Судовой хронометр. В поисках долготы. Хронометр - это что
Хронометр - часы с особо точным ходом - (механические, либо кварцевые).
Впервые точный морской хронометр изобрел английский изобретатель, часовщик Гаррисон в 1731 г., в 1734 он довел его до практического применения. В своем изобретении он сумел скомпенсировать две основные погрешности хода хронометра - изменение механического момента на спусковой ход балансира по мере раскручивания заводной пружины и применил термокомпенсацию длины и упругости нити балансира от изменения внешней температуры с помощью биметаллических изгибающихся элементов.
К началу эпохи Великих географических открытий определение координат все еще
оставалось недосягаемой мечтой штурманов.
Определение широты особой проблемы не представляло - она легко вычисляется с
помощью измерения угла возвышения Полярной звезды над горизонтом. А вот долгота
оставалась крепким орешком. Ошибка приводила к потере кораблей, людей и товаров.
Ведущие морские державы - Испания и Португалия, Голландия, Франция и Великобритания - учредили за решение проблемы серьезные премии. Со временем появились несколько астрономических методов - Вернера (метод лунных расстояний, 1514 год), Галилея (по положению спутников Юпитера, 1612), - но для их реализации требовались сложные астрономические инструменты и вычисления. Более простой способ (его приписывают Гемме Фризиусу) - сравнение локального времени с точным в референсной точке (порту) - требовал очень точных часов.
В 1714 году британский парламент учредил специальную премию за разработку метода определения долготы. Сумма была по тем временам фантастической - £10 000 при погрешности в 60 морских миль, £15 000 (40 миль) и £20 000 (30 миль). Для того чтобы определять долготу с такой точностью во время плавания в Вест-Индию, требовались часы со среднесуточным уходом не более 3 секунд (это при том, что часы в то время считались особо точными, если имели минутную стрелку).
В 1728 году в соревнование вступил плотник и часовщик-самоучка Джон Харрисон. Пару лет он изучал корабельную качку и к 1735 году закончил часы H1. Огромные и тяжелые (почти 40 кг) маятниковые часы со среднесуточным уходом в 8 секунд показали погрешность в 150 миль по долготе после плавания из Лондона в Лиссабон и обратно. Аналогичные результаты показала в 1741 году модель H2. В 1749 году увидела свет модель H3, где Харрисон применил биметаллическую пластину в маятнике для температурной компенсации и карданов подвес для компенсации качки.
Эти часы были более точными на море, чем любые другие на суше: среднесуточный уход составлял менее 2 секунд, и после 45 дней плавания точность определения долготы составила всего 10 миль. Однако парламент к тому времени изменил условия конкурса - теперь требовалась не только точность, но и компактность!
Харрисон не опустил рук и в 1760 году представил новую модель, H4, - уже не маятниковую, а с балансом. Часы имели диаметр 12 см и были проверены во время двух плаваний в Вест-Индию - в 1761 и 1764 годах, уход при этом составил 5 секунд за три месяца путешествия. Но и после этого парламент не торопился с выплатой денег. Дело в том, что в 1757 году британский морской офицер Джон Кэмпбелл разработал конструкцию секстанта - инструмента для измерения угловых расстояний между небесными телами.
Парламент надеялся, что с помощью таблиц Королевской обсерватории и метода Вернера долготу можно будет вычислить "бесплатно" (Кэмпбелл состоял на королевской военной службе, и премия ему не полагалась). Но часы Харрисона оказались удобнее, и в конце концов в марте 1776 года - к 83-му дню рождения - ему выплатили заслуженную премию.
За прошедшие века конструкция хронометра Гаррисона практически не изменилась (кроме технологии изготовления и материалов).
В центре циферблата, разбитого на 12 часов, укреплены часовая и минутная стрелки, движущиеся по общему циферблату. Ниже располагается секундная стрелка, перемещающаяся по секундному циферблату скачками через 0,5 секунд. В верхней части циферблата хронометра расположен циферблат завода, разделенный штрихами на семь частей по 8 часов каждый. Оцифровка интервалов дана от 0 до 56ч, т.е. максимальный завод рассчитан на 56 часов работы хронометра.
По циферблату завода движется стрелка, которая показывает количество часов, протекшее с момента завода хронометра.
Хронометр следует заводить ежесуточно в одно и то же время (например, в 8 ч утра), чтобы в течение каждых суток действовала одна и та же часть пружины, что обеспечивает постоянство суточного хода. Обычно заводят хронометр так, чтобы он мог идти двое суток, т.е. после завода стрелка завода должна указывать на деление 8 ч.
А перед заводом при условии регулярного завода в одно и тоже время стрелка циферблата завода должна указывать на деление с цифрой 32 ч
Поправкой хронометра называют разность между всемирным временем и показанием хронометра в один и тот же физический момент, т. е.
где u XP - поправка хронометра; T ГР - всемирное время; Т XP - показания хронометра. Поправка хронометра с течением времени изменяется. Это изменение неодинаково у различных хронометров. Оно зависит от регулировки хронометра и от внешних условий. Изменение поправки хронометра характеризуется ходом хронометра со. Качество прибора определяется постоянством суточного хода. Поправка хронометра определяется по специальным радиосигналам времени. Время, программы передач и другие сведения сообщаются в Извещениях мореплавателям. Определяемая поправка хронометра и суточный ход, дата, всемирное время, название радиостанции, фамилия принявшего сигналы и некоторые другие данные записывают в специальный журнал, называемый хронометрическим
Местное среднее время (Т м ) - это это промежуток времени между моментом нижней кульминации среднего Солнца и текущим моментов времени для наблюдателя, находящегося на меридиане с долготой . Гринвичское время (Т гр ) - это местное время гринвичского меридиана.
Гринвичское время иногда называют всемирным. Оно является аргументом для входа в Морской астрономический ежегодник (МАЕ).
Поясным временем Т п называется местное время центрального меридиана данного часового пояса, принятое по всей территории пояса. Пояс с центральным меридианом Гринвича считается нулевым, а от него идет нумерация поясов к E или W, до двенадцатого пояса включительно.Вся Земля разделена на 24 часовых пояса по 15° (или 1 ч) долготы в каждом. Меридианы 0°, 15°, 30° и далее через 15° (до 180°) являются центральными для каждого пояса, меридианы с долготами 7°30", 22°30" и далее - это границы поясов. Они точно следуют по меридианам только в открытом море и океане.
Судовым временем Т с называется поясное время того часового пояса, по которому поставлены судовые часы. Судовое время обычно отсчитывается с точностью до 1 м.
Для обеспечения точным временем навигационных и астрономических определений, связи с берегом, расписания трудовой деятельности экипажа и организации вахтенной службы на каждом судне ведется служба времени. На судах Министерства морского флота СССР службу времени несет третий помощник капитана, а руководство и контроль осуществляют старпом и капитан К основным задачам службы времени относятся: обеспечение показаний судового и точного гринвичского времени на судне; прием радиосигналов точного времени, расчет поправки и суточного хода хронометра и палубных часов; ведение хронометрического журнала; завод хронометров, палубных часов, секундомеров и судовых часов; проверка показаний и согласование судовых часов; наблюдение за работой и хранением хронометра, палубных и судовых часов; перевод стрелок судовых часов при переходе границ поясов времени и линии смены дат; отметка дат и времени на ленте курсографа, барографа и, если это необходимо, хронометраж работы других навигационных приборов и ведение ежесуточного судового штурманского бюллетеня.
Счисление пути судна, навигационные определения, радиосвязь и повседневная жизнь экипажа обеспечиваются судовым временем, которое показывают морские часы с точностью не ниже ±0,5 мин.
Для астрономических определений географических координат места судна в море необходимо знать время с точностью до десятых долей секунды. Для измерения времени с указанной точностью служат хронометры (рис. 88) -точные приборы, устройство которых предусматривает уменьшение влияния температурных колебаний на показания. Кроме морских часов и хронометров, суда снабжаются еще палубными часами и секундомерами.
Рис. 88.
Хронометрами, кроме определения всемирного (гринвичского) времени, которое необходимо знать для определения географических координат судна по астрономическим наблюдениям, пользуются также для поддержания правильных показаний морских часов.
Хронометры на судах устанавливают приближенно по всемирному времени. Счет гринвичского времени ведется от 0 до 24 ч, а циферблат хронометра разделен от 0 до 12 ч. Поэтому показания хронометра в течение суток имеют двойственные значения, например, 4 и 16 ч, 8 или 20 ч и т.д. Это следует иметь в виду при расчетах гринвичского времени, показываемого хронометром. Чтобы установить, в каких случаях следует прибавлять 12 ч, а в каких нет, необходимо предварительно определить приближенное гринвичское время
где T C - судовое время;
№ - номер пояса, по которому установлены судовые часы.
Поправкой хронометра называют разность между всемирным временем и показанием хронометра в один и тот же физический момент, т. е.
где u XP - поправка хронометра;
T ГР - всемирное время;
Т XP - показания хронометра.
Поправка хронометра с течением времени изменяется. Это изменение неодинаково у различных хронометров. Оно зависит от регулировки хронометра и от внешних условий. Изменение поправки хронометра характеризуется ходом хронометра со. Качество прибора определяется постоянством суточного хода.
Поправка хронометра определяется по специальным радиосигналам времени. Время, программы передач и другие сведения сообщаются в Извещениях мореплавателям.
Определяемая поправка хронометра и суточный ход, дата, всемирное время, название радиостанции, фамилия принявшего сигналы и некоторые другие данные записывают в специальный журнал, называемый хронометрическим.
Пример 39. 25 ноября 1969 г. Судовое время Т C = 6 Ч 27 М. Х = 122°30",0 O st (№ 8О st); T XP = 10""27 М 05 С,0. Рассчитать показание гринвичского времени по хронометру.
Решение. Рассчитываем приближенно гринвичское время и дату.
Своим возникновением морские хронометры обязаны проблеме навигации на море. Краеугольными вопросами всегда были и остаются определение позиции и направления движения судна, а также измерение скорости, дистанции и времени движения судна от одной точки до другой.
Развитие навигации шло нога в ногу с открытиями реальной формы Земли, ее размера и развитием технологий, которые сделали возможным точное измерение времени. Древние мореплаватели скоро выяснили, что Земля вращается, а Полярная звезда всегда остается в одной и той же точке небосвода, что двигаясь на юг в направлении горизонта, можно достичь стран с теплым климатом. Измеряя угол между Полярной звездой и горизонтом и держа курс строго с севера на юг, мореплаватели могли приблизительно определить широту их местонахождения.
Определение долготы оказалось куда более сложным. В течение многих веков, плывя с востока на запад, мореплаватели могли только догадываться об их положении в открытом море. Например, в своем транс-антлантическом путешествии в 1492 году, Христофор Колумб считал, что быстро достигнет Восточной Индии, в то время как его корабль ушел не так далеко от Европы. Долгота могла бы быть определена по позиции звезд в небесах, но звезды медленно перемещались по небосводу на восток. Поэтому необходимо было знать точное местное время относительно какой-нибудь фиксированной точки, принятой за начало отсчета (например, Гринвич). Поскольку Земля в течение суток поворачивается на 360 градусов, а в течении часа – на 15 градусов, то разница между местным временем и временем по Гринвичу, умноженная на 15, будет равна географической долготе судна. Таким образом точность определения долготы будет зависеть от точности хода часов. Например, на экваторе, ошибка в одну секунду означает ошибку в местоположении судна на 400 метров.
Тем не менее, первые точные часы были изобретены только в середине XVIII века. Основными проблемами точного определения времени в морских условиях были изменения температуры, влажности, постоянная качка и изменение силы гравитации Земли на различных широтах. Поэтому хронометрический инструмент для точного измерения времени должен был содержать ряд революционных изобретений и технических решений, чтобы все эти проблемы были устранены.
В 1714 году Британский Парламент, в связи с большими потерями кораблей, связанными с неправильным определением местоположения судов, объявил приз для всех желающих в 20000 фунтов, что сегодня соответствует 2 млн. долларов США, за создание устройства, способного определять долготу судна в любой точке Земли с точностью в пол градуса, что равняется 30 минутам географической долготы.
В 1731 году, параллельно работам над точными часами, была окончательно решена проблема с точным определением широты судна. Джоном Хадли (John Hadley), вице-президентом Королевского Общества Естественных Знаний, был предложен инструмент для точного определения угла между горизонтом и небесными телами, в основе которого лежал принцип двойного преломления лучей. Этот прибор был назван секстантом.
Одним из многих, пытавшихся завоевать приз Британского Парламента был Джон Харрисон (John Harrison). К 1727 году им были построены первые часы с балансом, состоящим из 9 различных металлов, который был практически не подвержен изменениям температуры. В 1735 году, после долгих экспериментов, Харрисон представил Королевскому Обществу свой первый морской хронометр, названный H1. Это были большие, выглядевшие устрашающе, часы, которые весили 35 кг, но содержали в себе много уникальных технических решений, которые на испытаниях позволили выявить ошибку в местоположении судна на 150 км.
В 1739 году Харрисоном была представлена новая модель хронометра, названная Н2, содержащая ряд существенных изменений в конструкции, но весившая гораздо больше, чем предыдущая. Испытания ее так и не завершились из-за начала Семилетней войны между Англией и Францией.
Несколько позже Харрисон сообщает в комиссию о начале создании третьей модели хронометра - Н3. Но работы над ним были прерваны так как большие, громоздкие и неудобные в обслуживании модели не удовлетворяли потребностям военного флота. В 1757 году Большое жюри выдвинуло требование о существенном уменьшении размеров хронометра, и тогда были начаты работы над моделью Н4, которые завершились два года спустя. Новый хронометр был диаметром 12 см, что полностью удовлетворяло требованиям Комиссии. Приз за новый хронометр Харрисон должен был получить после завершения морских испытаний.
Испытания Н4 начались в 1761 году на борту судна Deptford, следовавшего курсом Лондон-Ямайка. Обслуживание хронометра было поручено сыну Харрисона - Уильяму Харрисону. Условия испытаний были выполнены полностью. Когда корабль достиг берегов Ямайки морской хронометр давал погрешность в 1/5 секунды в день, что было в 10 раз точнее, требуемого для конкурса. Обратный путь, который уже не входил в испытания, Харрисон проделал на шлюпе Merlin. В жестокий шторм Н4 был поврежден и прибыл в Англию в состоянии, которое не позволило Харрисону получить призовой фонд.
Для решения комиссии не давать приз Харрисону был ряд формальных причин, но основным было то, что некоторые члены комиссии сами хотели заполучить призовые деньги. Напрасно Харрисон добивался признания испытаний успешными. Его доказательства были признаны неубедительными.
28 марта 1764 года начались повторные испытания Н4. Корабль Tartar отправился в Портсмут. На борту, как и в прошлый раз был сын Харрисона. За пять месяцев путешествия часы отклонились всего на 54 секунды, а после плановой корректировки отклонение уменьшилось до 15 секунд. В такой ситуации получение приза уже не вызвало никаких сомнений.
Копия хронометра Н4, сделанная Кенделлом и названная К1 был использована Томасом Куком во время его трехгодичного кругосветного путешествия, где хронометр зарекомендовал себя с лучшей стороны.
В возрасте 78 лет Харрисон сделал новую модель Н5, которая еще больше удовлетворяла требованиям комиссии. Однако свой приз Харрисон получил только в 1773 году после подачи петиции Королю Георгу III.
Создавая морской хронометр, Харриссон кардинально перевернул тогдашнее предсталение о возможной точности часов. Потратив большую часть жизни на создание морского хронометра, Харрисон решил практически все проблемы, связанные с особенностями эксплуатации часов в морских условиях.
Для поддержания стабильности колебаний при качке и снижения влияния гравитации на точность хода, Харрисон ввел второй баланс, таким образом, что оба баланса колебались в одной плоскости, но в противоположных направлениях и поместил хронометр на подвижную опору, позволяющую часам находиться только в горизонтальном положении. Для обеспечения постоянства момента заводной пружины было использовано устройство фузи, а также было предложено заводить часы в одно и тоже время, чтобы на момент измерения, а это было обычно 12 часов дня, разница в моменте могла быть максимально невелирована. Кроме этого, для снижения влияния температуры и влажности на балансное колесо, оно делалось из нескольких металлов, что позволяло снизить коэффициент расширения металла. Для снижения влияния перепадов температур, морской хронометр стали помещать в деревянные футляры, являющиеся своего рода термосом, поддерживающим постоянную температуру.
Сегодня, в швейцарской часовой промышленности, помимо выпуска профессиональных морских хронометров, выпускаются также наручные часы, носящие надпись Marine Chronometer. Это прежде всего часы фирмы Ulysse Nardin и Breguet серии Marine. Эти часы отличаются повышенной точностью хода по сравнению с обычными. В некоторых моделях применяются ряд технических решений из навигационных морских хронометров. Кроме этого, эти часы всегда проходят более строгий отбор в подборке деталей и более длительное тестирование, что делает их заслуженно более дорогими, чем часы аналогичного класса.
На базе Первого Московского часового завода «Полёт» в современной России сохранено уникальное производство морских приборов точного времени, в которых каждая деталь изготавливается часовыми мастерами в стенах московской мануфактуры.
Часовая мануфактура 6МХ с 1947 года выпускает морские хронометры и палубные часы. Хронометрами под товарным знаком «Полёт» укомплектованы практически все без исключения суда, несущие вахту в морях и океанах. Высокая точность хода и безупречное качество исполнения позволили включить их в Реестр Ллойда, как морские приборы точного времени, служащие навигационной безопасности.
С 2016 предприятие выпускает хронометры и палубные часы не только для военных и гражданских судов, но и для коллекционеров. Новый проект часовой мануфактуры — создание наручного хронометра, часов с максимально точным ходом. Над проектом ведётся совместная работа российских и немецких часовых инженеров, соединяющая опыт производства деталей и часовых механизмов высочайшего качества.
Одновременно с выпуском высокоточных наручных часов с мануфактурным механизмом, был проведён ребрендинг. Теперь продукция выпускается под товарным знаком «6МХ», (ранее выпускалась под товарным знаком «Полёт»), понятной для морских специалистов и вызывающей интерес у покупателя необычной аббревиатурой.
На сегодняшний день продукция часовой мануфактуры 6МХ включает в себя:
* морской хронометр «6МХ» — морской прибор точного времени (с суточной погрешностью хода +/- 0,5 секунд). Эксплуатируется стационарно в штурманской рубке судов, а также является предметом интереса коллекционеров. Выпускается в двух комплектациях:
— «Престиж» — с позолоченным корпусом. Позолотой покрыт также карданный подвес и все декоративные элементы футляров хранения и транспортировки. Футляры выполнены из полированного дерева ценных пород.
— «Рядовой» — в корпусе из латуни. В этой комплектации поставляется на суда.
* палубные часы «6МХ» — морской прибор точного времени (с суточной погрешностью хода +/- 6 секунд). Является запасным хронометром на судне, который может выноситься из штурманской рубки.
В настоящий момент выпускаются в корпусах, покрытых позолотой либо родием. Для коллекционеров выпускаются с ажурованным механизмом, инкрустацией и с другими декоративными оформлениями.
* наручный хронометр «6МХ» — наручные часы с высокой точностью хода (+/- 6 секунд в сутки). Первые российские наручные часы с хронометрической точностью хода. Разработаны и собраны совместно с немецким часовым инженером Рольфом Лангом. Каждая деталь часов изготовлена вручную. Выпускается лимитированными партиями. Возможно изготовление в корпусах из драгоценных металлов.
* наручные часы «6МХ» — часы с кварцевым механизмом. Коллекция выпускается в трёх цветовых решениях. Наручные часы «6МХ» являются наградной продукцией для капитанов кораблей, и представляют интерес для покупателей и коллекционеров.
В числе услуг мануфактуры — персонификация приобретаемых часов.
Лучшие часовые традиции и высокое мастерство часовых мастеров — залог качества продукции мануфактуры 6МХ.
Использованы материалы с официального сайта и официальной страницы Часовой Мануфактуры
Загрузка...
