Космос, управление и абстракции

В Екатеринбурге прошли открытые лекции лауреатов Демидовской премии 2008 года - одной из самых почетных научных наград России. Премию получили известные российские академики - создатель современной математической теории управления Евгений Мищенко, один из основоположников космической медицины Анатолий Григорьев, разработчик теории экономики знаний Валерий Макаров.

Лауреаты премии: Анатолий Григорьев, Валерий Макаров, Евгений Мищенко

Самолет как точка

Академик Евгений Мищенко - один из разработчиков современной математической теории управления и теории колебаний.
В науку попал после Великой Отечественной войны, служил в погранвойсках. Закончил матмех МГУ, досрочно защитил кандидатскую. Затем познакомился с одним из самых известных в мире специалистов по топологии Львом Понтрягиным, совместно с которым начал работу в области сингулярно возмущенных систем дифференциальных уравнений. Осенью 1952 года Понтрягин открыл в Математическом институте РАН семинар по практической математике, который начали посещать инженеры, в том числе военные: конструкторам самолетов хотелось разобраться в некоторых сложных прикладных задачах - к примеру, преследовании одного самолета другим и уклонении от такого преследования. Работа в этой области привела Мищенко сначала в область теории дифференциальных игр, а затем и математической теории оптимальных процессов.

Мищенко и Понтрягин описывали самолет как систему дифференциальных уравнений и пытались сформулировать задачу уклонения от преследования без участия пилота. В итоге эту задачу упростили до другой - нужно было понять, как за минимальное время или при наименьшем расходе топлива попасть из одной точки в другую. Новая формулировка задачи легла в основу всей теории оптимальных процессов управления. Итогом работы стал выход коллективного труда «Математическая теория оптимальных процессов», изданного во многих странах мира и ставшего математическим бестселлером. Мищенко написал в ней только одну главу - «Одна статистическая задача оптимального управления». Тем не менее она заинтересовала великого математика Андрея Колмогорова, и вскоре вышла его совместная работа с Мищенко и Понтрягиным. В результате в 1962 году Мищенко затесался в список авторов между двумя академиками, а в 1984-м - сам получил почетное научное звание.

Недуг невесомости

Академик Анатолий Григорьев - один из создателей системы медицинского обеспечения длительных пилотируемых космических полетов. В качестве главного медицинского специалиста Роскосмоса занимался и занимается решением проблем космической физиологии и медицины, разработкой научных программ медико-биологических исследований на орбитальных станциях «Салют», «Мир» и на российском модуле Международной космической станции (МКС).

Невесомость порождает в организме космонавтов комплекс изменений, прежде всего сенсорных. В итоге нарушается координация. И это еще не все: в условиях невесомости кровь сосредотачивается не в ногах, как на Земле, а в голове, что приводит к закупорке яремной вены; отсутствует привычная опора, что заставляет космонавтов использовать специальные ботинки, стимулирующие рецепторы стопы; атрофируются мышцы и кости, теряется кальций; резко снижается иммунитет.

Исследование состояния космонавтов, находящихся на орбите, породило целую научную дисциплину - медицину здорового человека, призванную поддерживать организм, находящийся в экстремальных и необычных условиях, в идеальном состоянии. На МКС для этих целей содержится полноценная лаборатория весом в полторы тонны и множество приборов и тренажеров: например, костюмы «Пингвин», перегоняющие кровь в нижнюю часть тела для имитации влияния Земли.

В будущей программе исследований Григорьева и его коллег - еще более амбициозные проекты: оценка пребывания биологических объектов в открытом космосе, попытка доставить грунт со спутника Марса Фобоса на Землю, подготовка к полету человека на Марс. В рамках последнего направления Институт медико-биологического обеспечения готовит уникальный проект, практически реалити-шоу: шесть человек на 500 суток будут помещены в замкнутое пространство.

Цифровая экономика

Под руководством академика Валерия Макарова сложилась целая научная школа математического и компьютерного моделирования экономики. В 1999 году сотрудники Центрального экономико-математического института РАН построили первую вычислимую модель российской экономики (RUSEC), на основе которой в 2001 - 2006 годах создан ряд модификаций, позволяющих анализировать влияние тарифов на электроэнергию и газ на темпы роста ВВП, динамику инвестиций, доходов населения, изменение спроса различных секторов экономики.

Компьютерное моделирование - относительно новый метод исследования экономики. Впервые он получил широкое распространение в 1996 году, с появлением «Сахарной модели» (Sugarscape).

В ее рамках американские ученые запрограммировали искусственное сообщество агентов-«жуков», живущих на разделенной на клетки поверхности. На ней расположен ресурс - «сахар», который «жуки» потребляют, запасают и распределяют между собой, имитируя поведение человеческого общества. Наблюдая за «жуками», ученые могут проводить целый ряд виртуальных экспериментов по эффективному распределению ресурсов, обмену благами и так далее.

Использование модели в практических целях принесло интересные результаты. Так, исследователи развили Sugarscape, перенеся ее на реальную карту США. В роли «сахара» выступало население, в роли «жуков» - виртуальные агенты, наблюдающие за скоплениями людей. После публикации результатов оказалось, что расположение агентов на карте полностью соответствует расположению ресторанов в стратегии развития сети Pizza Hut. История получила большой резонанс в прессе, и интерес к искусственным сообществам начал нарастать: в 2000-х годах прошел первый всемирный конгресс на эту тему.

Валерий Макаров и его сотрудники из ЦЭМИ РАН, используя этот метод, моделируют целый ряд самых разнообразных задач. Наиболее абстрактная - «экономика счастья»: на экране бегают точки-люди, которые потребляют материальные блага, расположенные на поле, и производят «счастье», общаясь друг с другом. Расширенный вариант этой модели - экономика, в которой действуют ученые, производящие знания, преподаватели и обычные граждане. За разработки в этой области ученый и получил Демидовскую премию.

Компьютерные модели помогают исследовать вполне конкретные вопросы - к примеру, варианты решения проблемы пробок в Москве. Модель ЦЭМИ показала, что строительство третьего транспортного кольца не поможет московским автомобилистам, как и увеличение количества радиальных веток. Макаров и его сотрудники предлагают более дешевый, но радикальный экономический вариант: устанавливать на все автомобили GPS-счетчики и снимать дополнительную плату за въезд в определенные части города.

Дополнительные материалы:

Демидовская премия

Учреждена в 1831 году известным уральским промышленником Павлом Демидовым, желавшим «содействовать преуспеянию наук словесности и промышленности в своем отечестве». Ежегодно он выделял на премии 20 тыс. рублей ассигнациями, при этом само присуждение наград предоставлялось Императорской Академии наук.

На получение премии могли претендовать в основном оригинальные сочинения молодых ученых, напечатанные на русском языке, члены Академии наук получить награду не могли.

Премия присуждалась более пятидесяти лет, до 1886 года, и считалась самой почетной неправительственной наградой Российской империи. В 1993 году по инициативе Уральского отделения РАН премия была возрождена, но с некоторыми изменениями. Теперь ученые ежегодно награждаются не за отдельный труд, а по совокупности работ, и не на основе конкурса, а в результате опроса экспертного научного сообщества. Окончательное решение выносят комиссии и комитет. Премии, вручаемые ежегодно в размере 10 - 15 тыс. долларов, оплачиваются Общенациональным научным негосударственным Демидовским фондом.