Институт прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН
(ИПМ РАН)
full

Международное название

Keldysh Institute of Applied Mathematics, KIAM

Основан

1953

Директор

Аптекарев Александр Иванович

Расположение

РоссияFlag of Russia.svg Россия, Москва

Юридический адрес

125047, Москва, Миусская пл., д.4

Сайт
Награды
орден Ленина

Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН (ИПМ РАН) был создан для решения расчётных задач, связанных с государственными программами атомной и термоядерной энергетики, исследования космического пространства и ракетной техники. Институт входит в состав Отделения математических наук Российской академии наук. Основное направление деятельности института состоит в использовании вычислительной техники для решения сложных научно-технических проблем, имеющих важное практическое значение; с 2016 г. в сферу научной деятельности института вошла разработка математических и вычислительных методов для биологических исследований, а также непосредственное решение задач вычислительной биологии с использованием таких методов.

Научная деятельность[править | править вики-текст]

Ядерная физика[править | править вики-текст]

Одним из отделов института руководил Я. Б. Зельдович, крупный физик-теоретик, отвечавший за теоретические аспекты работ по созданию атомного и термоядерного оружия. Молодой А. А. Самарский выполнил первые реалистические расчёты макрокинетики цепной реакции ядерного взрыва, приведшие к практически важным оценкам мощности ядерных боеприпасов. Моделированием процессов переноса нейтронов и атомных реакций занимались и в связи с ядерной энергетикой. В частности, Е. С. Кузнецов известен своими работами по теории ядерных реакторов.

В настоящее время в ИПМ продолжаются работы в области физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза, которые начинались под руководством С. П. Курдюмова, А. А. Самарского, Ю. П. Попова.

Космонавтика[править | править вики-текст]

Динамика космических полетов, которой занимались в отделе Д. Е. Охоцимского была в некотором смысле любимым детищем М. В. Келдыша, и он проявлял к ней особое внимание. В 1966 году на базе отдела был организован Баллистический Центр (руководитель Э. Л. Аким), который занимался расчётами оптимальных орбит, фактических траекторий и коррекций для всех космических полетов: от автоматических межпланетных и лунных аппаратов до пилотируемых «Союзов» и орбитальных станций «Салют» и «Мир». В отделе исследовались также задачи стыковки, управляемой посадки и стабилизации космических аппаратов.

Институт принимал активное участие в создании корабля многоразового использования «Буран». Стратегическое моделирование, проведенное в ИПМ, убедило руководство страны в необходимости противопоставить американскому «Шаттлу» советский аналог. В отделе А. В. Забродина рассчитывались обтекание и прогрев аппарата при входе в атмосферу. В отделе М. Р. Шура-Бура была разработана системная часть программного обеспечения «Бурана».

В настоящее время в Баллистическом Центре продолжают заниматься обеспечением текущих космических проектов. Разрабатываются системы управления и навигации космических аппаратов в реальном времени с использованием глобальных спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС. Космонавтикой занимаются и в других отделах. В частности в группе М. Я. Марова исследуют атмосферы планет. Изучаются перспективы дальних межпланетных полетов с использованием электроракетных двигателей[1]. ИПМ участвует в проектах «Фобос-грунт»[2] и «Радиоастрон».

Математика и математическое моделирование[править | править вики-текст]

Отдел теплопереноса возглавлял (до своего отъезда в США в 1989 году) И. М. Гельфанд, один из крупнейших математиков ХХ столетия, избранный членом не только РАН, но и многих иностранных академий. Ему принадлежат фундаментальные работы по функциональному анализу, алгебре и топологии. В этих же областях математики первоначально работал и А. Н. Тихонов, однако он наиболее известен работами более прикладной направленности, такими как методы решения некорректно поставленных задач (метод регуляризации Тихонова). А. Н. Тихонов также создал теорию дифференциальных уравнений с малым параметром при старшей производной. А. А. Самарский разработал общую теорию устойчивости разностных схем. А. А. Самарский рассматривал математическое моделирование как самостоятельную научную дисциплину. С. П. Курдюмов создал научную школу в области синергетики и привлек внимание к её философским и общенаучным аспектам.

В настоящее время существующий арсенал численных методов обновляется и совершенствуется в связи с растущей сложностью моделей и возможностями современных суперкомпьютеров. Разрабатываются сеточные методы решения вычислительных задач, приведшие, в частности, к созданию декларативного языка «Норма».

Компьютеры и программирование[править | править вики-текст]

Институт всегда снабжался наиболее современной вычислительной техникой, которую могла поставить отечественная промышленность. Первые работы выполнялись ещё на механических калькуляторах «Мерседес» большим штатом расчётчиков. В 1955 году появилась первая отечественная ЭВМ «Стрела», на которой, в частности, рассчитывались орбиты первых спутников. Позже появились М-20, М-220 и ЭВМ серии БЭСМ. Была разработана операционная система ОС ИПМ, одна из первых полноценных операционных систем, включавшая вполне современный механизм параллельной обработки заданий и распределения ресурсов. Создавались библиотеки математических функций; в 1972 году началась разработка графической библиотеки ГРАФОР[3].

Основной целью компьютерных инженеров ИПМ (отдел А. Н. Мямлина) и программистов-системщиков (отдел М. Р. Шура-Бура) было эффективное использование ресурсов, ограниченных по быстродействию и памяти. Практиковалось в частности объединение ЭВМ в подобие многопроцессорной системы с целью распараллеливания обработки заданий. Весьма значительным было влияние ИПМ и лично М. Р. Шура-Бура на выбор архитектуры отечественных универсальных компьютеров.

В институте занимались также автоматизацией математических преобразований. В. Ф. Турчиным был разработан язык компьютерной алгебры РЕФАЛ[4]. Разрабатываются теория и основанные на ней прикладные системы суперкомпиляции функциональных программ.

В настоящее время ведутся работы по созданию распределенных вычислительных систем на основе объединения нескольких суперкомпьютеров, для чего используются грид — технологии и разрабатываются специализированные операционные системы (DVM).

Робототехника[править | править вики-текст]

По мере роста и укрепления отраслевой науки значительная часть тематики, под которую создавался институт, передавалась в специализированные расчётные группы промышленных организаций. Изменилась и обстановка в стране. В атмосфере разрядки и экономических реформ учёные получили больше свободы в выборе задач в соответствии со своими научными интересами. Я. Б. Зельдович стал заниматься астрофизикой. В отделе Д. Е. Охоцимского около половины сотрудников переключились на робототехнику: разработку шестиногих шагающих аппаратов и «умных» манипуляторов. Т. М. Энеев стал заниматься компьютерным моделированием процессов образования галактик и планетных систем[5]. Он также применил аналогичные методы моделирования к описанию процесса структуризации биологических макромолекул.[6]. И. М. Гельфанд и его сотрудники развивали математические методы медицинской биофизики.

В настоящее время работы по робототехнике ведутся в секторе А. К. Платонова в группах В. Е. Павловского (виртуальный футбол), С. М. Соколова (системы технического зрения[7]), В. Е. Прянишникова (автономные гусеничные машины). Продолжаются также работы по созданию шестиногих шагающих аппаратов.

Математическая биология[править | править вики-текст]

С 2016 г. в сферу интересов ИПМ вошли задачи математической физики биологических объектов и вычислительной биологии, решаемые на базе ИМПБ РАН — филиала ИПМ им. М. В. Келдыша РАН.

Специализированные научные проекты[править | править вики-текст]

Преподавательская и общественная деятельность[править | править вики-текст]

Большинство ведущих сотрудников ИПМ работали по совместительству профессорами МГУ или Московского физико-технического института. А. Н. Тихонов был организатором и первым деканом Факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ. Он активно способствовал процессу созданию факультетов аналогичного профиля, которые появились к концу 1970-х годов практически во всех университетах и технических вузах страны и подготовили уже нескольно поколений программистов. А. Н. Тихонову и А. А. Самарскому принадлежит часто упоминаемый учебник по уравнениям математической физики[8]. Д. Е. Охоцимский и Ю. Г. Сихарулидзе написали первый учебник по динамике космического полета.[9]

И. М. Гельфанд занимался математическим образованием школьников. Он составил программу лекций и семинаров для учащихся московской математической школы № 2. В его системе особое внимание уделялось обучению навыкам строгих доказательств. И. М. Гельфанд также организовал Всесоюзную заочную математическую школу (ВЗМШ) для обучения математике по переписке, которую за 30 лет окончили более 70 тысяч человек.

В 1970-е годы Т. М. Энеев внёс значительный вклад в борьбу против проекта поворота течения северных рек на юг — плана, грозившего, по мнению многих учёных, весьма серьёзными экологическими последствиями.

История[править | править вики-текст]

Вехи[править | править вики-текст]

История ИПМ РАН началась во второй половине 1940-х годов, когда в Математическом институте им. В. А. Стеклова АН СССР возникла группа математиков-вычислителей под руководством М. В. Келдыша. В 1953 году было организовано Отделение прикладной математики (секретное), формально являвшееся подразделением Математического института. В 1966 году институт получил современное название Институт прикладной математики, а в 1978 году после смерти М. В. Келдыша ИПМ РАН стал носить его имя.

Организатор института М. В. Келдыш оказал большое влияние на научный стиль института и характер решаемых задач. М. В. Келдыш, президент Академии наук и активный участник космической и ядерной программ, вовлекал свой институт в работы по важнейшим практическим проблемам, в которых научная новизна сочеталась с необходимостью сложных расчётов. Так как подобные задачи часто оказывались на стыке научных дисциплин, коллектив института включал математиков, физиков, механиков, а также специалистов по вычислительной технике. Институт был награждён Орденом Ленина.

По итогам реорганизации 2015–2016 гг.[10], Институт математических проблем биологии РАН стал филиалом ИПМ РАН.

Директора[править | править вики-текст]

Выделившиеся организации[править | править вики-текст]

Известные работы по годам[править | править вики-текст]

1949 — Д. Е. Охоцимский выполнил реалистический расчёт ударной волны ядерного взрыва в атмосфере[11].
1949[уточнить] — И. М. Гельфанд и О. В. Локуциевский опубликовали[где?] знаменитый метод «прогонки» для решения неявных разностных схем, который фактически использовался в ИПМ с конца 1940-х годов[12]
1957 — Цикл статей Д. Е. Охоцимского и Т. М. Энеева в связи с запуском первого спутника[13].[14].
1966Э. Л. Аким рассчитал параметр нецентральности («грушевидности») фигуры Луны[15].
1969Эффект Сюняева-Зельдовича, рассеяние реликтового излучения на электронах[16][17][18][19]
1989 — Первый атлас Венеры[20]

Мемуары[править | править вики-текст]

Достопримечательности[править | править вики-текст]

Известные сотрудники[править | править вики-текст]

Избранные монографии на русском[править | править вики-текст]

  • В. В. Белецкий. Движение искусственного спутника относительно центра масс. М., Наука, 1965. — 416 с.
  • В. В. Белецкий, Е. М. Левин. Динамика космических тросовых систем. М., Наука, 1990
  • В. В. Веденяпин. Кинетические уравнения Больцмана и Власова. М., Физматлит, 2001, 112 с.
  • И. М. Гельфанд. Теория представлений и автоморфные функции. М., Наука, 1966, 512 c.
  • Я. Б. Зельдович, И. Д. Новиков. Строение и эволюция Вселенной. М., 1975.
  • М. В. Келдыш. Избранные труды. Ракетная техника и космонавтика. М., Наука, 1988.
  • М. В. Келдыш, М. Я. Маров. Космические исследования. М., Наука, 1981.
  • Е. Н. Князева, С. П. Курдюмов. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем. М.: Наука, 1994.
  • В.Б. Красовицкий. Нелинейные регулярные колебания в неравновесных плазменных и газовых средах: Кн.1 Неустойчивость релятивистского электронного пучка в плазме, 268 с., Кн.2 Самофокусировка релятивистских электронных сгустков в плазме, 255 с., Харьков, Фолио, 2000.
  • М. Я. Маров. Планеты Солнечной системы. М., Наука, 1981.
  • М. Я. Маров, А. В. Колесниченко. Введение в планетную аэрономию. М., Наука, 1987.
  • Д. Е. Охоцимский, Ю. Ф. Голубев. Механика и управление движением автоматического шагающего аппаратаю. М, Наука, 1984, 310 с.
  • Д. Е. Охоцимский, Е. Ф. Голубев, Ю. Г. Сихарулидзе. Алгоритм управления космическим аппаратом при входе в атмосферу. М, Наука, 1975, 445 с.
  • А. К. Платонов, под редакцией, Программное обеспечение промышленных роботов. Сборник. Составители: А. Н. Домарацкий, Р. К. Казакова. М., Наука, 1986.
  • А. А. Самарский, А. П. Михайлов. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. М., «Физматлит», 2005, 320 с.
  • А. А. Самарский. Теория разностных схем. М., Наука, 1971, 552 с.
  • Ю. С. Сигов Вычислительный эксперимент: мост между прошлым и будущим физики плазмы. — М., Физмалит, 2001, 288 с.
  • А. Н. Тихонов. Методы решения некорректных задач. М. Наука 1986 [2]

Избранные монографии на английском[править | править вики-текст]

  • Samarskii A.A., Galaktionov V.A., Kurdyumov S.P., and Mikhailov A.P. Blow-up in Quasilinear Parabolic Equations. Berlin: Walter de Gruyter, 1995.
  • Zel’dovich, Ya. B. and Raizer, Yu. P. Physics of Shock Waves and High-Temperature Hydrodynamic Phenomena. Mineola, NY: Dover Publications, 2002. ISBN 0-486-42002-7
  • Zel’dovich, Ya. B. and Novikov, I. D. Relativistic Astrophysics, Vol. 1: Stars and Relativity. Mineola, NY: Dover
  • Publications, 1996. ISBN 0-486-69424-0
  • Krasovitskiy V.B. Published by Nova Science Publishers, Inc., NY:  1. Self focusing of relativistic electron bunches in plasma, Vol. 259, 200 p., 2008. ISBN 13: 978-1-60021-529-2 ;  ISBN 10: 978-1-60021-529-7;  2. Instabilities of relativistic electron beam in plasma, Vol. 260, 219 p., 2008 . ISBN 1-60021-515-7.

Учебники и научно-популярные книги[править | править вики-текст]

  • В. В. Белецкий. Очерки о движении космических тел. — 2 издание. — М.: Наука, 1977. — 430 с.
  • Б. М. Будак, А. А. Самарский, А. Н. Тихонов. Сборник задач по математической физике. — М., 1965. — 683 с.
  • И. М. Гельфанд, С. В. Фомин. Вариационное исчисление. — М.: Физматгиз, 1961. — 228 с.
  • С. К. Годунов. Уравнения математической физики. — M.: Наука, 1979. — 352 с.
  • Я. Б. Зельдович, И. М. Яглом. Высшая математика для начинающих физиков и техников. — М.: Наука, 1982. — 512 с.
  • Я. Б. Зельдович, А. Д. Мышкис. Элементы математической физики. — М.: Наука, 1973. — 352 с.
  • . И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев, Справочник по математике, издательство Наука, М. 1967, с. 84
  • Д. Е. Охоцимский, Ю. Г. Сихарулидзе. Основы механики космического полета. — М.: Наука, 1990. — 445 с.
  • А. Н. Тихонов, А. А. Самарский. Уравнения математической физики. — M.: Наука, 1966. — 724 с.

Ссылки[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Т. М. Энеев, Р. З. Ахметшин, Г. Б. Ефимов, М. С. Константинов, Г. Г. Федотов. Баллистический анализ межпланетных полетов космических аппаратов с электроракетными двигателями. Математическое. моделирование, т. 12, вып. 5, 2000, с. 33-38
  2. В. С. Авдуевский, Э. Л. Аким, Р. С. Кремнев, С. Д. Куликов, М. Я. Маров, К. М. Пичхадзе, Г. А. Попов, Т. М. Энеев. Космический проект «Фобос-грунт»: основные характеристики и стратегия развития. Космонавтика и ракетостроение. т. 19 с. 8-21, 2000
  3. История компьютерной графики в России
  4. В. Ф. Турчин, В. И. Сердобольский. Язык Рефал и его использование для преобразования алгебраических выражений // Кибернетика, 1969, № 3, с.58-62
  5. Т. М. Энеев, Н. Н. Козлов. Модель аккумуляционного процесса формирования планетных систем. I. Численные эксперименты. Астрономический вестник. 1981. Т. 15, № 2, с. 80-94; II. Вращение планет и связь модели с теорией гравитационной неустойчивости. Астрономический вестник. 1981. Т. 15, № 3, с. 131—141.
  6. Т. М. Энеев, Н. Н. Козлов, Е. И. Кугушев. Процессы структуризации биомолекул. Результаты математического моделирования. Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, N 69, 1995, с. 22 [1]
  7. С. М. Соколов, А. А. Богуславский. Графический интерфейс систем технического зрения на базе персональных компьютеров. Препринт ИПМ № 24, Москва, 1998
  8. А. Н. Тихонов, А. А. Самарский. Уравнения математической физики. M., Наука, 1966. 724 с
  9. Д. Е. Охоцимский, Ю. Г. Сихарулидзе. Основы механики космического полёта. М., Наука, 1990. 445 с
  10. Приказ об присоединении ИМПБ к ИПМ
  11. Д. Е. Охоцимский, Кондрашова И. Л., Власова З. П., Казакова Р. К. Расчёт точечного взрыва с учетом противодавления. — Труды математического института им. М. В. Стеклова, т. 50, 1957, 65 с.
  12. И. М. Гельфанд, О. В. Локуциевский. Метод «прогонки» для решения разностных уравнений. В книге С. К. Годунов, В. С. Рябенький. Введение в теорию разностных схем. — Физматгиз, 1962.
  13. Д. Е. Охоцимский, Т. М. Энеев. Некоторые вариационные задачи, связанные с запуском искусственного спутника Земли. Успехи физических наук, том 63, № 1a, 1957, с. 33-50.
  14. Д. Е. Охоцимский, Т. М. Энеев, Г. П. Таратынова. Определение времени существования искусственного спутника Земли и исследование вековых возмущений его орбиты. Успехи физических наук, том 63, № 1a, 1957, с. 5-32.
  15. Э. Л. Аким. Определение поля тяготения Луны по движению искусственного спутника Луны «Луна 10». Доклады Академии наук СССР, 1966, том. 170, № 4.
  16. Sunyaev RA, Zel'dovich YB (1969). «The interaction of matter and radiation in a hot-model universe». Astrophys. Space Sci. 4 (3): 301-16.
  17. Sunyaev RA, Zel'dovich YB (1970). «Small-scale fluctuations of relic radiation». Astrophys. Space Sci. 7 (1): 3-19.
  18. Sunyaev RA, Zel'dovich YB (1972). «The observations of relic radiation as a test of the nature of X-ray radiation from the clusters of galaxies». Comm. Astrophys. Space Phys. 4: 173.
  19. Sunyaev RA, Zel'dovich YB (1980). «Microwave background radiation as a probe of the contemporary structure and history of the universe». Ann. Rev. Astron. Astrophys. 18: 537-60.
  20. В. А. Котельников, В. Л. Барсуков, Э. Л. Аким и др. Атлас поверхности Венеры. — Москва, Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР, 1989