В наш век цифровых технологий трудно представить, что вычислительные комплексы можно реализовать не на полупроводниках, а на воде. Но именно такой гидроинтегратор разработал и успешно применил советский инженер Владимир Лукьянов.

В 1930-е годы прокладка железных дорог велась с помощью кирки, лопаты и тачки. Хуже некуда были бетонные работы. Марка цемента, состав, температура укладки — от количества составляющих напрямую зависело качество бетона. Зимой такой бетон покрывался трещинами и разрушался.

Обыкновенный гений

В 1925 году на строительство железной дороги Троицк — Орск прибыл молодой инженер-путеец Владимир Лукьянов. Из-за непредсказуемого качества бетонных составов бетонирование вели только в летнее время. Низкая температура приводила к ухудшению бетона и его разрушению.

В попытке понять зависимость качества бетона от температуры Лукьянов использовал дифференциальные уравнения частных производных.

В своей работе Лукьянов обратился к трудам других ученых: Павловского, Крылова и Кирпичева. В частности, Крылов в 1910 году создал уникальную механическую вычислительную машину — дифференциальный интегратор, позволявший решать обыкновенные дифференциальные уравнения 4-го порядка. А академик Павловский в 1918 году доказал: если физические процессы описываются одним и тем же уравнением, то их можно заменить. Заслуга академика Кирпичева была в создании метода локального теплового моделирования.

Обобщив указанные наработки, Лукьянов пришел к выводу, что движением воды можно имитировать распространение тепла. В 1934 году он описал принцип гидравлических технологий, а спустя два года на его основе разработал «одномерный гидравлический интегратор» — ИГ-1. Его конструкция была гениально проста: объем воды в сосуде являлся интегралом от функции, описывающей перетекание жидкости в этот сосуд. Если сосуд обеспечить шкалой с единицами объема, то получится простейший интегратор объемного расхода жидкости. Первые образцы интеграторов из жести и стеклянных трубок могли решать лишь одну задачу.

Позднее Лукьянов усовершенствовал конструкцию. Главным узлом стали вертикальные сосуды разного объема, соединенные между собой трубками с переменным гидравлическим сопротивлениям. Также трубки были подключены к перемещаемым сосудам. Поднимая и опуская их, меняли напор воды в основных сосудах. Варьируя схему расположения сосудов, можно было подстраивать движение жидкости под разные уравнения.

Перед началом работы ученые составляли расчетную схему процесса. Затем собирали конструкцию из сосудов. Отношения между частями устройства определялись теми же формулами. Путем переливания жидкости можно было моделировать разные процессы. И не только качество бетонных работ. В 1941 Владимир Лукьянов усовершенствовал свой гидроинтегратор. Теперь он стал решать двухмерные задачи, а позднее — и трехмерные.

Новые образцы

В 1949 году постановлением Совета министров СССР в Москве создали специальный НИИСчетмаш. Он отбирал для производства новые образцы вычислительной техники. Одним из первых отобрали гидроинтегратор Лукьянова. В его пользу говорили простота конструкции и высокая надежность работы.В 1951 году за создание «водного компьютера» Лукьянов был награжден Государственной премией СССР. Но их выпуск начался только в 1955 году. Помимо СССР устройство поставлялось в Чехословакию, Польшу, Болгарию и Китай.

В 1960-1970-е годы интегратор Лукьянова использовали для научных расчетов проекта Каракумского канала и Байкало-Амурской магистрали. Также устройства успешно применяли в геологии, шахтостроении, строительной теплофизике, металлургии и т. д. Образцовым можно было считать расчеты гидроинтегратора при изготовлении железобетонных блоков первой в мире ГЭС из сборного железобетона в Саратове. Там нужно было создать технологию изготовления около трех тысяч блоков весом до 200 тонн. Блоки должны были вызревать без трещин во все времена года и быстро устанавливаться на месте. В итоге была просчитана и создана уникальная технология изготовления блоков высокого качества.

Долгое время гидроинтегратор Лукьянова был более эффективен, чем ЭВМ на лампах и транзисторах. Но в 1970-е годы прогресс полупроводниковой техники дал о себе знать. А в 1980-е их преимущество стало неоспоримым, и «водные компьютеры» уступили им место. Сегодня действующий образец ИГЛ можно увидеть лишь в Политехническом музее Москвы.

Алексей АНИКИН