"Хронометр, указывающий время Гринвичского меридиана, сообщал капитану Гюлю долготу. Солнце было его верным советчиком. Луна и планеты говорили ему: «Твой корабль находится в таком-то месте!» Совершеннейшие и непогрешимые часы, в которых циферблатом - небосвод, а стрелками - звезды, ежедневно докладывали ему о пройденном расстоянии. Астрономические наблюдения указывали ему с точностью до одной мили местоположение «Пилигрима», а значит, и курс, которого следовало держаться". Жюль Верн. «Пятнадцатилетний капитан»
Проблема жизни и смерти
Семнадцатый век... Один за другим уходят в море многопарусные военные фрегаты, вместительные «купцы». Многие, чтобы уже никогда не вернуться к родным берегам. Но что такое корабль в сравнении с великим Океаном? Крохотная горстка людей, мечтающая об одном -вернуться. А для этого надо уметь определять положение судна. Жестокий шторм, предательская тишина затяжного штиля, подводный риф, исчезающие, как миражи, проливы и острова - тысячи опасностей, и весьма приблизительные карты, неточные мореходные инструменты. Далеко ли до берега? Хватит ли воды и сухарей? В маленькой Голландии было 15тысяч торговых судов, и каждый год две, а то и три сотни объявляли погибшими, пропавшими без вести. А Англия только в 1707 году потеряла около двух тысяч человек из-за низкого уровня штурманского дела. И если широту умели отлично определять еще финикийцы и викинги, то определение долготы в море вызывало громадные трудности. А долготу вычисляли по скорости хода -в общем, на глаз. Получались огромные ошибки.
Между тем, еще в 1510 году испанец Санто Крус предложил очень простой способ для решения этой проблемы, названный «методом перевозки часов». Нужны были только точные часы, способные работать в условиях качки, перепадов температуры, давления, влажности. Но такие переносные эталоны времени, впоследствии получившие название «морские хронометры», предстояло еще создать.
Эпоха великих географических открытий и колониальных завоеваний вовлекала тысячи людей, рискующих жизнями, в дальние океанические плавания. Проблема определения долготы стала настолько актуальной и острой, что в XVI-XVIIIвеках правительства морских держав объявляли огромные премии, чтобы привлечь ученых и конструкторов к поискам надежного метода определения долготы в открытом море.
Великий Галилео
Многие из предложений основывались на астрономических наблюдениях. Один из способов определения долготы был предложен Галилео Галилеем. Затмения открытых им спутников Юпитера происходят в один и тот же момент для любого наблюдателя, в какой бы точке земной поверхности он ни находился. Галилей понял, что это - самые соверщенные небесные часы, которыми можно пользоваться для определения долготы. Требовалось только составить необходимые таблицы, приняв какой-либо меридиан за начальный. Тогда, зная местное время и время начального меридиана, легко было бы узнать долготу; известно ведь, что Земля ежечасно поворачивается на 15градусов.
Утверждают, что Галилей вел переговоры с Нидерландами, а в 1616 году, надеясь получить «долготный приз», предложил свой метод Испании. На испанцев его открытие впечатления не произвело.
Однако главная заслуга Галилея перед поколениями часовщиков состоит в том, что он, проводя опыты с маятником, открыл принципы колебательной хронометрии, легшие в основу конструирования всех прецизионных приборов времени, и первым предложил идею маятниковых часов. Правда, изготовил их совсем другой человек...
Маятник или баланс-спираль?
27-летний Христиан Гюйгенс, уже известный ученый, открывший кольцо Сатурна, писал в 1657 году: «На этих днях я нашел новую конструкцию часов, при помощи которой время измеряется так точно, что появляется немалая надежда на возможность измерения при ее помощи долготы, даже если придется везти их по морю. Первый экземпляр маятниковых часов, на который Генеральные Штаты Голландии выдали патент, закреплявший авторство Гюйгенса, смастерил в 1674 году по его чертежам гаагский часовщик Соломон Костер. Чтобы часы Гюйгенса работали при качке и сохраняли вертикальное положение, их устанавливали на карданный подвес, подобно компасу. Но они вели себя неплохо при штиле, а в шторм и при сильной качке были ненадежными.
В 1674 году Гюйгенс отказался от использования маятника и предложил систему баланс-спираль. Идея оказалась прогрессивной. Свойства колеса со спиральной пружиной были точной копией свойств маятника: период колебаний очень мало зависел от размаха, а следовательно, и от качества работы колесной системы часов. Откройте любые наручные, карманные часы или будильник, и вы сразу увидите хлопотливо снующее колесико. Сегодня каждый знает - тряска и качка на такие часы практически не влияют.
В 1674 году парижский часовщик Тюре сделал по указаниям Гюйгенса первые балансовые часы. Но новорожденный баланс оказался тепличным созданием. Достаточно было температуре воздуха измениться на один градус, как часы начинали «уходить» в двадцать раз резвее маятниковых.
К тому же последовали обвинения в плагиате. В Париже «привилегию» Гюйгенсу не выдали, потому что заявил претензию некий аббат Отфей. Попытка получить патент в Англии вызвала резкий протест Роберта. Гука: оказывается, он десять лет назад говорил на лекции, что спиральная пружина может сыграть в часах роль силы тяжести, действующей на маятник.
Гюйгенс, устав от бесконечных обвинений, от обязанности доказывать свою честность, бросил заниматься часами: в конце концов, есть столько других физических и математических проблем. «Я предоставил свободу всем часовщикам работать над этим изобретением», - сказал он одному из друзей.
Хронометр английского «самородока»
Более чем столетней давности премии Испании и Нидерландов по-прежнему дожидались счастливцев, но о них уже мало кто помнил, и в 1714 году парламент Англии объявил, что мастеру, сделавшему часы, пригодные для определения долготы в море, выплатят 20 тысяч фунтов стерлингов (почти 150 килограммов зо- лота!), если часы, «будучи испытаны в пути до Вест-Индии, дадут ошибку не более 30 миль». И сотни часовых мастеров, оживившись, - немалый куш! - начали борьбу за точность и надежность судовых часов.
Джону, сыну плотника Гаррисона, шел тогда двадцать первый год. В старой доброй Англии было немало искусных механиков, но не каждому была дана целеустремленность юного Гаррисона. Он упорно учился, постигал свойства металлов, законы механики и физики. И в 1725 году пришел успех: придуман маятник, длина которого остается постоянной, независимо от температуры.
Гаррисон шесть лет трудился над своим первым хронометром. А в 1735 году лорды Адмиралтейства недоверчиво осматривали конструкцию тридцатипятикилограммовых часов, которые, если верить словам изобретателя, ходят одинаково верно и летом, и зимой. Что ж, на берегу все может быть хорошо, но как-то поведут себя часы в море?
Испытания были не очень удачны, но Гаррисон понял: он на верном пути. Для очередного испытания часов Гаррисона в 1761 году из Англии на Ямайку отправился корабль «Дептфорд». Сопровождал драгоценный прибор сын старого Джона, Вильям. Самому мастеру шел уже шестьдесят восьмой год, и он не рисковал выходить в море.
В пути произошла стычка со штурманом. Моряк считал, что долгота судна - 13 градусов 50 минут, а хронометр утверждал, что 15 градусов 19 минут. Полтора градуса разницы, девяносто миль - да что мы, морские волки, совсем уже плавать разучились? Но когда на горизонте точно в назначенный молодым Гаррисоном срок открылся остров Мадейра, моряки безоговорочно поверили в хронометр.
Через 161 день плавания, когда корабль вернулся в Портсмут, ошибка часов не превышала нескольких секунд! Таким образом, задача определения географической долготы в открытом море была решена. И с тех пор хронометр является обязательной принадлежностью каждого корабля. А премию Гаррисон – правда, не сразу - но все же получил.
Еще не вечер...
Так создавались часы, в которых практически были найдены решения важнейших задач: изохронизации и стабилизации колебаний системы баланс-спираль, уменьшения трения в кинематической схеме, температурной компенсации колебательного устройства. Но только после того, как последователям Гаррисона - Пьеру Леруа, Томасу Мюджу, Фердинанду Берту, Томасу Ирншау, Джону Арнольду - удалось окончательно справиться с этими проблемами, стало возможным создание хронометра наших дней.
Честь создания морских хронометров принадлежит целиком мастерам Западной Европы, однако Россия, бывшая могучей морской державой, тоже внесла свой немалый вклад в совершенствование как механизма, так и методики использования хронометров для точного определения долготы местности как на суше, так и на море.
Автор: При перепечатке активная ссылка на источник обязательна
При перепечатке активная ссылка обязательна
Теги: 2-2000 Технологии и материалы
"Хронометр, указывающий время Гринвичского меридиана, сообщал капитану Гюлю долготу. Солнце было его верным советчиком. Луна и планеты говорили ему: «Твой корабль находится в таком-то месте!» Совершеннейшие и непогрешимые часы, в которых циферблатом - небосвод, а стрелками - звезды, ежедневно докладывали ему о пройденном расстоянии. Астрономические наблюдения указывали ему с точностью до одной мили местоположение «Пилигрима», а значит, и курс, которого следовало держаться". Жюль Верн. «Пятнадцатилетний капитан»