Интегратор Лукьянова: как в Советском Союзе научились решать дифференциальные уравнения водой

История столь впечатляющего изобретения берет начало в далеких 1920-х годах, когда молодой специалист, выпускник строительного факультета МИИПС Владимир Лукьянов был направлен на масштабный строительный объект - возведение железнодорожного полотна Троицк-Орск и Карталы-Магнитная (сегодня - Магнитогорск). Там он столкнулся с проблемой медленного и недостаточного качества ведения работ: строители в качестве инструментов получали только лопаты, кирки и тачки, то есть никакой серьезной техники предусмотрено не было. Кроме того, все работы с бетоном проводились исключительно летом, но и это не спасало от регулярного появления трещин.

В поисках решения проблемы трещин в бетоне, Лукьянов выдвинул предположение о том, что их происхождение связано с температурным режимом в кладке. Ученая среда без энтузиазма отнеслась к данной гипотезе, однако молодого ученого это не остановило. В скором времени он понял, что распределение потоков тепла рассчитываются с помощью сложных соотношений температуры и свойств бетона, которые претерпевают трансформации с течением времени. В свою очередь, эти соотношения выражаются в виде так называемых дифференциальных уравнений в частных производных.

Вот только на момент своих поисков, в конце 1920-х годов не существовало достаточно быстрых и качественных методов для произведения расчетов такого рода. Тогда Лукьянов сам берется за решение поставленной перед собой проблемы. Для этого он обращается к трудам выдающихся ученых прошлых лет: академиков А. Н. Крылова - создателя интегратора для решения обыкновенных дифференциальных уравнений 4-го порядка., Н. Н. Павловского, специалиста в вопросах гидравлики и М. В. Кирпичева - специалиста в теплотехнике. Сумев правильно синтезировать отдельные идеи своих предшественников, Лукьянов, наконец, находит вероятный механизм решения этой сложной задачи.

Только в 1936 году ученому удалось собрать устройство, вошедшее в историю как «Гидравлический интегратор Лукьянова». По факту, это изобретение является первой в мире вычислительной машиной для решения дифференциальных уравнений в частных производных. Но впечатляет интегратор не столько этим первенством, сколько тем, что все математические вычисления она производит с помощью...течения воды.

Всего было спроектировано три модели этих машин, каждая из который была приспособлена к решению одномерных, двухмерных и трехмерных задач соответсвенно. Постепенно интегратор Лукьянова завоевал популярность и стал поставляться не только по союзным республикам, но и в страны Варшавского договора - Чехословакию, Польшу, Болгарию и даже Китай.

Устройство оказалось не только эффективным, но и простым в применении, а также относительно недорогими в производстве. Поэтому использовались интеграторы Лукьянова довольно широко - шахтостроении, геологии, строительной теплофизике, металлургии, ракетостроении. В частности, к их помощи прибегали во время научных исследований в поселке «Мирный», расчетов при проектировании Каракумского канала и Байкало-Амурской магистрали.

Даже появишивиеся через какое-то время ЭВМ далеко не сразу смогли потеснить гидрввлический интегратор. Первое и второе поколение советских компьютеров проигрывало изобретению Лукьянова в эффективности работы, так как обладали малым объемом памяти и отличались невысокой производительностью, ограниченным набором периферийного оборудования, слабо развитым программным обеспечением. Только в начале 1980-х годов интеграторы стали стесняться ЭВМ нового поколения, обладающими меньшими габаритами, большим объемом памяти и быстродействием.