С перерывом на войну
Самсон Кутателадзе закончил вуз, уже будучи автором учебников.
Первую в мире монографию по теплообмену руководитель комсомольской бригады Центрального котлотурбинного института им. И.И.Ползунова Самсон Кутателадзе опубликовал в 1939 году. Книга, в которой были изложены результаты экспериментальных исследований теплообмена при конденсации, кипении, затвердевании, барботаже и новая методология обобщения опытных данных, вышла под названием «Основы теории теплопередачи при изменении агрегатного состояния вещества». А молодой автор к тому моменту закончил всего лишь Ленинградский энерготехникум.
С января 1941 года Самсон Семенович находился в рядах советской армии – служил в морской пехоте в составе морского десанта Северного ВМФ как командир пулеметного отделения. Великая Отечественная война сломала планы исследователя.
Из писем С.Кутателадзе жене с фронта:
«Итак, война! Большая война, в которой поставлено на карту все, в которой ленинский вопрос «кто кого?» решается на международной арене. Поражение смерти подобно, поэтому-то его и не будет. Мы победим и постараемся победить так, как учит партия, быстро и с наименьшими потерями, но если нужно, то каждый из нас и жизни не пожалеет. Вчера меня выбрали секретарем комсомольской организации. В теперешних условиях это будет трудная работа. Постараюсь все же справиться». (Письмо, отправленное на второй день после начала войны, 23 июня 1941 года.)
«Когда закончится война и разобьем фашистов, то опять можно будет приняться за науку, думать о конвекции, радиации, диссертациях и т. п.», – писал он жене. (Письмо от 10 августа 1941 года.)
«Кажется, после войны мне придется снова начать учить физику, может быть, я успею еще что-то сделать для науки. Нет, ты не думай, что я жалею об отсутствии у меня всяких дипломов и ученых степеней. Это вещи, которые делают жизнь, конечно, комфортабельнее. Но я ведь знаю себе цену. Может быть, из меня не вышло такого ученого, каким я думал стать, но все же кое-чему я научился». (Письмо от 27 июля 1944 года.)
Будущий академик прошел всю войну от начала до конца. В июле 1941-го он участвовал в морском десанте Северного флота как командир пулеметного отделения, был ранен. После госпиталя старший техник-лейтенант Кутателадзе служил начальником квартирно-эксплуатационной части (КЭЧ) эвакогоспиталя №1446 в Мончегорске, старшим инженером КЭЧ Мурманского района Беломорского военного округа. После войны его хотели оставить на службе в армии, но желание Кутателадзе заниматься наукой было столь велико, что он обратился с просьбой о демобилизации к самому Верховному главнокомандующему! Просьба была удовлетворена.
Самсон Семенович вернулся в науку, в Центральный котлотурбинный институт, где работал сначала в физико-техническом отделе, а затем с сентября 1946 года в так называемой лаборатории транспортных установок (ЛТУ), прообразе отдела атомной энергетики. Параллельно читал лекции по теории теплообмена в Военно-морской академии кораблестроения и вооружения им. А.Н.Крылова (вплоть до 1958 года).
В 1947-м С.Кутателадзе поступает в Ленинградский заочный индустриальный институт для получения высшего образования, хотя у него уже были опубликованы монография и более 20 статей.
Из воспоминаний сына, доктора физико-математических наук Семена Кутателадзе: «Отец пошел сдавать курс "Теплопередача" в институте, а читали этот курс по его книге. Преподаватель, взяв зачетку перед выдачей билета, спросил: "Вы сын Кутателадзе?", на что папа ответил: "Нет, это я сам!". Тем экзамен и закончился».
Немецкий математик Давид Гильберт еще в 1900 году сказал: «Математическую теорию можно считать совершенной только тогда, когда ты сделал ее настолько ясной, что берешься изложить ее содержание первому встречному». Два достижения Самсона Семеновича Кутателадзе отвечают этому критерию – гидродинамическая теория кризисов кипения и теория относительных предельных законов пристенной турбулентности, писал его сын Семен Кутателадзе. Первая теория решает задачу определения момента смены режимов кипения – перехода от знакомого всем пузырькового кипения в чайнике к кипению пленочному, которое все видят при попадании капель жидкости на раскаленную плиту. При пленочном кипении поверхность нагрева плохо охлаждается и может разрушиться, что ведет к авариям.
Полезно помнить, что жидкость нагревают не только на теплоэлектростанциях, но и на атомных реакторах, в том числе на подводных лодках. Процесс кризиса кипения физически чрезвычайно сложен. Двухфазность системы – пар и жидкость, нерегулярная форма пузырьков и случайный характер их образования существенно затрудняют точный анализ и описание процесса кипения. Долгие годы не было даже ясно, где образуются пузырьки, в микровпадинках или на микровыступах поверхности.
В статье «Гидромеханическая модель кризиса теплообмена в кипящей жидкости при свободной конвекции» (ЖТФ, 1950, №11) Самсон Семенович решил задачу о кризисе кипения на основе парадоксальной гипотезы о том, что природа возникновения пара не имеет никакого значения. Кризис происходит тогда, когда газовая фаза уравновешивает в поле тяжести фазу жидкую. Таким образом, при барботаже, то есть при продувании холодного газа через стенку, можно наблюдать эффекты кризиса кипения. Теперь общеизвестно, что он был прав при описании целого ряда таких кризисных явлений. «Теория прогара Кутателадзе», как ее называют на Западе, и «критерий Кутателадзе» вошли в учебники и тезаурус мировой науки.
С отцом-основателем Академгородка (С.С.Кутателадзе, М.А.Лаврентьев), 1970 год. Фото предоставлено пресс-службой ИТ СО РАН
Основы теории турбулентности были заложены Самсоном Семеновичем в его работе «Влияние температурного фактора на дозвуковое турбулентное течение газа» (ПМТФ, 1960, №1). Известно, что важнейшие характеристики турбулентного потока не допускают мало-мальски обозримых описаний даже в простейших модельных ситуациях, например, при турбулентном обтекании пластины. Однако если рассматривать отношение какого-либо важного параметра, например, коэффициента трения в произвольной задаче к этому же неизвестному коэффициенту в модельной задаче, то такое отношение часто стремится к конечному пределу при бесконечной турбулизации потока.
Парадоксальность и значение этого замечательного наблюдения в том, что ничего подобного этой методике в общей теории уравнений с частными производными практически не разработано. Таков по строгому гамбургскому счету неоспоримый вклад С.Кутателадзе в науку. Но самым главным своим делом Самсон Семенович считал участие в создании Института теплофизики Сибирского отделения АН СССР.
Александр ПАВЛЕНКО, член-корреспондент РАН, заведующий
Обложка: С.С.Кутателадзе. Фото предоставлено пресс-службой ИТ СО РАН