Главная Статьи Хронометр - символ точности
 

ХРОНОМЕТР -

СИМВОЛ ТОЧНОСТИ

Татьяна Фокина, фото: Екатерина Куликова


Хронометры суть те же часы - только сделанные самым тщательным образом, со всеми предосторожностями, указанными наукой. В настоящее время устройство их доведено до высшей степени совершенства».
Дополнение к календарю «Петербург» за 1870 год.



В истории мирового часового искусства особое место занимает создание морского хронометра - прибора, хранящего точное время, необходимого для определения географической долготы в открытом море. Несколько поколений изобретателей конструировали и совершенствовали хронометрическое устройство, незаменимое для мореплавателей. Задача была столь актуальна, что к ее разрешению были подключены не только ученые, но и государственные умы. Дело в том, что «задачу долгот» до начала XVIII века многие считали совершенно неразрешимой и ставили ее в один ряд с такими математическими проблемами, как квадратура круга или теорема Ферма. Даже наш просвещенный император Петр I в одном из документов писал: «Я нимало не хулю алхимиста, ищущего превращать металлы в золото, механика, старающегося сыскать вечное движение, и математика, домогающегося узнавать долготу места для того, что, изыскивая чрезвычайное, внезапно обретают многие побочные полезные вещи». Между тем, еще в 1510 году испанец Санто Крус предложил очень простой способ для решения этой проблемы, названный «метод перевозки часов». Почти три века лучшие умы человечества работали сначала над созданием, а потом над совершенствованием часов для мореплавателей, попутно сконструировав множество часов и приборов времени для других целей как бытового, так и специального назначения. Если бы не была поставлена задача с помощью часов определять долготу местности - часовое дело еще долго бы оставалось на достаточно низком уровне.




Морской хронометр (без футляра). Мастер Ганери. Англия.  XIX век. Морской хронометр (без футляра). Мастер Ганери. Западная Европа. XIX век.

Морской компас. Западная Европа. XIX век


Но в XVI веке, поскольку точных часов еще не было, ученые испытывали и другие методы определения долготы. Многие из предложений основывались на астрономических наблюдениях и вычислениях положения Луны, звезд, спутников Юпитера, солнечных и лунных затмений. Например, Иоганн Вернер из Нюрнберга в 1514 году разработал метод лунных расстояний. Для наблюдения за Луной он изобрел специальный инструмент - поперечный жезл. Метод основан на том, что в разных частях земного шара в одно и то же время расстояние между Луной и одной из опорных звезд, расположенных вблизи эклиптики, будет различным. Существовали астрономические таблицы и альманахи положения звезд и Луны для пунктов с известной географической долготой. Поэтому, определив лунное расстояние неизвестного пункта и сравнив его с известным, можно определить разность долгот между наблюдательным пунктом и местом, для которого был составлен альманах.


Другой способ определения долготы был предложен Галилео Галилеем. Он первый открыл четыре спутника Юпитера, которые при наблюдениях с Земли появлялись и исчезали в один и тот же момент для любого наблюдателя, в какой бы точке земной поверхности он ни находился. Галилей понял, что это самые совершенные небесные часы, которыми, если затмения будут заранее предвычис-лены, можно воспользоваться для определения долготы. Метод Галилея хорош и тем, что затмения юпитерианских спутников происходят часто: один - два раза за ночь. В 161 б году в надежде выиграть «долготный приз», Галилей предложил свой метод Испании. Но на испанцев открытие Галилея большого впечатления не произвело. Позднее, в XVIII-XIX веках в России этот метод широко использовали для определения долготы на суше. По российскому бездорожью астрономы перевозили громоздкие телескопы, ахроматические трубы и другое специальное оборудование. Поэтому все большее число ученых склонялось к простому методу перевозки часов, пытаясь создать пригодные для мореплавания приборы времени.


Метод перевозки часов основан на том, что наша вращающаяся в космическом пространстве Земля - это еще и громадная астрономическая система единого времени и долготы. Каждому меридиану соответствует свое местное астрономическое время. Разница во времени в один час дает разницу в 15 градусов долготы. Если перед выходом в море настроить часы по местному времени пункта с известной географической долготой, например Гринвича (нулевой меридиан), и взять их с собой, то, определив по Солнцу местное время искомого пункта, можно сразу вычислить долготу места, где находится корабль. Обычно, наблюдая за Солнцем, устанавливают, что наступил полдень (Солнце в высшей точке небосвода), а судовые часы показывают, что в этот момент в Гринвиче, например, 14 часов. Разница два часа - ваша долгота 30 градусов.


К началу XVI века уже имелись кроме солнечных, песочных и водяных часов достаточно интересные механические часы, указывающие не только время, но и фазы Луны, положение планет и звезд, отбивающие различные мелодии, управляющие движениями сложных фигур. Однако точность часов оставалась практически той же, что в XI - XII веках - ± 1 час в сутки, а для определения долготы нужны часы, дающие погрешность не более десятых долей секунды в сутки. Неудивительно, что в метод перевозки часов не верили ни ученые, ни часовые мастера того времени.


Наиболее значительной и известной была «общественная награда», предусмотренная биллем (законом), утвержденным английской Палатой общин и Палатой лордов в 1714 году. По этому закону человек или группа лиц, которые смогут определить долготу в море, получали беспрецедентную по своим размерам награду-10, 15,20 тысяч фунтов стерлингов в зависимости от точности предложенного метода.


Создателями первых точных часов по праву считаются два великих ученых - Галилео Галилей и Христиан Гюйгенс, о чем было сказано выше. Но это были стационарные маятниковые часы, неспособные работать на корабле. В 1674 году Гюйгенс отказался от использования маятника в морских часах и предложил в качестве регулятора часов колебательную систему баланс-спираль. Идея была прогрессивной. Гюйгенсу удалось сконструировать первые часы переносного типа, где в качестве регулятора была применена система баланс-спираль с собственным периодом колебания, в дальнейшем получившая широкое распространение для устройства карманных часов, хронометров и других переносных приборов времени. Г. Галилеем и X. Гюйгенсом были заложены основы для создания точных часов. Ученым и конструкторам был показан путь к достижению точности - самое главное, обеспечить свободу колебаний маятника или системы баланс-спираль и оградить это устройство от любых внешних воздействий - изменения температуры, влажности, давления и т.п. Это трудно, но когда есть понимание цели - легче ее достигнуть.


Тысячи часовых мастеров начали борьбу за точность и надежность приборов времени, способных работать на корабле. Наиболее целеустремленным, терпеливым и удачливым оказался английский мастер Джон Гаррисон, который создал в 1759 году морские часы очень высокой точности. В 1761 году для очередного испытания часов Гаррисона из английского Портсмута отправился на Ямайку корабль «Дептфорд». Через 161 день плавания корабль вернулся в Европу и прибыл в Портсмут. Ошибка часов не превышала нескольких секунд. Задача определения географической долготы в открытом море была решена.


Д. Гаррисон создал часы, в которых практически были решены задачи, ставшие впоследствии предметом научных и конструкторских разработок. Это изохрониза-ция и стабилизация колебания системы баланс-спираль, уменьшение трения в кинематической схеме механизма часов, температурной компенсации колебательного устройства. Только после того, как последователям Гаррисона - Пьеру Леруа, Томасу Мюджу, Фердинанду Берту, Томасу Ирншау, Джону Арнольду удалось решить эти проблемы хронометрии, стало возможным создавать хронометр наших дней.


Морской хронометр с термометром Реомюра. Мастер Бернгард Пиль. Россия, Санкт-Петербург. Середина XIX века. Морской хронометр с термометром Реомюра. Мастер Бернгард Пиль. Россия, Санкт-Петербург. Середина XIX века.

Конструкторы хронометров должны были решить несколько проблем, для того чтобы судовые эталоны времени работали как можно более точно и надежно. Во-первых, необходимо было добиться стабильности колебательной системы при изменении температуры, давления, влажности и других внешних воздействий. Во-вторых, колебания баланса или маятника, с одной стороны, должны быть как можно более свободными, а с другой - эти колебания должны поддерживаться притоком внешней энергии, иначе маятник и баланс остановятся. Исходя из простых физических соображений, конструкторы старались уменьшить взаимодействие спуска (хода) с колебательной системой. Так, на смену несвободным ходам, таким как шпиндельный, цилиндровый, пришли свободные - анкерный, хронометровый. Так, к началу XIX века, отобрав все лучшее из многочисленных изобретений, морской хронометр имел уже почти современный вид, включающий в себя следующие основные узлы:


  • колебательную систему баланс-спираль с устройством термокомпенсации;
  • свободный хронометровый ход;
  • пружинный двигатель с фузеей (улиткой) - механизмом, уменьшающим влияние крутящего момента пружины на ход часов;
  • стрелочную индикацию часов, минут, секунд; указание времени завода пружины


1. Карманный хронометр Ulysse Nardin. Швейцария. Начало XX века.
2. Карманный хронометр. Мастер Пауль Дитисхейм. Швейцария. Начало XX века.

3. Механизм карманного хронометра. Мастер Роберт Каламе. Западная Европа. XIX век.


Механизм хронометра, заключенный в латунный застекленный водонепроницаемый корпус, укреплялся в деревянном футляре на кардановом подвесе. Поэтому при качке циферблат часов сохранял горизонтальное положение относительно земли.


Честь создания морских хронометров принадлежит целиком мастерам из стран Западной Европы, однако Россия - морская держава - внесла свой посильный вклад в совершенствование как механизма, так и методики использования хронометров для точного определения долготы местности как на суше, так и на море. М.В. Ломоносов, заботясь о российском флоте, разрабатывал различные приборы, необходимые для мореходства и практической астрономии и, в частности, для определения долготы. Работал М.В. Ломоносов и над созданием морских часов. Независимо от английского часового мастера Д. Гаррисона, М.В. Ломоносов разработал хронометр с оригинальным двигателем. Для уменьшения влияния на ход часов упругости пружины, ослабевающей по мере раскручивания, он предложил проект двигателя, в котором четыре пружины (вместо одной) через улитки (фузеи) раскручиваются на одну приводную ось. При этом пружины заводят поочередно в разное время суток.


В собрании Политехнического музея представлены уникальные астрономические часы российского умельца Ф. Карася, в которых идея М.В. Ломоносова получила дальнейшее развитие. В них уже восемь пружин через восемь улиток раскручиваются на одну приводную ось. Российских мастеров заботили те же проблемы по совершенствованию часов, что и известных западноевропейских специалистов. Знаменитый механик И.П. Кулибин, мастер Академии наук России, разрабатывал особую конструкцию температурной компенсации системы баланс - спираль - неразрезной монометаллический баланс с небольшими биметаллическими пластинками. В архивах Академии наук сохранились документы, чертежи и записи, в которых Кулибин заочно спорит с английским часовым мастером и изобретателем Арнольдом, очевидно, зная о его работах по созданию хронометра. Конструкция компенсационного устройства Кулибина более обтекаема и менее подвержена вибрации, чем аналогичная система Арнольда. Сам Кулибин по этому поводу писал: «А как у моих все приборы будут спаяны, выточены и вышлифованы, то посему от равного и гладкого хода в воздухе фальшивить не должны. У Арнольдовых же привернутых приборов к кругу маятника, движением своим рассекая воздух от неровности привинченных приборов, должно быть большое сотрясение, хотя и нечувствительное, но вертикальное и горизонтальное».


Идея Кулибина по созданию особого баланса нашла продолжение в XX веке. Швейцарец Пауль Дитисгейм в 1921 году сконструировал монометаллический баланс с небольшими биметаллическими пластинками-«аффиксами» для хронометра.


С 1829 года в Санкт-Петербурге, Москве, Нижнем Новгороде проводились всероссийские выставки мануфактурных произведений, на которых, среди прочих изделий, экспонировались и лучшие часы мастеров России. Как видно из описаний выставок, особое внимание эксперты выставок уделяли развитию точных приборов времени - маятниковых астрономических часов и хронометров и всячески поощряли эту деятельность. Уже на первой выставке, устроенной в Санкт-Петербурге в 1829 году, лучший московский часовщик Иван Толстой представил хронометр с редким ходом «турбильон», который, как писали в отчете, «судя по отделке, не уступает французским». Хронометр Толстого подвергался астрономическому испытанию на точность и надежность в Обсерватории. По ходатайству Мануфактурного совета и по представлению Министра финансов Ивана Толстого удостоили медали на Ан-ненской ленте за карманный хронометр «турбильон» в золотом корпусе.


Солнечное кольцо - прибор для определения солнечного времени и географической широты. Мастер Сергей Павлович Глазенап. Россия, Санкт-Петербург. Середина XIX века. Морской хронометр. Мастер Йозеф Винерл. Англия, Лондон. Вторая половина XIX века


На этой же выставке был представлен морской хронометр петербургского мастера Гаута, впоследствии работавшего в Пулковской обсерватории. Эксперты выставки, отдавая дань уважения таланту Гаута, писали: «Морской хронометр, г. Гаутом выставленный, есть произведение весьма отличное, служащее первым убедительным доказательством, что существует в России часовое искусство в столь великом совершенстве, каковым славились до ныне Англия, Франция и Дания». Хронометры Гаута испытывали в Гидрографическом Депо Морского штаба. «Испытание показало, что ход сих хронометров в холоде и тепле очень равномерен, так что оные почесть должно совершенно равного достоинства». В первые десятилетия XIX века в России начали использовать хронометры не только на море, но и на суше. Академик В.К. Вишневский разработал способ определения долготы основных пунктов по покрытию звезд Луной. Долготу промежуточных пунктов - около 200 - он определял посредством двух перевозимых им карманных хронометров. Знание долготы основных пунктов давало возможность сличать и исследовать ход хронометров до и после перевозки и проверять точность сделанных определений долготы. На высочайший уровень возвела этот метод Пулковская обсерватория, основанная в 1835 году. Значение самой обсерватории для науки было оценено мировой общественностью сразу после ее открытия. Например, директор Гринвичской обсерватории Дж. Эри в 1847 году отмечал: «Я ничуть не сомневаюсь в том, что одно пулковское наблюдение стоит, по меньшей мере, двух, сделанных где бы то ни было в другом месте». А знаменитый французский физик Ж.Б.Био в 1848 году писал: «Теперь Россия имеет научный памятник, выше которого нет на свете».


Хронометр авиационный электромеханический. Первый московский часовой завод имени СМ. Кирова. СССР, Москва. 1958 год.


В 1843 и 1844 гг. Пулковская обсерватория определила свою долготу относительно Гринвича посредством двух хронометрических экспедиций. В 1843 году под руководством В. Струве были связаны между собой Альтона и Пулково. Для переноса времени между Пулковом и Альтоной, а также для контрольных наблюдений на местах служил 81 хронометр. Было сделано 9 поездок из Пулкова в Альтону и 8 в обратном направлении. Из общего числа хронометров лишь 7 принадлежали Пулкову. Остальные были взяты для этой работы от разных русских и иностранных учреждений и частных лиц, среди которых хронометр адмирала И.Ф. Крузенштерна, великого князя Константина, по одному от известных часовых мастеров - англичанина Э.Дента, француза А.-Л. Бреге и других. В 1844 году состоялась хронометрическая экспедиция между Альтоном и Гринвичем, руководимая О. Струве. В ней использовалось 44 хронометра. В результате двухлетней работы была получена долгота Пулкова относительно Гринвича.


О размахе работ хронометрических экспедиций России можно судить по тому факту, что в 1843 году имелось 508 точек на карте России, положение которых было точно установлено, а в 1863 году каталог военно-топографического депо содержал уже 17240 точек.


Необходимость оснащения как морских, так и сухопутных экспедиций большим количеством хронометров побудило Россию наладить производство отечественных часов и организовать научную работу по исследованию хода хронометров. В Пулковской обсерватории в разные годы работали часовые мастера, не только изготавливавшие морские хронометры, но и вместе с учеными участвовавшие в исследовании хронометров. В 1832 году известный английский часовой мастер и конструктор Э. Дент обнаружил погрешность хода хронометров с компенсационным балансом, получившую название «аномалии Дента», или «вторичной ошибкой компенсации». Для устранения влияния этого фактора температурной погрешности Э. Дентом, а затем и другими мастерами, в том числе и российским - Иваном Виреном, было предложено большое количество конструкций балансов с дополнительной компенсацией. В период 1878 - 1879 гг. астроном Пулковской обсерватории В.К. Деллен и часовой мастер той же обсерватории И. Вирен разработали и изготовили баланс, позволяющий значительно уменьшить вторичную ошибку компенсации.


Важные результаты в исследовании хронометров были получены в 1887 году астрономом обсерватории в Кронштадте В.Е. Фусом совместно с мастером Пулковской обсерватории А. Эриксоном. Была проведена работа с хронометрами, имеющими вторичную компенсацию, которая показала, что на хронометры с дополнительной компенсацией большое влияние оказывает изменение влажности, так как вызывает неожиданные скачки хода без всякой видимой причины. На основании результатов исследований В.Е. Фуса Морское ведомство России издало приказ заменить у хронометров с дополнительной компенсацией балансы на обычные, с традиционной компенсацией. В 1897 г. фирма «А.Эриксон» была удостоена большой серебряной медали от Министерства финансов за высокое достоинство столовых хронометров и за изобретение способа уменьшения влияния влажности на ход хронометров.


Применение радиотелеграфа облегчило задачу определения долгот. Первое в России радиотелеграфное определение долгот было выполнено в 1910 году капитанами Матусевичем и Дитцем, обучавшимися в Пулковской обсерватории. Сегодня, несмотря на все современные способы передачи сигналов времени на расстояние, каждый корабль имеет на борту морской хронометр - эталон времени, мало чем отличающийся от аналогичных приборов XIX века.



В Политехническом музее в Москве хранятся хронометры российских и западноевропейских мастеров XIX - XX веков. Изучение этого собрания позволило документировать некоторые вехи эволюции хронометра, в частности вопросы, связанные с «ошибкой вторичной компенсации Дента». В собрании музея имеются хронометры с подобными балансами, - это хронометр английского мастера Э. Дента (баланс Дента) и хронометр российского часового мастера Ивана Вирена (баланс Вирена-Деллена). Представлен в собрании и карманный хронометр Пауля Дитис-гейма с монометаллическим балансом. Особо можно отметить, что Политехнический музей хранит хронометры практически всех российских мастеров XIX века, работавших в Пулковской обсерватории - Ивана Вирена, Бернгарда Пиля, Аугуста Эриксона. Пока не найден только хронометр первого мастера обсерватории - Гаута. Музей располагает и хронометрами достаточно известных мастеров стран Западной Европы - Шарля Фродшама, Ганери, У. Нардена, П. Ди-тисхейма, Винерла и других. Современный период эволюции хронометров документируют морской и авиационный хронометры, изготовленные в 1970-е годы на Первом московском часовом заводе.


Часы №2 2008




СМИ о нас
Пресса о нас
Мы в сети

Ulysse Nardin в Кремле Знаменитому швейцарскому дому Ulysse Nardin в этом году исполнилось 160 лет, а музеям Московского Кремля - 200. Единению юбилеев была посвящена выставка под названием "История во времени".
На пульсе времени Кажется, о часах сказано уже почти все, написано множество книг и статей, но их верному спутнику - ремешку - уделено незаслуженно мало внимания.
Скелетоны и часы-качели «В эру массовой продукции мы гордимся тем, что создаем произведения, чья красота и ценность не измеряется месяцами и даже годами. Ценность наших часов возрастает год от года, а срок их жизни практически не ограничен. И это дает надежду — то, что сегодня вы покупаете для собственного удовольствия, будет по достоинству оценено и следующими поколениями».
Время и люди Назван часовщиком года глава компании Hublot Жан-Клод Бивер.
© 2007 «TimeWay»