Выдающийся математик, механик и инженер /Часть 1/
К 155-летию со дня рождения Алексея Николаевича Крылова
Алексей Николаевич Крылов - выдающийся русский математик, механик и инженер. Родился 3 (15) августа 1863 г. в сельце Висяга Ардатского уезда Симбирской губернии(ныне село Крылово Порецкого района Чувашии) в семье Николая Александровича Крылова (1830—1911) и Софьи Викторовны Ляпуновой.
Отец, артиллерийский офицер, участник Крымской войны 1855—1856 годов, получил образование за казённый счёт как сын ветерана, Александра Алексеевича Крылова, раненного под Бородино и при взятии Парижа (и награждённого золотым оружием за храбрость и орденами за боевые заслуги), вышел в отставку в чине полковника. С сыном он был очень близок и сызмала называл его "друг Алеша".
В детстве резвый, шаловливый Алёша рос в непосредственной близости к природе, ходил с взрослыми на охоту. Когда ему было девять лет, отец решил поправить своё здоровье. Он продал своё поместье и переехал в Марсель, на юг Франции. Здесь семья прожила два года, и Алёша основательно познакомился с французским языком и арифметикой.
После возвращения в Россию семья часто меняла место жительства, так как отец занимался коммерческой деятельностью. Образование мальчик получал в разных учебных заведениях различных городов. Сначала это Севастопольское уездное училище, потом — частный пансион и классическая гимназия в Риге, где обучение велось на немецком языке. Обучение в местном училище в Севастополе было тогда поставлено плохо. Немецкому языку, например, детей обучал немец, которого Алеша запомнил потому, что у него всегда болели зубы. Поэтому в кармане педагог держал всегда полуштоф водки, к которому все время прикладывался.
В Севастополе Алёша познакомился с моряками, героями обороны Севастополя в русско-турецкую войну. Это и определило его судьбу.
Алексей рос любознательным ребёнком, много читал, мечтал стать моряком. Он упросил отца отдать его в морское училище. 1879 году юный Крылов поступает в младший подготовительный класс Морского училища в Петербурге, набрав на экзаменах небывало высокое количество баллов.
Его родственник, впоследствии выдающийся математик А.М. Ляпунов, готовивший в то время магистерскую диссертацию, посоветовал Крылову изучать математику и снабдил его конспектом лекций по высшей математике и теории вероятностей, которые читал П.Л. Чебышев. С детства Крылов в совершенстве владел немецким и французским языками, знал английский, греческий языки и латынь.
Родственниками Крылова были физиолог И.М.Сеченов, филолог Б.М. Ляпунов, математик А.М. Ляпунов, окулист В.П. Филатов.
В 15 лет Крылов изучил наиболее важные разделы математики. На экзаменах он поражал профессоров глубоким знанием высшей математики. Были случаи, когда преподаватели обращались к нему за консультацией.
Большим преимуществом Морского корпуса в те годы, когда там учился Крылов, было то, что в нем поддерживались традиции прежнего директора - Римского-Корсакова, брата известного русского композитора. Это был в высшей степени образованный человек, прекрасный моряк, горячо любивший свою родину и свое дело. В 1884 г. Крылов окончил Морское училище и был произведён в мичманы с награждением премией и с занесением его имени на мраморную доску. К концу учебы Алексей, испортив зрение, стал совсем близоруким. Стало ясно: корабельная служба ему противопоказана. В качестве поощрения за отличную учёбу он получает право совершить кругосветное путешествие, от которого, однако, отказался ради научной работы. Первым местом службы Алексея Николаевича становится Главное гидрографическое управление.
В Главном гидрографическом управлении Крылов работал под руководством известного специалиста по компасному делу И.П.Коллонга. Коллонг поручил ему работу по изучению явления девиации компаса. Это явление заключается в ошибках показаний магнитного компаса на корабле под влиянием судового железа. Основы теории девиации были заложены французским математиком Пуассоном в 1829 г.
Трудами Коллонга и Крылова русское компасное дело стало на первое место в мире. «Работая под руководством Колонга в компасной мастерской, - говорил А.Н.Крылов, - я все-таки отлично понимал, что не корабль для компаса, а компас для корабля. Еще будучи в морском корпусе, я любил в свободное время ходить в Адмиралтейство и знакомиться с производством кораблестроительных работ».
После работы в компасной части Главного гидрографического управления и года стажировки на судостроительном заводе, Крылов поступил в Морскую академию на кораблестроительное отделение. По рекомендации А. Н. Коркина выпускник академии Крылов был оставлен для научной и педагогической работы, которая продолжалась около 50 лет. Его оставляют при академии в качестве преподавателя математики и теории корабля. Одновременно Крылова зачисляют преподавателем Морского училища, однако занятия там уже начались, так что он остается без нагрузки. Крылов с пользой употребляет свободное время: посещает лекции в Петербургском университете. Это позволяет ему еще больше углубить свои знания по дифференциальным уравнениям, теории вероятностей и теоретической механике. «С 1887 г. главной моей специальностью, — писал А. Н. Крылов, — стало кораблестроение, или, лучше сказать, приложение математики к разного рода вопросам морского дела».
В 1890-е годы мировую известность приобрёл труд Крылова «Теория качки корабля», значительно расширивший теорию Уильяма Фруда. Работа А. Н. Крылова была первым всеобъемлющим теоретическим трудом в этой области. Во время строительства Либавского порта был вырыт длинный канал в море глубиной около 30 футов.
Яхте "Полярная звезда" приказали пойти в Либаву, но ее командир из-за сильного ветра и высокой волны стал на якорь у входа в канал и отказался идти дальше. Так как на яхте должен был идти сам царь, произошел скандал. Крылова вызвали в Гидрографический департамент, где предложили изучить вопрос о килевой качке корабля и установить, какой нужно учесть запас глубины под килем, чтобы обеспечить безопасность прохода в любую погоду.
Вопрос этот был новый и трудный. А.Н. Крылова направили в Англию для доклада в Английском Обществе кораблестроительных инженеров, где были собраны лучшие кораблестроители того времени. В Англии Крылов пробыл несколько дней. Он сделал доклад, посетил кораблестроительные заводы. Спустя год он развил общую теорию качки корабля на волне.
В 1896 году он был избран членом Английского общества корабельных инженеров. В 1898 году награждён золотой медалью Британского общества корабельных инженеров, причём это был первый случай в истории, когда медали удостаивался иностранец. Продолжая эти работы, он создал теорию демпфирования (успокоения) бортовой и килевой качки. Крылов первый предложил гироскопическое демпфирование бортовой качки, что сегодня является наиболее распространённым способом умирения бортовой качки.
А. Н. Крылов был женат на Елизавете Дмитриевне Драницыной (1868—1948), в браке с которой родилось 5 детей. Два первых ребёнка — дочки, умерли в раннем возрасте. Родившиеся затем сыновья Николай и Алексей служили в Белой армии в частях А. И. Деникина и погибли в 1918 году на Гражданской войне. Самый младший ребёнок — дочь Анна (1903—1996), в 1927 году она вышла замуж за П. Л. Капицу, с которым А. Н. Крылов был знаком с 1921 года по совместной работе в комиссии, направленной Советским правительством за границу для восстановления научных связей и закупки оборудования.
По вине А. Н. Крылова, у которого возник серьёзный роман с А. Б. Ферингер, ставшей впоследствии его второй женой, семья распалась.
Свои результаты, относящиеся к теории корабля, Крылов опубликовал в статье «Новый метод вычисления элементов корабля» (1893), составившей эпоху в кораблестроении. В 1895 г. Крылов разработал теорию килевой качки корабля, признанную всеми ведущими специалистами того времени.
Научные расчёты Крылова в вопросах кораблестроения («методы Крылова») пользуются мировым признанием.
В 1900 году он был назначен заведующим Опытовым бассейном, получив, таким образом, возможность экспериментально — на моделях кораблей — проверять свои идеи. К этому времени относится его знакомство и дружба с адмиралом и учёным Степаном Осиповичем Макаровым, который оказал большое влияние на формирования молодого учёного, и работы по непотопляемости корабля. Итоги этой работы вскоре стали классическими и до сих пор широко используются в мире. Много лет спустя Крылов напишет о ранних идеях Макарова по борьбе с креном или дифферентом повреждённого корабля затоплением неповреждённых отсеков: «Это казалось морским чиновникам большой чушью. Потребовалось 35 лет… на то, чтобы их убедить, что идеи 22-летнего Макарова имеют большое практическое значение».
С.О.Макаров вместе с Д.И.Менделеевым и А.И.Воейковым выступал за осуществление мечты М.И.Ломоносова об использовании Россией Северного морского пути. С этой целью им был представлен проект, по которому был построен первый в мире ледокол «Ермак» и на нём совершён первый ледовый поход к Шпицбергену и Новой Земле. В 1901 году Крылов «по предложению адмирала С.О.Макарова» участвовал в рейсе «Ермака», научным итогом которого стала книга «Ермак во льдах». Готовя к печати эту книгу, С.О.Макаров обращался по каждому возникающему у него в связи с этим трудом вопросу к научному авторитету А.Н.Крылова. Книга эта была подарена Д.И.Менделееву, управляющему Главной палатой мер и весов, у которого Крылов получил все точные приборы, необходимые для «магнитных наблюдений» во время плавания.
До 1902 года традиционная борьба за живучесть корабля при получении им пробоины сводилась к откачиванию воды из затопляемых отсеков. При этом, как правило, в пробоину поступало больше воды, чем могла откачать водоотливная установка пробитого отсека. И корабль тонул — не потому, что терял плавучесть, а из-за потери равновесия: груз воды, заполнившей отсеки с одного борта, переворачивал судно. Развивая гипотезу Макарова, Крылов предложил очень странную идею: ввести систему затопления отделений судна для его выравнивания.
«Подразделение на отсеки должно определяться расчетом, коего принцип, чтобы корабль тонул, не опрокидываясь»,— писал Крылов. Это утверждение он положил в основу принципа таблиц непотопляемости. Они составлялись для каждого корабля индивидуально и помогали определить, как влияет затопление того или иного отсека на крен, дифферент и устойчивость корабля. Крылов разработал «Таблицы непотопляемости», обосновав приём затопления отсеков корабля, парных к повреждённому, как единственный способ спасения судна, получившего пробоину.
В сентябре 1900 года А.Н.Коркин оставил чтение лекций в Морской академии и рекомендовал Крылова на своё место (читать курс дифференциального и интегрального исчисления).
Произведенная им реформа кораблестроительных вычислений позволила избавиться в расчётах от 97% общего количества лишних, не имеющих никакого практического значения, цифр.
При испытаниях крейсера "Громобой" и затем крейсера "Баян" была обнаружена весьма значительная вибрация этих судов. В то время вопрос о вибрации судов еще совершенно не был исследован теоретически, имелись лишь приборы для записи вибрации, и этот вопрос представлял большие затруднения для корабельных инженеров. С 1901 года, разработав теорию этого явления, Крылов начал читать курс вибрации судов сначала в Морской академии, а затем в Политехническом институте. При чтении этого курса оказалось необходимым развивать целый ряд чисто математических отделов, иначе усвоение курса представляло для слушателей большие затруднения. Поэтому, когда в 1909 году курс Морской академии вместо двухгодичного был сделан трехгодичным, Крылов прочёл ряд лекций о дифференциальных уравнениях математической физики. Математика, считал Крылов, сильна своими приложениями. Его работы по приближённым вычислениям являются ключом к решению многих современных проблем (расчёты самолетов, ракет, кораблей, спутников и т.д.).
В 1903 году Крылов выступает в Кронштадском морском собрании с докладом «О непотопляемости судов и её обеспечении». За «резкий тон» он получает выговор. Крылову с упреком сказали: "Обращаясь к генерал-лейтенанту, подполковник не должен делать такие доклады, он должен помнить и соблюдать субординацию, а не называть прямо в глаза вещи их именами"! А корабли продолжают проектироваться и строиться по-старому.
Военные чиновники признают правоту учёного лишь после 1904 года. Этому способствовала и Цусимская трагедия. Получилось очень по-русски: гибель моряков заставила принять теорию к практике.
Броненосец «Петропавловск», на борту которого находился вице-адмирал Макаров, 31 марта 1904 года подорвался на мине и перевернулся. Команда и командующий погибли. Цусимское сражение показало, что многие корабли тонули, получив незначительные пробоины, в то время как «Орел», очень сильно пострадавший, оставался на плаву и продолжал сражаться, поскольку его командир на деле применил таблицы непотопляемости.
С деятельностью Степана Осиповича Макарова Крылов был знаком до мельчайших подробностей. Один из своих докладов по теории непотопляемости судов Крылов заключил словами: «Всё, что я вам здесь изложил, принадлежит не мне, а целиком взято из ряда статей "Морского сборника", охватывающих 30 лет. Его превосходительство Степан Осипович — вот кто истинный основатель учения о непотопляемости судов».
В архиве академика А.Н.Крылова сохранилось 26 его писем С.О.Макарову и 22 письма Макарова Крылову.
Постепенно все российские боевые корабли были снабжены таблицами непотопляемости. Появляются они и на флотах других государств. В Великобритании, крупной морской державе, таблицы непотопляемости были введены лишь в 1926 году, то есть через несколько лет после потрясшей мир гибели «Титаника», о котором все говорили, что он непотопляем. Уже много позже в своей книге «Некоторые случаи аварии и гибели судов» Крылов детально рассмотрел причины, приведшие к трагедии. Подробно остановившись на устройстве этого пассажирского парохода, он пришел к выводу, что судно было обречено, поскольку при его сооружении не были соблюдены условия, необходимые для обеспечения непотопляемости.
Теоретик приводит чертеж «Титаника» с помеченными на нём переборками и так описывает события: «…корабль, коснувшись ледяной горы, получил длинную пробоину, простиравшуюся от форпика до носового котельного отделения… Носовые трюмы также получили пробоины небольшой площади, ибо они заполнялись свыше часа. Корабль садился носом, носовая часть нижней палубы ушла под воду, которая затем через люки залила межпалубное пространство… Положение корабля стало безнадежным». Далее Крылов цитирует воспоминания очевидцев, в точности воспроизведенные впоследствии в знаменитом широкоформатном фильме. Алексей Николаевич не только называет причины катастрофы, но и показывает, как её можно было избежать. Он делает вывод, что пароход был построен с нарушением требований для подобных судов и при его проектировании «удобство публики ставилось выше безопасности».
А.Н. Крылов смело вскрывал ошибки иностранных ученых, отстаивал приоритет своих соотечественников в науке и технике, неустанно пропагандировал заслуги наших ученых, подчеркивал превосходство русских ученых, инженеров, изобретателей. Ученый решительно восставал против рутины и косности чиновников, сидевших в управлениях морского и артиллерийского ведомств. С убийственной иронией А.Н. Крылов говорил, что все эти чиновники действуют по одному правилу: ко всякому делу применяют одно из трех "от" - отписаться, отмолчаться, отказать.
Из работ А. Н. Крылова наиболее известными являются «Теория корабля» (1908), «Приближённые вычисления» (1911), «Дифференциальные уравнения математической физики"(1912), перевод «Начал натуральной философии» Ньютона (1916).
В своём курсе теории корабля Крылов разработал рациональные приёмы кораблестроительных расчётов, используя формулы для приближённого интегрирования П.Л. Чебышева. Разработанные им приёмы и схемы для вычисления плавучести стали классическими.
В морских и научных кругах всё больше рос авторитет А.Н. Крылова. В 1908 году ему было поручено возглавить кораблестроение всей России. Уже в генеральском чине, став главным инспектором кораблестроения и исполняющим обязанности председателя Морского технического комитета, он руководил проектированием и постройкой мощных боеспособных линкоров типа "Севастополь", эсминцев типа "Новик", долгое время остававшихся лучшими кораблями своего класса в мире.
А. Н. Крылов был талантливым консультантом по делам флота. Сам он отмечал, что его советы сэкономили правительству больше стоимости самого современного дредноута. При этом он славился острым языком и его меткие ответы правительству и Думе становились легендами.
В 1910 году в мире предстояло интересное астрономическое событие - возвращение кометы Галлея. В связи с этим А.Н. Крылов решил прочесть в Морской академии четыре лекции о способах определения орбит комет и планет по малому числу наблюдений, подробно остановившись на методе Ньютона и сопоставив с ним позднейшие методы Лапласа, Ольберса и Гаусса. Имя Ньютона как основоположника механики и анализа постоянно встречается в трудах Морской академии. Но его сочинения, написанные на латинском языке, были совершенно недоступны слушателям академии, поэтому Крылов перевел важнейшие из них - "Математические начала натуральной философии" - на русский язык, снабдив текст 207 примечаниями и пояснениями для обеспечения изучения этого творения Ньютона. Это потребовало два года упорной работы. Перевод был издан в 1915 и 1916 годах Морской академией, а в 1936 году переиздан Академией наук СССР.
19 июля (1 августа) 1914 года Германия объявила России войну. А.Н. Крылов был включен в состав специальной расчетной комиссии Артиллерийского комитета. Комиссия должна была математически обосновать количество необходимых патронов на каждое ружье и снарядов на каждое орудие.
А.Н.Крылов ещё не был доктором наук, а был уже профессором и генералом. В ноябре 1915 года группа профессоров Московского университета во главе с Н.Е.Жуковским предложила Совету университета возвести А.Н.Крылова в степень доктора без защиты. На основании этой записки 13 февраля 1916 года Совет «возвёл в степень доктора прикладной математики заслуженного профессора Николаевской Морской академии Алексея Николаевича Крылова, приобретшего учёными трудами почётную известность, без испытания и представления диссертации».
(Окончание следует)
