Тел.: +7 (383) 330-67-71, факс: +7 (383) 330-80-56, E-mail: bic@catalysis.ru
630090, Россия, Новосибирск, пр-т Ак. Лаврентьева, 5
М.Г. Слинько*, В.Н. Пармон
*НИФХИ им. Л.Я. Карпова, Москва
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
В ноябре 2000 года исполняется 100 лет со дня рождения выдающегося советского ученого и организатора науки, основателя Сибирского отделения РАН академика М.А. Лаврентьева. М.А. Лаврентьев вызвал к жизни широкое применение математики и ЭВМ в различных областях науки и техники, в том числе и в катализе. Облик М.А. Лаврентьева богат и разносторонен. В настоящей краткой заметке мы хотели бы остановиться только на одной из областей его деятельности, - на той выдающейся роли, которую сыграл М.А. Лаврентьев в становлении очень важной составляющей современного катализа - его математических основах.
Прежде чем перейти к рассмотрению роли математики и ЭВМ в развитии теории и практики катализа, особенно в Сибирском отделении АН СССР, необходимо кратко остановиться на огромном вкладе М.А. Лаврентьева в организацию и становление самого Института катализа в Новосибирском Академгородке
Вспомним, что в первом Постановлении СМ СССР об организации Сибирского отделения Академии наук в мае 1957 г. в составе Новосибирского Академгородка не значились ни Институт катализа, ни Новосибирский институт органической химии. Это не было случайным: по мнению целого ряда ведущих химиков АН СССР, эти два института не могли быть академическими, так как предполагалась их глубокая связь с промышленностью. Поэтому было предложено организовать оба эти института в Иркутске.
Выражаясь современным языком, можно говорить, что среди химиков АН СССР того поколения нередко царило неправильное понимание соотношения фундаментальной и прикладной науки и преобладало"линейное мышление ",в котором роль математики в химии сводилась только к проведению расчетов. В частности, поэтому в момент организации химфака (ныне - факультета естественных наук) Новосибирского Государственного Университета при приеме студентов были отменены экзамены по математике. Данное отношение химиков к математике не совпадало с мировоззрением М.А. Лаврентьева. Для М.А. Лаврентьева все точное естествознание, включая математику и технику, существовало как единое целое, и он регулярно подчеркивал огромное значение математики для развития всех естественных, технических и экономических наук. Редко встречаются ученые, так глубоко и полно владеющие не только своей областью науки, но и одновременно обладающие широким кругозором и огромной энергией в научно-организационной деятельности. Никто отчетливее и острее М.А. Лаврентьева не понимал тогда огромных возможностей математики и ЭВМ для развития науки, техники и экономики.
Стиль и организация науки в СО АН СССР во многом отличались от уклада Московской научной деятельности. Здесь формировались научные коллективы с новыми идеями, сохраняя лучшие традиции русской науки: высокий научный уровень, объединение людей различных взглядов, различного возраста, взаимодополняющих друг друга, глубокая связь с актуальными проблемами жизни общества. Такое положение создало возможность проводить междисциплинарные исследования, быстро продвигаться в решении важнейших научно-технических проблем и задач. Все это способствовало созданию научных школ, определяющих высокий научный уровень российской науки.
В 1957-58 гг. в стране осуществлялись крупные мероприятия по развитию отраслей химической промышленности, обеспечивавших многочисленные потребности людей, устойчивое развитие общества и национальную безопасность страны. Подъем химической индустрии в решающей степени связан с развитием теории и практики промышленного катализа.
Катализ является одной из самых наукоемких и сложных областей химии, физической химии и химической технологии. Развитие катализа без опоры на единство теории и практики, единство фундаментальных и прикладных проблем нередко приводило в прошлом с одной стороны к абстрактному наукообразию, а с другой - к грубому эмпиризму при решении практических задач. Поэтому и было предложено организовать Институт катализа, в котором предусматривалось бы решение следующих задач:
М.А. Лаврентьев понимал важность и своевременность перечисленных задач, не потерявших свою актуальность и в настоящее время. Поэтому во время майского (1958 г.) Пленума ЦК КПСС 6 мая в Свердловском зале Кремля он согласился с предложением включить в решение Пленума организацию Института катализа в составе Новосибирского Академгородка.
После создания Института катализа М.А. Лаврентьев активно содействовал привлечению к проблемам катализа академика С.Л. Соболева и Института математики СО АН СССР. Уже в 1959 г. было закончено математическое моделирование каталитического процесса и реактора для окисления двуокиси серы в трехокись серы в производстве серной кислоты с использованием доступной тогда в Институте математики ЭВМ типа М-20. А в недостроенном еще здании Института катализа была смонтирована большая аналоговая ЭВМ МН-14. Позднее, всего за 9 месяцев, здесь был построен специальный корпус для обеспечения математического моделирования.
Математические модели каталитических процессов представляют собой нелинейные системы дифференциальных уравнений, содержащих помимо обыкновенных уравнений также уравнения с частными производными параболического и гиперболического типов. До середины шестидесятых годов не существовало качественной теории уравнений, описывающих каталитические системы с распределенными параметрами.
Понимание каталитических процессов на основе качественных методов стоит намного выше того, что можно достичь с помощью традиционных для катализа математических подходов. Отличительной особенностью качественного анализа является то, что при этом рассматриваются все возможные решения при всех возможных параметрах и изучаются особые свойства этих решений (устойчивость и др.). В связи с этим результаты такого анализа позволяют не только объяснить, но и прогнозировать возможное поведение каталитических систем.
Сегодня отечественные химики-каталитики должны быть особенно благодарны академику С.Л. Соболеву и проф. Т.И. Зеленяку с сотрудниками из Института математики СО РАН за их огромную работу по созданию математических основ моделирования каталитических процессов и, главное, за предвидение острой необходимости решения проблем качественного анализа математических задач катализа.
Конечно, не все достижения прошедших лет и направления математических исследований принадлежат самому М.А. Лаврентьеву, но именно М.А. Лаврентьев вызвал к активной жизни это новое направление, опирающееся, с одной стороны, на современную математику, а с другой, - на ЭВМ и вычислительный эксперимент.Сравним ситуацию в катализе 1957 г. с современной ситуацией. Что, в частности, было достигнуто в ходе совместной работы Института катализа и Института математики?
В середине 60-х годов М.А. Лаврентьев обратил внимание одного из авторов данной заметки (М.Г. Слинько) на возможность возникновения отрывных течений в реакторах. Отрыв возникает в каналах уступом при входе реакционной смеси в реактор и выходе ее из реактора, а также при обтекании внутренних конструктивных деталей. Наличие отрывных течений вызывает в ряде случаев изменение направления движения реакционной смеси через слой катализатора на обратное. Возникновение отрывных течений снижает эффективность работы реактора и существенно влияет на аэродинамическое моделирование реакторов. Данное замечание М.А. Лаврентьева оказалось особенно важным в последние годы, когда начались широкие эксперименты с реакторами, использующими блочные катализаторы с высокими скоростями потока реакционной среды, и широкое практическое использование таких реакторов.
Обычные термины не очень пригодны для оценки деятельности и характеристики М.А. Лаврентьева в целом. М.А. Лаврентьев был одновременно и классиком науки, и ее романтиком, широко делившимся с окружающими своими идеями и догадками. При этом он отличался партийностью, прямотой, честностью и заслужил огромное уважение ученых Академгородка и всех других ученых, преданных отечественной науке
Фото из архива СО РАН