Академик В.В. Кафаров - основоположник химической кибернетики

Виктор Вячеславович Кафаров родился 18 июня 1914 г. в г. Шавли (ныне Шауляй, Литва) в семье учителя. Вскоре семья переехала в г. Казань. Здесь по окончании семилетней школы и фабрично-заводского училища Виктор Кафаров работал аппаратчиком Казанского порохового завода, а в 1932 г. стал студентом факультета технологии органического синтеза Казанского химико-технологического института (КХТИ) им. С.М. Кирова, который с отличием окончил в 1938 г. В годы учёбы в КХТИ он занимался научной работой в лаборатории академиков А.Е. и Б.А. Арбузовых.

Рис. 1. Кафаров В.В. 1930-е годы

В 1938 г. В.В. Кафаров переехал в Москву и начал свою профессиональную деятельность на производстве. До 1940 г. он работал инженером в Московском институте «Анилпроект» («Гипрооргхим»), где активно участвовал в проектировании и пуске заводов анилинокрасочной промышленности. 
В 1941 году как лейтенант запаса он был призван в химические войска. В то время существовала высокая вероятность применения фашистской Германией химического оружия. Поэтому перед советскими химиками стояла сложная задача в кратчайшие сроки разработать и начать промышленное производство антидотов, используемых при химическом отравлении. Именно над решением этой задачи работал Виктор Вячеславович в первые годы войны. Затем под руководством академиков ­А.Е. Фаворского и А.Н. Несмеянова и члена-корреспондента АН СССР М.Ф. Шостаковского он участвовал в проектировании, монтаже и запуске в производство антисептического средства «Бальзам Шостаковского» (винилин), которое спасло жизни сотням тысяч раненых бойцов Красной армии. 
В 1942-1944 гг. В.В. Кафаров работал начальником КБ Коллоидно-электрохимического института АН СССР. В 1944 году В.В. Кафаров успешно защитил кандидатскую диссертацию, выполненную под руководством профессора А.Г. Касаткина, и был назначен на должность декана факультета технологии неорганических веществ в Московский химико-технологический институт имени Менделеева. Ученые МХТИ во время войны были на передовых позициях создания новых вооружений и химических материалов для армии. С этого времени вся профессиональная деятельность Кафарова стала неразрывно связана с Менделеевским институтом.
После войны научные интересы В.В. Кафарова были направлены на изучение гидродинамики, явлений переноса массы и тепла в двухфазных системах «газ-жидкость», «пар-жидкость», «жидкость-жидкость». В 1949 году В.В. Кафаров совместно с профессором А.Н. Плановским сделал научное открытие «Явление скачкообразного увеличения тепло- и массообмена между газовой и жидкой фазами в режиме инверсии фаз», которое было зарегистрировано в 1974 году с приоритетом от 6 июля 1949 г. Суть открытия заключается в том, что в абсорбционной колонне при незначительной скорости газа массообмен идёт только в поверхностном слое. Но если увеличить скорость, то на гладкой плёнке жидкости появляются вихри. Они всё глубже и глубже проникают в жидкость. Энергия газового потока начинает превышать энергию поверхностного натяжения жидкости, плёнка разрывается, и газовые вихри пронизывают всю массу жидкости. Чёткий раздел поверхности фаз исчезает, и возникает режим эмульгирования, при котором жидкость течёт не по поверхности насадки, а занимает весь свободный объём, не занятый газом. Это явление называется инверсией фаз. Оно сопровождается резким увеличением массообмена. За счёт перемешивания потоков процесс идёт настолько интенсивно, что величиной молекулярной диффузии можно пренебречь. Следует подчеркнуть, что аппараты, созданные на основе открытия, до сих пор широко используются не только в химической промышленности, но и в других отраслях производства.
В 1952 г. В.В. Кафаров успешно защитил докторскую диссертацию по исследованию гидродинамики и массообмена в колоннах с насадкой. А в 1953 году, уже став профессором, В.В. Кафаров возглавил сектор Института научной информации АН СССР. Так начался новый этап в научно-педагогической работе молодого учёного, расширение его научно-технического кругозора.
Работая в институте, В.В. Кафаров постоянно контролировал ход и направление научных исследований за рубежом. Он обратил внимание на то, что к концу 50-х годов прошлого века в связи с бурным развитием вычислительной техники колоссально расширились возможности в области оптимизации процессов, проводимых в стационарных условиях, и интенсификации расчётных работ. Именно в этой области ожидался скорейший и явно выраженный экономический эффект, поскольку можно было на порядок поднять качество и сократить сроки проектных разработок.
Вместе с тем стало ясно, что чрезвычайно актуализировалась проблема подготовки специалистов, владеющих не только базовыми технологическими знаниями, но и обладающих достаточной математической культурой для того, чтобы переложить эти знания на язык математического обеспечения для ЭВМ.
Знаковым событием в формировании новых взглядов В.В. Кафарова на проблемы химической технологии стала его научная командировка в США в 1958 году, где он выступил с докладом на 134 собрании Американского химического общества. Профессор В.В. Кафаров проникся глубокой убеждённостью в необходимости подготовки инженеров химиков-технологов широкого профиля, владеющих средствами и методами кибернетики для решения научных и практических задач химической технологии. Поэтому, будучи заведующим кафедрой автоматизации химических процессов, он акцентировал вектор развития кафедры не столько на технических проблемах автоматизации, сколько на проблемах разработки математического обеспечения для типовых технологических процессов. При этом предусматривалась самая широкая постановка задачи, включающая математическое описание, алгоритмизацию расчётных процедур, планирование эксперимента, оптимизацию и управление на завершающей стадии моделирования процесса.
Столь широкому пониманию и реализации комплекса педагогических и научных задач кафедры должно было соответствовать её новое название, которое в то время лучше всего ассоциировалось с понятием «кибернетика» как универсальным собирательным термином, объединяющим в широком смысле задачи управления и оптимизации на основе математически обоснованных теорий и моделей, с применением средств вычислительной техники.
Инициатива В.В. Кафарова по организации в стенах Менделеевского института подготовки инженерных кадров по новой специальности была активно поддержана руководством института. Бюро по химии при ЦК КПСС под председательством выпускника МХТИ П.Н. Демичева приняло решение об организации новой технологической специальности 0834 «Основные процессы химических производств и химическая кибернетика». В результате, кафедра автоматизации химических процессов под руководством В.В. Кафарова, созданная в нашем институте в 1960 году, в 1963 году решением Министра высшего образования РСФСР В.Н. Столетова была переименована в кафедру кибернетики химико-технологических процессов (КХТП), ставшую первой кафедрой такого профиля не только в СССР, но и за рубежом. Название кафедры подчеркивало её эксклюзивность, что способствовало притоку талантливых студентов, ставших впоследствии основной научной опорой кафедры, её педагогическим костяком. В значительной степени благодаря им название факультета «кибернетика химико-технологических процессов» потом стало брэндом. Таким образом, Виктор Вячеславович Кафаров вывел кибернетику на передовую линию химической технологии и ввёл термин «химическая кибернетика».
Создание и становление новой специальности потребовало огромных усилий по разработке новых учебных планов и учебных программ, подготовке новых курсов лекций, учебно-методических пособий, лабораторных практикумов, монтажа лабораторных установок и уникальных стендов.
Параллельно с педагогической работой на кафедре выполнялась большая научная работа в области синтеза математических моделей, что нашло своё отражение в статье «Разработка математических описаний типовых процессов химической технологии» в журнале «Химическая промышленность», и был выпущен «Альбом математических описаний типовых процессов химической технологии». Кроме этого, начали устанавливаться международные связи с химико-технологическими вузами других стран.
В 1966 г. при кафедре кибернетики был создан консультативно-методологический центр (КМЦ), перед которым ставилась задача не только обучить педагогические кадры страны новым методам, но и обеспечить их фактическим материалом по новым лекционным курсам. Значимость КМЦ для кафедры, а затем и факультета кибернетики определяется его масштабной ролью в становлении научной школы В.В. Кафарова. Благодаря КМЦ обеспечивался всесоюзный и международный резонанс деятельности кафедры. Бывшие слушатели КМЦ в дальнейшем ориентировались на кафедру при защите диссертаций. Таким образом, активно расширялся круг учеников Кафарова, и росло общественное признание научного направления, которое постепенно оформилось в научную школу академика Кафарова.

Рис. 2. В.В. Кафаров со своими учениками Э.А. Шакиной, В.Л. Перовым и А.И. Бояриновым в лаборатории ЭВМ консультативно-методологического центра, 1969 г.

В конце 60-х гг. обозначились широкие международные связи кафедры КХТП, особенно по линии Совета экономической взаимопомощи, когда В.В. Кафаров стал председателем секции по процессам и аппаратам химической технологии и химической кибернетики научно-методического Совета АН СССР. В 1968 г. кафедру посетили профессора Кембриджского университета (Англия) Давидсон и Ричардсон, которые на страницах журнала «Chemical Engineering» высоко оценили учебную и научно-исследовательскую работу кафедры, а осенью 1969 г. почётным гостем кафедры был главный редактор международного научного журнала «Chemical Engineering Science» профессор Р. Данквертс.

Рис. 3. В.В. Кафаров, главный редактор журнала «Chemical Engineering Science» Р. Данквертс и В.Л. Перов, 1969 г.

В 1968-1970 гг. профессор В.В. Кафаров был в научных командировках в ФРГ, Франции, Болгарии, Англии и Бельгии, что способствовало становлению международного авторитета кафедры. Вскоре кафедры, аналогичные КХТП, были созданы в техническом университете в г. Эрлангене (ФРГ) под руководством профессора Гоффмана, в университете г. Нанси (Франция) и во многих технических вузах стран социалистического содружества. На кафедре КХТП обучались студенты, аспиранты и стажёры из Болгарии, Венгрии, ГДР, Чехословакии, Кубы и Вьетнама.

Рис. 4. В.В. Кафаров в лаборатории типовых процессов с делегацией из КНР, 1968 г.

В 1966 г. профессор В.В. Кафаров был избран членом-корреспондентом АН СССР по специальности «Теоретические основы химической технологии» и вошёл в состав редколлегии одноимённого научного журнала. В 1967 году В.В. Кафаров стал заместителем Научного совета по теоретическим основам химической технологии АН СССР, членом Научного совета по комплексной проблеме «Кибернетика» АН СССР, членом научно-методического совета и председателем секции по процессам и аппаратам, химической технологии и химической кибернетики Минвуза СССР.
Многогранная научно-организационная деятельность В.В. Кафарова способствовала, естественно, повышению авторитета кафедры КХТП, росту её научно-педагогического потенциала. При активном содействии и научно-методическом обеспечении со стороны кафедры КХТП в ряде ведущих вузов СССР (Казанском химико-технологическом институте, Киевском, Томском, Рижском и Таллиннском политехнических институтах) началось обучение студентов по специальности 0834 «Основные процессы химических производств и химическая кибернетика». Для повышения уровня подготовки выпускников химико-технологических специальностей во всех вузах страны, Минвуз СССР принял решение об обязательном включении в учебные планы дисциплин, связанных с изучением основ моделирования, оптимизации процессов и использования ЭВМ в инженерных и экономических расчетах.
В Менделеевском институте кафедра КХТП была самой многочисленной по составу и занимала ведущие позиции в учебной и научно-исследовательской работе вуза. Поэтому в 1975 г. было принято решение создать на базе кафедры КХТП факультет кибернетики химико-технологических процессов, в состав которого кроме выпускающей кафедры КХТП вошли две общие – кафедра вычислительной техники и кафедра экономики и организации химических производств.

Рис. 5. Кафедра КХТП, Консультативно-методологический центр,

МХТИ им. Д.И. Менделеева, июнь 1975 г.

В семидесятые годы прошлого века был заложен прочный учебно-методический и научный фундамент специальности «Основные процессы химических производств и химическая кибернетика». В.В. Кафаров обосновал системные принципы математического моделирования химических процессов. Он совместно с сотрудниками кафедры подготовил и издал 8 оригинальных монографий и 18 учебников и учебных пособий. Системный подход к анализу химико-технологических процессов был ознаменован в 1976 году выпуском в издательстве «Наука» первого тома из серии монографий В.В. Кафарова и И.Н. Дорохова под общим названием «Системный анализ процессов химической технологии». Всего серия включает 10 томов.

Рис. 6. В.В. Кафаров со студентами и аспирантами из Вьетнама,

18 апреля 1984 г.

В 1979 г. В.В. Кафаров стал действительным членом Академии наук СССР. Академик Кафаров участвовал в работе отделения АН СССР по информатике, вычислительной технике и автоматизации. В 1988 г. он был утверждён главным редактором журнала АН СССР «Теоретические основы химической технологии». В 1990 г. В.В. Кафаров стал заместителем академика–секретаря Отделения физикохимии и технологии неорганических материалов АН СССР и был приглашён экспертом Международного комитета по Нобелевским премиям в области химии и химической технологии.

Рис. 7. В.В. Кафаров, 1980 г.

Виктор Вячеславович Кафаров прожил большую, яркую жизнь и оставил после себя богатое наследие. Признанием высоких научных достижений В.В. Кафарова и возглавляемого им коллектива стало присвоение Кафарову знака «Почётный химик СССР» (1976 г.), звания Почётного доктора Высшей технической школы имени К. Шорлеммера (ГДР, 1977 г.), присуждение премии им. Д.И. Менделеева Президиума Академии Наук СССР (1978 г.) и избрание его в 1979 году действительным членом Академии Наук СССР по Отделению физикохимии и технологии неорганических материалов по специальности «Теоретические основы химической технологии». В 1980 году академику В.В. Кафарову было присвоенное звание «Почётный нефтехимик СССР», в 1982 году ему была присуждена Государственная премия СССР за учебник «Основы массопередачи», а в 1991 году В.В. Кафаров получил звание Почётного доктора Генуэзского университета и был удостоен Золотой медали имени Д.И. Менделеева АН СССР и Всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева.

Рис. 8. Присвоение В.В. Кафарову звания Почётного доктора Генуэзского университета, Италия, Генуя, 1991 г.

Виктор Вячеславович Кафаров является кавалером двух орденов Трудового Красного Знамени (1967, 1974 гг.), ордена Ленина (1984 г.), ордена Кирилла и Мефодия I степени (1985 г.), а также ордена Дружбы народов (1994 г.) за большие заслуги в развитии отечественной науки и подготовку высококвалифицированных специалистов.

Рис. 9. После вручения В.В. Кафарову ордена Ленина. Москва, Кремль, 13 июля 1984 г. (В центре секретарь Президиума Верховного Совета СССР В.В. Кузнецов и композитор А.Н. Пахмутова)

В целом, роль академика Кафарова в развитии научных исследований в России в области химической технологии, процессов и аппаратов, системного анализа, методов кибернетики в химической технологии трудно переоценить. Помимо того, что он является автором множества научных открытий и промышленных внедрений, монографий и научных публикаций, В.В. Кафаров основал научную школу кибернетики в химический технологии в СССР. Научная школа – это прежде всего коллектив учёных, совместно работающий над проблемами, основные идеи которых были определены в своё время В.В. Кафаровым. Академиком подготовлено более 50 докторов наук, которые работали и работают до сих пор в разных организациях и городах нашей страны и за рубежом, и все они считают себя учениками академика Кафарова. Но при этом никто не будет спорить, что реально существующая научная школа Кафарова находится в РХТУ им. Д.И. Менделеева. За почти пятьдесят лет своего существования факультет кибернетики химико-технологических процессов подготовил несколько поколений высококвалифицированных специалистов, которые поддерживают и развивают идем своего великого учителя.