Параллели в науке и жизни: Лебедев и Брук
Смолевицкая Марина, старший научный сотрудник отдела «История науки и техники» Политехнического музея, куратор коллекций вычислительной техники
Политехнический музей обладает уникальной коллекцией электронных вычислительных машин (ЭВМ), и в собрание «Электронные цифровые вычислительные машины» входит тринадцать личных документальных фондов основоположников развития отечественной вычислительной техники. Среди них есть и личные фонды академика Сергея Алексеевича Лебедева и члена-корреспондента АН СССР Исаака Семеновича Брука, образованные благодаря сотрудничеству Политехнического музея с дочерью Лебедева — Н. С. Лебедевой — и продолжателем дела Брука, директором Научно-исследовательского института вычислительных комплексов в 1983–1988 гг. Ю. В. Рогачевым. Именно на информации из этих фондов основана наша статья.
Сергей Алексеевич Лебедев (рис. 1) родился 2 ноября (20 октября по старому стилю) 1902 г. в Нижнем Новгороде в семье служащего земства, впоследствии ставшего издателем диапозитивов для «волшебного фонаря» и деятелем в области педагогики. В том же году 9 ноября (27 октября по старому стилю) в Минске родился Исаак Семенович Брук (рис. 2) — в семье служащего табачной фабрики.
Рис. 1. С. А. Лебедев (1902–1974)
Рис. 2. И. С. Брук (1902–1974)
Сестра Лебедева Татьяна Маврина стала известной художницей и получила международную премию им. Г. Х. Андерсена за иллюстрации к детским книгам, а сестра Брука Мирра стала первым кандидатом искусствоведения в Московской консерватории им. П. И. Чайковского. Обе женщины оставили воспоминания о своих братьях, и именно благодаря им мы знаем о некоторых событиях детской и юношеской жизни двух ученых.
Высшее образование Лебедев и Брук получили в Московском высшем техническом училище им. Н. Э. Баумана на электротехническом факультете. Темой дипломной работы Лебедева стала устойчивость параллельной работы электростанций, а диплом Брука был посвящен новым способам регулирования асинхронных двигателей.
Свой трудовой путь оба ученых начали во Всесоюзном электротехническом институте им. В. И. Ленина (ВЭИ). Лебедев работал в этом институте в 1928–1947 гг., а Брук — в 1925–1930 гг.
В 1930–1935 гг. Брук работал на Харьковском электротехническом заводе, где под его руководством были разработаны и построены несколько электрических машин новой конструкции, в том числе взрывобезопасные асинхронные двигатели.
В то же время Лебедев продолжал работать в ВЭИ и в 1930 г. организовал там лабораторию электрических сетей. В 1933 г. вышла его монография, написанная совместно с П. С. Ждановым, — «Устойчивость параллельной работы электрических систем». С ним же Лебедев разработал теорию переходных процессов в синхронных машинах, получившую название «уравнения Лебедева — Жданова».
Кроме того, Лебедев занимался математическим моделированием энергосистем с помощью аналоговых вычислительных машин, что позволяло имитировать асимметричные нагрузки в них и создавать регуляторы устойчивости. В ВЭИ были изготовлены модели оригинальной конструкции с высокой степенью автоматизации при выполнении расчетов (рис. 3), введеные в эксплуатацию в тресте «Теплоэлектропроект» (Москва) и энергосистеме «Уралэнерго» (Свердловск). До появления ЭВМ такие модели служили основным средством анализа и оптимизации режимов работы сложных электроэнергетических систем.
Рис. 3. Электромоделирующее устройство — аналоговая вычислительная машина
В октябре 1935 г. Высшая аттестационная комиссия присвоила Лебедеву звание профессора кафедры «Электрические станции и сети», и через год он возглавил отдел автоматики ВЭИ. В этом отделе занимались проблемой управления энергетическими системами и созданием анализаторов для решения дифференциальных уравнений.
Брук же в 1935 г. возвратился в Москву и организовал в Энергетическом институте АН СССР (ЭНИН) лабораторию, в которой начал исследования в области расчетов мощных энергетических систем (рис. 4). Для моделирования таких систем он создал расчетный стол переменного тока — аналоговую вычислительную машину. За эту работу в мае 1936 г. Бруку была присвоена ученая степень кандидата технических наук без защиты диссертации. А уже в октябре того же года он защитил докторскую диссертацию на тему «Продольная компенсация линий электропередач».
Рис. 4. Брук на фоне механического анализатора в лаборатории ЭНИН (1939 г.)
Не имея степени кандидата технических наук, Лебедев тоже защитил докторскую диссертацию в ЭНИН в 1939 г. — по теории искусственной устойчивости энергосистем. А Брук в январе 1939 г. был избран членом-корреспондентом АН СССР по отделению технических наук по специальности «Энергетика, электротехника». В том же году он на заседании Президиума АН СССР сделал доклад о созданном под его руководством механическом интеграторе для решения дифференциальных уравнений до 6-го порядка.
Еще в самом начале Великой Отечественной войны Лебедев и Брук переключились на военную тематику в своей научной деятельности. ВЭИ был эвакуирован в Свердловск (в настоящее время Екатеринбург), и в 1941–1946 гг. Лебедев занимался разработкой и созданием управляемых самонаводящихся торпед, а также системы стабилизации танкового орудия при прицеливании. ЭНИН был эвакуирован в Казань, и сотрудники института много сделали не только для военного оснащения, но и для совершенствования энергетической системы этого города. Брук в 1941–1945 гг. работал над системами управления зенитным огнем и синхронизатором авиационной пушки, которая стреляла через вращающийся пропеллер. За свои достижения в 1947 г. он был избран действительным членом Академии артиллерийских наук.
В послевоенные годы в ЭНИН под руководством Брука проводились исследования статической устойчивости энергосистем, разрабатывалась аппаратура регулирования частоты и активной мощности для крупнейших электростанций страны, а также был создан электронный дифференциальный анализатор, позволявший интегрировать уравнения до 20-го порядка.
12 февраля 1945 г. Лебедев был избран действительным членом АН УССР, а в мае 1946 г. назначен директором Института энергетики АН УССР. Летом 1946 г. он вместе с семьей переехал в Киев. В июне 1947 г. Лебедев стал членом Президиума АН УССР. На тот момент он уже был директором Института электротехники АН УССР (занимал эту должность с мая 1947 г. до конца 1951 г.). В 1950 г. ему (совместно с Л. В. Цукерником) была присуждена Государственная премия СССР за создание электромагнитно-полупроводниковых устройств компаундирования синхронных машин.
В конце 1947 г. Лебедев создал в Институте электротехники лабораторию по моделированию и регулированию и спустя почти год закончил разработку основных принципов построения ЭВМ. К концу 1948 г. лаборатория получила необходимое финансирование и была обеспечена кадрами. Под Киевом, в Феофании, Лебедев при помощи академика М. А. Лаврентьева развернул работы по созданию малой электронной счетной машины (МЭСМ). Команда Лебедева разработала запоминающее устройство и другие основные компоненты машины, а также ее общую компоновку (1949 г.). В первой половине 1950 г. были изготовлены все блоки МЭСМ и началась их отладка во взаимосвязи. 6 ноября 1950 г. состоялся первый пробный пуск макета машины (рис. 5), а 5 января 1951 г. макет машины демонстрировался приемной комиссии. Комиссия составила акт об окончании разработки, изготовления и наладки макета МЭСМ (рис. 6).
Рис. 5. МЭСМ Лебедева (первоначально макет электронной счетной машины)
Рис. 6. Акт фиксирования работ по макету счетно-электронной машины, выполненной Лабораторией моделирования и регулирования Института электротехники АН УССР, г. Киев, 5 января 1951 г.
В то же время Брук, решая задачи в области электроэнергетики с помощью аналоговой вычислительной техники, пришел к выводу о необходимости создания электронных цифровых вычислительных машин и их применения для получения необходимой точности вычислений. С 1947 г. он вместе с инженером Б. И. Рамеевым отправлял заявки на изобретения различных отдельных устройств ЭВМ. В 1948 г. они составили проект о принципах действия ЭВМ. Первое в СССР авторское свидетельство на изобретение автоматической цифровой вычислительной машины было получено Бруком и Рамеевым 4 декабря 1948 г. (приоритет, выдано 16 февраля 1950 г.).
22 апреля 1950 г. вышло постановление Президиума АН СССР о начале разработки М-1 в лаборатории электросистем ЭНИН. Эту малогабаритную электронную автоматическую цифровую машину (с хранимой программой) в 1950–1951 гг. создала команда из семи дипломников Московского энергетического института под руководством Брука (рис. 7). 15 декабря 1951 г. научно-технический отчет «Автоматическая цифровая вычислительная машина [М-1]» был утвержден директором ЭНИН АН СССР академиком Г. М. Кржижановским (рис. 8), а в начале 1952 г. М-1 была запущена в опытную эксплуатацию. Машина имела двухадресную систему команд (вместо казавшейся тогда естественной трехадресной) и память 512 25-разрядных двоичных чисел, реализованную на магнитном барабане. Первые задачи на М-1 решал академик С. Л. Соболев, в то время заместитель академика И. В. Курчатова, директора Института атомной энергии.
Рис. 7. Автоматическая цифровая вычислительная машина М-1 Брука
Рис. 8. Отчет о работе «Автоматическая цифровая вычислительная машина М-1». Энергетический институт имени Г. М. Кржижановского АН СССР, г. Москва, 1951 г.
25 декабря 1951 г. была принята в эксплуатацию МЭСМ Лебедева — государственной комиссией, в которую входили академики С. Л. Соболев и М. А. Лаврентьев, профессора К. А. Семендяев и А. Г. Курош. До этого Лебедев успел возглавить лабораторию №1 в ИТМ и ВТ (в 1950 г., по совместительству), а осенью 1951 г. его семья переехала в Москву. 21 апреля 1951 г. ИТМ и ВТ была назначена Государственная комиссия для приемки эскизных проектов быстродействующей электронной счетной машины (БЭСМ) под председательством М. В. Келдыша. 23 октября 1953 г. Лебедев был избран действительным членом АН СССР по отделению физико-математических наук по специальности «Счетные устройства».
Таким образом, с конца 1940-х гг. научная деятельность и Лебедева, и Брука была направлена в основном на разработку новых вычислительных средств, которые бы позволяли проще и быстрее решать сложные расчетные задачи в электротехнике и других областях. Разработчики обоих коллективов пришли к классическому построению цифровой вычислительной машины с хранимой программой независимо друг от друга и от американских ученых, так как в то время такие работы велись под грифом «секретно». Отчет Принстонского университета (США) Burks A. W., Goldstine H. H., Neuman J. “Preliminary discussion of the logical design of an electronic computing instrument” был известен в США с 1946 г., но впервые опубликован в сокращенном варианте в 1962 г., а полностью — в 1963 г. Его перевод на русский язык появился в Кибернетическом сборнике № 9 за 1964 г. МЭСМ Лебедева и М-1 Брука были первыми электронными цифровыми вычислительными машинами, которые заработали в нашей стране, а Советский Союз стал третьей страной после США и Великобритании, которая такую машину построила. Декабрь 1951 г. можно считать временем рождения отечественной электронной вычислительной техники.
В 1952 г. в лаборатории Брука была разработана ЭВМ М-2, введенная в эксплуатацию летом 1953 г. На ней проводились расчеты для Института атомной энергии во главе с академиком И. В. Курчатовым, Конструкторского бюро С. П. Королева, предприятия академика А. И. Берга, Института теоретической и экспериментальной физики АН СССР академика А. И. Алиханова, Института проблем механики АН СССР и многих других научных и промышленных организаций. А в апреле 1953 г. была принята Государственной комиссией (под председательством академика М. В. Келдыша) БЭСМ, созданная под руководством Лебедева. В комиссию входили академики М. А. Лаврентьев, В. А. Трапезников, С. Л. Соболев, член-корреспондент Брук и др.
В 1953–1954 гг. сложные задачи можно было решать только на трех машинах — БЭСМ, М-2 и «Стрела», а машинное время распределялось на уровне заместителя Председателя Совета Министров СССР.
В 1955–1956 гг. Брук сформулировал концепцию малых ЭВМ и определил их отличия от машин предельной производительности. Эта концепция отразилась в термине «малогабаритная машина», так как потребности в научных и инженерных расчетах могли быть удовлетворены машиной, не обладающей рекордным быстродействием. В 1956 г. на базе лаборатории электросистем ЭНИН для разработки электронной вычислительной техники была образована лаборатория управляющих машин и систем (ЛУМС) АН СССР под руководством Брука.
В октябре 1956 г. состоялась сессия АН СССР по научным проблемам автоматизации производственных процессов, на которой Лебедев выступил с докладом об ЭВМ, а Брук представил главные направления промышленного применения вычислительных и управляющих машин. В 1957 г. Брук поставил научную проблему «Разработка теории, принципов построения и применения специализированных вычислительных и управляющих машин». В ее описании содержалось систематизированное изложение основных направлений фундаментальных и прикладных исследований в области автоматизации производства и управления объектами с помощью электронных цифровых управляющих машин, создания автоматизированных систем управления, включающих в качестве звена человека-оператора, взаимодействующего с машиной. Решением проблемы было развитие исследований и разработок в СССР в области кибернетики. В записке, составленной под руководством Брука, было показано значение управляющих машин для народного хозяйства, намечены пути их применения в различных отраслях промышленности, а также в планировании и статистике народного хозяйства. Введенное Бруком понятие «управляющая машина» сохранило свое значение и получило дальнейшее развитие.
1 октября 1958 г. ЛУМС АН СССР была преобразована в Институт электронных управляющих машин (ИНЭУМ) АН СССР, директором которого стал Брук. Ученый избегал работать по постановлениям правительства с привлечением других коллективов, поэтому работы по созданию ЭВМ М-1, М-2, М-3 (рис. 9) выполнялись как внутриакадемические, по постановлениям Президиума АН СССР.
Рис. 9. Коллектив разработчиков ЭВМ серии М на юбилее, посвященном 70-летию Брука, научного руководителя коллектива
Предложения Брука по применению ЭВМ в экономике встретили резкие возражения чиновников, стоявших у руководства Госпланом СССР, и Государственного экономического совета СССР, в ведение которых попал ИНЭУМ в начале 1960-х гг. В результате непримиримых противоречий с руководством Брук в 1964 г. был вынужден уйти с поста директора ИНЭУМ.
Лебедев возглавлял Институт точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) с июня 1953 г. по 1973 г. Под его руководством были созданы 15 типов ЭВМ, начиная с ламповых (БЭСМ-1, БЭСМ-2, М-20) и заканчивая современными суперкомпьютерами на интегральных схемах. В 1956–1960 гг. при его активном участии была разработана и создана первая отечественная система противоракетной обороны. В эти годы он активно выступал на различных международных конференциях, участвовал в поездках за границу в составе делегаций советских специалистов по вычислительной технике (рис. 10).
Рис. 10. Лебедев в составе советской делегации во время посещения фирмы IBM (США, 1959 г.). Слева направо: В. С. Полин, С. Н. Мергелян, С. А. Лебедев, В. М. Глушков, Ю. Я. Базилевский, В. С. Петров
В середине 1960-х гг. в связи с созданием множества автоматизированных систем управления остро встал вопрос о насыщении страны серийными ЭВМ разного быстродействия и разных ценовых категорий. Началась разработка ЭВМ Единой системы на основе машин фирмы IBM. И Лебедев, и Брук были против этого пути. Они считали, что необходимо проектировать и создавать собственную вычислительную технику. В 1966 г. Лебедев раскритиковал проект по разработке систем «Ряд» (ЕС ЭВМ), и институт, который он возглавлял (ИТМ и ВТ), отказался быть головным по этому проекту. В 1971 г. Брук тоже отрицательно отнесся к докладу Межведомственной комиссии о разработке систем «Ряд» (ЕС ЭВМ).
Лебедев был награжден четырьмя орденами Ленина (1954, 1956, 1962, 1972), орденом Октябрьской революции (1971) и двумя орденами Трудового Красного Знамени (1947, 1957). Брук был награжден четырьмя орденами Трудового Красного Знамени.
Ученые ушли из жизни в один год (1974), и оба похоронены в Москве.
С 1994 г. Отделение информатики, вычислительной техники и автоматизации (ОИВТА) АН России ежегодно присуждает премию имени С. А. Лебедева за лучшие работы в области разработок вычислительных систем. Международная научная общественность в лице IEEE Computer Society признала заслуги Лебедева в 1996 г., присвоив ему звание Computer Pioneer.
Ученики Лебедева и Брука создали свои научные школы и коллективы. В Москве в районе Ленинского проспекта недалеко друг от друга расположены два научно-исследовательских института, носящие имена людей, которых с полным основанием можно назвать основоположниками вычислительной техники в СССР. Это Институт точной механики и вычислительной техники им. С. А. Лебедева и Институт электронных управляющих машин им. И. С. Брука.
Линии жизни и деятельности этих двух великих ученых содержат удивительные параллели. И Лебедев, и Брук пришли к разработке цифровых вычислительных машин, имея опыт решения задач из области электроэнергетики на аналоговых вычислительных машинах. Школа академика Лебедева складывалась в направлении создания ЭВМ максимальной производительности при каждом поколении элементной базы, а школа члена-корреспондента АН СССР Брука изначально была нацелена на класс малых и средних ЭВМ, для которых весьма существенными являются показатель цена/производительность и сбалансированный компромисс характеристик.
- Личный документальный фонд С. А. Лебедева № 44. Политехнический музей, Москва.
- Личный документальный фонд И. С. Брука № 213. Политехнический музей, Москва.
- Малиновский Б. Н. История ВТ в лицах. Киев: ООО КИТ. 1995.
- Сергей Алексеевич Лебедев. К 100-летию со дня рождения основоположника отечественной электронной вычислительной техники / Сост.: Ю. Н. Никольская, А. Н. Томилин, Ю. В. Никитин, Н. С. Лебедева. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2002.
- Филинов Е. Н. Исаак Семенович Брук. К 100-летию со дня рождения // Информационные технологии и вычислительные системы. 2002. №2.
11 февраля, 2017
4 августа, 2016
15 сентября, 2018
Искала материал для лекции, чтобы сравнить 2 наши первые ЭВМ, и с радостью обнаружила эту статью!
Интересные неизвестные ранее факты, которые касаются и биографий, и научной деятельности замечательных отечественных первооткрывателей в области вычислительной техники, основоположников этого направления в СССР, И.С. Брука и С.А. Лебедева.
Большое спасибо автору!