На пути к созданию ЭВМ

http://lib.ru/MEMUARY/MALINOWSKIJ/title.jpg…В институте С.А. Лебедев сразу приобщился к научному творчеству. Специализировался в области техники высоких напряжений.

Лекции читали такие выдающиеся ученые, как создатель Всесоюзного электротехнического института им. Ленина (ВЭИ) К.А. Круг, Л.И. Сиротинский и А.А. Глазунов.

В дипломном проекте, выполненном под руководством Круга, Лебедев разрабатывал новую в то время проблему – устойчивость параллельной работы электростанций.

Содержание проекта вышло далеко за рамки студенческой работы. Это был серьезный труд, имевший большое научное и практическое значение.

Получив в апреле 1928 г. диплом инженера-электрика, С.А. Лебедев стал преподавателем МВТУ им. Баумана и одновременно младшим научным сотрудником ВЭИ. Вскоре он возглавил группу, а затем и лабораторию электрических сетей.

В 1933 г. совместно с А.С. Ждановым опубликовал монографию "Устойчивость параллельной работы электрических систем", дополненную и переизданную в 1934 г.

Еще через год ВАК присвоил молодому ученому звание профессора. В 1939 г. С.А. Лебедев защитил докторскую диссертацию, не будучи кандидатом наук. В ее основу была положена разработанная им теория искусственной устойчивости энергосистем.

Почти двадцать лет проработал Сергей Алексеевич'в Москве. Последние десять лет он руководил отделом автоматики. До войны ВЭИ являлся одним из самых известных научно-исследовательских институтов, где работал ряд ученых с мировым именем.

Отдел автоматики нанимался проблемой управления энергетическими системами (С.А. Лебедев, П.С. Жданов, А.А. Гродский), теорией автоматического регулирования (Л.С. Гольдфарб, Д.И. Марьяновский, В.В. Солодовников), новыми средствами автоматики (Д.В. Свечарник), телемеханикой (А.В. Михайлов) и представлял собой настоящее созвездие молодых талантов.

Некоторые сотрудники впоследствии стали крупными учеными, а их научные груды получили мировое признание. Замечательной особенностью института было наличие в нем достаточно мощной производственной базы, благодаря чему результаты исследований внедрялись в практику.

"В 1935 г. к моему рабочему столу в ВЭИ подсел новый руководитель нашего отдела автоматики молодой профессор Сергей Алексеевич Лебедев. Поинтересовался: что я за год с лишним после окончания института успел сделать? Разговор пошел совсем неформальный, – Сергей Алексеевич сумел быстро схватить суть проблемы, похвалил спроектированную мной и Марьяновским систему автоматизации прокатных станов – в ней использовался запатентованный нами принцип введения гибких нелинейных обратных связей (в отечественной литературе уже не раз указывалось, что этот принцип в США был предложен на 11 лет позже…), – предсказал ему широкое применение.

Но Сергей Алексеевич умел не только одобрять то, что ему нравилось. Когда мы на опытном заводе ВЭИ отлаживали образец этой системы и она, конечно, с ходу "не пошла", он нашел в чертежах соединение, могущее вызвать неприятности, молча показал на него и так посмотрел, что я готов был сквозь землю провалиться…

Когда через год мы успешно испытали эту аппаратуру на стане-500 в Днепродзержинске, он не только сам приехал наблюдать за автоматической работой стана, но и привез с собой директора ВЭИ. За это изобретение Центральный совет изобретателей присвоил в 1936 г. мне и Д.И. Марьяновскому почетное звание "Лучший изобретатель СССР". Сергей Алексеевич ничего не получил – да он никогда и не добивался наград.

Совместная работа вскоре переросла в дружбу. Летом мы с ним уезжали в дальние путешествия – преимущественно в горы. Пошли как-то на Эльбрус. Последние 50 метров на подходе к седловине я буквально прополз. Сергей Алексеевич довольно бодро шагал… Рискованно прыгал с камня на камень, и проводник, глядя на него, цокал языком и приговаривал: "Ай, ай, такой старый и такой смелый!" ("старому" тогда было лет 35).

Но смелым он действительно был – и не только в горах.

В зловещем 1937 году боязливый руководитель отдела электрических машин ВЭИ уволил А.Г. Иосифьяна, уже тогда проявившего себя талантливым исследователем. Разработанный им в 1935-1936 гг. первый в стране линейный электродвигатель экспонировался на Всемирной выставке в Нью-Йорке.

Отец ученого был армянским священником и дашнаком, что и испугало его начальника. Сергей Алексеевич не колеблясь пригласил его в свой отдел. В те страшные 30-е годы, когда подсиживание и доносительство были обычным явлением, в отделе ВЭИ, которым заведовал Сергей Алексеевич, сотрудники чувствовали себя уверенно и спокойно. И я, и А.Г. Иосифьян, и такие известные ученые как А.В. Михайлов, А.А. Фельдбаум, Н.Н. Шереметьевский и многие другие, – все мы "птенцы гнезда" Сергея Алексеевича, бывшие сотрудники его отдела в ВЭИ.

Надвигалась война. Отдел переключился на оборонную тематику.

Мы с Сергеем Алексеевичем начали работу – впервые непосредственно совместную – над созданием боевых средств, самонаводящихся на излучающую или отражающую излучение цель. В сентябре 1941 г. Сергей Алексеевич эвакуировался с ВЭИ в Свердловск. Корпуса ВЭИ были заминированы. Меня включили в состав команды подрывников, которая должна была взорвать ВЭИ, если немцы "подойдут к воротам Москвы". Прошли надлежащий инструктаж, но, к счастью, этого не понадобилось.

В декабре я уже "воссоединился" с Сергеем Алексеевичем в Свердловске. Мне пришлось больше заниматься созданием головки самонаведения (тогда и были впервые разработаны и потом запатентованы так называемые экстрафокальные головки), Сергею Алексеевичу – аэродинамикой и динамикой летательного аппарата (им была разработана четырехкрылая система с автономным управлением по независимым координатам).

Но приходилось отвлекаться на более земные работы – ездили мы с Сергеем Алексеевичем и на лесозаготовки. Скудно питаясь брюквой и хлебом, валили за 11-часовой рабочий день 100-110 могучих деревьев с помощью двуручной пилы… В 1944 г. ВЭИ вернулся в Москву, и начались продувки моделей нашего летательного аппарата в Жуковском, под Москвой. Результаты обсуждали с академиком Христиановичем, Дородницыным. Вместе – уже в 1945-1946 гг. – проводили натурные испытания на Черном море.

И хотя мы оба в равной степени числились главными конструкторами "управляемого оружия", доклад на комиссии Совета Министров СССР Сергей Алексеевич поручил мне. Сам он только отвечал на вопросы "по своей части". Кто-то из членов комиссии прикрепил к своей груди "замарбличенную", внешне совершенно темную лампочку, и, как бы он ни приседал, отпрыгивал в сторону, тупорылая акула со взаимно перпендикулярными плавниками все время самонаводилась на его грудь – это впечатляло…

Маршал авиации Жаворонков дал высокую оценку нашей работе и рассказал, чего стоит авиации обычными бомбами поразить не только боевой огрызающийся корабль, но даже скромную баржу. И когда в октябре 1946 г. на натурных испытаниях в Евпатории, где я был вместе с Сергеем Алексеевичем, было получено прямое попадание в баржу, мы молча обнялись…

Это был один из первых шагов по созданию сверхточного оружия, только недавно разработаного в Америке.

Дружба наша продолжалась и после завершения совместных работ. Я чувствовал себя родным в его семье. Сергей Алексеевич никогда не скрывал своих симпатий и антипатий. Помню, когда уже наметился переезд в Киев, я стал подшучивать, что ему придется стать "Лебеденке", а он со всей серьезностью отвечал: "Да буду ли Лебедевым, Лебеденко или Лейбедевым – я останусь таким же. Разве дело в этом?".

Таким он был – талантливым ученым и скромным человеком, терпеливым воспитателем и строгим руководителем, рассудительным и смелым в действиях, терпимым к ошибкам, но ненавидящим подлость и измену".

Д.В. Свечарник отметил лишь часть работ, выполненных Сергеем Алексеевичем в ВЭИ. Однако, находясь в Свердловске, он в удивительно короткие сроки разработал быстро принятую на вооружение систему стабилизации танкового орудия при прицеливании. Никто не знает, скольким танкистам в годы войны она спасла жизнь, позволяя наводить и стрелять из орудия без остановки машины, что делало танк менее уязвимым.

За эту работу С.А. Лебедев был награжден орденом Трудового Красного Знамени и медалью "За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.".

Почти каждая работа ученого в области энергетики требовала создания вычислительных средств для выполнения расчетов в процессе ее проведения либо для включения их в состав разрабатываемых устройств. Так, для расчета тысячекилометровой сверхмощной (9600 МВт) линии электропередачи Куйбышевский гидроузел – Москва пришлось создать высокоавтоматизированную установку из мощных индуктивностей и емкостей, реализующую математическую модель линии.

Это грандиозное сооружение было установлено в одном из зданий на площади Ногина в Москве. Второй экземпляр модели был собран в Свердловске. Использование модели, а по существу – специализированного вычислительного устройства, позволило быстро и качественно провести необходимые расчеты и составить проектное :шдание на уникальную линию электропередачи.

Для системы стабилизации танковой пушки и автоматического устройства самонаведения на цель авиационной торпеды потребовалось разработать аналоговые вычислительные элементы, выполняющие основные арифметические операции, а также действия дифференцирования и интегрирования.

Развивая это направление, в 1945 г. Лебедев создал первую в стране электронную аналоговую вычислительную машину для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений, которые часто встречаются в задачах, связанных с энергетикой.

Двоичная система также не осталась вне поля зрения ученого. Его жена, Алиса Григорьевна, вспоминает, как в первые месяцы войны по вечерам, когда Москва погружалась в темноту, муж уходил в ванную комнату и там при свете газовой горелки писал непонятные ей единицы и нолики…

В.В. Бардиж, заместитель Лебедева по лаборатории, в которой создавалась БЭСМ, утверждает, что если бы не война, то работу над созданием вычислительной машины с использованием двоичной системы счисления ученый начал бы раньше (об этом говорил сам Сергей Алексеевич).

То, что интерес к цифровым средствам вычислений проявился у ученого до войны, подтверждает и профессор А.В. Нетушил. После окончания четвертого курса Московского энергетического института производственную практику он провел в ВЭИ – в отделе Сергея Алексеевича.

"За месяц производственной практики, – вспоминает он, – я познакомился с работами отдела и удивительно четкой системой руководства Лебедевым большой группой талантливых молодых ученых, каждый из которых имел свои научные интересы, но все вместе искали свое место в большой науке.

По определенному графику Лебедев очень организованно и четко, по крайней мере раз в месяц, проводил один день в каждой группе, подробно знакомился с состоянием работ, вникая при этом во все детали.

Центром научной мысли была библиотека, в кулуарах которой часто можно было слушать жаркие научные споры. Сергея Алексеевича не было слышно, но его замечания были очень весомы, сдержанны, лаконичны. Он пользовался очень большим уважением и любовью.

Мои первые впечатления были о нем как о недосягаемом авторитете, в точности и строгости суждений которого никогда не было сомнений. Я не мог даже думать, что с этим маленьким молчаливым человеком с пристальным взглядом через очки у меня когда-нибудь установятся простые дружеские отношения и глубокая симпатия, по-видимому, взаимная.

Следующая моя производственная практика была уже преддипломной и также проходила в ВЭИ в отделе С.А. Лебедева в 1936 г. Мне была предложена тема по аналоговым элементам автоматики и измерительной техники с разработкой фотоэлектронного компенсатора.

http://lib.ru/MEMUARY/MALINOWSKIJ/image50.jpg А.В. Нетушил (30-е гг.)

Лебедев интересовался моей работой, иногда беседовал со мной. Однажды спросил, отдаю ли я себе отчет в том, что значит посвятить себя научной работе, и предупредил, что рассчитывать на особое благополучие не приходится и надо быть готовым к нужде. Я принял это как должное.

Весной 1937 г. состоялась защита наших дипломных проектов. Направление на работу по окончании института я получил в ВЭИ, но когда подал свои документы с автобиографией, в которой было написано, что поддерживаю связь с репрессированным отцом, то в руководстве института возникло замешательство и, несмотря на все старания С.А. Лебедева, меня на работу как сына "врага народа" не приняли. Работавший в Секции электросвязи Академии наук СССР К.М. Поливанов, лекции которого я прилежно посещал, в 1939 г. пригласил меня в лабораторию магнитной дефектоскопии, где я впервые приобщился к дискретной вычислительной технике.

Перед группой Поливанова была поставлена задача: по магнитному полю, создаваемому в железнодорожном рельсе, автоматически обнаружить дефекты в сварных швах. Исследование магнитных полей при различных намагничиваниях участка рельса привело к выводу о возможности диагностирования повреждений по количеству импульсов, наводимых в индикаторе. Возникла задача построения различных электронных быстродействующих счетчиков импульсов.

Результатом моих исследований явилась кандидатская диссертация на тему "Анализ триггерных элементов быстродействующих счетчиков импульсов". Как известно, электронные триггеры стали позднее основными элементами цифровой вычислительной техники.

С самого начала этой работы в 1939 г. и до ее защиты С.А. Лебедев с вниманием и одобрением относился к моим исследованиям. Он согласился быть оппонентом по диссертации, защита которой состоялась в конце 1945 г. В то время еще никто не подозревал, что Лебедев начинает вынашивать идеи создания цифровых электронных вычислительных машин, сделавших его имя бессмертным".

Говорят архивы

В Киеве, в Национальной академии наук Украины, где создавалась МЭСМ, сохранена конструкторская документация и папки с материалами о первой отечественной ЭВМ, многие из которых составлены С.А. Лебедевым. Чья-то заботливая рука сорок лет назад написала на них: "Хранить вечно".

Перелистаем некоторые. В короткой записке, направленной в Совет по координации Академии наук СССР в начале 1957 г., Лебедев пишет "Иыстродействующими электронными счетными машинами я начал •мпиматься в конце 1948 г. В 1948-1949 гг. мной были разработаны основные принципы построения подобных машин.

Учитывая их исключительное значение для нашего народного хозяйства, а также отсутствие в Союзе какого-либо опыта их постройки и эксплуатации, я принял решение как можно быстрее создать малую электронную счетную машину, на которой можно было бы исследовать основные принципы построения, проверить методику решения отдельных задач и накопить эксплуатационный опыт.

В связи с этим было намечено первоначально создать действующий макет машины с последующим его переводом в малую электронную счетную машину. Чтобы не задерживать разработку, запоминающее устройство пришлось выполнить на триггерных ячейках, что ограничило его емкость. Разработка основных элементов была проведена в 1948 г. …

К концу 1949 г. были разработаны общая компоновка машины и принципиальные схемы ее блоков. В первой половине 1950 г. изготовлены отдельные блоки и приступили к их отладке во взаимосвязи; к концу 1950 г. отладка созданного макета была закончена. Действующий макет успешно демонстрировался комиссии".

Через два месяца после демонстрации макета С.А. Лебедев выступил на закрытом ученом совете Института электротехники и теплоэнергетики АН Украины. Сохранился протокол ученого совета, который впервые был опубликован в журнале "Управляющие системы и машины" (1992, No 1/2). Учитывая значение этого документа для истории вычислительной техники, приведем его полностью.

председатель Бюро ОТН, действ, чл. АН УССР Н.Н. Доброхотов.

Институт электротехники: сотрудники лаборатории моделирования и регулирования (зав. лаб. С.А. Лебедев), канд. техн. наук Л.Н. Дашевский, канд. техн. наук Е.А. Шкабара, мл. науч. сотр. З.Л. Рабинович, инженер С.Б. Погребин-ский, сотрудник лаборатории автоматики, канд. техн. наук Г.К. Нечаев.

Слушали: Доклад действ, чл. АН УССР С.А. Лебедева "Счетно-решающая электронная машина".

Принцип работы быстродействующей машины – принцип арифмометра. Основные требования к такой машине – ускорение и автоматизация счета. Перед лабораторией была поставлена задача создать работающий макет электронной быстродействующей счетной машины. При разработке макета нами был принят ряд ограничений. Скорость операций принята равной 100 операциям в секунду. Количество знаков ограничено пятью в десятичной системе (16 знаков двоичной системы).

Машина может производить сложение, вычитание, умножение, деление и ряд таких действий, как сравнение, сдвиг, останов, предусмотрена возможность добавления операций.

Основным элементом электронной счетной машины является элемент, позволяющий производить суммирование. Применены электронные реле (тригтерные ячейки), в которых осуществляется перебрасывание тока > из одной лампы в другую путем подачи импульсов на сетку. Это дает возможность производить действие сложения, из которого образуются и все остальные действия.

Вместо десятичной системы применяется двоичная, что определяется свойствами триггерных ячеек (С.А. Лебедев поясняет работу машины по схеме). Кроме элементов для счета, машина должна иметь элементы, которые управляют процессом вычислений. Такими элементами являются разрешающие устройства и элементы запоминания.

В 1951 году перед лабораторией поставлена задача – перевести макет в работающую машину. Препятствием для этого пока является отсутствие автоматического ввода исходных данных и автоматического вывода полученных результатов. Автоматизация этих операций будет осуществлена с помощью магнитной записи, которая разрабатывается Институтом физики (в лаборатории чл.-кор. АН УССР А.А. Харкевича).

А.И. Петров. Какова область применения машины?

А.Ю. Ишлинский. 1) Какова продолжительность жизни элементов машины? 2) Какова надежность работы машины в связи с выходом из строя какого-либо элемента? 3) Как удалось использовать заграничные технические материалы? 4) Какова должна быть квалификация операторов?

Г.К. Нечаев. Каково соотношение по времени счета и вывода (ввода) задания при автоматической работе машины?

И.Т. Швец. 1) Состояние разработки электронно-счетных машин в других учреждениях? 2) Каково положение с разработкой счетных машин за границей и каковы их параметры в сравнении с нашей? 3) Кто разработал триггерные ячейки, с каких пор они известны и где еще применяются? 4) Каково участие в этой комплексной работе Института математики АН УССР, Института физики АН УССР и Института точной механики и вычислительной техники АН СССР?

Л.И. Цукерник. Каковы оригинальные решения, примененные в разработанной Институтом электротехники АН УССР машине?

С.Г. Крейн. Какие задания будет выполнять разработанная машина, когда она будет автоматизирована?

С.А. Лебедев. Отвечаю, группируя однородные вопросы. Я имею данные по 18 машинам, разработанным американцами, эти данные носят характер рекламы, без каких-либо сведений о том, как машины устроены (см. Приложение 1. – Прим. авт.). В вопросе постройки счетных машин мы должны догонять заграницу и должны это сделать быстро.

По данным заграничной литературы, проектирование и постройка машины ведется 5-10 лет, мы хотим осуществить постройку машины за 2 года. 11оказатели американских машин следующие: время умножения на ЭНИАК 5,5 мс, на ЭДВАК 4 мс, на нашей машине 8-9 мс.

Кроме Института электротехники АН УССР, разработкой машины занимаются: а) СКБ-245 Министерства машиностроения и приборостроения; вначале они разрабатывали машину с применением реле, но теперь они перешли на использование электроники; б) Энергетический институт АН СССР; он использует тригтерные ячейки; в) Институт точной механики и вычислительной к-хники АН СССР, комплексно с которым проводится наша работа.

Эта машина такая же, как МЭСМ, но она рассчитана на быстродействие большее, чем для существующих американских машин. Время операции в этой машине будет равно 0,2 мс (речь идет о БЭСМ. – Прим. автора).

Принципиально новым в нашей машине является суммирующий элемент, а также решение вопросов осуществления взаимосвязи отдельных элементов машины. Основным принципом при создании, машины было использование лишь проверенных, известных элементов, в том числе триггерных схем.

Область применения машины весьма широкая. На ней могут быть в принципе решены все задачи, которые могут быть сведены к численному решению. С помощью машины может производиться решение дифференциальных уравнений, составление всевозможных таблиц.

Преимущественное применение этих машин – проведение однотипных расчетов с различными исходными данными (подсчет траекторий управляемых снарядов). Появление электронных счетных машин дает возможность применять новые математические методы для решения задач статистической физики.

Использовать заграничный опыт трудно, так как опубликованные сведения весьма скупы.

Работающие на машине должны быть трех типов: математики (составление программ); операторы (нахождение повреждений в машине); совмещающие обе указанные специальности.

Для существующей машины время ввода данных и вывода результатов равно времени проведения операции.

Участие Института математики АН УССР выражается в совместной разработке вопросов программирования. Участие Института физики АН УССР выражается в разработке магнитной записи.

Повышение надежности машины мы осуществляем предварительной тренировкой ламп. Выход из строя каких-то элементов машины может быть легко обнаружен.

Разработка такой машины является большим достижением в науке. В дальнейшем не следует машину загружать однотипными вычислениями прикладного характера, а нужно с ее помощью вести научные исследования.

Н.Н. Доброхотов. Важность проводимых по счетной машине работ совершенно очевидна. Задача АН УССР – разработать лучшую в сравнении с заграницей машину. Чтобы машина была сконструирована лучше, необходимо организовать обмен мнениями, необходимо организовать дискуссии по принципиальным вопросам разработки машин. Необходимо обсудить работу в масштабе Союза ССР.

С.И. Тетельбаум. Надо значительно расширить штаты и материальную базу для ускорения проведения этих важных работ.

С.Г. Крейн. Применение электронной машины даст возможность применять ряд новых методов в технике. В связи с этим необходимо максимальное развитие проводимых по машине работ.

И.Т. Швец. Чувство удовлетворения и гордости за нашу Академию наук вызвал доклад С.А. Лебедева, заслушенный сейчас. Работа по электронным счетным машинам относится к числу важнейших работ Академии наук УССР. Необходимо максимально способствовать развитию этих работ и ускорить отработку машины. К числу недочетов необходимо отнести следующее:

1) С.А. Лебедев не борется за приоритет Академии наук УССР по этой работе;

2) комплексирование работы проводится недостаточное, надо проводить работу в более тесной связи с Институтами математики АН УССР и физики АН УССР;

3) не следует использовать в применении к машине термин "логические операции", машина не может производить логических операций; лучше заменить этот термин другим.

Я считаю, что размах работы, конечно, надо увеличить, но нельзя сказать, что эта работа – самая главная в Академии наук УССР; надо также помнить, что ассигнования Академии наук в 1951 г. уменьшаются. Необходимо детально продумать, о чем следует просить Президиум АН УССР для скорейшего проведения работы.

С.А. Лебедев. Я должен подчеркнуть, что значение работы по счетно-решающим машинам очень велико. В качестве примера можно привести следующее. Единственным эффективным способом борьбы с дальними ракетами является посылка встречной ракеты.

Для этого нужно определить возможную точку встречи. Применение счетно-решающей машины позволит быстро провести необходимые подсчеты траекторий полета ракет, что обеспечит точное попадание. В отношении созыва совещания по счетно-решающим машинам могу сообщить, что по заданию правительства эскизный проект машины будет закончен в I квартале 1951 г.

Этот эскизный проект' будет передан на рассмотрение экспертам, где он будет весьма тщательно рассмотрен.

Согласен, что надо в большей степени привлечь Институты математики и физики АН УССР. Связь с Институтом точной механики и вычислительной техники АН СССР имеется не только по линии финансирования (хотя это важно, так как дало возможность быстро создать макет машины), но и по научной линии. В отношении использования машины для расчетов трудно будет отказывать нуждающимся в расчетах, так как вопросы счетной техники стоят в настоящее время весьма остро.

2. Рекомендовать директору Института электротехники АН УССР, действ, чл. АН УССР С.А. Лебедеву войти в Президиум АН УССР с ходатайством об осуществлении мероприятий, направленных на дальнейшее развертывание работ по созданию советской электронной счетно-решающей машины, с тем, чтобы значительно ускорить темпы работ, расширить экспериментальную базу в Феофании, подготовить требующиеся кадры, обеспечить необходимое участие в этой работе других институтов АН УССР.

3. Отмечая комплексный характер работы, проводимой Институтом электротехники АН УССР совместно с Институтом точной механики и вычислительной техники АН СССР, с Институтами математики и физики АН УССР, считать целесообразным разработать мероприятия для наиболее эффективного проведения совместных исследовательских и конструкторских работ на основе комплексного участия в них научных учреждений АН СССР, АН УССР, а также Министерства приборостроения и машиностроения СССР.