Анна Ливанова - Физики о физиках

Этот круг проблем мобилизовал математическое дарование Андронова. Потому что на этот раз нужного аппарата для исследования таких процессов у математиков не было. И Андронову пришлось самому взяться за создание его.

Идея этой новой главы математики состояла в том, что характер решения «грубых уравнений», по существу, не должен был меняться при малых изменениях самих уравнений, вызванных главным образом некоторыми изменениями их параметров. Скажем, изменились немного параметры, соответственно изменилось немного уравнение, а фазовый портрет системы остался таким же, как и для неизменного уравнения… «Грубость», нечувствительность к подобным малым изменениям — вот что было главной особенностью решений «грубых уравнений». Требование это далеко не тривиально. Математики и физики знают, как часто незначительные изменения хотя бы в одном параметре могут обернуться совсем другим результатом.

Андронов с сотрудниками детально разработал новый математический аппарат для описания грубых систем. Работы эти оказались, вероятно, равно необходимыми и плодотворными и для физики, и для техники, и для математики; они послужили основой для решения многих задач. Для всей, так сказать, «земной» механики понятие «грубая система» стало столь же важным, как для небесной механики понятие «консервативная система». (В консервативной системе нет, или почти нет, потерь энергии. Такова наша солнечная система, изучение которой и породило небесную механику.) Как всегда, тесный контакт физики с математикой не только сложил, но и умножил успехи и той и другой.

«Грубость», которую Андронов сначала усмотрел в реальных системах, а затем перевел на язык математики, оказалась очень доброкачественным и тонким инструментом. С помощью этого инструмента удалось описать поведение многих физических систем.

Приближались сороковые годы. Автоматика сперва робко, потом все уверенней начинала заявлять о себе. И в мирной и в военной технике ручное управление машинами стало сменяться «самоуправлением» их — автоматическим регулированием. Автопилот на самолете, авторулевой на торпеде, регуляторы в тепловых и электрических машинах…

Андронов очень рано понял, какое будущее ждет автоматику в развивающейся технике, сколь велика станет ее роль в промышленности, науке, даже быте. И подошел к этой тогда для всех еще достаточно новой, малоизведанной проблеме со своих «колебательных» позиций.

Устройства автоматического регулирования были нелинейными системами. И потому в них могли возникать — и часто возникали — автоколебательные процессы.

Но если в радиотехнике автоколебания — необходимое условие работы системы, то в автопилоте, например, они зло. От них идет нарушение заданного режима работы, а иногда и полный уход от режима. Здесь автоколебания — источник ненадежности работы, а случается, и причина катастрофы. Самое пугающее было в том, что чем больше росли точность и быстрота действия регуляторов, тем больше росла и опасность появления автоколебаний — существовала тут некая коварная пропорциональность.

Никто не знал, как с этим злом по-настоящему бороться. Устройства налаживались вслепую, потому что надежной теории и надежных рецептов попросту не существовало. Старая теория авторегулирования создавалась в основном еще в конце XIX века как линейная теория. Авторами ее были великие ученые — Максвелл, Вышнеградский, Стодола. Но пора развернутого нелинейного подхода еще не наступила. Между тем в таких системах возникали автоколебания, что уже само свидетельствовало об их нелинейности.

Приход Андронова к проблемам автоматического регулирования был естественным и, вероятно, внутренне для него необходимым — ведь здесь тоже были «его» автоколебания. Пусть в радиотехнике устойчивость автоколебаний необходима, а в автопилоте она порок системы, но механизмы-то одинаковые, близкие. И способы изучения одни и те же. Полезные и вредные колебания надо равно заинтересованно изучать, одинаково хорошо знать и понимать их.

Как энтомолог с равным энтузиазмом и настойчивостью изучает полезных и вредных насекомых, а бактериолог — полезных и вредных микробов, так и Андронов изучал автоколебания в радиотехнике, где без них не может работать даже простейший передатчик, и в автопилоте, где они были вредны, а иногда и угрожающе опасны.

Давно уже в литературе и в жизни бактериологов стали называть «охотниками за микробами». Андронов всю свою жизнь был подобным же охотником за автоколебаниями. Он искал их и умел находить, разглядеть в различных, порой совсем неожиданных, системах, умел обнаружить там, где их не видели другие, умел объяснить, когда их неправильно понимали и истолковывали. Так было и в автоматике.