Математические задачи — для фронта

Мы должны преклоняться перед вы­держкой, самоотверженностью и вер­ностью Отчизне, которую проявля­ли математики-воины. Однако нельзя забывать и о другом вкладе мате­матиков в победу советского народа над сильным и коварным врагом. Этот вклад состоит в использовании тех специфических знаний и умений, ко­торыми обладают математики.

Зна­чение этого фактора особенно важ­но в наши дни, когда война стала, в первую очередь, соревнованием ра­зума, изобретательности и точного расчета. Дело в том, что для военных действии привлекаются все до­стижения естествознания, а вместе с ними и математика во всех ее прояв­лениях.

Создание атомного и ракет­ного оружия потребовало не только использования физических законов, но и обширных математических расчетов, создания новых математи­ческих моделей и даже новых вет­вей математики. Без таких предва­рительных математических исследо­ваний не создается ни одна техни­ческая система и, чем она сложнее, тем разнообразнее и шире ее мате­матический аппарат.

Математические знания были нужны и непосредственно в бою. Известно, что такой род войск – артиллерия без расчетов не мог бы существовать. На фронте были и специальные расчетные части. Еще в древности математические знания использовались в военном деле.

В знаменитом диалоге Платона “Государство” говорится о том, что арифметика и геометрия необходимы каждому воину: “При устройстве лагерей, занятия местностей, стягивания и развертывания войск и разных других воинских построениях, как во время сражения, так и в походах, конечно, скажется разница между знатоками геометрии и тем, кто ее не знает”.

Исследованием артиллерийских систем занимались М. В. Остроград­ский (1801 —1862) и П. Л. Чебышёв (1821—1894), и последующие по­коления ученых. Проблемы пристрел­ки, разработанные еще в XIX веке в связи с появлением новых типов артиллерии, потребовали в период Великой Отечественной войны до­полнительных исследований и состав­ления таблиц. Стрельба с самолета по самолету и по наземным целям также привела к математическим за­дачам, которые нужно было срочно решить. Ими занимались упорно как специалисты в области артиллерии, так и математики.

Проблемы бом­бометания привели к необходимости составления таблиц, позволяющих находить оптимальное время для сброса бомб на цель, область, кото­рую накроет бомбовой удар. Такие таблицы были составлены еще до на­чала войны, но для самолетов, об­ладающих большими скоростями.

Во время войны выявилась полез­ная возможность использования ти­хоходных учебных самолетов для ночных бомбежек. Были созданы специальные полки ночных бомбарди­ровщиков, но для них не было сво­евременно создано таблиц бомбомета­ния. Возникла срочная задача про­изводства соответствующих расчетов. Таблицы были созданы и они оказали несомненную помощь нашим летчи­кам и летчицам.

Идет жестокая война. Фронт требует увеличения эффективности огня артиллерии, повышения меткости стрельбы. Важная проблема - увеличить вероятность попадания в цель при торпедном залпе. Возникла идея за счет искусственного рассеивания уве­личить эту вероятность. Этой зада­чей занялся один из крупнейших наших математиков академик А.Н. Кол­могоров. Ему удалось найти полное решение задачи и довести его до практического использования.

Не­сомненно, что какую-то долю успехов наших моряков следует отнести и на счет этой решенной Колмого­ровым задачи. Позднее его выводы были перенесены и на проблемы, связанные со стрельбой зенитной ар­тиллерии по самолетам. Теория вероятностей позволила решить весьма важную задачу оборонного характера. Эта работа оказала серьезную помощь в повышении эффективности огня советской артиллерии.

Во время Великой Отечественной войны появилась еще одна проблема – обеспечение кучности боя и устойчивости артиллерийских снарядов при полете. Эту сложную математическую задачу успешно решил член-корреспондент Академии наук СССР Четаев Н. Г. Он предложил наивыгоднейшую крутизну нарезки ствола орудий, что позволило обеспечить кучность боя и устойчивость снарядов при полете.

Профессор С.В.Бахвалов, известный геометр, разработал теорию приборов управления артиллерийским огнем.

Важная для ПВО задача об устойчивости формы аэростата воздушного заграждения, а также прочности тросов заграждения была решена профессором Х.А.Рахматулиным.

В начале войны молодые ученые мехмата А.А.Космодемьянский и Л.П.Смирнов выполнили исследования, имеющие непосредственное отношение к первым образцам пороховых ракет, получивших название «катюш».

Благодаря новаторским расчетам математиков в СССР была сделана лучшая в мире каска с очень сложной кривизной поверхности, обеспечившей ее наилучшую отражательную способность.

В период Великой Отечественной войны техника была разнообразной и сложной. Она также требовала широ­кого использования математических расчетов для ее изготовления и эксп­луатации.

Увеличение скорости поле­та самолетов требовало не только повышения мощности двигателей, но и выбора оптимального профиля фюзе­ляжа и крыльев, а также решения многих других вопросов.

В России над этими вопросами еще с прошло­го века работал ряд ученых и в пер­вую очередь Н. Е. Жуковский (1847 — 1921), названный В.И. Лениным от­цом русской авиации.

Он закономер­но считается основоположником но­вой математической науки — аэродинамики, в которой ему удалось создать ряд сильных методов иссле­дования и решить многочисленные актуальные задачи, основать боль­шую научную школу, состоящую из ближайших учеников по университету и старейшему высшему техническому заведению Москвы — Московскому высшему техническому училищу.

Жу­ковский заложил основы Военно-воздушной академии, получившей впоследствии его имя, а также Цент­ральный аэрогидродинамический ин­ститут. Это научное учреждение дол­гие годы работало под руководством одного из ближайших учеников и сотрудников Н.Е. Жуковского — С.А. Чаплыгина (1869 —1942) и объ­единили многих выдающихся иссле­дователей — М. В. Келдыша (1911 — 1978).В.В. Голубева (1884 —1954), М.А. Лаврентьева (1900—1980) и др.

Теоретический отдел разрабатывал многие важные проблемы, в том числе и для военной авиации. Многие из этих разработок пригодились и были широко использованы для создания новых систем истребителей, штурмо­виков и бомбардировщиков, обладав­ших повышенной маневренностью, скоростью, надежностью. Превосходные истребители А.С. Яковлева и С.А. Лавочкина, неуязвимые штурмовики С.В. Ильюшина, бомбардировщики В.М. Петлякова.

Большое значение получили теории двух явлений — штопора и шимми (или флаттера), представлявших в ту пору основную опасность для авиато­ров. Как правило, самолет, попавший в состояние штопора или шимми (особые вибрации самолета, приво­дившие к его разрушению) уже не могли из него выйти. Теорию этих явлений создал М. В. Келдыш (впо­следствии президент Академии наук СССР, главный теоретик космонавти­ки).

Однако он пошел дальше и на основании теории сделал заключе­ния о том, как устранять эти явле­ния. В результате практика полетов получила надежное средство для борьбы с шимми и штопором и за все время войны практически не было в нашей авиации гибели само­летов и летчиков по этим причинам. Переоценить результаты этих исследо­вании невозможно, поскольку они помогли не только сохранить жизнь летчиков и самолеты, но и позволили летать на больших ско­ростях.

Роль математики в военном деле все возрастает. Обратимся к фактам. Математический институт академии наук СССР в 1943 году разработал и вычислил штурманские таблицы. Расчеты всех дальних полетов, выполняемые по этим таблицам, значительно повысили точность самолетовождения. Ни в одной стране мира не было штурманских таблиц, равных этим по своей простоте и оригинальности.

Интенсивная творческая деятельность ученых МГУ в области аэродинамики накануне и в годы войны значительно укрепляли научную основу, на которую опиралось совершенствование нашей авиации. Большую роль в развитии авиации сыграли работы академика Н.Е. Кочина, отдавшего последние годы своей научной деятельности Московскому университету.

Значительным вкладом Н.Е. Кочина в победу явились разработка в 1941 – 1944 годах и решение комплекса задач «теории круглого крыла», в которых впервые было дано строгое решение для крыла конечного размаха, что давало возможность точно рассчитывать силы, действующие на крыло самолета во время полета. Н.Е.Кочин академик мехмата МГУ дал практическое решение задачи по теории полетов самолетов на малой высоте.

В апреле 1942г. коллектив математиков под руководством академика С.Н.Бернштейна разработал и вычислил таблицы для определения местонахождения судна по радиопеленгам. Таблицы ускоряли штурманские расчеты примерно в 10 раз.

Штаб авиации дальнего действия, давая высокую оценку работе математиков, отметил, что ни в одной стране мира не были известны таблицы, равные этим по своей простоте и оригинальности.