Жизненный и творческий путь Виктора Петровича Шестопалова

 (1923-1999)

Виктор Петрович Шестопалов родился в семье рабочего в г. Славянске Донецкой области 23 января 1923 г. В 1940 г. поступил на физико-математический факультет Харьковского государственного университета (ХГУ). В годы Великой Отечественной войны добровольно вступил в Красную Армию. Был комсоргом роты, а затем отдельной части Юго-Западного, Степного (впоследствии 2-го Украинского) фронтов. Участвовал в боях за освобождение Украины, Румынии, Венгрии, Чехословакии, за что получил ряд государственных наград. После войны продолжил учебу в университете.

Трудовая и научная деятельность В.П.Шестопалова связана с Харьковом - одним из крупнейших научных центров нашей страны, где успешно работают прославленные школы математиков и физиков. Еще, будучи студентом четвертого курса, в 1948 г. он выполнил первую научную работу. После окончания университета работал младшим научным сотрудником в Харьковском государственном институте мер и измерительных приборов. Одновременно преподавал в Харьковском педагогическом институте и Харьковском университете. Под руководством профессора В.Л.Германа подготовил кандидатскую диссертацию "К нелинейной теории пограничного слоя" и в 1952 г. успешно ее защитил.

Научную деятельность В.П.Шестопалова можно условно разделить на ряд этапов. Сначала его интересы были связаны с работами в области механики сплошных сред, физической химии, оптической спектроскопии. Затем внимание Виктора Петровича привлекли проблемы распространения электромагнитных волн в различных волноведущих замедляющих системах, которые составляют основу ряда электронных устройств, ускорителей элементарных частиц и др. Далее В.П.Шестопалов занялся новой крупной проблемой - созданием математически строгих методов решения задач дифракции волн на различных рассеивающих структурах. Полученные при этом основополагающие результаты способствовали стремительному развитию теоретических и экспериментальных работ в радиофизике и вакуумной электронике.

В результате неустанной систематической работы ученому удалось в течение 60-х и 70-х гг. сформулировать и развить новые научные направления - теорию дифракции волн в многомодовой (резонансной) области частот и дифракционную электронику [1-3]. Уже в 50-е годы проявились научно-организационные способности В.П.Шестопалова. В Харьковском педагогическом институте он в 1953 г. организовал сильную по тем временам кафедру математического анализа и теоретической механики. В 1960 г. создал в ХГУ одну из первых в стране кафедр радиофизики и до 1973 г. ею заведовал. После защиты в 1962 г. докторской диссертации "Дифракция и распространение электромагнитных волн" В.П.Шестопалов создает кафедры математической физики, радиофизики и физики плазмы в Харьковском институте радиоэлектроники.

По инициативе основателя Института радиофизики и электроники АН Украины академика Александра Яковлевича Усикова с 1965 г. началось сотрудничество В.П.Шестопалова и группы его учеников с коллегами из ИРЭ. Были проведены совместные исследования фундаментального характера с приложением в технике квазиоптических лучеводов. Расширение сотрудничества привело к созданию в ИРЭ в 1966 г. отдела теоретической электроники. Этот отдел и сектор электроники в целом возглавил В.П.Шестопалов, развернув работы по созданию новых типов генераторов СВЧ колебаний и другие исследования в интересах освоения новых диапазонов длин волн. В 1972 г. В.П.Шестопалова назначают заместителем директора по науке, в 1973 г. - директором ИРЭ АН УССР. В 1972 г. он избран членом-корреспондентом АН УССР и в 1979 г. - действительным членом Академии наук УССР. С 1983 г. он заслуженный деятель науки и техники УССР.

Остановимся на научных направлениях, развитых В.П.Шестопаловым. Математическая теория дифракции, развитию которой посвятил свою жизнь Виктор Петрович, является областью знаний на стыке наук, различные аспекты которой проявляются в оптике, акустике, радиофизике, теории элементарных частиц. Результаты этой теории определяют прогресс в таких инженерных областях, как радиолокация, радиосвязь, квантовая электроника, кибернетика, ускорительная техника. В 60-е годы в теории дифракции сложилась переломная ситуация. Запросы практики и внутренние законы развития теории потребовали перехода от аппроксимаций полей и рассеивающих структур, свойственным приближениям малых параметров, к точной постановке краевых задач о рассеянии волн препятствиями со сложной границей. Соизмеримость характерных размеров рассеивателей с длиной волны колебаний, проявившаяся при освоении миллиметровых волн, предопределила перенос центра тяжести теоретических исследований от асимптотических и эвристических методов к строгим методам математической физики.

Разработанный до 60-х годов метод Винера-Хопфа охватывал лишь задачи о тонких полубесконечных экранах. Другие известные тогда формально точные методы также были узко специализированы либо приводили в конкретных задачах к плохо сходящимся и плохо обусловленным алгоритмам. Ситуация резко улучшилась с 1961 г., когда В.П.Шестопалов совместно с В.А.Марченко и З.С.Аграновичем предложил новый строго обоснованный метод, получивший в мировой литературе название метод задачи Римана-Гильберта. Опробованный на частной задаче (о простейшей ленточной решетке) этот метод обладал кроме высокой численной эффективности применимостью к большому классу задач о структурах разрывного типа.

Суть метода состоит в том, что в исходном линейном операторном уравнении задачи дифракции явно обращается статическая сингулярная часть оператора задачи. Оказалось возможным провести это обращение в явном виде, сводя его к задаче восстановления аналитической функции в плоскости комплексного переменного по известным краевым значениям ее на дуге единичного круга (задача Римана-Гильберта). При этом наличие регулярного остатка в исходном операторе приводит к получению хорошо сходящейся бесконечной системы линейных алгебраических уравнений для расчета коэффициентов Фурье искомого дифракционного поля. Полученное решение оказалось строгим (допускает полное математическое обоснование при любых параметрах рассеивающей структуры) и эффективным (искомые величины вычисляются с высокой и строго оцениваемой точностью при ограниченных затратах вычислительных ресурсов). В настоящее время метод задачи Римана-Гильберта прочно вошел в инструментарий математической теории дифракции [1, 2].

Применимость предложенного метода к достаточно широкому классу задач дифракции волн на структурах ленточного типа вытекала из возможности модификации регулярной (динамической) части исходных операторов задач рассеяния. Эта применимость не могла быть абсолютной, в связи с чем с середины 60-х годов в трудах В.П.Шестопалова и его учеников развивались методы аналитической регуляризации задач дифракции для различных классов геометрии рассеивающих структур, включая волноводные неоднородности, периодические решетки различных типов, открытые резонансные структуры [2-11]. Идейной основой всех этих методов явилась развитая научной школой В.П.Шестопалова концепция полуобращения. Процедура полуобращения состоит в разделении исходного оператора физической задачи на главную сингулярную часть и регулярный остаток с последующим явным обращением главной части. Различные (в физическом и математическом плане) варианты этой процедуры в сочетании с найденными способами полного обращения главной части составляют суть методов школы В.П.Шестопалова. Полученные во всех случаях бесконечные системы линейных алгебраических уравнений математически строго обоснованы и допускают применение метода усечений, который сходится по норме соответствующего пространства. Эти системы уравнений отличаются высокой скоростью сходимости метода редукции и алгоритмичностью. Они позволяют перекрыть диапазон частот от длинноволновой до квазиоптической областей, чего нельзя достичь прямыми методами. В ряде ситуаций удается провести также и аналитическое исследование задачи.

Накопленные знания о свойствах полей, рассеянных на различных препятствиях, послужили надежной основой для начала ряда важных прикладных работ. Среди них, в первую очередь, следует отметить создание и внедрение комплекса квазиоптических радиоизмерительных устройств миллиметровых и субмиллиметровых волн, за который группа сотрудников ИРЭ АН УССР во главе с В.П.Шестопаловым и Е.М.Кулешовым была удостоена в 1972 г. Государственной премии УССР.

В.П. Шестопалов - один из первых физиков-теоретиков, чье внимание в начале 60-х годов привлек эффект дифракционного излучения, возникающего, в частности, при движении заряженных частиц над дифракционной решеткой. Первоначальные исследования этого эффекта, относящиеся к 50-м годам, проводились на основе модели мигающего диполя и носили эвристический характер. Они давали качественное описание этого явления, согласующееся с экспериментом в оптическом диапазоне волн, и предсказывали сильное спадание интенсивности излучения с увеличением длины волны. На самом деле модель мига-ющего диполя неправильно отражает энергетику этого явления, и для описания явления дифракционного излучения понадобились новые математически строгие методы теории дифракции волн на периодических структурах.

Работы в этом направлении начали одновременно и независимо радиофизики Москвы и Харькова. Применение новых математических методов позволило харьковчанам впервые математически корректно решить ряд задач о дифракционном излучении для структур, применяемых на практике и перспективных для освоения миллиметровых волн. На основе этих решений удалось правильно определить нужный профиль решеток, угловые характеристики излучения, его спектральный состав. Но самое главное, что показали исследования, - это высокая эффективность дифракционного излучения в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах, а, следовательно, и перспективность его использования. По сути, эти исследования заложили основу для создания нового генератора радиоволн [12].

Другим важным моментом в создании генератора нового типа явилась идея об организации положительной обратной связи с помощью открытого резонатора, который к тому времени уже с успехом использовался в оптических лазерах. Так родилась принципиально новая схема прибора, позже названного генератором дифракционного излучения (ГДИ). ГДИ был создан на стыке, казалось бы, далеких друг от друга областей науки - математической теории дифракции, вакуумной электроники СВЧ и квантовой электроники. История работы над ГДИ лишний раз доказывает, что "нет ничего практичнее хорошей теории". Уже при испытании первого ГДИ, созданного в Харькове в 1966 г., была достигнута выходная мощность в коротковолновой части миллиметрового диапазона свыше 1 Вт в непрерывном режиме генерирования.

В ходе исследований были созданы десятки новых конструкций и модификаций ГДИ, что способствовало значительному улучшению его характеристик. В настоящее время есть ГДИ, перекрывающие весь миллиметровый диапазон, и ГДИ, работающие в диапазоне субмиллиметровых волн. Приборы этого типа широко используют во многих лабораториях нашей страны, и в ряде приложений им нет эквивалента или аналога. Наличие генератора с уникальными характеристиками мощного высококогерентного выходного сигнала позволяет создавать принципиально новые системы и устройства, которые без ГДИ просто невозможны [12-16]. На основе высокостабильных ГДИ в ИРЭ создан ряд радиофизических устройств, среди которых - уникальный экспериментальный комплекс "БУРАН" (Большой украинский спектрометр АН) для изучения процессов динамической поляризации атомных ядер с накачкой миллиметровыми волнами [17]. За создание принципиально новых источников электромагнитных колебаний, антенных систем и волноведущих линий передачи В.П.Шестопалову в 1988 г. присуждена Государственная премия СССР.

В 80-х ‑ 90-х гг. Виктор Петрович с плеядой учеников развил на основе новых математических подходов спектральную теорию открытых электродинамических структур, исследовал способы возбуждения их различными источниками. Исследование линейных спектральных задач и особенно изучение морсовских критических точек дисперсионных уравнений стало основой для создания Виктором Петровичем еще одного нового научного направления - нестационарной нелинейной динамики сильно диспергирующих сред. Новый взгляд на аналитическую природу морсовских критических точек дисперсионных уравнений позволил предсказать, обнаружить и исследовать фундаментальные физические явления, возникающие в различных структурах в областях сгущения спектра [6, 8-11].

            В 70-е и 80-е гг. в ИРЭ под руководством В.П.Шестопалова и А.И.Калмыкова активно развивалось новое научное направление - радиофизические исследования поверхности Земли из космоса. Была создана не имеющая аналога в мире система всепогодного мониторинга природной среды Земли в текущем времени с использованием многочастотных активных (радиолокационных) и пассивных (радиометрических) средств дистанционного зондирования. С 1983 г. до наших дней эта система успешно эксплуатируется на спутниках серии "Космос - 1500", "Океан", "Сич". Созданные радиофизические методы оказались эффективными для диагностики состояния ледовых покровов, определения скорости океанского ветра, наблюдения за тайфунами, определения влажности почв, контроля за лесными пожарами. За большой личный вклад в создание дистанционных методов зондирования В.П.Шестопалов в 1987 г. был награжден орденом Ленина, а в 1986 г. Федерация космонавтики СССР наградила его медалью имени выдающегося ракетостроителя академика М.К.Янгеля.

Виктор Петрович был необычайно разносторонним и талантливым ученым. До последних дней своей жизни он вел активную научную работу, его всегда волновали фундаментальные проблемы современной науки. За последние три года жизни им опубликованы три монографии и более десяти статей [11,15,16,18-23]. Эти работы посвящены таким казалось бы далеким друг от друга вопросам, как "О возможной картине строения и эволюции Вселенной", "Фракталы в теории дифракции", "Об эволюции самоорганизующихся биологических сред". Он всегда притягивал к себе талантливую молодежь, отдавал работе с ней большую часть своего времени, работал с физиками и математиками, теоретиками и экспериментаторами, инженерами и конструкторами.

Параллельно с научной работой всегда продолжалась организаторская деятельность Виктора Петровича Шестопалова. В течение 20 лет он возглавлял ИРЭ НАН Украины, проявляя талант мудрого руководителя, выдающегося стратега и неутомимого труженика. Эти годы, связанные с расцветом науки, заложили основу научного авторитета ИРЭ, определили мировой уровень результатов ученых института в радиофизике и электронике. 15 лет Виктор Петрович был председателем Северо-восточного научного центра АН УССР, избирался членом Президиума АН УССР, был главой научного совета по проблеме "Физика и техника мм и субмм волн", членом редколлегий ведущих научных журналов. В общественной деятельности – более 20 лет руководитель областной организации общества "Знание". За многоплановую плодотворную работу по популяризации научных и технических знаний Виктор Петрович в 1983 г. Всесоюзным обществом "Знание" награжден золотой медалью имени крупного физика, президента АН СССР академика С.И.Вавилова. Помимо этого - Виктор Петрович Шестопалов избирался народным депутатом Харьковского городского совета, членом Харьковского обкома компартии Украины, делегатом ХХVI съезда КПСС и XXV съезда компартии Украины. Заслуги Виктора Петровича перед Родиной отмечены орденами Ленина, Отечественной войны, Трудового Красного Знамени, Знак почета и медалями.

Виктор Петрович обладал ярко выраженным педагогическим дарованием. Более 40 лет он отдал преподавательской работе, научному руководству аспирантами и докторантами, воспитал плеяду талантливых учеников, достойно продолжающих дело Учителя (среди них более 25 докторов и свыше 150 кандидатов наук), создал харьковскую школу дифракции. Результаты научных работ В.П.Шестопалова и его учеников отражены в сотнях научных статей, в десятках изобретений, подытожены в его 19 монографиях, воплощены в устройствах и системах СВЧ.

Вся жизнь Виктора Петровича Шестопалова - яркий пример роли личности в современной науке. Открывать новые научные направления, выделять стратегически важные пути их развития, иметь свое собственное видение научной перспективы, уметь доказать свою правоту даже самому убежденному и титулованному скептику - эти редкие качества отличали талантливого ученого. Именно они вместе с колоссальным трудолюбием и умением вдохновить коллектив собственным энтузиазмом определили исключительную результативность многолетней плодотворной работы, явились знаменем научной школы В.П.Шестопалова.

Виктор Петрович работал помногу и без остановок: в будни - в ИРЭ, в поездках, а в дни "отдыха" - дома, в больнице, на даче и даже на любимой рыбалке. Мы удивлялись, как его израненное сердце фронтовика выдерживало колоссальные перегрузки и в течение    20-ти лет, когда "Директор ИРЭ" была скорее неизбежная, чем радостная работа, и особенно в последние шесть лет, когда он целиком отдал себя Науке, освободившись от административной перегрузки. В.П.Ш. мог бы прожить дольше, не взвали он на себя огромную, непосильную для других ношу исследовательской, организаторской и педагогической работы. Мог бы ..., но это был бы не В.П.Ш., - он не умел работать по-другому. В науке он был максималист и требовал того же от нас. Всю свою жизнь В.П.Ш. отдал Науке, добыванию новых знаний, поиску истин новых и переосмыслению истин старых, созданию новых методов и подходов к решению задач новых и задач классических: в теории дифракции, в электронике, в математической физике и в физике нелинейных явлений. Его жизненный путь - путь беззаветного, безоговорочного, безоглядного служения Науке был и будет, воистину, вдохновляющим примером для нас и для всех, кто знал и любил Виктора Петровича Шестопалова.

В сборнике научных трудов ИРЭ НАН Украины, который Вы держите сейчас в руках, представлена небольшая часть работ его учеников из ИРЭ, выполненная в 2000 г. Здесь мы также видим и глубину исследований, и разнообразие тем: от новых точно решаемых задач теории распространения волн в статье Л.А.Пазынина - до дискуссии об основаниях классической физики в статье В.Е.Буданова.

1.    Шестопалов В.П. Метод задачи Римана-Гильберта в теории дифракции и распространения электромагнитных волн. - Харьков: Изд-во Харьк. ун-та, 1971. - 400 с.

2.    Шестопалов В.П., Литвиненко Л.Н., Масалов С.А., Сологуб В.Г. Дифракция волн на решетках. - Харьков: Изд-во Харьк. ун-та, 1973. - 288 с.

3.    Шестопалов В.П. Сумматорные уравнения в современной теории дифракции. - Киев: Наук. думка, 1983. - 252 с.

4.    Шестопалов В.П., Кириленко А.А., Масалов С.А. Матричные уравнения типа свертки в теории дифракции. - Киев: Наук. думка, 1984. - 294 с.

5.    Шестопалов В.П., Кириленко А.А., Масалов С.А., Сиренко Ю.К. Дифракционные решетки. - Киев: Наук. думка, 1986. - 232 с. - (Резонансное рассеяние волн: В 2-х т.; Т.1).

6.    Шестопалов В.П. Спектральная теория и возбуждение открытых структур. - Киев: Наук. думка,1987. - 252 с.

7.    Шестопалов В.П., Кириленко А.А., Рудь Л.А. Волноводные неоднородности. - Киев: Наук. думка, 1988. - 216 с. - (Резонансное рассеяние волн: В 2-х т.; Т.2).

8.    Шестопалов В.П., Сиренко Ю.К. Динамическая теория решеток. - Киев: Наук. думка,1989. -216 с.

9.    Шестопалов В.П. Морсовские критические точки дисперсионных уравнений. - Киев: Наук. думка, 1992.- 240 с.

10. Shestopalov V.P., Shestopalov Yu.V. Spectral theory and excitation of open structures. - London,UK: The Institution of Electrical Engineers. - 1996. - 399 р.

11. Шестопалов В.П., Тучкин Ю.А., Поединчук А.Е., Сиренко Ю.К. Новые методы решения прямых и обратных задач теории дифракции. - Харьков: Основа, 1997. - 284 с.

12. Шестопалов В.П. Дифракционная электроника. - Харьков: Изд-во Харьк. ун-та, 1976. - 236 с.

13. Шестопалов В.П. Физические основы миллиметровой и субмиллиметровой техники. - Киев: Наук. думка, 1985. - Т.1. - 213 с., Т.2. - 254 с.

14. Шестопалов В.П., Вертий А.А., Ермак Г.П., Скрынник Б.К., Хлопов Г.И., Цвык А.И. Генераторы дифракционного излучения. - Киев: Наук. думка, 1991. - 320 с.

15. Shestopalov V.P. Physical foundations of the millimeter and submillimeter waves technigue. - The Netherlands: VSP BV, 1997. - 1 - 213 р.; 2 - 244 р.

16. Shestopalov V.P. The Smith - Purcell effect. - New York: Nova Science Publishers.-Juc., 1998. - 473 р.

17. Вертий А.А., Карнаухов И.М., Шестопалов В.П. Поляризация атомных ядер миллиметровыми волнами. - Киев: Наук. думка, 1990. - 232 с.

18. Шестопалов В.П. Построение уравнений Гинзбурга-Ландау вблизи морсовской критической точки дисперсионных уравнений // Докл. РАН. - 1998. - 360, № 3. - С.473-476.

19. Шестопалов В.П. О детерминированном хаосе в вакуумной электронике // Радиотехника и электроника. - 1998. - 43, № 1. - С.77-84.

20. Шестопалов В.П. Теорія дифракції та деякі проблеми нелінійної фізики // Укр. фіз. журн. - 1998. - 43, № 11. - С.1381-1392.

21. Шестопалов В.П. Фракталы в теории дифракции // Докл. НАН Украины. - 1999. - № 3. - С.96-100.

22. Шестопалов В.П. О возможной картине строения и эволюции Вселенной // Докл. НАН Украины. - 2000. - № 1. - С.65-69.

23. Шестопалов В.П. О возможном сценарии пространственно-временной эволюции самоорганизующихся биологических сред // Вестн. Харьк. ун-та. - 1999. - Вып.5. № 466. - С.61-71.