#НаукаПобеды

Пенициллин и Грамицидин С

«Мадам Пенициллин» 

Она мечтала стать выдающимся врачом, создать лекарство от холеры, тайком пробиралась через окно в лабораторию, чтобы лишние пару часов посвятить науке и приблизиться хотя бы на шаг к своей мечте. Она знала, как никто другой, насколько опасны и страшны болезни, как тяжело они протекают и рушат жизни тысячам людей… Она — Зинаида Ермольева, выпускница медицинского университета. Будущий врач, который спасет жизни многим людям своего поколения и не только. 

Все это только часть подвига великого советского ученого. Начало пути создания ещё одного величайшего открытия, сделанного Зинаидой — пенициллина. 

Во время работы в холерном Сталинграде Зинаида выявила одну особенность — большинство солдат умирало после операций из-за гнойно-септических осложнений. Врачу было тяжело осознавать, что в СССР люди погибают от заражения крови, а на Западе везде используют чудо-средство — пенициллин. Продавать лицензию отказывались наотрез, а процессы изготовления были под строжайшими секретами. Здесь Зинаида Виссарионовна и поняла: она тот самый человек, который создаст это лекарство, чего бы ей это ни стоило. 

Материалы искали везде: в спорах, деревьях, траве, окопах, бомбоубежищах. Из всех этих образцов медицинские сотрудники выделили необходимые грибковые культуры, которые подвергли клиническим исследованиям. Спустя всего несколько месяцев Зинаида Ермольева смогла получить чудодейственный препарат, которое изначально назвали «Пенициллин-крустозин».

В 1943 году началось массовое производство советского пенициллина. Препарат спас жизни миллионам и продолжает служить на благо человечества. Смертность от ран и болезней сократилась до минимума. Многим солдатам смогли спасти конечности и обойтись без ампутации, благодаря чему они снова вставали в строй и сражались за мирное небо над головой. Пенициллином людей спасали от пневмонии, рожистых заболеваний, а больные, которые принимали препарат, не имели осложнений. 

Зинаиду удостоили Сталинской премии, а все полученные деньги она пожертвовала на нужды советского фронта. Через несколько месяцев после этого события врагов сокрушал истребитель с надписью «Зинаида Ермольева».

“Грамицидин C”

Одним из первых антибиотиков, сыгравшим большую роль во время Великой Отечественной войны стал Грамицидин С. Это лекарство отлично помогало бойцам на передовой не умереть от ожогов, гнойных ран, гангрены. Оно эффективно справлялось со стрептококковыми и стафилококковыми бактериями, вытаскивая людей с того света.

А началось все в 1942 году. 

Во время Великой Отечественной войны микробиолог Георгий Францевич Гаузе был заведующим отделом государственной санитарной инспекции Сталинского района Москвы, а также работал на той же должности в Институте медицинской паразитологии и тропической медицины Наркомздрава. В этот период в свет вышла статья известного лондонского журнала «Nature», в которой сообщалось о том, что доктор Рене Дюбо получил первый антибиотик тиротрицин, успешно прошедший испытания в военных госпиталях. Гаузе предложил своей жене заняться похожим исследованием. 

Микробиологи начали собирать в окрестностях Института паразитологии образцы почв, которые помещали в чашки Петри, а затем отбирали отдельные экземпляры и проверяли их на антагонизм микробов. Некоторые из них образовывали антибактериальное вещество, подавляющее рост стафилококков. Далее бактерии стали выращивать на специализированных жидких средах, позволяющих запустить процесс кристаллизации, чтобы получить бактериальное вещество. Для этого Г.Ф. Гаузе и М.Г. Бражникова использовали особую методику, с помощью которой кристаллы антибактериального вещества были очищены от липидов. Так и появился знаменитый грамицидин С, который оперативно внедрили во врачебную практику на фронте для лечения инфекций. В 1946 г. Г.Ф. Гаузе и М.Г.Бражникова удостоились Сталинской премии за открытие грамицидина С.

Бронестекло

Во время Великой Отечественной войны перед советскими инженерами была поставлена важнейшая научно-техническая задача: создать такое стекло, которое превышало бы по прочности в 25 раз обычное. И это была не прихоть руководства, а насущная необходимость, продиктованная реалиями военной авиации. Огромным недостатком в самолетах того времени было отсутствие защиты пилота от пулеметного огня противника. Для «фонаря» кабины требовалось особое стекло. 

Исаак Ильич Китайгородский был выдающимся химиком, и именно он смог опытным путем изобрести особую, секретную технологию создания бронестекла, которая используется и в наше время, только в усовершенствованном виде. Материал для изготовления имеет кристаллическую структуру и особый химический состав с добавлением определенных микроэлементов.

Закаляется такое стекло по секретным стандартам, в результате чего его прочность увеличивается в несколько раз. Следующий этап — склеивание «особых» стекол, которое также происходит в определенных условиях: помещение должно быть максимально чистым во избежание попадания пыли и другого мусора. Склеиваются стекла с помощью специальной полимерной пленки, которую помещают между слоями. При нагревании она плавится и намертво соединяет слои между собой. Последний этап — это обработка герметиком и испытания бронестекол на прочность. 

Впоследствии многие гитлеровцы мечтали разгадать состав такого «удивительного» бронестекла. Но технология производства хранилась в строжайшей тайне, благодаря чему они так и не смогли рассекретить этапы создания выдающейся отечественной разработки.

Размагничивание кораблей

Как известно, победа куётся в тылу и от того, насколько хорошо подготовлены и оснащены вооружённые силы, во многом зависит исход боя. Многие новшества и передовые разработки неизбежно привлекают внимание военных, так было во все времена.

В начале прошлого века минное оружие заявило о себе и прочно заняло своё место в арсеналах армий и на полях сражений. А что касается моря — магнитные мины стали настоящим проклятием для кораблей. С самого начала войны гитлеровцы начали минировать выходы из советских военно-морских баз и основные морские пути СССР, что создало очень большую угрозу для отечественного ВМФ.

В апреле 1940 года в Ленинградском физико-техническом институте (ЛФТИ) разработали метод размагничивания кораблей. Принцип заключался в следующем: магнитное поле корабля изменялось с помощью системы наложения на его корпус обмоток, через которые пропускались постоянные токи определенных направлений и величин. Регулировать и управлять работой системы можно было с помощью установленных на корабле магнитометров.

Начало Великой Отечественной войны установило свои суровые и бескомпромиссные условия, времени собираться с мыслями не было, нужны были эффективные меры. Поэтому уже с первых дней войны, благодаря самоотверженным усилиям научных сотрудников и военных моряков, удалось оборудовать системой размагничивания системой ЛФТИ более 50 военных кораблей. Решили задачу в сжатые сроки, что вскоре очень помогло во время Таллинского перехода — одной из крупнейших операций нашего флота по сохранению боеспособных сил. Среди тех кораблей, которые накануне были оборудованы системой ЛФТИ, потерь от донных магнитных мин не было. 

Система на практике доказала своё право на существование и вместе с тем спасла за годы войны тысячи жизней советских моряков, неизбежно приближая нашу Великую Победу.

Явление «флаттер»

Первые аэропланы, поднявшиеся в небо, строились больше по наитию конструкторов-энтузиастов, чем по науке. Ведь полагаться приходилось только на свои идеи и небольшой опыт. По сути, это был путь проб и ошибок, позволивший со временем вывести свои законы в авиастроении.

Ближе к 30-м годам двадцатого века самолёты существенно прибавили в скорости полёта. Казалось, что путь к новым достижениям открыт. Но триумф от роста скорости омрачила серия катастроф. Причём по своему характеру она была идентична практически для всех стран, располагавших собственными авиационными конструкторскими бюро. Первое время их причина казалась просто необъяснимой. 

Проанализировав все накопленные данные, выяснили, что разрушение происходило не мгновенно, как поначалу казалось наблюдателям с земли. До него некоторое, хотя и чрезвычайно короткое время происходили вибрации, чаще всего крыльев, а иногда оперения самолёта. Этому явлению дали имя «флаттер», от английского flutter — дрожание, вибрация. Итак, «флаттер» — это сочетание самовозбуждающихся незатухающих изгибающих и крутящих автоколебаний крыла или хвостового оперения самолёта (впоследствии проявлялся и у несущего винта вертолётов). Возникает при достижении критической скорости соответствующей конструкции конкретного летательного аппарата, а появляющийся резонанс приводит к разрушению планера.

В Советском Союзе изучение «флаттера» было начато в Экспериментальном аэродинамическом отделе ЦАГИ. К работе над проблемой подключили молодого, но уже проявившего свои незаурядные способности инженера Мстислава Келдыша. Мстислав Всеволодович для подавления «флаттера» органов управления самолёта использовал нелинейный анализ математических моделей и метод гармонического баланса. После проведения ряда лётных экспериментов и опытов в аэродинамической трубе в 1939 году Народный комиссариат авиационной промышленности СССР обязал всех авиаконструкторов согласовывать через отдел ЦАГИ, в котором работал Келдыш, расчёт на «флаттер» всех самолётов новых конструкций. Задача была решена. 

Во время войны — в 1941 году — Мстислав Келдыш стал начальником отдела динамической прочности ЦАГИ и курировал проблему вибраций в самолетостроении. В апреле 1942 года был награждён Сталинской премией 2-й степени за научные работы по предупреждению разрушения самолётов вследствие флаттера крыльев и хвостового оперения.

Наряду с научно-экспериментальными исследованиями в ЦАГИ занимался внедрением разработанных рекомендаций в самолетные конструкторские бюро и на авиационные заводы. За что был награжден орденом Трудового Красного Знамени (1943 г.) и орденом Ленина (1945 г.).

С развитием технологий проблема явления «флаттер» сама собой не пропала. Как и прежде, неверные расчёты при конструировании машины могут иметь фатальные последствия.

Огненный коктейль

Эти строки из песни «Марш артиллерии», написанной в конце 30-х годов, вполне чётко указывали на значение артиллерийского вооружения в Красной армии. Она и в обороне надёжная опора, и в наступлении верный помощник.

Однако с началом Великой Отечественной войны дела пошли совсем не так, как на предвоенных командно-штабных учениях. Красная армия вела упорные оборонительные бои, местами переходя в контратаки, но всё же неизбежно отступала. Результатом была потеря и территорий, и военной техники, и вооружения, и, в том числе, такой необходимой артиллерии.

Проблему борьбы с вражеской бронетехникой нужно было решать, как говорится, здесь и сейчас, ведь враг рвался к Москве. Одним из путей срочного решения задачи стали бутылки с зажигательной смесью. С одной стороны, казалось бы, оружие примитивное, но, как показывала практика, весьма пригодное и эффективное.

За решение проблемы в инициативном порядке принялся Кирилл Максимович Саладзе — молодой военный химик, кандидат наук. В качестве исходного материала были использованы отходы химического производства. В ходе исследований молодой учёный практически жил на работе. За неделю интенсивной работы Кириллу Саладзе удалось получить оптимальный состав горючей смеси, названный БГС — Бензольная Головка, Сельвест (на фронте аббревиатуру расшифровывали проще — «боевая горючая смесь»). Такая смесь получалась дешевле в производстве, а горела в 2-3 раза дольше и с более высокой температурой.

Несмотря на то, что формально новая разработка ещё проходила испытания, фактически она уже поставлялась на фронт. Впервые солдатов снабдили новой огнесмесью в битве за Москву. Помимо бутылочного оружия, было найдено и другое применение БГС — в ранцевых огнемётах и огнемётных танках. 

Бутылки с огнесмесью применялись не только как индивидуальное оружие пехотинца, в обороне устанавливались целые бутылочные поля. Эти коктейли размещали в шахматном порядке, длина поля доходила до 100 метров, а глубина до 20 метров. Воспламенение одной бутылки поджигало стоящие рядом, в результате получалось целое поле огня — весьма эффективно, особенно против наступающей пехоты.

Эффект «шимми»

Советские изобретатели столкнулись с ещё одной проблемой в сфере авиации — «шимми». Этот эффект возникает при автоматическом колебании колеса вследствие неустойчивости прямого качения. Из-за него колеса самолета при взлете и посадке поворачивались самопроизвольно, кроме того, переднее колесо могло просто сместиться. Стоит отметить, что это явление тесно связано с другой проблемой отечественной авиации, о которой мы уже рассказывали в одном из наших материалов, и имя ей — «флаттер». 

Решил эту непростую задачку советский математик — Мстислав Келдыш.

Решение было найдено на основе разработанной М.В. Келдышем теории неустойчивых колебаний. Результатом стала его работа: «Шимми переднего колеса трехосного шасси».  

Причина была в том, что первые самолеты с трехколесным шасси, двигаясь по взлетно-посадочной полосе,попадали в сложную ситуацию: при определенной скорости самолета переднее колесо, будто по волшебству, поворачивалось вокруг стойки то вправо, то влево. Самолет мог сбиться с курса, уехать со взлетной полосы и даже зарыться передней частью в землю. А когда в результате колебаний передняя стойка шасси разламывалась, то погибал и пилот, и само транспортное средство.  

Келдыш смог разработать для самолетов особую и надежную систему защиты, которая предотвращала такие аварии и спасала жизни пилоту и его кораблю. В результате усердных и длительных бессонных ночей математик создал метод расчета критической скорости «шимми», с помощью которого стало возможно вычислить скорость разбега и пробега, при которой колебания начинают нарастать. На основе выведенного уравнения он смог предложить конструктивные меры, парирующие возникновение шимми в заданном конструктором диапазоне скоростей и устранить колебания шасси. 

Благодаря разработкам М.В. Келдыша советские самолеты прекратили «танцевать» на взлетной полосе. За весь период Великой Отечественной войны на взлетно-посадочных полосах фронтовых аэродромов не было зафиксировано ни одной серьезной поломки, которая была бы связана с эффектом «шимми».

Партизанские котелки

Жизнь партизанских отрядов была напрямую связана с радиостанцией и коротковолновой рацией. Базирование партизан было скрытым, что являлось немаловажной особенностью и в то же время огромной бедой, потому что отряды нуждались в стабильном соединении с Центральным штабом, откуда «лесные солдаты» получали разведзадания, а также информацию, где нужна помощь раненым. Именно поэтому радиста берегли как зеницу ока.

Радиостанция тех времен представляла собой ламповый прибор с низкой энергоэффективностью, требующий для питания дорогих и малоёмких батарей с высоким напряжением. Зарядить такие батареи в лесу было невозможно, да и разряжались они крайне быстро. На протяжении многих лет единственным способом подзарядки для таких радиостанций была динамо-машина.

И тут на помощь партизанам приходит академик Абрам Федорович Иоффе, с уважением его называли «учеником Рентгена и Капицы» и «отцом советской науки». С началом войны академика назначили председателем Государственной комиссии по военной технике. Совмещая эту должность со своей постоянной работой — в роли руководителя Ленинградского физико-технического института — Абрам Федорович с группой своих студентов продолжил исследовательскую деятельность в направлении термоэлектричества. Благодаря чему юным физикам и талантливому ученому удалось создать электрогенератор для партизанских отрядов.

Стоит отметить, что изначально использование термопары для выработки электричества предложил немецкий физик Томас Иоганн Зеебек в начале 19-го века, и спустя недолгий промежуток времени этот способ начали применять на практике.

Иоффе же усовершенствовал технологию, предложив использовать в термопарах не спай разнородных металлов, а спай полупроводников. Благодаря этому удалось увеличить КПД генератора.

Сам котелок был похож на крестьянский чугунок, в дно которого располагалось устройство с полупроводниковыми элементами. Для производства проводников использовали сплав под названием константан. В его состав входили медь, марганец и никель. Также использовали сурьму с цинком. Затем в котелок наливалась холодная вода, а сама ёмкость подвешивалась над костром. Контакты проводников располагались в разных температурных зонах. Дно котелка и расположенные там спаи нагревались открытым огнём, а вода охлаждала второе дно и спаи внутри посудины. Таким образом в спаях образовывалась разница температур до 250С. Полученной электроэнергии было достаточно для питания радиостанции «Север», которую чаще всего тогда использовали партизаны и разведгруппы.

В основе работы термоэлектрогенератора лежит термоэлектрический эффект: когда спай — место соединения двух металлов нагревается, между свободными их концами, где температура ниже, образуется разность потенциалов. Если замкнуть такую термопару на внешнее сопротивление, по цепи потечет электрический ток.

В послевоенные годы А.Ф. Иоффе продолжил свою исследовательскую деятельность, возглавил лабораторию полупроводников АН СССР, на основе которой позднее был создан Институт полупроводников АН СССР. В 1961 году, уже после смерти, советский физик был удостоен Ленинской премии.

Электрическая сварка

Евгений Оскарович Патон всю свою жизнь посвятил физике, механике и металлургии. По инициативе советского ученого в 1929 году был основан первый институт сварки, в котором под его руководством развивались советские разработки сварочного процесса. 

За решение этой проблемы взялся Патон с командой ученых. Их главной целью было повышение прочности сварочного шва. Настолько, чтобы этот шов превосходил по прочности саму броневую плиту! До того момента все советские танки варились очень долго и тяжело, требовали присутствия высококвалифицированного специалиста. Цель электрической сварки — облегчить все процессы: как физические, так и технические. 

Тогда талантливые умы взялись за реализацию своей идеи. Первая попытка была провальной. Использование автомата Патона приводило к тому, что швы постоянно трескались. Происходило это из-за того, что во время сварки в броню поступало больше 0,25% углерода. По этой причине закаленные зоны в районе сварного шва резко становились более твердыми и начиналось трещинообразование.

Следующей задачей стала прочность. Сварка с присадочной проволокой была мягче: как быть, если в нее попадёт снаряд? Тогда академик предположил, что это не станет существенной проблемой, так как даже при таком раскладе сам танк не будет пробит. Но чтобы убедиться в теории, ученые решили провести полевые испытания. 

Для сравнения на полигон выкатили танк. С одной стороны он был сварен вручную высоквалифицированным сварщиком, а с другой стороны при помощи электросварки Патона. Бронемашину подвергли жестоким истязаниям со стороны бронебойных и фугасных снарядов. В результате шов, который был сварен вручную, развалился. А швы, изготовленные при помощи автомата Патона, остались невредимыми, несмотря на разрушение бронеплит. 

Так в 1942 году технология электрической сварки стала использоваться повсеместно для производства военной техники: танков (в их числе Т-34 и другие), авиабомб, самолетов, многих других вооружений. 

Технология постоянно дорабатывалась, внедрялись новые флюсы, улучшались сварочные головки, были созданы отечественные танки нового поколения — ИС-2. И до самого окончания войны никто во всем мире даже близко не мог создать подобную технологию, поборовшую стереотипы, приблизившую нас на шаг ближе к победе и обыгравшую свое время! 

Менисковая система телескопов

Открытие Менисковой системы телескопов произошло удивительным образом. Также внезапно, как таблица периодических химических элементов приснилась Менделееву, так и Дмитрию Максутову, посвятившему всю жизнь астрономии и созданию телескопов, столь великое открытие пришло в… поезде. Наверное, так сошлись звезды. 

В августе 1941 года гитлеровцы подступили к Ленинграду. Было принято решение эвакуировать все научно-исследовательские институты. Астронома вместе с коллегами из ГОИ отправили поездом в Йошкар-Олу. 

Так на свет из мыслей об устройстве школьного телескопа в эвакуационном поезде и появилось известное на весь мир изобретение — менисковая система телескопов, названная в честь ученого. 

На новом месте, невзирая на все трудности войны, Дмитрий Дмитриевич доводит свою разработку до ума. 26 октября прошло первое испытание изобретения. В последующий год ученый, используя максимально ограниченные ресурсы: только логарифмические таблицы и линейки, провел расчеты более двухсот менисковых систем для разных сфер деятельности. От обычных очков до планетного телескопа с диаметром в метр. В 1943 году изобретение было признано выдающимся и стало внедряться повсеместно, согласно рекомендациям Астрономического совета Академии наук СССР. 

Менисковый телескоп — это тип зеркально-линзового телескопа, оптика которого состоит из выпуклой линзы со сферическими поверхностями, названной стеклянным мениском, и вогнутого сферического зеркала. Такие телескопы были компактными и применялись повсеместно. 

На основе изобретения Максутова во время Великой Отечественной войны были построены телеобъективы для наземной фотосъемки дальних объектов и длиннофокусные объективы для аэросъемки (1,5 и 3 м). Изобретение, созданное в необычной обстановке с заботой о человечестве, открыло совершенно новую, ранее неизведанную страницу в астрономии и обеспечило Дмитрию Максутову место в рядах ученых с поистине мировым именем. 

Жидкость Петрова

Советский патофизиолог и академик АМН СССР Иоаким Романович Петров учился в Петербургской военно-фельдшерской школе и Военно-медицинской академии. Еще во время учебы Иоаким хотел спасать жизни солдат, поэтому параллельно он работал помощником на кафедре общей и экспериментальной патологии и военным фельдшером в хирургической клинике профессора С.П. Федорова. 

В 1941 году И.Р. Петров стал руководителем экспериментальной лаборатории Ленинградского института переливания крови (ЛИПК, сегодня это Российский научно-исследовательский институт гематологии и трансфузиологии Федерального медико-биологического агентства), где он создал чудо-раствор. 

Несмотря на тяжелые времена, голод и болезни, советский народ осознавал всю важность донорства крови. Кстати, в декабре 1941-го установили дополнительный донорский паек, который выдавался на 10 дней: белый хлеб 200 г, мясо 40 г, рыба, кондитерские изделия по 25 г, крупа, сахар, масло по 30 г и половина яйца. Правда чаще яйца заменяли яичным порошком, а мясо и рыбу – консервами, но это все равно было очень ценно для доноров. 

Норму по сбору крови снизили с 200 мл до 170 мл. Это количество было рассчитано на 5-6 недель. Но этого было катастрофически мало и не хватало на помощь истощенным военным. Тогда советский патофизиолог Иоаким Петров и решил заняться разработкой и созданием жидкости, которая смогла бы хотя бы отчасти заменить настоящую кровь. 

Раствор назвали в честь автора — «жидкость Петрова». Она состояла из солевой смеси, содержащей 1,5% хлористого натрия, 0,02% хлористого калия, 0,01% хлористого кальция и всего 10% крови. Это помогло существенно снизить нормы по сбору крови, обеспечивая при этом достаточное количество материала для помощи на фронте. 

«Жидкость Петрова» творила чудеса. Она могла спасти солдата даже в критическом состоянии. Благодаря успешным тестам ЛИПК начал налаживать массовый выпуск кровезаменителя и отправлять на фронт.  

В полевые госпитали кровь доставляли в специальных утеплённых сумках и изотермических ящиках. Советские солдаты называли эту «кровь» непобедимой.