التأثير التراكمي للأكاديمي لافرينتييف
ميخائيل ألكسيفيتش لافرينتييف
عالم الرياضيات والميكانيكا
بحلول بداية الحرب الوطنية العظمى، كان ميخائيل ألكسيفيتش لافرينتييف بالفعل عالمًا مشهورًا عالميًا. بعض الرياضيات العظيمة والرهيبة من سجل الأكاديمي المستقبلي: "نظرية المجموعات الوصفية"، "نظرية استمرار التماثل"، "نظرية التعيينات شبه المطابقة" وأكثر من ذلك بكثير. لكن لافرينتييف لم يقتصر على الرياضيات النظرية - فجزء كبير من عمله له تطبيقات عملية ملموسة تمامًا. على سبيل المثال، في عام 1934، نشر العالم نظرية أثبت فيها أن الحد الأقصى لقوة الرفع يمتلكها شكل جناح على شكل أقواس دائرية أو قوس جوكوفسكي. بدا وكأنه "مشكلة متطرفة في نظرية التعيينات المطابقة" درس لافرينتييف لبعض الوقت طيران أسئلة في المعهد الهيدروديناميكي المركزي في مجموعة سيرجي تشابليجين. يتذكر العالم فيما بعد:
"من عملي في TsAGI، اكتسبت شخصيًا لنفسي، أولاً، تجربة تطبيق الرياضيات البحتة على المشكلات الهندسية المهمة، وثانيًا، فهم واضح أنه في عملية حل مثل هذه المشكلات تولد أفكار وأساليب جديدة في الرياضيات النظريات نفسها... يمكنك أن تؤكد بأمان أن هذا هو ما جعل بلادنا في المقدمة في مجال تكنولوجيا الطيران.
الأكاديمي المستقبلي ميخائيل ألكسيفيتش لافرينتييف
في منتصف الثلاثينيات، أصبح العالم دكتوراه في العلوم مرتين - أولا في العلوم التقنية، وبعد ذلك في العلوم الفيزيائية والرياضية. تُمنح الدرجات العلمية إلى لافرينتييف دون الدفاع عن أطروحة مبنية على "مجمل المزايا العلمية". في المستقبل، أصبح المزيج الماهر من النظرية الرياضية والنتائج العملية هو الأسلوب المميز لميخائيل ألكسيفيتش. قبل الحرب مباشرة - في عام 30 - تم تعيين لافرينتييف مديرًا لمعهد الرياضيات التابع لأكاديمية العلوم في جمهورية أوكرانيا الاشتراكية السوفياتية في كييف. وفي الوقت نفسه، لا يفقد العالم الاتصال بموسكو ويظل أستاذاً في جامعة موسكو الحكومية.
فرض الإخلاء إلى أوفا مهام عملية بحتة على عالم الرياضيات - الآن لم تكن هناك مشاكل مدنية، جميع المواضيع المتعلقة بصناعة الدفاع. تناول لافرينتييف نظرية الانفجار، وفي المقام الأول النظرية الهيدروديناميكية للتراكم. من الضروري على الفور توضيح أن التأثير التراكمي الذي قلب العلوم العسكرية رأسًا على عقب في الثلاثينيات ليس اكتشاف لافرينتييف. تم اكتشاف هذه الظاهرة في النصف الثاني من القرن التاسع عشر. وفي الوقت الحالي لم يكن هناك تفسير واضح. في الواقع، كان من الصعب للغاية فهم كيف أن تغطية التجويف في مادة متفجرة بغلاف فولاذي وإزالة الشحنة من الجسم المثقوب يزيد من تأثير الاختراق. لكن هذا لم يمنع من استخدام التأثير التراكمي، ولو بشكل محدود، في التعدين. تعود أول براءة اختراع للذخيرة التراكمية إلى عام 30، لكن التكنولوجيا لم تزدهر إلا في الحرب العالمية الثانية. بالنسبة للجزء الأكبر، تم تطوير القذائف التراكمية على البيانات التجريبية - ولم يكن لدى أي دولة في العالم نظرية متماسكة. يكتب لافرينتييف في هذا الصدد:
"على الرغم من أن الألمان قد استخدموا بالفعل القذائف التراكمية المضادة للدبابات في معارك ستالينجراد وتم نسخ هذه القذائف ودراستها في إنجلترا والولايات المتحدة الأمريكية وهنا، إلا أن الفهم الدقيق للأساس المادي لعملهم لم يكن موجودًا قبل عام 1945."
ومع ذلك، فإن البحث النظري لميخائيل ألكسيفيتش يتعلق بالفترة المتأخرة، وفي أوفا كانت تنتظره مهام فنية بحتة. كان التطور الرئيسي هو القنابل التراكمية للطيران. إليكم مقتطف من كتاب يوري إرجين، كاتب سيرة الأكاديمي ورئيس جامعة الباشكير الأول:
"بدلاً من عدة قنابل ثقيلة مضادة للدبابات (PTAB) بوزن مائة كيلوغرام ، أخذت الطائرة الهجومية IL-2 على متنها أربعة أشرطة تحتوي كل منها على 78 قنبلة PTAB ، والتي "رشوا" بها حرفيًا الألمان الدبابات من ارتفاع 25 مترًا، مما يضمن، من ناحية، دقة أكبر لمثل هذه الضربة بالقنابل، ومن ناحية أخرى، السلامة الكاملة للطائرة نفسها، التي لا يمكن إسقاطها بانفجار قنابلها. كان لدى PTABs ميزة عظيمة أخرى. على عكس القنابل الجوية التقليدية المصنوعة من الفولاذ عالي القوة باهظ الثمن مع فتيل معقد، يمكن نظريًا إنتاج PTABs حتى في علبة خشبية. ومن هنا إمكانية إنتاجها ليس في مصانع متخصصة، بل في أكثر الظروف بدائية، كما حدث في أوفا..."
تم إنتاج PTABs الخاصة بـ Lavrentiev في أوفا في Prommetiz artel التي تم إجلاؤها من دنيبروبيتروفسك. تم إجراء التحسين النهائي لتصميم الذخيرة والصمامات AD-A بواسطة إيفان ألكساندروفيتش لاريونوف.
تزن كل قنبلة 2,5 كجم وتخترق ما يصل إلى 70 ملم من الدروع بمدقة تراكمية. كان هذا كافياً لتدمير الدبابات الأكثر حماية في الفيرماخت - لم يكن لدى النمر أكثر من 16 ملم في السقف، وكان النمر 28 ملم. إنها ليست مزحة، فقد اخترع لافرينتييف ذخيرة خارقة للسقف قبل فترة طويلة من انتشارها. لأول مرة، تم استخدام PTABs من UFA في معركة كورسك، وكان لها تأثير جيد للغاية على النازيين - تم تدمير عدة مئات من الدبابات من خلال الضربات الجوية.
هنا في أوفا، يتعامل لافرينتييف مع مجموعة واسعة من المشكلات التي لا تتعلق مباشرة بالتأثيرات التراكمية. يتذكر معاصرو العالم:
"وفي الوقت نفسه، يدرس العلماء المشكلات اللازمة للتمرين على متانة صمامات محركات الطائرات، وأحزمة المقذوفات، والأفكار الجديدة في إنشاء أسلحة… ومن المجالات المهمة الأخرى للميكانيكا … دراسة استقرار حركة الأجسام الصلبة ذات الحشو السائل فيما يتعلق بمشاكل المدفعية.
ومن المثير للاهتمام أنه حتى في ظروف الإخلاء الصعبة، لم يتخل لافرينتييف عن الرياضيات ونشر عملاً عن "إمكانية حل مشكلة الموجات الانفرادية على سطح السائل المثالي" لكن القوى الرئيسية، بالطبع، كانت مهتمة بقضايا الدفاع.
النظرية التراكمية
في أوفا، بدأ لافرينتييف العمل على النظرية الهيدروديناميكية للانفجار التراكمي، واستمر في موسكو وكييف منذ عام 1944. كان هذا موضوعًا سريًا للغاية - ظهرت أول المنشورات المفتوحة في الصحافة العالمية فقط في عام 1948. في منتصف الأربعينيات، كانت هناك نظريتان تشرحان التأثير التراكمي - مخطط حرق الدروع ومخطط التشظي. وفقا للأول، فإن الدرع مثقوب بتيار غاز، والثاني يعني ضمنا انهيار الغبار المعدني الساخن. أثبت لافرينتييف تجريبيًا عدم اتساق كلا النهجين واقترح نظرية النفاثات السائلة كتفسير. للقيام بذلك، من الضروري أن نفترض أن البطانة النحاسية للقذيفة التراكمية والدروع هي في الأساس سوائل غير قابلة للضغط، وإن كانت لزجة للغاية. افترض لافرينتييف نموذجًا ديناميكيًا لسائل غير قابل للضغط، واتضح أنه يفسر بشكل مثير للدهشة فيزياء الانفجار التراكمي بالكامل. لكن البعض وجد الأمر مضحكا. يتذكر ميخائيل ألكسيفيتش:
"إن فكرة أن المعدن يتصرف كالسائل قد وصفها الكثيرون بأنها فكرة سخيفة. أتذكر أن خطابي الأول حول هذا الموضوع في أكاديمية علوم المدفعية قوبل بالضحك... وقد أيد إم في كيلديش وإل آي سيدوف التفسير الهيدروديناميكي لظاهرة التراكم.
تمكن لافرينتييف من إثبات صحة النظرية عمليا في قرية فيوفانيا، على بعد 20 كم من كييف، في 1944-1946. كما ذكر المؤلف لاحقًا، فإن منصب نائب رئيس أكاديمية العلوم في جمهورية أوكرانيا الاشتراكية السوفياتية جعل من الممكن البدء بسرعة في العمل في مختبر المتفجرات. كان علي أن أفعل الكثير حرفيًا على ركبتي. على سبيل المثال، قام سائق لافرينتييف بتصنيع مداخل معدنية للمتفجرات. ألقى لافرينتييف الشحنات على موقد كهربائي وضغط المتفجرات على آلة تجليد الكتب العادية. يكتب لافرينتييف عن تلك الأيام:
"أدت الصعوبات المتعلقة بالمواد أحيانًا إلى نتائج غير متوقعة تمامًا. عندما كشفت الحسابات التقريبية عن عدد من خصائص الانفجار التراكمي، أردت إجراء تجارب في أقرب وقت ممكن من شأنها أن تؤكد النظرية في النهاية. كان من الضروري إخراج مخروط نحاسي على وجه السرعة، ولكن، لحسن الحظ، لم تكن هناك أسطوانات نحاسية ضرورية يمكن صنعها منها. وجد N. M. Sytyy طريقة غير عادية للخروج: فأخذ حزمة من الأسلاك النحاسية، ولفها في سلك تفجير وفجرها. بعد الانفجار، حصلنا على الأسطوانة المطلوبة، والتي صنع منها إيديك ويرث عدة مخاريط. لقد أكدت التجارب التي تم إجراؤها النظرية تمامًا، وشرحت النظرية جميع التأثيرات المتناقضة للانفجار التراكمي.
في عام 1949، حصل ميخائيل ألكسيفيتش على جائزة الدولة عن نظرية الانفجار التراكمي.
في مقالته الشهيرة "الشحنة التراكمية ومبدأ عملها" عام 1957، يصف لافرينتييف بشكل فريد آليات الانفجار. وهكذا فإن المخروط التراكمي بعد ضغطه بالانفجار وسماكة الجدران،
"يندفع للأمام بنفس الطريقة التي يمكن ملاحظتها عندما تتدفق مياه البحر إلى خليج على شكل إسفين."
يُطلق على المدقة التراكمية اسم السلك الذي يعمل على الدرع بضغط يصل إلى مليون ضغط جوي، مما يتسبب في انتشار الأخير ببساطة.
مرة أخرى يجدر التأكيد على اتساع موهبة ميخائيل ألكسيفيتش. كانت النظرية التراكمية بعيدة كل البعد عن الإنجاز الرئيسي لحياته العلمية. ولم يعيش العالم بالرياضيات الجافة وحدها. كان لافرينتييف مهتمًا ببناء النماذج الرياضية للظواهر الطبيعية. وقد أعرب عن عدد من الفرضيات المثيرة للاهتمام حول خصوصيات انتشار أمواج تسونامي، وعن غابة نوفوروسيسك، وعن طرق حركة الثعابين والأسماك، وعن آليات تكوين أمواج الرياح وعن تخميد هذه الأمواج بالمطر. بالمناسبة، في نوفوسيبيرسك أكاديميغورودوك، الذي تم بناؤه تحت القيادة الصارمة للأكاديمي، كان أول معهد للبحوث التشغيلية هو معهد الهيدروديناميكية. وهي حاليًا إحدى المؤسسات العلمية الرئيسية في البلاد التي تتعامل مع مشكلات فيزياء الانفجارات. الاسم الحديث والكامل للمؤسسة هو معهد الهيدروديناميكية الذي سمي باسمه. M. A. Lavrentiev SB RAS.
بعد الحرب، لم يتخل لافرينتييف عن أبحاث الدفاع التطبيقية. وفي عام 1950، درس آثار الموجات الانفجارية على السفن البحرية وطرق إزالة الألغام المتفجرة من الموانئ. في عام 1953، بدأ ساروف في تطوير قذيفة مدفعية ذرية - بحلول ذلك الوقت كان الاتحاد السوفيتي متخلفا عن الولايات المتحدة في هذا الموضوع. بعد ثلاث سنوات، يظهر سلاح بشحنة نووية يعتمد على آلية الانفجار الداخلي. من الناحية التخطيطية، كانت قذيفة لافرينتييف تشبه بطيخة من آسيا الوسطى مخبأة داخل علبة الذخيرة.
توفي ميخائيل ألكسيفيتش عام 1980 عن عمر يناهز 79 عامًا، تاركًا وراءه تراثًا علميًا وتقنيًا ضخمًا وجيشًا كاملاً من الطلاب. احتلت المشاكل الدفاعية التي حلها لافرينتييف جزءًا مهمًا من حياة العالم، لكنها لم تكن الوحيدة. كان الإبداع الرئيسي للأكاديمي هو Novosibirsk Akademgorodok، لكن هذا مختلف تمامًا تاريخ.
معلومات