нескольких частотах для обхода помех), импульсной модуляции (устойчивой к искажениям), кодирования сигналов.
С подачи ученых советские шифровальщики применили для защиты переговоров аналоговое скремблирование (искажение голоса, мешающее прослушке), маскировку радиопередач под шумы.
В.Котельников руководил разработкой закрытых систем связи для Генштаба и разведки. В кратчайшие сроки были изготовлены и испытаны лабораторные узлы новой системы шифрования, получившей название «Соболь-П» - «СОединение Без Опасной Локализации». Голосовой сигнал разбивался на частотные полосы и «переворачивался» (низкие частоты становились высокими и наоборот). Для расшифровки требовался идентичный аппарат на другом конце линии. В 1942 году опытные образцы советских портативных телефонных шифраторов были приняты на вооружение и применялись для защиты переговоров в штабах фронтов и армий. Некоторые источники указывают на использование этих приборов в период обороны Москвы (1941), что позволило сохранить управление войсками в условиях интенсивных вражеских радиопомех. Применялись они и в ходе Сталинградской битвы (1942), и на Курской дуге (1943) для быстрой, точной координации действий на фронтах.
В.Котельников с коллегами разрабатывал и методы обнаружения вражеских радиолокационных станций и передатчиков, способы радиомаскировки советской техники.
На протяжении десятилетий его исследования находились под грифом секретности, и до сих пор многое остается тайной. Однако роль этих разработок в военные годы и их влияние на развитие технологий очевидны. В знак признания заслуг В.Котельникова его имя было присвоено одному из судов размагничивания Северного флота.
Щит и меч
Есть в истории моменты, когда лаборатории превращаются в форпосты национальной безопасности, а формулы и чертежи - в инструменты геополитического баланса. Тогда наука становится щитом и мечом государства. Одним из примеров стало участие Академии наук СССР в создании ядерного щита страны. Эту страницу истории раскрыл заместитель научного руководителя Российского федерального ядерного центра «Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» член-корреспондент РАН Александр Чернышев.
После 1945 года мир вступил в новую эру. Сброшенные на Хиросиму и Нагасаки бомбы показали не просто мощь нового оружия, но и уязвимость государств, не обладающих таким арсеналом. Отвечая на этот вызов, Советский Союз сумел в кратчайшие сроки создать собственную атомную бомбу. Ведущую роль в реализации атомного проекта сыграла Академия наук СССР, которая, объединив лучшие умы, выстроила научную архитектуру программы и стала мозговым центром огромной межведомственной кооперации.
В период с 1922-го по 1934-й, всего за 12 лет, в стране было создано шесть институтов, специализировавшихся в области современной физики, в том числе на разработке теории атомного ядра, в расчетах цепной реакции деления тяжелых атомов, изучении фундаментальных основ детонации взрывчатых веществ. В 1939 году был запущен первый в Европе циклотрон. В 1940-м при Президиуме АН СССР сформирована комиссия по проблемам урана.
Под эгидой Академии наук в работу включились десятки институтов разного профиля, представители которых определяли, как преобразовать теорию деления ядра в технологическую цепочку, добыть и обогатить уран, контролировать цепную реакцию, обеспечить безопасность производства и испытаний. Академия не только генерировала научные решения, но и выступала гарантом качества, этики и стратегии проекта. Научный труд шел с колоссальной интенсивностью в условиях строгой секретности. В 1949 году Советский Союз провел успешное испытание собственной атомной бомбы, а менее чем через четыре года был создан водородный заряд. Это стало демонстрацией интеллектуальной мощи академии и способности науки решать задачи национального масштаба.
По словам А.Чернышева, благодаря активной позиции физиков - участников атомного проекта были спасены от разгрома квантовая и ядерная физика, кибернетика. Руководители отрасли доверяли молодежи ответственные участки работы. Вот возрастной состав разработчиков первой советской водородной бомбы: в период, когда создавалась РДС-6с, в 1950 году, Андрею Сахарову было 29 лет, Юрию Романову - 24, Юрию Трутневу - 23, Василию Владимирову - 27.
Ученые, реализовывавшие водородный проект, сразу поняли, что это оружие сдерживания, и донесли свою точку зрения до руководителей страны. В конце 1950-х годов политики трансформировали это положение в тезис о мирном сосуществовании.
Но вклад академии не ограничился оружием. Именно ее специалисты позже стали инициаторами разработки ядерных реакторов для энергетики, медицины, судостроения. Атомная энергия стала не только оружием сдерживания, но и инструментом мирного созидания. Благодаря научному авторитету академии атомная отрасль в СССР всегда развивалась под пристальным контролем ученых, что позволило избежать многих ошибок, имевших место в других странах.
Спасали город и страну
Когда раздались первые выстрелы Великой Отечественной войны, ученые Ленинградского физико-технического института - одного из передовых научных учреждений Советского Союза - без промедления встали на защиту Родины. О вкладе ученых ЛФТИ в победу и укрепление послевоенного мира рассказал директор Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе РАН член-корреспондент академии Сергей Иванов.
Подвижная радиорелейная станция «Редут». Источник: https://hist.rloc.ru
Приказом директора Абрама Иоффе в ЛФТИ с 7 июля был установлен 11-часовой рабочий день для руководителей института и подразделений. Академик Н.Н.Семенов возглавил комиссию при Ленинградском ГК ВКП(б) для формирования и реализации оборонных предложений. За два первых месяца войны комиссия рассмотрела 847 инициатив, многие из которых были реализованы. Так, деревянные чердачные конструкции были обработаны специально созданной пропиткой, препятствующей возгоранию, благодаря чему многие дома уцелели при попадании зажигательных бомб.
С началом войны большая часть сотрудников ЛФТИ была эвакуирована в Казань, где продолжила работу над критически важными проектами. Оставшийся Ленинградский филиал ФТИ под руководством «блокадного директора» Павла Кобеко переключился с проведения НИР на выполнение производственных заказов для нужд защиты города. Ученые оставались в лабораториях, несмотря на голод, холод и постоянные бомбардировки. Они усовершенствовали системы противовоздушной обороны, приборы наведения и прицеливания, средства связи и разведки, участвовали в создании рентгеновских установок для полевых госпиталей.
Под руководством Юрия Кобзарева и Павла Погорелко в ЛФТИ велись разработки первых советских радиолокационных станций. Одна из них, РЛС «Редут», позволяла обнаруживать самолеты противника на больших расстояниях, что значительно повышало эффективность ПВО. Эти системы сыграли решающую роль в защите Ленинграда и других городов от налетов вражеской авиации.
Физики-материаловеды трудились над повышением прочности и износостойкости металлов, разрабатывали броневые стали, улучшенные сплавы для авиации и танков.
Группа под руководством будущего президента АН СССР Анатолия Александрова и Игоря Курчатова создала систему размагничивания судов, используя токопроводящие обмотки для компенсации магнитного поля. В результате к 1943 году почти все советские корабли были защищены, потери от мин сократились в разы.
На трассе через Ладожское озеро - «Дороге жизни», которая в блокаду была единственным путем снабжения Ленинграда, - часто случалось непредсказуемое растрескивание льда. Машины проваливались, перевозки были крайне опасными. Сотрудники ЛФТИ установили причины: переменные нагрузки - тяжелые грузовики, артобстрелы, авиаудары; температурные изменения в течение дня; резонансные явления - частота колебаний от машин совпадала с собственной частотой движений льда.
До работ ЛФТИ контроль льда велся «на глазок»: солдаты сверлили лед вручную, что было опасно и не обеспечивало точность. Физики применили научные методы - резонанс, акустику, ультразвук. На основе проводимых измерений выбирались оптимальные трассы с наиболее прочным льдом. Скорость машин регулировалась, чтобы избежать резонанса. В итоге количество провалов сократилось в разы, появилась возможность пропускать более тяжелые машины.
Группа биофизиков института решила проблему, связанную с нехваткой пенициллина для лечения раненых. Ученые разработали «Препарат П» на основе хлорофилла, который показал более высокую эффективность против некоторых бактерий, чем первый антибиотик, и стал широко применяться в госпиталях.
После Победы ученые ЛФТИ не просто вернулись к фундаментальной науке, они начали строить будущее, где науке отводилась роль гаранта мира. Институт был активным участником атомного проекта СССР, вел работы по мирному использованию ядерной энергии, возглавлял исследования в области квантовой электроники, физики твердого тела, ядерной физики и астрофизики.
Надежда Волчкова
Обложка: Звукоулавливатель ЗТ-5 на автомобильной платформе. Источник: wwii.space.
