Для воспроизведения временных единиц и определения моментов времени употребляют специальные механизмы - часы. Равномерность движения стрелок часов обеспечивается регуляторами, я качестве которых применяют чаще всего пружинные маятники. Высокая точность хода часов обеспечивается постоянством периода колебаний маятника.
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.
Морской хронометр . Для определения достаточно точных моментов среднего гринвичского времени Tгр на судах морского флота используют хронометр. Помимо тщательности выделки, применения высококачественных материалов, хронометр для обеспечения точности хода имеет особое устройство. Его двигатель сконструирован так, что обеспечивается постоянство вращающего момента по мере истощения энергии двигательной пружины. Регулятор хронометра устроен с учетом необходимости компенсации влияния изменения температуры на равномерность вращения механизма. Циферблат хронометра состоит из часовой, минутной, секундной стрелок и особой стрелки, показывающей, сколько времени после полного завода идет хронометр. Большинство морских хронометров обеспечивают пятидесятишестичасовой непрерывный ход, в некото рых марках приборов ход более длительный.
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 (рис. 2). Палубные часы имеют пружинный маятник с температурной компенсацией и механизм повышенной точности. Заключены в двойной футляр. По циферблату двигаются часовая, минутная и центральная секундная стрелки, последняя движется толчками по 0,2е. Перевод стрелок осуществляется с помощью специальной кнопки. Заводная пружина обеспечивает ход -палубных часов в течение 48 ч.
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.
Судовые или морские часы. Морские часы устанавливают в служебных и жилых помещениях и регулируют по судовому времени, л в радиорубке - по гринвичскому или по московскому времени.
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
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
Часы морские - это специальный прибор для измерения на кораблях точного времени. Аксессуар, как и положено, оснащен минутной и часовыми стрелками. Интересен момент завода подобных часов. Заводятся они раз в неделю в определенный день. Специальный матрос из личного состава боевой части корабля, согласно уставу, должен ежедневно сверяться с хронометром до подъема флага.
Когда-то именно потребности морской навигации привели к созданию часов с особо точным ходом - хронометров.
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.
Для этого моряку нужно знать две величины — географическую широту и долготу. И если решение первой половины этой задачи удалось найти уже к середине XV века, то с определением долготы дело обстояло куда сложнее .
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
Христиан Гюйгенс,
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.
Практически одновременно с Гюйгенсом такое же устройство сконструировал выдающийся физик, англичанин Роберт Гук . Но тоже не довёл дело до конца.
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.
УПОРСТВО САМОУЧКИ
Взявшийся за решение проблемы хронометра столяр из Йоркшира Джон Гаррисон
, по-видимому, просто н
е знал, что
авторитеты признали её нерешаемой, и потому прошёл путём, уже пройденным до него, набивая те же самые синяки и шишки, что и его предшественники, но с непоколебимым упорством истинного британца вновь и вновь возобновляя поиск.
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 большому счёту, не претерпевший существенных изменений до наших дней.
В 1761 году из Портсмута на Ямайку вышел Его Величества корабль «Дептфорд»,
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.
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.
