Исследования в области радиолокации проводились в СССР с 1932г. В 1936 году РЛС «Буря» засекала самолёт с расстояния 10 километров. На вооружение РККА серийные РЛС (РУС-1. РУС-2) были приняты уже в 1939г. Они сыграли большую роль при отражении вражеских налетов на Москву в 1941г. и неплохо справлялись со своими задачами при дальности обнаружения летящего объекта на расстоянии до 150 км.
Однако окончание второй мировой войны принесло новые вызовы. В августе 1945г. смертоносные атомные бомбы были сброшены на Японию американскими бомбардировщиками. Планы ядерной войны разрабатывались в США и против СССР. В этих условиях задачи ПВО также выходили на новый уровень. В 1946 г. в СССР был принят государственный план развития важнейших радиолокационных разработок с четкой специализацией научно-исследовательских предприятий, привлекаемых к этим разработкам. В этих исследованиях сыграли заметную роль ученые физфака МГУ.
Заведующий кафедрой математики на физфаке Андрей Николаевич Тихонов занимался с 1948г. методом решения системой обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих модель атомного взрыва.
Однако ещё раньше Тихонов занялся - с 1946г, казалось бы, не такой громкой темой как возбуждение электромагнитных колебаний в радиоволноводах. Радиоволновод - это направляющая система (диэлектрический (металлический) канал) в радиолокационных и др. станциях для передачи энергии от передатчика в передающую антенну, от приёмной антенны к радиоприёмнику. В диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) передача энергии осуществляется именно по волноводам.
Ученые, конечно, знали, что математический аппарат для расчета волноводов ещё не разработан. Отсутствуют надежные методы однозначного решения волнового уравнения в неограниченной области, какую из себя представляет наш космический универсум во всем своем многообразии. В этом многообразии волновод - в постановке задачи Тихоновым - рассматривается как бесконечная система - бесконечная труба, которая не совпадает со всем "миром". Справедливость этого допущения советских ученых определялась малым размером радиоволны по отношению к реальной физической длине канала.
"Публикаций по теории волноводов было очень мало. Особенно остро ощущался пробел в теории возбуждения радиоволноводов." (А.С.Ильинский)
Теория создания в волноводе высокочастотного электромагнитного поля, конечно, опирается на фундаментальные выводы Максвелла. Тихонов и Самарский рассмотрели суперпозицию электрического и магнитного типа волн для волновода так, что была показана возможность перехода от тяжелых уравнений Максвелла к стационарному волновому уравнению. В электродинамике оно принимает относительно простое выражение уравнения Гельмгольца.
Из школьного курса всем известно, что для нахождения неизвестной в системе уравнений необходимо иметь некоторые известные величины. Не исключение в таком поиске и волновое уравнение. Для решения дифференциального уравнения Гельмгольца известные величины вводятся с помощью так называемых условий излучения Зоммерфельда. Условия излучения вошли в научный оборот ещё в 1912 году, но волноводами тогда не занимались. А для них как раз условия Зоммерфельда не работали.
А.Н.Тихонов совместно со своим аспирантом А.А.Самарским в 1948г. сформулировал "принцип предельной амплитуды", открывший дорогу к решению краевой задачи об установившихся колебаниях в волноводе.
Параллельно ученый дал среди тем на выбор для курсовой (в 1947г.) студенту третьего курса Алексею Свешникову дифракцию и посоветовал рассмотреть принцип "предельного поглощения" применительно к волноводам. Сама формулировка принципа предельного поглощения - введение в волновое уравнение бесконечно малого комплексного поглощения - была дана профессором В.С. Игнатовским (1875-1942) в начале 20-ого века - ещё до публикации условий Зоммерфельда. Но подробно этой темой в мире науки не занимались.
Условия Зоммерфельда верны для сферических волн, распространяющихся во всем пространстве, по всему "миру". Для наглядности можно представить постоянно надуваемый нелопающийся воздушный шар или даже расширяющуюся во всю сторону вселенную. Казус скрывается в самой по себе математике Гельмгольца, которой, скажем так, безразлично, где находится центр Вселенной. Для направляющей системы, какой является волновод, нужно было найти решение этой проблемы, раз им не снабдил радиолокацию и связь СВЧ Зоммерфельд.
До сих пор мы по умолчанию рассматривали систему, в которой волна распространялась во все стороны или по цилиндрическому волноводу без энергетических потерь. Принцип предельного поглощения допускает превращение энергии волны в другие виды энергии в результате взаимодействия с окружающей средой. Вследствие этого возникает ситуация, когда на бесконечности - рано или поздно - волна обращается в ноль, что фиксируется в соответствующем уравнении.
С другой стороны, в решениях фиксировалась нереальная с точки зрения физики ситуация, когда процесс поглощения средой энергии волны прокручивался как бесконечная кинопленка в обратную сторону. Энергия волны от нуля устремлялась в бесконечно большие величины - как бы назад в прошлое. Это нереальное физически решение ученым отбрасывалось. В свою очередь, работающее в правильном направлении выражение подвергалось изящной манипуляции - эффект поглощения энергии волны устремлялся к нулю. Ситуация возвращалась на круги своя. Краевая задача в итоге использования такого алгоритма обретала свое единственное решение.
"Принцип предельного поглощения основан на том физическом факте, что при отсутствии источников на бесконечности при наличии в среде даже малого поглощения могут существовать только уходящие волны." (А.Г.Свешников)
Таким был первый шаг Алексея Георгиевича Свешникова в науке.
Первые работы А.Г.Свешникова
О принципе излучения, ДАН 75, № 5 (1950), 917—920.
Принцип предельного поглощения для волновода, ДАН 80, № 3 (1951), 341-344
Принцип предельного поглощения для метагармонического уравнения, ДАН 86, № 2 (1952), 231—234
Кандидатская диссертация «Принципы излучения и единственность решения задач дифракции» Алексея Свешникова защищалась в 1953 г.
военная биография А.Г.Свешникова здесь
Продолжение научной биографии здесь
Очерк включен в подборку Связь.Технологии. Смотрите уникальные материалы в блоге Друг Истории
Признателен за поддержку! Чтобы поддержать автора, ставьте пожалуйста лайки и подписывайтесь на канал исторической аналитики.
Душин Олег, журнал Друг Истории, анонсы публикаций также - Tелеграмм канал Друг Истории.