Все эти открытия дорого обошлись ученым: к примеру, основатель российской информатики, академик Сергей Лебедев мечтал о создании цифровой ЭВМ, а вместо этого занимался совершенствованием танковых орудий. Конструктор Вернер фон Браун хотел летать в космос, но создавал смертоносные баллистические ракеты.
Компьютер
Одна из главных проблем, с которой столкнулись все стороны вооруженного конфликта — огромный объем вычислительной работы. Конструкторы проводили аэродинамические расчеты, для вооружения создавались подробные баллистические таблицы, криптографы пытались взломать немецкую шифровальную машину «Энигма». Все эти задачи требовали такого количества человеко-часов, что на решение каждой из них уходили месяцы и годы.
К созданию электронно-вычислительных машины примерно в одно и то же время приблизились ученые сразу нескольких стран. В 1941 году немецкий инженер Конрад Цузе создал первую программируемую вычислительную машину Z3. Это была схема из 2600 телефонных реле, использовавшая для расчетов двоичную систему счисления.
Z3 могла выполнять основные арифметические операции, а также вычислять квадратный корень — на каждую операцию уходило от 0,8 до 3 секунд. Данные хранились на внешнем носителе — перфорированной ленте, а программировали машину с помощью перфокарт.
Цузе также создал первый высокоуровневый язык программирования — планкалкюль (нем. Plankalkül — исчисление планов). Он использовался для программирования Z4, созданной в 1950 году, и похожих на нее машин.
В Великобритании еще в 1936 году математик и криптограф Алан Тьюринг предложил модель компьютера общего назначения — так называемую абстрактную вычислительную «Машину Тьюринга». Модель описывала общие правила работы вычислительных систем и позволила формализовать понятие алгоритма, которое лежит в основе информатики.
В 1946 году по проекту Тьюринга был создан первый британский компьютер — ACE (англ. Automatic Computing Engine — Автоматическая вычислительная машина) с программой, хранившейся на нем, а не на внешнем носителе.
Американцы построили первый в мире программируемый компьютер на вакуумных лампах в 1945 году. ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer — Электронный числовой интегратор и вычислитель) использовал 10-разрядную систему счисления, поэтому его можно считать «нулевым» поколением: впоследствии прижились именно двоичные машины, но вакуумные лампы долгое время оставались основой для создания ЭВМ.
В Советском Союзе первый цифровой компьютер собрали и испытали в 1950 году. МЭСМ (Модель или Малая Электронная вычислительная машина) стала третьей в мире и первой в континентальной Европе полностью электронной вычислительной машиной. Во главе группы разработчиков стоял академик Сергей Лебедев, ставший основоположником отечественной информатики.
Как впоследствии вспоминал работавший под руководством Лебедева Игорь Лисовский, идея создания цифровой электронной вычислительной машины с использованием двоичной системы счисления пришла Лебедеву еще до войны.
Но необходимость решения оборонных задач отсрочила разработку советского компьютера. Благодаря Лебедеву была создана система стабилизации танкового орудия, которая позволяла стрелять без остановки танка. Для этого он разработал специальные вычислительные элементы. Эти элементы были использованы в 1945 году в аналоговой вычислительной машине.
Радиолокация
Другой серьезной проблемой стало обнаружение вражеской авиации. Еще в начале 1930 годов она казалась нерешаемой: скорость и маневренность самолетов росли, а за воздушным пространством по-прежнему наблюдали в бинокль.
При плохой видимости войска становились беззащитными перед внезапными бомбардировками, особенно ночью. Задачу пытались решить через акустические улавливатели. Метод оказался бесперспективным.
В 1932 году Ленинградский электрофизический институт (ЛЭФИ) под руководством А. А. Чернышева начал исследовать радиолокацию. 3 января 1934 года советским специалистам впервые удалось обнаружить цель, летящую на высоте 150 м, на расстоянии 600 м от радарной установки. Два года спустя установка «Буря» с сантиметровым диапазоном волн (СВЧ) уже засекала самолет на расстоянии до 10 км.
К началу войны на вооружении советской армии уже были «радиоулавливатели самолетов» РУС-1 «Ревень» и РУС-2 «Редут», последний стал самым массовым в годы войны — их выпустили более 600 комплексов. Дальность обнаружения целей достигала 150 км, и по своим техническим характеристикам советские РЛС в то время практически не имели аналогов.
Благодаря радиолокационной станции на крейсере «Молотов», который базировался в Севастополе, советские войска отразили первую атаку немецких бомбардировщиков на базу Черноморского флота 22 июня. 22 июля 1941 года расположенный в Подмосковье комплекс РЛС «РУС-2» с расстояния около 100 км обнаружил приближение 200 бомбардировщиков — первый налет немецкой авиации на Москву. Советские ПВО смогли дезорганизовать и отбить воздушную атаку противника.
Параллельно над радиолокацией трудились в Германии, Великобритании и США. Из-за высокой секретности военных разработок до сих пор ведутся споры о том, кто был первым в радиолокации. К примеру, когда в 40-х англичане заявили, что именно они изобрели RADAR (от англ. Radio Detection and Ranging — радиообнаружение и определение дальности), в американском журнале Look появилась статья: «Советские ученые успешно разработали теорию радара за несколько лет до того, как радар был изобретен в Англии».
Военные разработки привели к значительному прогрессу в гражданской радиотехнике: появились улучшенные фильтры, системы шумоподавления, а главное — теория устойчивого приема и передачи радиоволн стала повсеместно применяться в гражданской сфере:
- сотовая связь, стандарты Wi-Fi и Bluetooth используют микроволновое излучение малой интенсивности
- геолокация, включая спутниковую GPS и ГЛОНАСС, использует методы триангуляции, разработанные для обнаружения координат цели
Впрочем, современная связь и навигация были бы невозможны без освоения космического пространства. А дорогу к звездам проложили зенитные и баллистические ракеты.
От «Катюши» до «Союза»
Вернер фон Браун, создатель первой в мире баллистической ракеты Aggregat, более известной как V-2 (Фау-2), вообще-то всю жизнь мечтал о пилотируемых космических полетах. Ему принадлежит один из первых планов высадки человека на Марс.
Поступив в Берлинский технический университет, в 1930 году он присоединился к Обществу космических путешествий. Три года спустя к власти пришли нацисты, Общество было распущено, гражданские опыты в ракетостроении запрещены. Теперь строить ракеты могли только военные. По их настоянию диссертация фон Брауна, которому уже удалось построить и испытать две ракеты на жидком топливе, была засекречена.
Нацисты начали разработку смертоносного оружия в 1939 году. Для этого фон Браун использовал наработки американского конструктора Роберта Годдара, рабский труд заключенных концлагерей и почти неограниченные ресурсы, которые ему предоставил вермахт.
V-2 начала бомбить Англию в сентябре 1944 года — несмотря на спешку конструкторов, война уже была проиграна, поэтому первая в мире баллистическая ракета дальностью 320 км не имела влияния на ход истории.
Перед самой капитуляцией Германии Вернер фон Браун вместе с группой инженеров сдался США и впоследствии стал основателем американской космической программы.
Наработки немецкого инженера использовал Сергей Королев для создания советских баллистических ракет большой дальности уже в период холодной войны. Впрочем, о преемственности можно говорить лишь частично: советским конструкторам достались лишь обломки V-2, по которым они смогли воссоздать ракету (Р-1).
Двухступенчатая межконтинентальная баллистическая ракета Р-7, созданная Королевым в 1956 году, уже могла пролететь 8 тысяч км. Талант Королева обеспечил паритет стратегического вооружения с США и первенство в космосе.
Первые ракеты Королев построил еще до войны — в 30-х годах — как сотрудник Реактивного научно-исследовательского института. Это были экспериментальные крылатые ракеты, так и не пущенные в производство. Карьеру конструктора-инженера прервали репрессии: в 1938 году он был арестован по обвинению во вредительстве.
Руководитель Реактивного научно-исследовательского института и один из создателей «Катюши» Иван Клейменов, под началом которого работал Королев, был расстрелян. Королева пытали и дали 10 лет лагерей. С золотых приисков Колымы его забрали в 1940 году в Москву и отправили в ЦКБ-29 НКВД, известную как «Туполевская шарага». В этом опытно-конструкторском бюро заключенные авиаконструкторы и инженеры, среди которых были Владимир Петляков и Андрей Туполев, создали бомбардировщики Пе-2 и Ту-2.
Другой пример, как оружие стало гражданской технологией — ядерные исследования и атомная энергетика.
Мирный атом
В 1938 году немецкие физики Отто Ган и Фриц Штрассман впервые расщепили атом урана под действием нейтронов. Уже в 1939 году на конференции по теоретической физике в Вашингтоне ученые со всего мира обсуждали возможность цепной ядерной реакции. Тогда еще это казалось фантастикой, так как не было известно даже, сколько в результате расщепления урана высвобождается нейтронов и достаточно ли их для продолжения реакции.
В результате экспериментов — а над проблемой ядерной реакции трудились виднейшие ученые по всему миру — выяснилось, что изотоп урана-238, которого в руде подавляющее большинство, нейтроны поглощает, а значит, цепная реакция невозможна. Зато другой изотоп — уран-235, которого в руде меньше процента — делится нейтронами.
Задачу пытались решить несколькими способами. К примеру, немецкие ученые сосредоточились на технологиях обогащения урана и даже разработали пять способов, но не успели реализовать ни один из них до конца войны.
Второй подход — замедлить нейтроны. Эксперименты показали, что медленные или тепловые нейтроны лучше делят ядра урана-235 и меньше поглощаются ядрами другого изотопа.
Первый пробный атомный котел для проведения контролируемой ядерной реакции построил и испытал в декабре 1942 года лауреат Нобелевской премии Энрико Ферми. Он использовал для замедления нейтронов графит. Конструкцию в форме эллипсоида возвели на кортах для игры в сквош Чикагского университета — там сейчас установлена мемориальная табличка.
Если бы что-то пошло не так, физики были готовы засыпать реактор раствором кадмиевой соли, поглощающей нейтроны, и остановить реакцию. Испытания прошли успешно. Физики пили вино.
Прорывным в ядерных исследованиях стал «Манхэттенский проект», в котором участвовали более 130 тысяч человек и такие физики, как Роберт Оппенгеймер, Альберт Эйнштейн, Нильс Бор, Энрико Ферми. Благодаря агентурной разведке его результаты были доступны и советским физикам.
Но от ядерной бомбы до первого атомного реактора прошло еще десять лет: создать оружие разрушительной силы — одно, а приручить атом — совсем другое. Первая АЭС была запущена в 1954 году в Обнинске по проекту академиков Игоря Курчатова и Николая Доллежаля.