Первые компьютеры представляли собой механические машины, построенные с использованием шестерёнок и рычагов. Их части или компоненты можно было перемещать и соединять таким образом, который позволял имитировать связь между различными переменными в математическом уравнении. Переместив шестерню или потянув за рычаг, можно было изменить эти переменные, и результаты таких действий можно было увидеть в другом наборе шестерён, новые позиции которых давали ответ, который искал оператор.
В 1936 году русский инженер Владимир Лукьянов построил механический компьютер, который использовал для вычислений не шестерни и рычаги, а воду.
Водный интегратор Владимира Лукьянова
Лукьянов был одним из инженеров, работавших на строительстве железных дорог Троицк-Орск и Карталы-Магнитная в конце 1920-х годов. Чтобы обеспечить качество и долговечность железобетонных конструкций, инженеры заливали бетон только летом. Несмотря на это, трещины по-прежнему появлялись в бетоне, когда зимой температура опускалась ниже нуля. Лукьянов предположил, что этого можно избежать, если провести тщательный анализ изменения температуры бетонной массы в зависимости от состава бетона, используемого цемента, технологии проведения работ и внешних условий. Лукьянов начал изучать температурный режим в бетонной кладке, но существующие методы расчёта не могли дать быстрого и точного решения сложных дифференциальных уравнений, связанных с температурным режимом.
В поисках нового подхода к решению проблемы Лукьянов обнаружил, что течение воды во многом сходно по своим законам с распределением тепла. Он пришёл к выводу, что, построив компьютер, где главным компонентом будет вода, можно будет воссоздать невидимый тепловой процесс. В 1936 году Лукьянов построил первую модель своего «водного интегратора» в Институте путей сообщения и строительства (ныне Центральный научно-исследовательский институт транспортного строительства, или ЦНИИС). В то время это был единственный компьютер, который мог решать дифференциальные уравнения в частных производных.
Водный интегратор Лукьянова имел впечатляющий вид. Он был размером с чулан и состоял из нескольких соединённых между собой труб и насосов. Уровень воды в различных камерах представлял собой сохранённые числа, а скорость потока между ними – математические операции. Результат отображался в виде диаграммы.
Водный интегратор Владимира Лукьянова
Первые модели водного интегратора были сделаны из кровельного железа, листового металла и стеклянных труб и использовались только для расчётов в области теплотехники. Усовершенствованные модели были способны решать более сложные задачи, что существенно расширило их применение. В 1950-х годах был построен интегратор, части которого можно было снимать и комбинировать по-разному в зависимости от характера и сложности решаемой задачи. Применение водного интегратора стало настолько широким, что машину начали массово производить для использования в лабораториях и учебных заведениях по всему Советскому Союзу. Она широко применялась при решении строительных задач в песках Средней Азии и вечной мерзлоте, для изучения температурного режима Антарктического ледяного щита, в ракетостроении и так далее.
Водный интегратор Лукьянова, как ни странно, оставался актуальным долгое время, даже после изобретения электронных вычислительных машин. Лишь в 1980-х годах, с развитием небольших и высокоскоростных цифровых компьютеров, возможности водного интегратора стали выглядеть устаревшими.
Водный интегратор Владимира Лукьянова
В настоящее время существуют всего два водных интегратора Лукьянова; они хранятся в Политехническом музее в Москве.
