Учась в МГУ, он отличался несомненными способностями, прекрасной памятью (в отца). Окончив университетский курс, Юрий взял темой кандидатской диссертации один из случаев глиссирования. Тогда этими проблемами занимался в ЦАГИ Леонид Иванович Седов. «Механическая сущность явления глиссирования имеет много общих черт с аэродинамическими явлениями», — подчеркивал он. Юрий опубликовал две серьезные работы по глиссированию.
Сергей Алексеевич любил Юрия особой любовью, видел в нем продолжателя своей научной стези. Не раз он говорил о нем с В. В. Голубевым, А. А. Космодемьянским, Л. С. Лейбензоном, Л. И. Седовым, преподававшими Юрию в университете, его научными наставниками. Радовался, когда слышал высокое мнение о сыне — молодом специалисте. В день защиты Юрием диссертации он волновался, как никогда. Попросил члена ученого совета ЦАГИ В. С. Ведрова информировать его о ходе защиты.
— А вы разве не пойдете? — поинтересовался Ведров у Сергея Алексеевича.
— Нет, не пойду.
Дело тут было не только в переживаниях. Чаплыгин, председатель ученого совета, не хотел «давить авторитетом», оказывать какое-либо влияние на коллег, решавших судьбу сына.
Ведров звонил Сергею Алексеевичу каждые полчаса, а когда защита успешно закончилась, рассказал ему подробности. Лицо Чаплыгина светлело с каждой минутой...
После защиты диссертации Юрий начал заниматься тем же, что было многие годы объектом исследований для Чаплыгина-старшего, — теоретическими поисками эффективных профилей крыла. За несколько месяцев до кончины отца была опубликована их совместная работа «Новые теоретические профили крыльев и винтов». По их мнению, отчетливо выраженному в этой публикации, улучшение аэродинамических характеристик профилей крыльев и винтов — это еще не до конца использованный резерв в борьбе за рост скоростей. Таким резервом авторы считают, например, более широкое, чем прежде, применение профилей, найденных теоретически. «...В самое последнее время, — пишут отец и сын, — удалось получить новые теоретические профили, аэродинамические качества которых позволяют надеяться на широкое их применение в недалеком будущем».
ЭХО «ГАЗОВЫХ СТРУЙ»
Если попытаться изобразить путь научного поиска Чаплыгина, он будет напоминать своеобразную спираль. Делая теоретические открытия в молодости, он возвращался к ним спустя много лет, приковывая свое внимание и внимание коллег, чтобы решать новые задачи с учетом современных потребностей науки и техники. Великолепная иллюстрация этого — приход Сергея Алексеевича к руководству проблемной комиссией по газовой динамике (октябрь 1940 года).
Возглавив комиссию, Сергей Алексеевич словно бы вернулся в свою молодость.
...Летом 1901 года Чаплыгин с женой и шестилетней дочерью приехал в Крым и поселился в окрестностях Ялты. Морской простор с силуэтами редких пароходов и рыбачьих шаланд, раскинутые полукругом по горным склонам и холмам безмятежные белые домики, разлитая в воздухе голубизна создавали ощущение умиротворенности и покоя.
С самого первого ялтинского дня Сергей Алексеевич подчинил свою жизнь неукоснительно соблюдаемому распорядку, полностью отключился от внешнего мира и погрузился в работу над исследованием, которое решил назвать «О газовых струях». Когда он работал, постороннее отступало, как морская пена в часы отлива. Он жил в абсолютной гармонии с собой. Он редко покидал уютную веранду санатория, продуваемую легким бризом, мало купался, хотя превосходно плавал, почти не греб, несмотря на просьбы дочери «покатать ее на лодочке». Единственное дозволяемое себе удовольствие — прогулки по кипарисовым аллеям парка и то потому, что во время ходьбы хорошо думалось.
Как возник интерес ученого к струйной теории? Был ли он случаен или диктовался тягой к доселе мало изученной проблеме?
Ничего случайного в творчестве Чаплыгина не существовало. Ни в тот период, когда он только входил в число московских ученых-механиков, ни позднее, когда его имя уже стало авторитетным и почетным. Каждое звено научного поиска существовало не само по себе, а в единой цепи. Не был исключением и научный подход Сергея Алексеевича к струйному обтеканию тел газом. Он родился из исследований его учителя и, как говорили в старину, духовного пастыря Николая Егоровича Жуковского. Николай Егорович активно занимался изучением законов движения тел в жидкости... Занимался весьма успешно, создав метод решения задач о струйном обтекании твердого тела потоком несжимаемой жидкости.
Сергей Алексеевич пошел по стопам учителя и дополнил, развил созданные им методы. В 1895 году он впервые выступил в Московском математическом обществе с докладом «О движении газа с образованием поверхностей разрыва». Четырьмя годами позже в том же математическом обществе он вновь предстал перед коллегами, сделав доклад «К вопросу о струях в несжимаемой жидкости». Иными словами, в Ялте Сергей Алексеевич в известной степени итожил длительные и серьезные размышления о струйной теории.
Не случайными они были еще и потому, что на рубеже столетий в московской школе механиков как раз и происходили поиски новой тематики, сулящие более широкие перспективы. Н. Е. Жуковский стал все больше заниматься задачами, связанными с техникой и прежде всего с теорией полета. Особое значение приобретали вопросы гидродинамики. Одна из попыток разгадать законы летания и исследовать силы, действующие на тело в полете, привела к теории струйных течений. Интересы Чаплыгина также были обращены к струйным течениям...
Сергей Алексеевич написал работу «О газовых струях», как он сам однажды выразился, в один присест. Домашние, в свою очередь, заметили, что он в Крыму сильно похудел. Возможно, из-за многочасового неустанного труда.
Математически убедительно Чаплыгин доказал: если скорость потока относительно находящегося в нем тела значительно уступает скорости звука, скажем, вдвое или больше, то воздух можно считать несжимаемой жидкостью. Сжимаемость его настолько мала, что практически ничтожной величиной можно пренебречь. А коли так, то все сводится к уравнениям движения жидкости, а они куда проще уравнений течения газа.
Чаплыгин сделал блестящий по глубине и логичности вывод. Если известно математическое решение задачи для движения несжимаемой жидкости, то решение подобной задачи для течения газа может быть написано в виде такого же ряда, все члены которого получат лишь некоторые поправочные коэффициенты. Таков общий метод, разработанный ученым.
В конце своей работы он показал приближенный метод, куда более простой в применении к частным задачам.
Исследование «О газовых струях» Чаплыгин представил для защиты в качестве докторской диссертации. А через несколько месяцев после возвращения из Крыма он принял участие в XI съезде русских естествоиспытателей и врачей. В секции математики и механики Сергей Алексеевич сделал доклад «О струевых течениях газов», вызвавший оживленную дискуссию. Выступавшие отмечали оригинальность идей яркого представителя московской школы теоретических механиков.
Работа Чаплыгина вышла затем отдельным изданием. 26 февраля 1903 года в Московском университете состоялась защита докторской диссертации. Официальными оппонентами выступили Н. Е. Жуковский и Б. К. Млодзеевский. Они были близкими друзьями, но в оценке чаплыгинской диссертации кое в чем разошлись. Жуковский говорил, насколько умело диссертант преодолел весьма серьезные математические трудности. Млодзеевский, положительно оценив представленную работу, тем не менее отметил недостаточность рассуждений по поводу разделения свойств течений в случае дозвуковых и сверхзвуковых скоростей.
Чаплыгину была присуждена ученая степень доктора прикладной математики. После защиты к нему подошел Климент Аркадьевич Тимирязев. Поздравляя Сергея Алексеевича, он сказал:
— Я не понимаю всех деталей вашего исследования, которое лежит далеко от моей специальности, но я вижу, что оно представляет вклад в науку исключительной глубины и ценности.
Много воды утекло с той поры, но сейчас, в 1940‑м, Сергею Алексеевичу казалось, будто все события произошли вчера. Бежали годы, текли десятилетия, как ни парадоксально, увеличивавшие интерес к «газовым струям». В исследовании, сделанном на заре двадцатого века, когда до первого полета братьев Райт продолжительностью пятьдесят девять секунд оставалось целых два года, ничего не устарело. Печать времени словно бы и не коснулась его. В определенном смысле неповторимый феномен.
«Работу «О газовых струях» постигла интересная судьба... — писал М. В. Келдыш. — Она осталась почти незамеченной. Ни сам Сергей Алексеевич, и никто другой не продолжили развитых в ней идей, и никто не придал работе исключительного значения. В то время исследование газовых течений со скоростями, приближающимися к скорости звука, не было актуально для техники. Аэродинамика долгие годы могла удовлетворяться изучением движения газа со сравнительно малыми скоростями, когда сжимаемость воздуха пренебрежимо мала. Только через тридцать лет... когда авиация начала подходить к скоростям полета, близким к звуковым, и вопросы изучения газовых потоков с большими скоростями стали актуальнейшими вопросами, было раскрыто все значение этой работы. Оказалось, что многочисленные попытки изучения газовых потоков, сделанные в то время, были основаны на методах, которые давали значительно меньшие результаты, нежели методы С. А. Чаплыгина, развитые еще в начале столетия.
Работа Чаплыгина стала в центре многочисленных исследований аэродинамиков».
И как тут не вспомнить выражение французов: auteur d’un seul livre — «автор одной книги». Переводя на язык науки — автор одного великого открытия, благодаря которому ученый остается в истории. К Чаплыгину выражение французов, казалось бы, не имеет отношения. Он выполнил немало блестящих исследований, заслуживших мировое признание. И все же... Судьба «Газовых струй» настолько необычна, работа эта сыграла такую роль в развитии авиации больших скоростей, что вольно или невольно произносишь, ничуть не умаляя заслуг Чаплыгина: auteur d’un seul livre.