Рейтинг
Порталус


КОСМИЧЕСКИЙ ОЛИМП АКАДЕМИКА ПЕТРОВА

Дата публикации: 12 октября 2022
Автор(ы): Владислав РУТКОВСКИЙ
Публикатор: Научная библиотека Порталус
Рубрика: ВОПРОСЫ НАУКИ
Источник: (c) Наука в России, № 2, 30 апреля 2013 Страницы 50-58
Номер публикации: №1665602352


Владислав РУТКОВСКИЙ, (c)

Доктор технических наук Владислав РУТКОВСКИЙ, заведующий лабораторией Института проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН (Москва)

В марте 2013 г. научная общественность нашей страны отметит 100-летие со дня рождения выдающегося ученого в области автоматического управления, вице-президента АН СССР (1979 - 1980 гг.), Героя Социалистического Труда (1969 г.), лауреата Ленинской (1966 г.) и Государственной (1972 г.) премий СССР академика Бориса Николаевича Петрова (1913 - 1980). Работая в тесном творческом контакте с ведущими деятелями отечественной ракетно-космической науки и техники - Сергеем Королевым, Валентином Глушко, Михаилом Янгелем, Владимиром Челомеем, Владимиром Уткиным, Михаилом Решетнёвым, Василием Мишиным, Борисом Чертоком и Николаем Пилюгиным, он по праву вошел в когорту основоположников отечественной космонавтики и стал одним из организаторов международного сотрудничества в околоземном пространстве. Деятельность Петрова нашла широкое признание в мире. Он был действительным членом Международной академии астронавтики, иностранным членом Чехословацкой, Венгерской, Болгарской и Польской академий наук, удостоен ряда иностранных орденов, золотой медали Национального центра космических исследований Франции.

Борис Николаевич родился 11 марта 1913 г. в Смоленске. Его мать Вера Владимировна, врач по профессии, отдававшая все силы борьбе со вспыхнувшей вскоре после Октябрьской революции 1917 г. эпидемией тифа, ушла из жизни, когда мальчику было 6 лет. В 1929 г. умер и отец Николай Георгиевич. Заботы о воспитании Бориса и его младшей сестры в значительной мере взяли на себя родственники.

Закончив в феврале 1930 г. школу, юноша некоторое время работал счетоводом в колхозе, а осенью

стр. 50

уехал в Москву, где по окончании фабрично-заводского училища при Станкостроительном заводе им. С. Орджоникидзе получил профессию токаря. Однако его тянуло к учебе. Еще мальчиком он предпочитал чтение детским играм, любил книги о путешествиях, приключениях, увлекался рисованием.

Поступив в 1933 г. в Московский энергетический институт (МЭИ), Борис блестяще прошел курс обучения. Его дипломный проект, сделанный под руководством академика Виктора Кулебакина, был признан выдающимся.

В 1939 г. после окончания МЭИ Петрова по предложению учителя направили на работу в Комитет телемеханики и автоматики АН СССР, на базе которого в том же году Кулебакин создал Институт автоматики и телемеханики АН СССР (ныне Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН). Борис Николаевич возглавлял его в трудные годы становления (1947 - 1951 гг.) и оставался верным институту до последних дней своей жизни, пройдя путь от инженера до академика.

Первые работы молодого ученого были посвящены автоматизации процесса непрерывной разливки металла из мартена. Когда же началась Великая Отечественная война, Борис Николаевич взялся за решение проблемы автоматической браковки изделий. "Недоверчиво покачивали головой старые мастера, рассматривая проекты Петрова, опытные конструкторы-чертежники опускали руки, считая идеи Петрова практически неосуществимыми, - писала в ноябре 1945 г. многотиражная газета МЭИ "Энергетик". - Но Петров верил в свои силы... Он снова и снова проверял расчеты, сверял чертежи, конструировал новые приспособления... К концу 1942 г. первый станок бойко защелкал, сортируя и отбраковывая гильзы. Станок локального обмера гильз ЛОГ системы проф. Трапезникова и инженера Петрова поступил на вооружение страны".

Научные основы построения автоматических контрольных устройств нашли отражение в монографии "Автоматический контроль размеров", изданной Петровым в соавторстве с Вадимом Трапезниковым, Иосифом Городецким и Александром Фельдбаумом в "Оборонгизе" уже после войны, в 1947 г. Это был первый в мировой научной литературе труд, обобщавший достижения в области автоматизации контроля размеров и геометрической формы изделий массового производства.

Спустя 6 лет после окончания МЭИ Борис Николаевич защитил диссертацию на тему "Анализ автоматических копировальных систем", за которую ему сразу присвоили ученую степень доктора технических наук. Тридцатидвухлетний соискатель предложил оригинальную теорию построения автоматических копировальных систем широкого класса и новые принципы построения высокоточных машин для изготовления сложных изделий. В отзыве известный советский математик академик Николай Лузин

стр. 51

писал: "Представленная диссертация... имеет высокие достоинства, позволяющие рассматривать ее как выдающееся среди других работ явление".

Заслуга Бориса Николаевича в том, что он создал метод структурных преобразований схем автоматических систем и разработал адекватный математический аппарат. Много позже, уже в последние годы жизни, он снова вернулся к этой проблематике в работах, выполненных с учениками из Уфимского авиационного института им. С. Орджоникидзе (Башкортостан).

Глубокие исследования ученый провел в области интегрирования нелинейных дифференциальных уравнений, что привело к открытию, названному Лузиным "феноменом Петрова".

Борис Николаевич - один из основоположников теории инвариантности (независимости какой-либо системы от приложенных к ней внешних воздействий), идеи которой применяют в устройствах автоматического управления летательными аппаратами. Первопроходцем в этой области был сотрудник Института автоматики и телемеханики профессор Георгий Щипанов. В 1939 г. он опубликовал в журнале "Автоматика и телемеханика" статью, вызвавшую в научной и политической печати (журнал "Большевик") жестокую, в сталинском духе, критику теории инвариантности. Ее объявили вредной и идеалистической, а изложенные автором идеи нереализуемыми ни в каких физических системах. Щипанова уволили из института, а все работы по теории инвариантности свернули. Петрову надо было иметь большое мужество, чтобы в 1953 г., когда на хрущевскую оттепель еще не было и намека, выступить на II Всесоюзном совещании по теории автоматического регулирования с сообщением о физической осуществимости инвариантных систем. Для их реализуемости, утверждал он, необходимо наличие по меньшей мере двух каналов передачи возмущающего воздействия между точкой его приложения и точкой измерения координаты, для которой достигается инвариантность. Названный критерий стал идейной основой при конструировании автоматических управляемых систем и теперь широко известен в мировой литературе как "принцип двухканальности Петрова". Многогранные исследования в области инвариантности привели к созданию новых принципов и структур различных типов комбинированных систем.

Великолепные человеческие и научные качества проявил Борис Николаевич, добившись вместе с академиком Александром Ишлинским научной и гражданской реабилитации Щипанова. В 1966 г. результаты его труда были признаны научным открытием с приоритетом от апреля 1939 г. Правда, автора в то время уже не было в живых.

В 1950 - 1960-е годы Борис Николаевич провел теоретические и экспериментальные работы в области нелинейных сервомеханизмов (устройств, обеспечивающих дистанционный контроль для приведения в действие механизма). Вместе с учениками он создал основы теории этого класса автоматических систем,

стр. 52

предложил методы их расчета и передал полученные результаты специализированным КБ для последующей реализации.

С 1955 г. под руководством Петрова разрабатывали методы построения нового класса нелинейных систем с переменной структурой, обеспечивающих высокую статическую и динамическую точность автоматического управления летательных аппаратов.

В 1957 г. ученый возглавил работы по теории беспоисковых самонастраивающихся систем управления и их созданию, обобщив основные достижения в этой области в монографии "Принципы построения и проектирования самонастраивающихся систем управления" (1972 г.). Впервые разработанные в СССР под руководством и при участии Бориса Николаевича, они были предложены для нескольких классов ракет известного конструктора доктора технических наук Игоря Селезнева. Развивая тему далее, Петров с учениками положил начало новому перспективному направлению - теории координатно-параметрического управления. В монографии "Адаптивное координатно-параметрическое управление нестационарными объектами", которую ученый увидел лишь в гранках (она вышла в 1980 г. после его смерти), он рассмотрел принципы построения, синтез алгоритмов перестройки параметров объекта, возможности и перспективы развития систем этого класса.

В других работах - "Информационно-семантические проблемы в процессах управления и организации" (1977 г.) и "Теория моделей в процессах управления" (1978 г.), написанных Петровым в соавторстве, - изложены информационные и термодинамические аспекты анализа сложных систем управления, что открыло дорогу новому в теории управления направлению, связанному с информационным подходом.

Широко известны труды Петрова, посвященные нестационарным системам, теории чувствительности, синтезу алгоритмов управления как обратной задачи динамики.

Важнейшее место в деятельности ученого занимали проблемы автоматического управления подвижными объектами, о чем, в частности, свидетельствует монография "Проектирование систем автоматического управления газотурбинных двигателей" (1980 г.), где Борис Николаевич в соавторстве описал адекватные и в то же время достаточно простые математические модели газотурбинных двигателей, структуры высокоэффективных систем управления, обладающие свойством двукратной инвариантности. Истоки интереса к этой тематике лежат в педагогической деятельности Бориса Николаевича в МАИ, где он создал в 1944 г. на кафедре "Автоматическое управление и стабилизация самолетов" новый курс лекций "Автоматика мотора и винта", значение которого выходило за рамки технического повествования. Автор организовал цикл лекций о самых важных и наиболее свежих (по материалам научных статей и диссертаций) результатах в теории автоматического регулирования. Причем довел их до инженерных методик проектирования и расчета новых по тем временам систем регулирования турбокомпрессорного наддува, скорости вращения винта поршневого двигателя.

Петров впервые дал математическое описание авиационного поршневого двигателя как объекта регулирования, а также описание герметической кабины пилота как объекта поддержания давления в ней. Он организовал лабораторию при кафедре, которую возглавлял с 1950 г. и до последних дней своей жизни, где можно было на макетах и подлинных образцах изучать поведение регуляторов. Надо заметить, лекции Бориса Николаевича всегда пользовались успехом у студентов. Благодаря его постоянной и кропотливой работе на кафедре сложился высококвалифицированный научно-педагогический коллектив, учебный план которой стал образцом для многих вузов страны.

Как блистательный инженер Борис Николаевич пристальное внимание уделял проблемам управления двигательными установками летательных аппаратов, в частности баллистических ракет. Работы в этой области ввели его в круг творцов практической космонавтики. Полученные им и его коллективом результаты носили основополагающий характер: реализованные на их основе системы управления стали составной частью всех крупных жидкостных ракет разработки главных конструкторов Королева*, Янгеля, Челомея, Уткина. К слову, он участвовал в большинстве пусков летательных аппаратов с военного полигона Капустин Яр (создан в 1946 г. для испытаний первых советских баллистических ракет), расположенного в северо-западной части Астраханской области, и космодрома "Байконур"** на территории Казахстана во время первых работ по освоению космического пространства. Неоднократно его включали в состав Государственной комиссии по пускам.

Работа с ракетчиками привела Петрова к решению проблем построения бортовых терминальных систем управления жидкостных ракет, повышающих энергетические характеристики техники. Результаты его труда в этой сфере нашли отражение в монографии "Бортовые и терминальные системы управления", вышедшей в свет в 1983 г. уже после смерти Бориса Николаевича. Академик Валентин Глушко отмечал их фундаментальное значение для прогресса отечественной космической техники.

С Сергеем Королевым судьба свела Бориса Николаевича в 1950-е годы, когда создавали систему регулирования для первой межконтинентальной баллистической ракеты Р-7*** и ракеты-лаборатории М5-РД. Петров часто выступал консультантом на заседаниях знаменитого Совета главных конструкторов, возглавляемого Королевым. Первые конструктивные результаты исследования динамики жид-


* См.: Н. Королева. Имя его и космос - неразделимы. - Наука в России, 2007, N 1; Н. Севастьянов. Продолжая дело легендарного конструктора. - Наука в России, 2007, N 1 (прим. ред.).

** Ю. Марков. Космодром Байконур: 50 лет на службе человечества. - Наука в России, 2005, N 3 (прим. ред.).

*** См.: Г. Гречко. Спутник выходит на орбиту. - Наука в России, 2007, N5 (прим. ред.).

стр. 53

костных реактивных двигателей (ЖРД) и их аналогового моделирования Борис Николаевич с сотрудниками получил в 1950 - 1951 гг. Доложенные на заседании комиссии в Президиуме АН СССР, проходившем под председательством академика Мстислава Келдыша*, они были по достоинству оценены, в частности, крупнейшим специалистом в области двигателестроения академиком Борисом Стечкиным, активно участвовавшем в обсуждении.

Не случайно в 1954 г. Институт автоматики и телемеханики возглавил работы, касающиеся управления двигательной установкой Р-7. Петров стал их научным руководителем.

Создание принципиально новых систем ракеты столь сложной архитектуры, начиная "с нулевого уровня", без какой-либо предыстории и при полном отсутствии прототипов и литературных источников, сопровождалось немалыми трудностями. Отсюда и их большая наукоемкость. Вклад Бориса Николаевича и его учеников в разработку математических моделей и решение проблемы управляемости ЖРД имели приоритетный характер и составили специальный раздел теории жидкостных реактивных двигателей, охватывающий ряд принципиально новых задач, возникших при создании Р-7 и последующих крупных ракет этого класса.

Предложенная коллективом Петрова методика электронного моделирования ЖРД на аналоговых ЭВМ (цифровых ЭВМ в те годы не было) существенно ускорила нахождение способов борьбы с продольной неустойчивостью ракеты Р-7 - проблемой, считавшейся "терра инкогнито" и чрезвычайно мешавшей продвижению космонавтики. Шел 1958 г., стра-


* См.: Б. Четверушкин, К. Брушлинский. Наш директор; Л. Зеленый, О. Закутняя. Главный теоретик и стратег отечественной космонавтики. - Наука в России, 2011, N 1 (прим. ред.).

стр. 54

на готовилась к запуску на Луну* первой автоматической межпланетной станции "Мечта", но из-за взрывов ракет при испытательных пусках официальный старт неоднократно откладывался. Усилиями большого коллектива ученых и конструкторов природу сложного процесса удалось разгадать: ЖРД как источник колоссальной энергии входил в колебательный контур, включающий трубопроводы и конструкцию самой ракеты, которая при резонансе разрушалась. Разработанная Петровым методика имитационного моделирования двигателя существенно ускорила поиск причины катастроф и помогла найти средства их парирования.

Но возникла другая проблема: при разработке системы регулирования соотношения компонентов топлива ЖРД специалисты обнаружили автоколебания дросселя (ограничителя, регулятора). Опасное явление удалось устранить после моделирования системы с двигателем в замкнутом контуре. Руководивший этими работами Петров проявил умение аппроксимировать (заменять одни объекты другими, близкими к исходным, но более простыми) сложные уравнения двигателя, что существенно сократило достижение желаемого результата - нахождение способов борьбы с автоколебаниями дросселя.

В 1954 г. Правительство выпустило еще ряд постановлений по основным блокам Р-7. Речь, в частности, шла о необходимости создания беспоплавковых бортовых измерителей уровня компонентов высокой точности. К проблеме привлекли Центральный научно-исследовательский институт машиностроения (НИИ-88, г. Королев Московской области), Акустический институт АН СССР и Институт автоматики и телемеханики (Москва). Во главе этой кооперации стоял Борис Николаевич, объединивший вокруг этой задачи широкий круг исследователей. После ряда предложений от разных институтов по ультразвуковым, радиоизотопным и эндовибраторным датчикам научный руководитель пришел к необходимости построить опытные образцы емкостного дискретного датчика для ракеты-лаборатории М5-РД. Поисковые работы по его прототипу выполнили под руководством Петрова в его институте, что позже нашло отражение в монографии "Принципы инвариантности в измерительной технике" (1976 г.). Принятую к исполнению конструкцию емкостного датчика для системы опорожнения баков ракеты М5-РД (а затем и Р-7) разработали в НИИ-88 под руководством академика Бориса Чертока. Известный специалист в области динамики космического полета Дмитрий Охоцимский (академик с 1991 г.) сделал оригинальный гидромеханический фильтр для уменьшения влияния колебаний жидкости в полете на показания датчика. Много усилий команда Петрова потратила на создание прецизионного бортового датчика давления в камере сгорания ЖРД. Главный конструктор Глушко наложил жесткие ограничения на погрешность регулирования в ней давления - +1%. При этом сам датчик должен был иметь погрешность не более ±0,4 - 0,5%. В режимах с широким спектром сильных вибраций и больших ускорений, значительным температурным диапазоном спроектировать такое бортовое устройство было неслыханной по трудности задачей. И только жесткая позиция Петрова дала возможность выбрать из числа конструкторских бюро Министерства авиационной промышленности СССР организацию, согласившуюся после длительных технических препирательств на эту работу. Датчик для Р-7 создали в ОКБ-133 (Москва) главного конструктора Рубена Чачикяна. Отметим, именно это устройство помогло разгадать природу продольных колебаний ракеты, так как разрешающая спо-


* См.: Ю. Авсюк. Объект исследования - Луна. - Наука в России, 2006, N 6 (прим. ред.).

стр. 55

собность его выходного потенциометра (прибора для определения электродвижущей силы и напряжений компенсационным методом) была намного выше, чем у телеметрического датчика давления.

Борис Николаевич с сотрудниками провел поиск рациональных характеристик управляющих органов - дросселей в магистралях ЖРД и передал результаты в ОКБ Королева и Глушко, где сделали работоспособные конструкции.

В целом Петров взял на себя ответственность за идею создания принципиально новых терминальных систем управления расходованием топлива ЖРД, существенно повышавших энергетику ракеты за счет резкого сокращения гарантийных запасов топлива. Он был научным руководителем работ по таким системам для всех крупных жидкостных ракет, начиная с королевской Р-7 и последующих боевых ракет и ракет-носителей космических аппаратов.

Существенный вклад Борис Николаевич внес в разработку теории и систем управления искусственными спутниками Земли (ИСЗ)*. В середине 1950-х годов в нашей стране по инициативе Дмитрия Охоцимского начали создавать гравитационные системы ориентации ИСЗ, не требующие для восстанавливающих моментов расхода какого-либо вида энергии. Однако при отделении спутника от ракеты-носителя возникали значительные возмущения. В Институте проблем управления под руководством Бориса Николаевича сделали оригинальную релейную систему ее предварительного успокоения, высокая экономичность которой достигалась путем введения специальной связи.

Дальнейшее развитие этого направления связано с разработкой теории и систем управления деформируемых космических аппаратов (ДКА). К последним относят ИСЗ с присоединенными гибкими элементами (панели солнечных батарей большой площади, выносные радиоантенны). Задача возникла в начале 1960-х годов, когда американский спутник "Эксплоурер-1" из-за рассеяния энергии закрутки, вызванной упругостью четырех штырьевых антенн, после вывода на орбиту быстро потерял устойчивость. С тех пор и до настоящего времени эта проблема находится в фокусе внимания ученых и инженеров многих стран мира, где разрабатывают подобные ИСЗ. Институт проблем управления работал над ней совместно с


* См.: Б. Черток. Первый искусственный спутник Земли; Г. Гречко. Спутник выходит на орбиту. - Наука в России, 2007, N 5 (прим. ред.).

стр. 56

московским Научно-производственным объединением прикладной механики (главный конструктор - академик Михаил Решетнёв). Петров с учениками предложил модально-физическую форму математической модели ДКА, получившую в научной литературе название "метод анализа релейной системы ориентации одномодального ДКА", или "метод фазовой биплоскости". Он позволил осмыслить и изучить механизм потери устойчивости аппарата, а также определить критическое значение амплитуды изгибных колебаний. В результате ученые предложили два типа алгоритмов (амплитудный и фазовый) их демпфирования. Полученные результаты нашли применение при проектировании систем управления спутников связи (серии "Радуга", "Горизонт"), телевещания (серия "Экран") и телекоммуникационных спутников-ретрансляторов "Луч-1" и "Луч-2".

Существенный вклад внес Петров и в создание многоместных пилотируемых кораблей-спутников, автоматических станций, запускаемых к Луне, систем мягкой посадки на нее автоматических аппаратов.

Нельзя не упомянуть и об участии Бориса Николаевича в подготовке первого советско-американского полета "Союз-Аполлон" (1975 г.)*. Над его программой в течение пяти с лишним лет трудились большие коллективы ученых, инженеров, конструкторов двух космических держав. Координацию работ наших специалистов осуществлял Совет "Интеркосмос", и Петров, будучи его председателем, внес большой личный вклад в решение многочисленных организационных и научно-технических проблем совместного полета.

В период создания отечественной многоразовой космической системы "Буран" (начиная с 1973 г.) Борис Николаевич активно участвовал в формировании облика корабля. Но, к сожалению, ему не удалось увидеть единственный полет аппарата в космос (15 ноября 1988 г.) и его спуск на Землю, проходившие в автоматическом режиме под управлением бортового компьютера.

Ученый оставил после себя большое наследие, написав около 200 публицистических и научно-популярных статей по крупным научным проблемам, связанным с развитием автоматики, вычислительной техники, автоматизации эксперимента, программного управления космическими исследованиями. Он поддерживал все новое и перспективное, не раз отмечал важность развития математической или абстрактной теории систем, которая, как он выражался, раздвигает горизонты науки об управлении.

С 1963 г. Петров бессменно занимал пост академика-секретаря Отделения механики и процессов управления АН СССР, а в 1979 - 1980 гг. - вице-президента АН СССР. На этом поприще он много сделал для развития космических программ нашей страны, участвовал в их разработке и обсуждении. Многолетний творческий контакт связывал Бориса Николае-


* См.: Ю. Марков. Россия и США: сотрудничество в космосе. - Наука в России, 2008, N 3 (прим. ред.).

стр. 57

вича с президентом АН СССР (1961 - 1975 гг.) академиком Мстиславом Келдышем.

Под руководством Петрова выросли крупные коллективы специалистов. Созданная им научная школа успешно развивает актуальные проблемы современной теории управления. Многие его ученики защитили диссертации, стали известными учеными и инженерами, возглавляют кафедры, научные и промышленные организации.

Отметим: Бориса Николаевича любили не только ученики, но и учителя. С большой теплотой относились к ученому основатель и первый директор Института автоматики и телемеханики академик Виктор Кулебакин и выдающийся математик, создатель московской научной школы теории функций академик Николай Лузин, в домах которых Петров и члены его семьи были всегда желанными гостями. Сохранилось письмо Лузина от 23 августа 1949 г., в котором он писал Борису Николаевичу: "Не получая от Вас столь долгое время известий, я уже начал думать, что административная жизнь (Петров возглавлял в то время институт. - Прим. авт.) отнесла Вас от научного углубления, и искренне пожалел Вас, ибо администрирование сушит людей и старит их не по годам, тогда как научное и художественное творчество молодит. А ведь Вы - молоды!". Учитель боялся, что его любимый, талантливый ученик отойдет от большой науки, но его опасения были напрасными. Борис Николаевич был выдающимся исследователем, и "административная жизнь" отнюдь не отвлекала его от "научного углубления". При этом он отличался широтой кругозора и осведомленностью во многих областях знаний. Блестяще знал художественную литературу, искусство. В часы отдыха рисовал. К тому же был прекрасным семьянином: с большой нежностью относился к своей жене Ирине Анатольевне - верному его другу и спутнику жизни.

Имя Бориса Николаевича навсегда останется в анналах отечественной науки и космонавтики. В 1980 г. Президиум АН СССР учредил Золотую медаль имени Б. Н. Петрова (с 1993 г. - премия), присуждаемую за выдающиеся работы в области теории и систем автоматического управления, экспериментальных исследований по освоению космического пространства. Одному из научно-исследовательских кораблей АН присвоено имя "Академик Борис Петров". На зданиях Института проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН и Московского авиационного института им. С. Орджоникидзе установлены мемориальные доски.

 

Опубликовано на Порталусе 12 октября 2022 года

Новинки на Порталусе:

Сегодня в трендах top-5


Ваше мнение?




О Порталусе Рейтинг Каталог Авторам Реклама