В.Н. Краснов кандидат военно-морских наук, капитан 1 ранга, А.А. Шитиков кандидат технических наук, лауреат Государственной премии, вице-адмирал
В эпоху парового флота летопись замечательных русских морских экспедиций с научными целями была, после многолетнего перерыва, продолжена трехгодичным кругосветным плаванием корвета “Витязь” под командованием капитана 2 ранга С.О. Макарова. 12 сентября 1886 г. “Витязь” покинул Кронштадт. Его маршрут пролегал по Атлантическому океану через Магелланов пролив в Тихий океан с заходом в Петропавловск-Камчатский и далее: Япония - Индийский океан - Атлантика - Кронштадт. На маршруте велись обширные гидрологические и метеорологические исследования.
Определялись плотность воды, температурный режим океанов, направление и скорость течений, характер дна, собирались коллекции морских животных и растений. Корвет прошел около 60 тыс. миль. Было выполнено 254 глубоководных исследования с 493 сериями наблюдений. Обработанные результаты С.О. Макаров включил в свою книгу “"Витязь" и Тихий океан”, выход которой в свет явилось крупным событием в мировой географической науке. Автор был удостоен премии Академии наук. С.О. Макаров стал одним из видных океанографов мира, а название русского военного корвета (с февраля 1892 г. - крейсера 1 ранга) “Витязь” начертано на фасаде Международного океанографического института в Монако.
С.О. Макарову принадлежит идея создания кораблей для плавания во льдах. На построенном ледоколе “Ермак” он совершил в 1899 г. высокоширотные (до 81°20') арктические плавания. Группа научных работников под руководством С.О. Макарова собрала важные данные о морских льдах, их толщине, физических свойствах и распределении. Большой научный и практический интерес представляют суждения С.О. Макарова по гидрологии Северного Ледовитого океана. В частности, он доказал, что глубинные теплые воды приходят в Арктический бассейн из Гренландского моря и опускаются в районе Шпицбергена под холодные полярные воды.
В арсенале изобретений С.О. Макарова - бронебойный наконечник для снарядов, существенно повысивший их пробивную способность. Осенью 1897 г. на морском испытательном полигоне 152-мм снаряд с “макаровским” наконечником смог пробить крупповскую 254-мм броню. Результаты этих испытаний побудили металлургов искать новые пути для улучшения броневых плит.
С.О. Макаров развил новое научное направление в теории корабля - учение о живучести - и дал ему довольно точное определение, которое почти в неизменном виде сохранилось до сих пор. Живучесть, как писал он, есть способность корабля продолжать бой, имея повреждения в различных боевых частях. Живучесть обеспечивается непотопляемостью, работающей энергетической установкой и оружием, взрыве- и пожароопасностью. Адмирал рассматривал посадку поврежденного корабля (крен, дифферент, осадка) как главный и наиболее объективный критерий его непотопляемости.
Заметное влияние на развитие научно-технической базы флота оказал Д.И. Менделеев. Более 30 лет он был членом-корреспондентом Петербургской академии наук. В 1880 г., после подтверждения периодической таблицы элементов, имя Д.И.Менделеева заняло почетное место среди корифеев мировой науки и его предложили избрать академиком. Однако физико-математическое отделение Академии наук забаллотировало кандидатуру Менделеева (разница “за” и “против” составила один голос), избрав вместо него малоизвестного профессора Бельштейна. Это решение вызвало бурю протестов, явилось свидетельством оторванности Академии от жизни, чем подорвало ее авторитет. Академическим ученым не нравилось, что Дмитрий Иванович подчеркивал прикладное значение науки. Выдающийся ученый около пяти лет служил в научно-технической лаборатории Морского министерства, читал лекции в Морском училище, в интересах флота изучал проблемы сопротивления воды движению корабля, решал практические вопросы освоения Северного Ледовитого океана с помощью ледоколов.
В сочинении “О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании” (1880 г.) Д.И. Менделеев значительную часть своей работы посвятил вопросам гидродинамики. В первую очередь им было проанализировано развитие теории сопротивления жидкостей - от Ньютона до Фруда. Выявляя слабые стороны различных теорий, он приходит к заключению о том, что “славнейшие мыслители - Ньютон, Эйлер, Бернулли и Даламбер” - сами признали свое бессилие в понимании еще не изученного сопротивления. Отсюда он делал вывод, что одними теоретическими исследованиями проблему не решить, необходимо проведение систематических испытаний моделей в гидродинамических лабораториях. Менделеев ратовал за натурные испытания, но первейшей задачей считал строительство опытового бассейна для испытаний моделей кораблей, гребных винтов и различных устройств.
Д.И. Менделеев явился инициатором нового научного направления - экспериментальной гидродинамики судов. Диапазон его научных интересов исключительно широк. Он занимался вопросами перевода кораблей с угля на жидкое топливо. По инициативе Д.И. Менделеева в Морском ведомстве создали лабораторию по исследованию свойств пороха. По просьбе морского министра Дмитрий Иванович занимался разработкой бездымного пороха, изобрел и испытал стрельбами пироколлоидный порох. К сожалению, из-за распрей между армией и флотом и амбиций дирекции Охтенских пороховых заводов пироколлоидный порох не был принят на вооружение флота.
В записке “Об исследовании Северного полярного океана” (1904 г.) Д.И. Менделеев обосновал значение Северного морского пути. Освоить Арктику он предполагал с помощью крупных ледоколов. Принимая активное участие в разработке С.О. Макаровым технических условий на постройку первого ледокола, Дмитрий Иванович на уровне предэскизного проекта выполнил расчеты ледокола облегченного типа, создал его модель и испытал ее в Опытовом бассейне, введенном в эксплуатацию в 1894 г. Д.И. Менделеев предложил также рассмотреть возможность освоения высоких широт с помощью подводной лодки водоизмещением более 2 тыс. т. У великого химика был незаурядный технический склад ума.
Флотский ученый И.П.Алымов, преподававший в военно-морских учебных заведениях прикладную математику и пароходную механику, занимался теорией корабля и корабельных энергетических систем. Его труды “Вопросы из современного состояния теории кораблестроения”, “О влиянии погруженного борта на остойчивость судна”, “Очерки системы струйного образования судов и исследование опыта применения системы” обогатили знания о корабле. И.П. Алымов предложил оригинальную форму обводов корпуса, которую назвал “струйной”. По его рекомендации была построена миноноска, показавшая на сравнительных испытаниях превосходные ходовые качества по отношению к кораблю с ранее принятыми обводами. Занимался И.П. Алымов и теплотехникой, вопросами совершенствования паровых машин.
Другой ученый-практик В.И. Калашников, используя многократное расширение пара, добился существенного улучшения паровых машин для речных пароходов. Позже Академия наук установила премию его имени.
В основу производства брони были положены работы П.П. Амосова, впервые установившего связи между строением стали и ее свойствами.
Судостроительная промышленность России в середине XIX в. явилась стимулятором развития металлургической промышленности в стране. Основоположником науки о металлах заслуженно считается Д.К. Чернов, свыше 25 лет возглавлявшей кафедру металлургии в Михайловской артиллерийской академии. Благодаря его работам процесс изготовления артиллерийских орудий, снарядов и брони был усовершенствован.
Академик П.Л. Чебышев по просьбе главного командира Кронштадтского порта разработал чугунный продолговатый снаряд со стальной головкой, предназначенный для обстрела английских и французских металлических кораблей. Трудность состояла в том, что орудия в крепости были гладкоствольными. В связи с этим П.Л. Чебышевым был исследован вопрос об устойчивости снаряда в полете и сделан вывод о необходимости вращательного полета снаряда. За труды в области артиллерии П.Л. Чебышев был избран почетным членом Артиллерийской академии.
Известный “параллелограмм Чебышева” получил практическое применение на флоте в системах управления артиллерийской стрельбой. Им же изобретен гребной механизм с ручным приводом, правда, оказавшийся весьма усложненным. Для кораблестроителей наибольшее значение имели труды П.Л. Чебышева по прикладной математике: приближенное интегрирование, интерполирование, теория вероятностей, теория наилучшего приближения функций. Конструкторы особенно часто пользовались методом и формулами Чебышева для вычисления параметров проектируемого корабля.
Переход к металлическим корпусам кораблей, особенно к броненосцам, породил проблему устойчивой работы и точности показаний корабельных компасов. Поэтому в 1865 г. в Кронштадте открывается компасная обсерватория, которую возглавил офицер флота И.П.Белавинец. Будучи незаурядным ученым, он разрабатывает методы определения и уменьшения погрешностей компасов, для компенсации магнитного поля броненосцев предлагает метод противоположных курсов. Результаты проведенных исследований И.П. Белавинец публикует в работах “О девиации компасов и дигограммах”, “Установка компаса внутри железной лодки” и др. В принципе ему принадлежит заслуга в создании отечественной школы магнитно-компасного дела.
Соратником И.П.Белавинца и одним из основоположников теории девиации магнитного компаса стал И.П.Колонг, член-корреспондент Петербургской академии наук. Он сконструировал дефлектор, предназначенный для измерения и компенсации полукруговой и креновой девиации, разработал методы расчета и компенсации различных видов девиации. Петербургская академия наук за работы по теории девиации присудила И.П.Колонгу престижную премию Ломоносова. Следует отметить, что научно-преподавательская деятельность будущего академика А.Н. Крылова началась именно под руководством И.П. Колонга, а первой печатной работой А.Н. Крылова была статья “О расположении стрелок в картушке компаса” (1886 г.). О магнитном дефлекторе своего учителя А.Н. Крылов сделал сообщение на заседании физического отделения Русского физико-химического общества.