К 85-летию А. Н. Крайко: наука высоких скоростей

Доктору физико-математических наук, профессору, заслуженному деятелю науки России, начальнику отдела Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова, лауреату государственной премии СССР и премии имени Н.Е. Жуковского Александру Николаевичу Крайко 21 августа исполняется 85 лет.

Ученик основателя лаборатории газовой динамики ЦИАМ Горимира Горимировича Черного и начальника Вычислительного центра Академии наук СССР Юрия Дмитриевича Шмыглевского, он продолжил дело своих наставников, создав собственную научную школу и подарив стране целую плеяду специалистов-газодинамиков.

Альма-матер А.Н. Крайко стал знаменитый Физтех — Московский физико-технический институт, факультет аэродинамики. Здесь студент Крайко познакомился со своим будущим руководителем и Учителем Горимиром Горимировичем Черным, человеком удивительной судьбы, фронтовиком, личностью поистине незаурядной. Его увлекательные лекции настолько захватили Александра Николаевича, что он решил непременно попасть в лабораторию газовой динамики ЦИАМ. Мечта реализовалась: в 1959 году он пополнил ряды сотрудников Института.

— Я считаю газовую динамику одной из самых сложных и интересных областей науки — признается в интервью Александр Николаевич. — Все уравнения теории относительности — это уравнения газовой динамики, просто в другой связи со временем и пространством.

Наука ставила перед Александром Николаевичем самые нетривиальные задачи. Благодаря своему таланту, энергии, упорству и жажде знаний, он с успехом находил решения и совершал настоящие научные открытия, некоторые из которых достойны отдельного рассказа. Например, поисковые исследования по оптимальным аэродинамическим формам — построении осесимметричной головной части минимального волнового сопротивления. Ответ Александр Николаевич нашел (и впоследствии обосновал своим коллегам) в главном труде Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии». Правда, знаменитый физик 17 века никак не пояснял полученных результатов, поэтому они так и остались не понятыми зарубежными аэродинамиками. «Загадку» Ньютона пришлось распутывать Александру Николаевичу, которого на этом пути ждало много невероятных открытий.

Эта удивительная история началась в 1962 году, когда Горимир Горимирович Черный был приглашен в США на конференцию по оптимальным аэродинамическим формам. Один из его докладов касался работы, посвященной телам наименьшего сопротивления при больших сверхзвуковых скоростях. До конца ответы на некоторые фундаментальные вопросы получены так и не были, что мешало дальнейшему развитию тематики. К работе привлекли и Александра Николаевича. После окончания МФТИ он параллельно с ЦИАМ работал в Вычислительном центре Академии наук СССР — осваивал численные методы газовой динамики, набирался практического опыта на лучшей отечественной вычислительной технике.

— Приехав в Вычислительный центр АН СССР, я пошел в библиотеку и взял «Основы вариационного исчисления», — рассказывает Александр Николаевич. — Вспомнил то, чему нас учили в МФТИ, проделал необходимые выкладки, пришел к парадоксальным результатам и, так ничего и не придумав, пошел считать свои задачи на «Большой электронной счетной машине-2» (БЭСМ-2). Придя домой с мыслями о «проблеме с осью симметрии» я лег спать. А утром проснулся с готовым решением.

Своими научными изысканиями он поделился с коллегами на семинаре в ЦИАМ. Позицию Александра Николаевича поддержал Г.Г. Черный, спросив у молодого коллеги: «Александр Николаевич, где Вы это у Ньютона нашли?». Молодой специалист признался — в американском издании «Начал» 1944 года, единственной доступной в библиотеке книге, да и то на английском языке.

Лишь через 40 лет, в 2002 году, Александр Николаевич, готовя сборник к 80-летнему юбилею своего Учителя, случайно узнал еще одну тайну ньютоновской теории, совершив для себя еще одно важное открытие. В юбилейную книгу, посвященную своему наставнику, Александр Николаевич решил включить самый первый отчет ЦИАМ, описывающий метод аналитического расчета обтекания тел при больших сверхзвуковых скоростях Г.Г. Черного. Тогда же он обнаружил в этом отчете заключительный параграф «О теле с наименьшим сопротивлением и о теореме Ньютона, относящейся к нахождению тела с наименьшим сопротивлением». В нем была ссылка на «Начала» Ньютона в VII томе вышедшего в 1936 году собрания сочинений академика Алексея Николаевича Крылова, переводившего «Начала» с латыни. Так Александр Николаевич открыл для себя гения «с русской душой», разъяснившего множество непонятных для зарубежных исследователей утверждений Ньютона и подтолкнувшего советских аэродинамиков к решению ряда важных задач.

— К своему стыду это было мое первое знакомство с трудами ученого, гениальность которого еще предстояло оценить, — отмечает Александр Николаевич.

В 2018 году на XII Международной летней научной школе-конференции «Гидродинамика больших скоростей и кораблестроение» в Чебоксарах, на родине академика Крылова, А.Н. Крайко выступил с докладом «Задача Ньютона о головной части минимального сопротивления с разъяснениями А.Н. Крылова и продолжение истории ее решения в XX и в начале XXI века». Одноименная статья специалиста ЦИАМ также была опубликована в сборнике трудов конференции.

Главные труды А.Н. Крайко и его научной школы посвящены построению оптимальных аэродинамических форм реактивных сопел разных типов, головных частей тел вращения, лопаток вентиляторов и компрессоров, зазоров газодинамических подшипников, каналов магнитогидродинамического генератора и других устройств. Полученные при этом результаты и созданные в процессе решения рассмотренных задач эффективные прямые и непрямые методы определяют мировой уровень данного научного направления. Вклад в оптимальное профилирование сопел отмечен Государственной премией СССР. За цикл работ по построению осесимметричных головных частей минимального сопротивления А.Н. Крайко стал лауреатом премии им. академика Л.И. Седова.

Кроме того, А.Н. Крайко способствовал развитию численных методов газовой динамики, созданию эффективных алгоритмов расчёта течений и процессов в авиадвигателях. За численное решение прямой задачи теории сопла Лаваля А.Н. Крайко награждён I премией и Золотой медалью им. профессора Н.Е. Жуковского. Результаты решения широкого круга задач сверхзвуковой газовой динамики, полученные с помощью предложенного им стационарного аналога схемы Годунова, привели к тому, что эта схема стала эффективнейшим инструментом отечественных исследователей и разработчиков, причём намного раньше, чем за рубежом и активно используется при решении задач в области машиностроения.
А.Н. Крайко успешно занимался решением узловых проблем газовой динамики, в том числе, связанных с течениями и процессами в силовых и энергетических установках, теоретическими основами механики дисперсных сред.

Результаты, полученные в перечисленных и в ряде других направлениях, изложены в статьях, опубликованных в ведущих журналах по прикладной математике и механике, брошюрах, монографиях и 9 изобретениях, автором или соавтором которых является А.Н. Крайко. При его определяющем участии составлены и изданы два ретроспективных сборника: «Газовая динамика. Избранное» в двух томах (Физматлит, 2000-2001 гг., второе издание – 2005 г.) и «Механика жидкости и газа. Избранное» (Физматлит, 2003 г.). Эти уникальные сборники общим объёмом более 2200 страниц отражают вклад школы академика Г.Г. Чёрного в развитие механики жидкости и газа.

Одним из самых важных достижений А.Н. Крайко, помимо активной научной работы в области газовой динамики, стало развитие в ЦИАМ вычислительных технологий, необходимых для моделирования и расчетов. При его активном участии в 80-е годы появились мощные ЭВМ. В 1984 году руководство Института выделило средства на покупку импортной машины «Vax». Однако тех технических возможностей, которая она предлагала, сотрудникам ЦИАМ было недостаточно. Александр Николаевич смог убедить возглавлявшего тогда Институт Д.А. Огородникова, а заодно и Министерство авиационной промышленности, что нужна совершенно другая машина, более мощная. В 1990-м году стараниями Александра Николаевича у сотрудников появились первые персональные компьютеры.

Александр Николаевич Крайко — член Российского национального комитета по теоретической и прикладной механике, действительный член Российской Академии естественных наук, входит в редколлегию журнала Известия РАН «Механика жидкости и газа».