какое время показывает морской хронометр
история
Первые морские хронометры
Современный хронометр
Механические хронометры
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.
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
Поправкой хронометра называют разность между всемирным временем и показанием хронометра в один и тот же физический момент, т. е.
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.
положено было иметь три хронометра.
Когда «НЕВА» и «НАДЕЖДА» под командованием И. Крузенштерна
в 1803 году отправились в первое кругосветное плавание,
«Три настольных хронометра и двое сличительных часов, отпущенных из астрономической обсерватории Кронштадта, были привезены на крейсер «БАЯН» по железной дороге. Всего несколько дней хронометры стояли в комнате отеля, пока для них изготовляли помещение в каюте штурманского офицера; после чего они были бережно перенесены на крейсер и тогда же начались работы по исследованию их.» http://vchernik.livejournal.com/41953.html
Интересно, что эпоха Великих географических открытий обошлась без высокоточных приборов.
Бесстрашные первопроходцы открывали новые земли и новые морские пути, опираясь лишь на показания компаса, астролябии, а то и вовсе ориентируясь по звездам.
Только когда мир был поделен и на его карте появились огромные колониальные империи, вопрос о безопасности кораблей в открытом море встал особенно остро.
Естественно, что первой об этом забеспокоилась Британия, занимавшая к тому времени около четверти всей земной поверхности.
В 1714 году британский парламент учредил специальный приз в 20 тысяч фунтов (по сегодняшним меркам это примерно два миллиона долларов) за создание устройства, способного определять долготу судна в любой точке Земли с точностью в полградуса (что равняется 30 минутам географической долготы).
20 тысяч фунтов за точность
С ростом интенсивности океанского мореплавания с устрашающей быстротой стал увеличиваться список судов, погибших не столько от «непреодолимых сил стихии и неизбежных на море случайностей», сколько вследствие неспособности капитанов определить своё местоположение вне видимости береговых ориентиров.
Над проблемой определения долготы, т. е. меридиана, на котором в данный момент находится судно, бились прокалённые до черноты океанскими штормами капитаны-практики и бледные кабинетные учёные-теоретики, в жизни не видавшие моря.
Теоретическое решение задачи удалось найти довольно быстро.
Благодаря титаническому трудолюбию датского астронома Тихо Браге и гению таких теоретиков, как Иоганн Кеплер и Исаак Ньютон, стало возможным рассчитывать специальные «таблицы высот и азимутов светил» (ТВА) на каждый год.
Замерив высоту светила над горизонтом и зная местное, т. е. судовое время, нужно зайти в ТВА и после несложных расчётов получить долготу места, правда, при одном условии: нужно с возможной точностью знать разницу между местным временем и временем некоей географической точки, с опорой на которую ТВА составлены.
Забегая несколько вперёд, скажем, что за такую точку по обоюдному согласию географов всего мира приняли знаменитую Гринвичскую обсерваторию в Англи и. Таким образом, дело было за малым: «законсервировать» на корабле гринвичское время. Всего-то!
ТЕХНОЛОГИЯ ХРОНОМЕТРИИ
Инженер-кораблестроитель академик А.Н. Крылов как-то раз заметил в адрес одного неумеренно восхваляемого учёного, что открытие — это 2% идеи и 98% реализации. Вот и с проблемой определения долготы дело обстояло именно так: все знают, что нужно сделать, но никто не знает, как.
В те парусно-гребные времена измерение времени на корабле представляло собой весьма непростой процесс!
Для этого служили песочные часы — получасовые, огромные, как две соединённые между собой двухлитровые банки, дробные — поменьше, до маленьких полуминутных. В обязанность вахтенного мичмана входило следить за перетеканием песка и своевременно переворачивать большие часы, отбивая время судовым колоколом (вот почему время на флоте до сих пор измеряется «склянками»).
Каждый полдень ход таких часов корректировался по солнцу, и отсчёт времени начинался по новой — до следующего полудня.
Естественно, точность такого способа измерения времени была, мягко говоря, весьма условной.
И ведь нормальные механические часы со стрелками уже давно тикали в гостиных богатых домов, да вот беда — и речи не могло быть о том, чтобы использовать их на море!
В движение такие часы приводились гирей на цепочке, а ход регулировался маятником. Понятно, что в условиях морской качки проку от такого механизма не было.
Замену гире, впрочем, удалось найти буквально под боком — у оружейников.
В так называемом колесцовом замке мушкета искру из кремня высекало рифлёное колесико, приводимое в движение заводной спиральной пружиной; совместив её с анкерным механизмом, удалось получить источник энергии, к качке нечувствительный. Но как быть с маятником?
ГЮЙГЕНС, ГУК И ДРУГИЕ
История техники пестрит эпизодами, когда установить доподлинно приоритет того или иного изобретения достаточно трудно. В частности, кого следует считать подлинным изобретателем — того, кто первым придумал принцип устройства, или того, кто сумел сделать его практически применимым?
Весьма показательна в этом смысле и история создания хронометра.
В 1674 году заменить маятник колесиком-балансом предложил голландский учёный
кстати, именно он именно он придумал принцип действия часов — анкерный механизм, регулятор частоты вращения шестерёнок. Это тот самый баланс, который вы увидите, открыв любые механические часы.
К сожалению, оказалось, что изменение температуры всего на один градус тормозит или ускоряет ход таких часов в 20 раз сильнее, чем маятниковых!
Понятно, что моряков такая нестабильность хода устроить не могла.
Разочарование было столь сильным, что Гюйгенс отказался от замысла создать морской хронометр.
А трудности на пути создания хронометра между тем множились по нарастающей.
Выяснилось, что на точность хода оказывает влияние даже сопротивление воздуха!
Вращаясь, колесико баланса создавало вокруг себя воздушные завихрения, также изменявшие скорость хода механизма.
Было от чего изобретателям опустить руки и отступиться.
Его первый хронометр, предъявленный пред светлые очи лордов Адмиралтейства, представлял собой хитроумное изделие аж в 35 кг весом. Он содержал множество маятников, качавшихся в разных плоскостях с целью компенсировать воздействие качки, что в сравнении с механизмами Гука-Гюйгенса было шагом назад.
Неудивительно, что проведённые в 1735 году испытания трудно было назвать успешными. Оснащённый «хронометром №1» английский корабль прошёл до Лиссабона и обратно, а уход часов составил целых 6 минут, что в пересчёте на расстояние в экваториальных широтах составляло 111 миль!
После обстоятельных размышлений Гаррисон отказался от доработки этой конструкции и взял тайм-аут, длившийся целых 25 лет.
За это время он не только повторил все сделанные до него изобретения в этой области, но и принципиально усовершенствовал их, всё-таки создав механизм, по б ольшому счёту, не претерпевший существенных изменений до наших дней.
В 1761 году из Портсмута на Ямайку вышел Его Величества корабль «Дептфорд»,
Рассказываем о том, как морские хронометры помогали создавать империи
Определение координат в море долгое время было важнейшим из искусств. Если широту местонахождения судна капитаны научились определять по звездам и высоте полюса над горизонтом еще в XV веке, то поиски точного метода определения долготы растянулись на три следующих столетия. И поиски эти напоминали создание атомной бомбы: кто опередит других, станет самым сильным.
Ведь только что завершилась эпоха великих географических открытий, и ведущим европейским державам хотелось во что бы то ни стало застолбить открытые земли за собой. Торговля и судоходство в те времена расширялись быстрее, чем промышленность: зачем что-то производить, когда можно просто награбить, привезти и продать с баснословной прибылью.
Самые лакомые колонии находились на западе и востоке, а в путешествиях туда как раз было крайне необходимо знание долготы. Немало кораблей погибло, не достигнув всего нескольких миль до желанной цели, так как страх и угроза бунта на корабле заставляли капитанов поворачивать назад. Еще больше разбивалось о прибрежные скалы во время штормов и туманов.
В итоге в 1714 году английский парламент объявил международный конкурс на создание прибора или метода определения долготы с погрешностью в 20 или 30 миль за время плавания в Вест-Индию и обратно.
Были назначены и премии в 10, 15, 20 тысяч фунтов стерлингов (колоссальные по тем временам деньги) в зависимости от точности определения долготы. Для принятия и рассмотрения предложений по этому закону было создано Бюро долготы, которое возглавил сам отец физики Исаак Ньютон.
Сэр Исаак Ньютон
С самого начала наметились два способа определения долготы: астрономический и механический, с применением часов.
За астрономию ратовал Галилео Галилей, который создал неплохой, в общем-то, метод определения долготы по периодам затмений открытых им четырех спутников Сатурна. Однако сделать это не представлялось возможным порой даже в Италии, где облака – редкие гости.
Что уж говорить о море: попробуйте сначала во время небольшой качки хотя бы поймать в телескоп Сатурн, не говоря уже о его спутниках. А что касается механического способа, то после нескольких попыток представить морские часы Ньютон, изучив их, написал в 1714 году:
По точным часам можно определить долготу. Но так как судно находится в постоянном движении, испытывает перепады жары и холода, воздействие влажного и сухого воздуха, а сила гравитации меняется на разных широтах, такие часы пока создать невозможно, и вряд ли такое когда-нибудь произойдет в будущем.
И все же неслыханная награда заставила напрячься лучшие умы того времени, и в 1735 году британский мастер Джон Гаррисон (1693-1766) создал-таки великий морской хронометр Н1 “Кузнечик”.
Создатель морских хрономеров Джон Гаррисон. Фото: http://www.rmg.co.uk
Роль маятника в нем выполняли два длинных балансовых рычага с шарами на обоих концах. Соединенные друг с другом в середине, они формировали букву Х с колеблющимися в противоположных направлениях палочками, которые тем самым нивелировали воздействие качки. Приводились рычаги в действие четырьмя балансовыми пружинами. Перепады температур компенсировались латунными и стальными стержнями, к которым крепились концы пружин.
Первый морской хронометр Джона Гаррисона H1 (“Кузнечик”), 1735 г. Фото: http://collections.rmg.co.uk
В тестовом походе до Лиссабона и обратно “Кузнечик” заслужил весьма положительные отзывы, и в сводках Гринвичской обсерватории появилось сообщение об изобретении Гаррисона. Однако все это не убедило парламент выдать Гаррисону положенную премию, он лишь получил грант на создание новых хронометров.
Ходит байка, что Джон Гаррисон не особо переживал из-за того, что премию за изобретение “Кузнечика” ему не вручили, поскольку его хронометр тайно приобрели пираты, которые заплатили ему больше положенной суммы
Мастер совершенствовал свой хронометр всю жизнь. Второй хронометр Н2 отличался от первого устройством для стабилизации импульса с промежуточными пружинами.
Если первый “Кузнечик” хранится в Гринвичской обсерватории, то судьба Н2 и Н3 не столь известна (хотя устройство их механизмов описано весьма подробно). Думаю, и здесь без пиратов не обошлось.
Морские хронометры Джона Гаррисона — H2 и H3. Фото: http://collections.rmg.co.uk
А премию свою в 20 тысяч фунтов Гаррисон все же получил в 1759-м, за хронометр Н4, который уже походил на известные нам морские хронометры — этакие настольные или очень большие карманные часы.
Первый морской хронометр Джона Гаррисона H1 (“Кузнечик”) 1735 г. в. вместе с выигравшим премию хронометром H4 1759 г. в. (в центре). Фото: http://www.e-reading.club/chapter.php/103039/23/Hauz_-_Grinvichskoe_vremya_i_otkrytie_dolgoty.html, http://collections.rmg.co.uk
Механизм помещался в двух серебряных корпусах диаметром 10,5 см. Циферблат был покрыт белой эмалью; на этом белом фоне имелись украшения, выполненные черным цветом. Часовая и минутная стальные стрелки окрашены в голубой цвет; имелась также центральная секундная стрелка, которая вращалась между двумя другими стрелками. Заводились часы через отверстие в обратной стороне внутреннего корпуса.
Морской хронометр Джона Гаррисона H4. Фото: http://collections.rmg.co.uk
Морские часы №4 Гаррисона, в отличие от трех его первых морских часов, не подвешивались на кардановом подвесе, а во время качки корабля клались на мягкую подушку, и посредством внешнего корпуса и градуированной дуги их положение могло регулироваться так, чтобы они были слегка наклонены к горизонтали.
Испытал их в походе на Ямайку сын мастера Уильям. Корабль “Дептфорд” отплыл из Портсмута 18 ноября 1761 года, и когда спустя 61 день прибыл в Порт-Рояль, Н4 отстал лишь на 9 секунд!
Заимев точные часы, капитаны королевского флота получили колоссальное преимущество над кораблями других держав, и именно благодаря часам вскоре возникла великая Британская империя, над которой никогда не заходило Солнце.
Если испанцы, французы и голландцы были вынуждены на всякий случай запасаться десятками бочек пресной воды и продовольствия, то англичане, имея точные сведения о долготе, вместо продуктового “такелажа” запасались лишними бочками пороха, пушками и ядрами, что, как правило, решало исход сражений в их пользу.
Но самая главная заслуга Джона Гаррисона все же состоит в том, что он вселил уверенность в других лучших мастеров: Ларкума Кендалла, Томаса Мюджа, Джона Арнольда, Пьера Леруа, Фердинанда Берту, Авраама-Луи Бреге. С изобретением анкерного спуска хронометры стали еще более точными, а славу крупнейшего производителя завоевал Улисс Нарден.
Германскому флоту морские хронометры поставляла компания A. Lange & Söhne из Гласхютте. А когда все оборудование вместе с технической документацией было экспроприировано и вывезено в Советский Союз, вскоре советские корабли стали получать морские хронометры “Полет” с механизмом, который представлял собой точную копию калибра ALS 48.
И сейчас, когда координаты судна автоматически определяются связанными со спутниками GPS бортовыми компьютерами, опытные капитаны предпочитают иметь на всякий пожарный старый добрый механический морской хронометр.
Автор статьи: Тимур Бараев
нашли ошибку в тексте? выделите её и нажмите ctrl + enter
Сравнительно недавно в науке и технике стали использовать колебания кристаллов кварца (кварцевые часы) и молекулярные колебания газов (атомные часы), обеспечивающие очень высокую точность хода часов.
На судах применяют следующие измерители времени: хронометр, палубные часы, судовые (морские) часы, секундомеры. Они регулируются так, чтобы показывать среднее время Т. В обсерваторией и геодезической астрономии используют также приборы, показывающие звездное время S.
Циферблат хронометра имеет двенадцать часовых делений, которые вследствие этого могут иметь два значения, например 1 или 13Ч; 2 или 14Ч и т. п. Секундная стрелка двигается толчками по 0,5е с характерным звуком удара.
Основные детали внешнего устройства хронометра показаны на рис. 1.
Палубные часы обычно устанавливают по гринвичскому времени и используют при астрономических наблюдениях на судне, а также для сличения хронометров и часов. В отличие от хронометра палубные часы можно выносить на открытый мостик.
Корабельный хронометр: краткая история навигации
Морской хронометр – это не просто прибор, по которому кок может узнать, в котором часу подавать обед. Исторически это устройство несло значительно более важную функцию – без помощи хронометра невозможно было определить долготу, а значит – точное местоположение корабля. Иначе говоря, от времени зависела навигация и – жизнь моряков.
Глава 1. Море времени
Дело в том, что широта – это абсолютная величина, то есть доля расстояния от экватора до полюса. А вот долгота «эфемерна», отсчитывается она от определённого меридиана, и за ноль можно принимать любой пункт (занятно, что разные страны в разное время считали нулевыми совершенно разные меридианы). Когда корабль находится близ обозначенного на карте берега, определить долготу можно, но в открытом море это сугубо расчётная величина, при измерении которой ко всему прочему не от чего оттолкнуться.
В 1530 году нидерландский математик Фризиус Реньер Гемма предложил относительно простой способ определения долготы с помощью угла нахождения Солнца (днём) или Полярной звезды (ночью) над горизонтом в строго определённое время, например, в полдень или полночь. При этом точность измерения угла была достаточно высока, а вот приблизительное понимание полудня приводило к значительным погрешностям. Плюс-минус несколько временных минут могли дать несколько градусов погрешности – а при плавании на большие расстояния это означало отклонение на десятки и сотни миль! Проблема была столь значима, что в 1714 году британский парламент учредил специальный орган – Комиссию долгот, единственным назначением которой было поощрение изобретательства, направленного на решение задачи.
Создание абсолютно точных морских часов упиралось в несколько вопросов. Во-первых, высокая влажность, солевые испарения, изменение давления и так далее приводили к механическим изменениям элементов механизма. Они истирались, деформировались, ломались. А во-вторых, что более значимо, обычный маятник, работающий за счёт гравитации, в плавании функционировал не очень хорошо: в зависимости от области плавания разница в гравитационных силах, воздействующих на него, могла достигать 0,2%. И, конечно, корабль постоянно качало.
Первые попытки создать морской хронометр, работающий независимо от качки и прочих факторов, были предприняты в конце XVII века. Известны разработки Христиана Гюйгенса, Уильяма Дерема и других учёных. Но в уже упомянутом 1714 году свежеобразованная Комиссия долгот учредила приз в 10 000 фунтов (впоследствии сумму подняли до 20 000 фунтов) за разработку подобных часов – и за дело взялись обычные часовщики. Судите сами: на наши деньги это от 2 до 4 миллионов фунтов стерлингов!
Преуспел в итоге английский часовщик-самоучка Джон Гаррисон. Они с братом Джеймсом были специалистами по «часовым шкафам», большим напольным часам с длинными маятниками. За «тендер» Гаррисон взялся в 1730 году в возрасте 37 лет, и свой первый морской хронометр, известный ныне как H1, продемонстрировал в 1736-м. В том же году он совершил испытательное плавание из Лондона в Лиссабон на паруснике «Центурион» и обратно на другом корабле «Орфорд» (из-за того, что капитан «Центуриона» внезапно скончался в Лиссабоне). По прибытии время сверли с «образцовым» экземпляром – отклонение всё-таки было, хотя и не очень большое. Гаррисон понял, что работа не так проста, и с первой попытки решить вопрос не удастся.
Гаррисон разработал модель H2, которую планировали испытать при плавании через океан, но испытания отменили из-за начала войны между Англией и Испанией, а пока шли боевые действия, часовщик начал строить вариант H3, ещё более совершенный. В нём он впервые в истории часового искусства применил подшипники и биметаллические детали, позволяющие компенсировать температурные расширения.
Мы не будем подробно рассказывать о дальнейшем пути Гаррисона – об этом написана не одна книга. Скажем лишь, что те самые знаменитые часы H4, которые в итоге решили проблему морского хронометража, он закончил в 1761 году в возрасте 68 лет, а несколькими годами позже показал модель H5, которая была официально признана Комиссией долгот работающей. В 1772 году престарелый Гаррисон, наконец, получил свой приз, не считая более 4000 фунтов (на наши деньги – около миллиона фунтов), выделенных ему за эти годы на разработки.
Часы Гаррисона распространились по миру – они стояли на кораблях исследователей, в частности, Джеймса Кука, и на военных судах. Сегодня на оригиналы работы Гаррисона и его наследников можно посмотреть в Музее науки и техники в Лондона, в Гринвичской обсерватории и ряде других музеев.