Dobesedno šele zdaj sem izvedel za popolnoma neverjetno napravo - vodni računalnik. Lukyanov hidravlični integrator - prvi računalniški stroj na svetu za reševanje delnih diferencialnih enačb - je bil pol stoletja edino računalniško sredstvo, povezano s široko paleto problemov matematične fizike.
Leta 1936 je ustvaril računski stroj, na katerem so vse matematične operacije izvajale s tekočo vodo. Ste že slišali za to?
Prvi hidrointegrator IG-1 je bil zasnovan za reševanje najbolj preprostih - enodimenzionalnih problemov. Leta 1941 je bil zasnovan dvodimenzionalni hidravlični integrator v obliki ločenih odsekov. Nato je bil integrator spremenjen za reševanje tridimenzionalnih problemov.
Po organizaciji množične proizvodnje so integratorje začeli izvažati v tujino: na Češkoslovaško, Poljsko, Bolgarijo in Kitajsko. A največjo distribucijo so dobili pri nas. Z njihovo pomočjo so bile v naselju Mirny izvedene znanstvene raziskave, izračuni projekta Karakumskega kanala in proge Baikal-Amur. Hidrointegratorji se uspešno uporabljajo v rudarstvu, geologiji, gradbeni termalni fiziki, metalurgiji, raketarstvu in mnogih drugih področjih.
Prvi digitalni elektronski računalniki (DECM), ki so se pojavili v zgodnjih 50. letih, niso mogli konkurirati "vodnemu" stroju. Glavne prednosti hidrointegratorja so jasnost postopka računanja, enostavnost načrtovanja in programiranja. Računalniki prve in druge generacije so bili dragi, imeli so nizke zmogljivosti, majhno velikost pomnilnika, omejen nabor periferne opreme, slabo razvito programsko opremo in zahtevajo kvalificirano vzdrževanje. Zlasti težave z večno zmrzaljo je bilo enostavno in hitro rešiti na hidrointegratorju, na računalniku pa - z velikimi težavami. Sredi sedemdesetih let prejšnjega stoletja so hidravlične integratorje uporabljali v 115 industrijskih, znanstvenih in izobraževalnih organizacijah, ki se nahajajo v 40 mestih naše države. Šele v začetku 80. let so majhni, poceni,z digitalnimi računalniki z visoko hitrostjo in pomnilnikom, ki v celoti pokrivajo zmogljivosti hidrointegratorja.
In še malo za tiste, ki jih podrobnosti zanimajo.
Promocijski video:
Ustvarjanje hidrointegratorja je narekovalo zapleteno inženirsko težavo, s katero se je v prvem letu dela spopadel mladi specialist V. Lukyanov.
Po diplomi na moskovskem inštitutu železniških inženirjev (MIIT) je bil Lukyanov poslan na gradnjo železnic Troitsk-Orsk in Kartaly-Magnitnaya (zdaj Magnitogorsk).
V dvajsetih in tridesetih letih prejšnjega stoletja je bila gradnja železnic počasna. Glavna delovna orodja so bila lopata, pikapolonica in samokolnica, izkopi in betoniranje pa so se izvajali šele poleti. Toda kakovost dela je še vedno ostala nizka, pojavile so se razpoke - nadloga armiranobetonskih konstrukcij.
Lukyanov se je začel zanimati za vzroke razpok betona. Njegova domneva o njihovem temperaturnem izvoru se strokovnjaki srečuje s skepticizmom. Mladi inženir začne raziskovati temperaturne režime betonskega zidanja, odvisno od sestave betona, uporabljenega cementa, tehnologije dela in zunanjih pogojev. Porazdelitev toplotnih tokov opisuje zapleteno razmerje med temperaturnimi in betonskimi lastnostmi, ki se sčasoma spreminjajo. Ti odnosi so izraženi s tako imenovanimi delnimi diferencialnimi enačbami. Vendar metode izračuna, ki so obstajale v tistem času (1928), niso mogle dati hitre in natančne rešitve.
V iskanju načinov za rešitev problema se Lukyanov obrne na dela matematikov in inženirjev. Pravo smer najde v delih izjemnih ruskih znanstvenikov - akademikov A. N. Krilova, N. N. Pavlovskega in M. V. Kirpičeva.
Ladjedelski inženir, mehanik, fizik in matematik akademik Aleksej Nikolajevič Krilov (1863-1945) je konec leta 1910 zgradil edinstven mehanski analogni računalniški stroj - diferencialni integrator za reševanje navadnih diferencialnih enačb 4. reda.
Akademik Nikolaj Nikolajevič Pavlovski (1884-1937) se je ukvarjal s hidravliko. Leta 1918 je dokazal možnost zamenjave enega fizičnega procesa z drugim, če jih opisuje enaka enačba (načelo analogije pri modeliranju).
Akademik Mihail Viktorovič Kirpičev (1879–1955) - specialist s področja toplotne tehnike, je razvil teorijo modeliranja procesov v industrijskih napravah - metodo lokalnega toplotnega modeliranja. Metoda je omogočila reprodukcijo pojavov, opaženih v velikih industrijskih objektih v laboratorijskih pogojih.
Lukyanov je uspel posplošiti ideje velikih znanstvenikov: model je najvišja stopnja vizualizacije matematične resnice. Ko je opravil raziskave in se prepričal, da sta zakonitosti pretoka vode in širjenja toplote v veliki meri podobna, je sklenil, da lahko voda deluje kot model toplotnega procesa. Leta 1934 je Lukyanov predlagal popolnoma novo metodo mehanizacije izračunov nestabilnih procesov - metodo hidravličnih analogij, leto kasneje pa je ustvaril toplotni hidravlični model, da bi demonstriral metodo. Ta primitivna naprava, izdelana iz strešnega železa, pločevine in steklenih cevi, je uspešno rešila problem preučevanja temperaturnih razmer betona.
Njegova glavna enota so bila navpična glavna plovila določene zmogljivosti, ki so med seboj povezana s cevmi s spremenljivim hidravličnim uporom in povezana s premičnimi plovili. Dvignili in spuščali so spreminjali pritisk vode v glavnih posodah. Začetek ali ustavitev postopka izračuna so izvedli žerjavi s splošnim nadzorom.
Leta 1936 je začel delovati prvi računalniški stroj na svetu za reševanje delnih diferencialnih enačb, Lukyanov hidravlični integrator.
Za rešitev težave na hidrointegratorju je bilo potrebno:
1) pripravi načrt zasnove študiranega procesa;
2) na podlagi tega diagrama povežite posode, določite in izberite vrednosti hidravličnega upora cevi;
3) izračunamo začetne vrednosti zahtevane vrednosti;
4) narišite graf sprememb zunanjih pogojev modeliranega procesa.
Po tem so bile postavljene začetne vrednosti: glavne in premične posode z zaprtimi pipami so bile napolnjene z vodo do izračunanih nivojev in označene na grafičnem papirju, pritrjenem za piezometre (merilne cevi) - dobila se je nekakšna krivulja. Nato so se hkrati odprli vsi pipi in raziskovalec je spreminjal višino premičnih posod v skladu z razporedom sprememb zunanjih pogojev simuliranega procesa. V tem primeru se je tlak vode v glavnih posodah spreminjal po istem zakonu kot temperatura. Ravni tekočine v piezometrih so se spremenile, ob pravem času so se pipe dokončno zaustavile in novi položaji nivojev so bili označeni na grafičnem papirju. Na podlagi teh oznak je bil zgrajen graf, ki je bil rešitev problema.
Zmogljivosti hidrointegratorja so se izkazale za nenavadno široke in obetavne. Leta 1938 je V. S. Luk'yanov ustanovil laboratorij hidravličnih analogij, ki je kmalu postal osnovna organizacija za uvajanje metode v nacionalno gospodarstvo države. Štirideset let je ostal vodja tega laboratorija.
Glavni pogoj za široko uporabo metode hidravlične analogije je bila izboljšava hidravličnega integratorja. Izdelava zasnove, ki je pri praktični uporabi primerna, je omogočala reševanje problemov različnih vrst - enodimenzionalnih, dvodimenzionalnih in tridimenzionalnih. Na primer, pretok vode v pravokotnih mejah je enodimenzionalen pretok. Dvodimenzionalno gibanje opazimo na območjih velikih rečnih ovinkov, v bližini otokov in polotokov, podzemna voda pa se širi v treh dimenzijah.
Prvi hidrointegrator IG-1 je bil zasnovan za reševanje najbolj preprostih - enodimenzionalnih - nalog. Leta 1941 je bil zasnovan dvodimenzionalni hidravlični integrator v obliki ločenih odsekov.
Leta 1949 je bil z odredbo Sveta ministrov ZSSR v Moskvi ustanovljen poseben inštitut "NIISCHETMASH", za katerega sta bila pridobljena izbira in priprava na serijsko proizvodnjo novih modelov računalniške tehnologije. Eden prvih takih strojev je bil hidrointegrator. Inštitut je šest let razvil novo zasnovo le-te iz standardnih enotnih blokov, v obratu za računanje in analitične stroje v Rjazanu pa so začeli njihovo serijsko proizvodnjo s tovarniško blagovno znamko IGL (Lukyanov hidravlični integrator). Pred tem so v moskovski tovarni računskih in analitičnih strojev (CAM) zgradili enojne hidravlične integratorje. Med proizvodnim procesom so bili razdelki spremenjeni za reševanje tridimenzionalnih problemov.
Leta 1951 je V. S. Lukyanov prejel državno nagrado za ustanovitev družine hidrointegratorjev.
Po organizaciji množične proizvodnje so integratorje začeli izvažati v tujino: na Češkoslovaško, Poljsko, Bolgarijo in Kitajsko. A največjo distribucijo so dobili pri nas. Z njihovo pomočjo so bile v naselju Mirny izvedene znanstvene raziskave, izračuni projekta Karakumskega kanala in proge Baikal-Amur. Hidrointegratorji se uspešno uporabljajo v rudarstvu, geologiji, gradbeni termalni fiziki, metalurgiji, raketarstvu in mnogih drugih področjih.
Učinkovitost metode hidravličnih analogij pri izdelavi armiranobetonskih blokov prve hidroelektrarne na svetu iz montažnega betona - Saratovske hidroelektrarne im. Lenin Komsomol (1956-1970). Bilo je potrebno razviti tehnologijo izdelave za približno tri tisoč ogromnih blokov, ki tehtajo do 200 ton. Bloki so morali hitro dozoreti, ne da bi se razpoknili po proizvodni liniji v vseh letnih časih in jih takoj namestiti na svoje mesto. Zelo zapleteni izračuni temperaturnega režima, ki upoštevajo nenehno spreminjanje lastnosti utrjevalnega betona in pogojev električnega ogrevanja, so bili izvedeni pravočasno in v potrebnem volumnu samo zahvaljujoč Lukyanovim hidrointegratorjem. Teoretični izračuni v kombinaciji s preskusi na pilotnem mestu in v proizvodnji so omogočili, da se izoblikuje tehnologija izdelave blokov brezhibne kakovosti.
Prvi digitalni elektronski računalniki (DECM), ki so se pojavili v zgodnjih 50. letih, niso mogli konkurirati "vodnemu" stroju. Glavne prednosti hidrointegratorja so jasnost postopka računanja, enostavnost načrtovanja in programiranja. Računalniki prve in druge generacije so bili dragi, imeli so nizke zmogljivosti, majhno velikost pomnilnika, omejen nabor periferne opreme, slabo razvito programsko opremo in zahtevajo kvalificirano vzdrževanje. Zlasti težave z večno zmrzaljo je bilo enostavno in hitro rešiti na hidrointegratorju, na računalniku pa - z velikimi težavami. Poleg tega je predhodna uporaba metode hidravličnih analogij pomagala oblikovati težavo, predlagati način računalniškega programiranja in celo nadzirati, da bi se izognili velikim napakam. Sredi sedemdesetih let prejšnjega stoletja so hidravlične integratorje uporabljali v 115 industrijskih, znanstvenih in izobraževalnih organizacijah, ki se nahajajo v 40 mestih naše države. Šele na začetku 80-ih so se pojavili majhni poceni digitalni računalniki z veliko hitrostjo in pomnilniško zmogljivostjo, ki so popolnoma prekrivali zmogljivosti hidrointegratorja.
V zbirki analognih strojev Politehničnega muzeja v Moskvi sta predstavljena dva Lukyanova hidrointegratorja. To so redki eksponati velike zgodovinske vrednosti, spomeniki znanosti in tehnike. Izvirne računalniške naprave obiskovalcem nenehno zanimajo in sodijo med najdragocenejše eksponate v oddelku za računalništvo.