Звёздная математика

…Считается, что имена и лица главных героев освоения космоса широко известны. Совсем недавно о них всем нам напомнили телепередачи и публикации, посвященные 100-летию со дня рождения С.П. Королева. Тем не менее есть люди, по-прежнему остающиеся за кадром большой публичности, однако сделавшие для космического прорыва очень многое. К их числу принадлежит нынешний лауреат научной Демидовской премии академик Т.М. Энеев, тесно сотрудничавший с Королевым. Коллега и товарищ Тимура Магометовича, демидовский лауреат 1996 года академик Н.Н. Красовский не раз делился таким наблюдением: когда на производстве, в каком-то технологическом цикле хорошая математика есть, этого никто не замечает; когда ее нет – проблемы очевидны всем. У нашего космоса была и остается прекрасная математика, и Тимур Магометович – один из ее главных авторов. Материал о лауреате и его трудах мы подготовили на основе беседы с его друзьями и коллегами, состоявшейся в московском Институте прикладной математики РАН, в мемориальном музее-кабинете легендарного академика М.Л. Келдыша, с которым Энеев работал почти тридцать лет.


 

СТАРТОВЫЙ КАПИТАЛ

…Похоже, окончательно дело жизни Тимура Магометовича определилось после Великой Отечественной войны, когда в конце сороковых годов прошлого века талантливый механик, студент МГУ Энеев стал посещать семинар Аркадия Александровича Космодемьянского — известного ученого в области механики тел переменной массы, биографа К.Э. Циолковского, одержимого идеей покорения внеземных просторов. Это было место встречи энтузиастов, вдохновленных мечтой о межпланетных путешествиях. Мало кто тогда относился к ним всерьез: их считали чудаками, утопистами. Через этот семинар, однако, прошли многие выдающиеся специалисты по космонавтике, которым выпало осуществлять великую «утопию». Энеев стал одним из них. Именно там он познакомился с единомышленниками на долгие годы — Д.Е. Охоцимским, Э.Л. Акимом, В.А. Сарычевым, А.К. Платоновым, В.В. Белецким, В.А. Егоровым и другими.
 

Теперь уже широко известно, что путь к звездам начинался с военных разработок — этого требовало время. Всерьез обратиться к ракетной тематике, прежде развивавшейся в СССР лишь в самом общем виде, руководство страны заставила начавшаяся холодная война. Для этого в Математическом институте академии наук был создан отдел механики под руководством М.В. Келдыша, куда в 1950 году пригласили и Энеева (впоследствии отдел вместе с несколькими другими преобразовали в самостоятельное Отделение прикладной математики АН СССР (1953), а позже, в 1966 — в институт, вот уже более полувека постоянное место работы Тимура Магометовича). Несколько раньше, летом 1948 года Энеев познакомился с С.П. Королевым, причем Королев первым проявил к нему интерес. Рассказывают, что Сергей Павлович, приехав к концу одной из конференций, посетовал: «Жаль, не удалось послушать доклад Энеева». Стоявший рядом Тимур Магометович представился: «Энеев — это я». Так началось их многолетнее сотрудничество.
 

Конечно же, внимание к студенту, затем аспиранту, кандидату наук со стороны самых серьезных специалистов - «ракетчиков» определялось качеством его работ, с самого начала выделявшихся нестандартностью и высочайшим классом. Еще не закончив университета, Энеев написал две серьезные научные статьи, сразу же опубликованные в специальных закрытых журналах. В отделе механики с помощью подходов, обозначенных в статьях Д.Е. Охоцимского и кандидатской диссертации Энеева был решен ряд важнейших «ракетных» проблем. О фундаментальном значении этих исследований математики говорят, что по существу в них был предвосхищен широко известный позже метод максимума Понтрягина. Для профессионалов это уровень, выше которого быть не могло. А вот что, в частности, написано в официальной справке об их прикладном значении: «В 1951 году будущий демидовский лауреат рассмотрел общую задачу о выборе оптимального управления ориентацией оси составной ракеты; результаты ее решения впоследствии легли в основу расчетов по выбору программного управления при выведении искусственного спутника Земли (ИСЗ) на орбиту. Вместе с коллегами он рассмотрел также задачу об эволюции орбиты ИСЗ, движущегося в верхних слоях атмосферы. Ими впервые была создана простая и надежная методика оценки времени существования ИСЗ, требовавшая минимума вычислительной работы при анализе большого числа орбит».
 

Любопытная подробность: несколько лет назад один из коллег Тимура Магометовича побывал в Португалии и с удовлетворением узнал, что, запуская свой первый искусственный спутник, эта молодая космическая держава пользовалась методикой Энеева, изобретенной больше полувека назад. Значит, ничего лучше человечество до сих пор не придумало…
 

ОТ «ФАБРИКИ СЧЕТА» К ТРИУМФУ ГАГАРИНА

Изначально Отделение прикладной математики АН СССР (тогда сверхсекретный П/Я 22-87) организовывалось для создания атомного оружия и средств его доставки, требовавших сложнейших и очень объемных расчетов при полном отсутствии вычислительной техники. Поэтому вплоть до 1954 года, когда внедрили нашу первую ЭВМ «Стрела», здесь функционировала настоящая «фабрика счета». Это была поистине героическая работа. Бригады вычислителей с университетскими дипломами, сменяя одна другую, круглосуточно считали на самых передовых тогда электромеханических калькуляторах типа «Мерседес», передавая по смене заполненные цифрами специальные планшеты. Бригадиры с научными степенями проверяли расчеты и обсуждали их результаты с «заказчиками»-физиками. Так наряду с решением конкретных задач (а считали наши лучше американцев — у тех погрешность была выше), зарождалось новое научное направление — вычислительная математика, к возникновению которой прямое отношение имел и Тимур Магометович Энеев.
 

…В апреле 1954 года, когда приближение космической эры уже стало очевидным, она буквально стучалась в дверь, академик Келдыш собрал у себя в кабинете — том самом, где теперь мемориальный музей  — историческое совещание, на котором впервые серьезно обсуждалась стратегия космических исследований. В соответствии с принципами Келдыша, ценившего прежде всего мозги, а не регалии и опыт (он и сам стал академиком в 35 лет), наряду с маститыми учеными, организаторами — С.П. Королевым, П.Л. Капицей, И.А. Тихонравовым, А.Ю. Ишлинским, С.Н. Верновым — в нем участвовали и весьма молодые люди, Энеев в том числе. Его пригласили с полным на то основанием.
 

Из официальной справки: «В 1953 году после детального теоретического исследования Т.М. Энеев предложил использовать баллистический спуск космического аппарата с орбиты искусственного спутника на Землю как средство безопасного возвращения космонавта из орбитального полета… Было показано, что максимальная перегрузка при таком спуске не превосходит десятикратной величины, причем перегрузки выше пятикратной длятся не более одной минуты. Были проведены также первые оценки нагрева корпуса спускаемого аппарата за счет теплопередачи от газа к стенке в турбулентном пограничном слое высокоскоростного потока воздуха, обтекающего аппарат.
 

Будущий демидовский лауреат руководил группой специалистов, разработавших методы определения траектории и прогнозирования движения космического аппарата по данным траекторных измерений при известных значениях астрономических постоянных и эфемерид небесных тел. Эти методы обеспечили надежное и эффективное слежение за полетом первых искусственных спутников Земли и послужили основой создания автоматизированных комплексов, ставших важнейшим элементом общего контура управления полетом космических аппаратов разного назначения.
 

Тимур Магометович Энеев разработал методику исследования рассеивания точек приземления спускаемого аппарата на местности. С помощью этой методики был проведен анализ точности приземления автоматических аппаратов и аппаратов с космонавтом в заданном районе».
 

За каждой из этих суховатых, однако строго выверенных специалистами формулировок — уникальные способы решения сложнейших проблем, которые прежде не решал никто. Как «пропустить» снижающийся аппарат через атмосферу, чтобы он с одной стороны не сгорел, а с другой — его «пассажиры» выдержали перегрузки? Как потом найти этот аппарат на просторах Земли, понять, куда конкретно он опустится? И так далее, и тому подобное… Первые сотрудники института Келдыша говорят: «Нам повезло. Космос предлагал такое количество новых задач, что интересная работа не кончалась…» Однако не каждому такие задачи по плечу. Прикладная математика тем и отличается от «чистой», абстрактной, что здесь надо довести идею «до числа», или до метода, исключающего ошибки. Благодаря методам, созданным Энеевым и его коллегами, полет Юрия Гагарина завершился успешным приземлением. И такая награда, надо думать, даже более почетна, чем полученная Тимуром Магометовичем в 1957 году, после успешного запуска первого искусственного спутника Земли ракетой Королева Р-7 вместе с другими первопроходцами, Ленинская премия.
 

ДО ПЫЛЬНЫХ ТРОПИНОК ДАЛЕКИХ ПЛАНЕТ…

По существу, все последующие за «гагаринским» запуски космических аппаратов, да и сам он, и эксперименты с искусственными спутниками, были подготовкой к осуществлению главной цели: полетам к другим планетам. Именно об этом мечтали Циолковский и Космодемьянский, именно это, помимо военного противостояния, на годы стало смыслом соревнования двух сверхдержав СССР и США: кто — быстрее? кто — первый? Здесь не место обсуждать, почему не осуществилась до конца «лунная» программа Королева и американцы опередили нас с покорением Луны. В данном случае важнее, что советские ученые, Тимур Магометович в частности, занимались межпланетными полетами основательно и вновь достигли здесь уникальных результатов.
 

Из официальной справки: «Академик Энеев внес определяющий вклад в теорию и практику полетов к планетам Солнечной системы. Он предложил использовать для разгона межпланетных космических аппаратов активные участки с паузой в работе двигателей, во время которой ракета-носитель с космическим аппаратом движется по промежуточной орбите искусственного спутника Земли. При этом пауза должна подбираться таким образом, чтобы повторное включение двигателей и вместе с ним окончательный разгон космического аппарата происходили в низких широтах Земли. Применение такого способа разгона, ставшего впоследствии универсальным, существенно облегчило решение ряда баллистических проблем межпланетных перелетов».
 

Коллеги постарались расшифровать нам смысл этой работы. Насколько мы поняли, поначалу считалось, что если выведенный на орбиту космический аппарат отделится от последней ступени ракеты-носителя, полученного им импульса будет достаточно, чтобы полететь «куда надо». Однако оказалось, что вариант немедленного старта неудачен во всех отношениях: он неточен, неэкономичен. И тут Тимур Магометович предложил: почему бы не дать аппарату возможность, так сказать, «покрутиться», побыть на незамкнутой орбите, не дав, однако, сделать полный оборот вокруг Земли, выбрать удачный участок для старта и лишь потом отправлять его дальше? Революционная идея в корне улучшила ситуацию и произвела большое впечатление на специалистов. С тех пор так и летают.
 

Из официальной справки: «Под руководством Т.М. Энеева была разработана схема операций управления межпланетным полетом космического аппарата, которая обеспечивала максимальную точность управления полетом при минимальных весовых затратах».
 

Здесь комментарии не требуются — формулировка исчерпывающе ясна.
 

И еще одну работу (всех, разумеется, в газетном материале не упомянешь) не назвать нельзя. В справке говорится, что «Т. М. Энеев предложил новый эффективный метод структурного моделирования больших дискретных систем в механике и его реализацию на многопроцессорных вычислительных системах. Одним из приложений этого метода были проведенные исследования процессов структурообразования при исследовании эволюции протопланетных систем и моделей процесса аккумуляции применительно к объяснению образования планет Солнечной системы, Этот же метод использовался затем для изучения структурообразования биологических макромолекул не только как отдельного явления, но и как процесса зарождения структуры в целом».
 

Речь, похоже, идет о попытке — и очень удачной попытке — создания математических моделей поведения сложнейших систем из отдельных частиц, которые, взаимодействуя, образуют из кажущегося хаоса либо планетарное пространство, либо биологический организм. То есть о попытке с помощью вычислительной математики приблизиться к пониманию универсальных законов мироздания, сходных для микро- и макромира.
 

«ОСОБАЯ ТОЧКА»

Огромный научный авторитет академика Энеева сомнению не подлежит — его постоянно подчеркивают и в институте Келдыша, и в Институте математики и механики УрО РАН, конкретно — академик Н.Н. Красовский. Да и человеческий авторитет Т.М. Энеева очень высок. Сотрудники называют его одержимым в самом лучшем смысле слова: «идеи из него так и брызжут». При этом Тимур Магометович всегда избегал административных должностей, портфелей, даже когда ему предлагали место директора знаменитого института: «Это не для меня». Мало того: в отличие от большинства коллег он мало преподавал в вузах, что, однако, вовсе не означает, будто у него мало учеников, последователей. С многочисленными аспирантами, многие из которых давно кандидаты и доктора и уже сами имеют подопечных, занимался сугубо индивидуально, причем по мере возможностей старался заботиться об условиях их быта, материальном благополучии, не умея порой попросить что-то для себя лично. Все они его очень любят и ценят. По образу жизни Энеев абсолютная «сова», спать ложится поздно, предпочитая работать, размышлять по ночам. Однако, несмотря на классические качества «кабинетного» ученого, Тимур Магометович всегда живо откликался на общественно значимые события и активно отстаивал свою позицию. Самый яркий пример, который нам привели, — его участие в работе комиссии по проекту поворота северных рек. Как известно, дискуссия об этой бредовой идее реформы природы длилась несколько лет, и именно усилия писателей, ученых, во многом — персонально академика Энеева, не дали ей осуществиться.
 

Его увлечения — турпоходы (особенно в молодости, когда было много сил), изучение истории (особенно — при жизни супруги Людмилы Владимировны, доктора исторических наук). Интерес к гуманитарному знанию стимулирует дочь Наталья, искусствовед.
 

Самая заметная черта характера — редкая совестливость. В институте говорят: «Тимур Магометович для нас — особая точка отсчета». Думается, образцом его личность может быть не только для математиков.
 

Подготовили Андрей
и Елена ПОНИЗОВКИНЫ
Фото С. НОВИКОВА