Клад острова Морица

Прошло не так много времени с того дня, когда в Ленинградском вычислительном центре я пытался уразуметь, как это можно создавать нечто (а тем более живую ткань) из ничего, да еще производить над этой абстракцией какие-то — абстрактные же! — опыты. И вот я в Институте катализа Сибирского отделения Академии наук СССР. Царство тонких и сложных превращений вещества. Здесь властвует химия.

— Не только химия, — говорят мне хозяева. — У нас не меньшими правами располагает и математика. Впрочем, давайте зайдем сюда.

Подходим к приоткрытой двери, из-за которой слышны команды:

— Уменьшить концентрацию спирта! Хорошо… Сейчас подогрейте газ. Еще немного… Готово! А теперь, Володя, будем резко менять режим. Интересно, как поведет себя реактор, если мы…

Судя по всему, идет очередной химический опыт.

Входим. Просторная комната. Но ничего похожего на химическую лабораторию: ни пробирок, ни вытяжных шкафов, ни реакторов. Посредине комнаты стоит аналоговая электронно-вычислительная машина, на стенах — таблицы, схемы. И все.

Около машины — двое. Один — научный сотрудник Юрий Матрос — не отрывает глаз от листа бумаги, на котором самописец вычерчивает кривую. Время от времени он оборачивается к Владимиру Скоморохову, специалисту по аналоговым машинам:

— Давайте-ка, Володя, снизим температуру масла.

Скоморохов слегка поворачивает ручку на пульте.

— Еще немного…

Еще поворот. Самописец потянул кривую вниз…

Десятилетиями в химии складывалась и стала привычной такая практика: после того как в лаборатории получены данные о каком-либо процессе, начинается длительная, многостадийная его проверка и отработка. Сначала эксперименты ставятся на модельных установках, затем на укрупненных, потом на опытных и наконец на опытно-промышленных. Лишь после этого считается возможным приступить к проектированию и строительству промышленного аппарата.

Дело в том, что химические процессы весьма сложны, зависят от многих факторов, в том числе и от размеров аппарата. Иной раз реакция превосходно протекает в модельной установке, но совсем не идет в полупромышленной. И тогда приходится строить новые и новые установки, искать на ощупь благоприятные условия для ведения реакции в производственном масштабе. В итоге путь научной разработки от исследовательской лаборатории до промышленного производства занимает иногда десять — двенадцать лет.

И вот некоторое время назад в этой, казалось бы, непреодолимой стене многостадийной проверки была пробита первая брешь. Химики Г. К. Боресков и М. Г. Слинько предложили создавать контактные аппараты для производства серной кислоты не путем эмпирического поиска, а с помощью математического расчета. Сейчас эти аппараты так и создаются — рассчитываются.

Но еще сильнее стена давних традиций зашаталась, когда были созданы быстродействующие вычислительные машины и математика поднялась на новую ступень развития. Химики не преминули взять на вооружение математические новшества и вскоре доказали, что с помощью абстрактного моделирования химических процессов и аппаратов можно в ряде случаев от лабораторных опытов переходить непосредственно к крупнотоннажному заводскому производству.

Как это делается? Любой химический процесс можно разложить на отдельные «части», его составляющие. Каждый такой «частный» процесс легче изучить в лаборатории отдельно и составить его математическое описание, то есть выразить математическим уравнением, формулой. Полученные данные об отдельных процессах и их взаимном влиянии вводят в виде уравнений в электронно-вычислительную машину — так создается математическая модель химико-технологического процесса. Точно так же можно описать уравнениями и любой реактор, любой аппарат, в котором должны происходить химические превращения.

Результаты, получаемые при детальном изучении математических моделей процессов и реакторов, мало отличаются от тех, которые достигаются при исследовании реально существующих процессов и аппаратов. Но какой колоссальный выигрыш во времени! Когда Ю. Матрос просит снизить температуру масла и В. Скоморохов чуть поворачивает ручку на пульте, они узнают от машины итог эксперимента не через несколько часов, а через десять секунд! Более того: располагая данными, получаемыми путем математического моделирования, можно предсказывать, как пойдет технологический процесс в любых реакторах, даже в тех, которые еще не существуют.