С гирокомпасом и хронометром

 

Следующим, распространенным повсеместно вплоть до XVIII в. навигационным инструментом был градшток (или, как его еще называли «посох Иакова»), служивший также для отсчета углов. Он представлял собой две взаимно перпендикулярные рейки: длинную, с нанесенными делениями (в градусах), и короткую, которая могла скользить по длинной. Для отсчета высоты светила следовало расположить конец длинной рейки у глаза, а короткую передвинуть так, чтобы наблюдателю казалось, что одним своим концом она касается светила, а другим – линии горизонта.

Имелись на тогдашних судах уже и компасы. Не те, изначальные, примитивные, шарообразные сосуды, наполовину заполненные водой, где плавал кусочек дерева с прикрепленной к нему магнитной иглой, а уже близкие к современным, с картушкой, на шкале которой была выгравирована нордовая метка.

Показания всех этих приборов страдали большими погрешностями.

Успехами, достигнутыми с тех пор, навигация всецело обязана повышению точности применяемых ею приборов. Суда нашего времени снабжены гирокомпасом, игла которого – ось вращения, – невзирая на движение Земли и всевозможные тряски, испытываемые судном, неизменно показывает точное направление норд‑зюйд. Ни магнитное склонение, ни магнитное поле железного корпуса судна не в силах изменить положения оси гирокомпаса. Объясняется это самим принципом его построения, основанным на использовании свойств вращающегося волчка – гироскопа. Цапфы оси гироскопа укреплены в кардановом подвесе, благодаря чему диск может поворачиваться вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. Таким образом, ни качка, ни повороты, ни рыскания судна никакого влияния на гироскоп не оказывают.

Принцип действия гирокомпаса, созданного впервые немецким ученым Аншютцем, как раз и основан на том, что ось быстро вращающегося волчка удерживает свое направление неизменным, несмотря на действие внешних сил. Ось гироскопа постоянно и неизменно приводится в плоскость географического меридиана. В основе общепринятых современных гирокомпасов с жидкостным подвесом лежит система из двух гироскопов, заключенная в герметически запаянный шар (гиросферу), который, в свою очередь, помещен во внешний кожух (следящую сферу). Гиросфера поддерживается внутри следящей сферы во взвешенном состоянии с помощью специальной поддерживающей жидкости и катушек электромагнитного дутья. Гироскопы вращаются мотором с постоянной скоростью 20000 об/мин.

Гирокомпас всегда устанавливают в наиболее спокойном месте судна. Однако показания его с помощью репитеров могут передаваться на ходовой мостик, в запасную рулевую рубку, в машинное отделение или куда‑либо еще. Обычно гирокомпас связан и с автопрокладчиком курса.

Уточнялись и методы определения места судна. Наиболее выдающимися изобретениями в этой области оказались секстан и хронометр – приборы, которые имел на борту уже Джемс Кук во время его второго кругосветного плавания в 1772–1775 гг.

Секстан – угломерный инструмент, изготовленный из металла и снабженный подвижными зеркалами, зрительными трубами и т. д. Совмещая в поле зрения трубы одновременно линии горизонта и светила, можно определить высоту светила, а затем вычислить по ней географическую широту. По измеренным высотам нескольких светил можно вычислить обе координаты судна – широту и долготу.

Среднее гринвичское время отсчитывается на судне по хронометру – часам с особенно точным ходом. В наши дни суда определяют свое место преимущественно с помощью радионавигационных систем, в которые могут быть включены и искусственные спутники Земли. Ветры, волны и течения постоянно стремятся сбить судно с курса. Поэтому при плавании в открытом море обнаружить отклонение от курса и вовремя внести необходимые поправки можно только путем частых определений своего места.

Географическую долготу и широту для определения места судна в открытом море можно получить либо с помощью радиопеленгов, либо с помощью традиционной прокладки. В последнем случае курс судна определяют по компасу, а его скорость измеряют с помощью лага; затем вычисляют расстояние, которое прошло судно этим курсом. Нанося полученные в результате этих расчетов отрезки пройденного пути (о учетом расстояния и направления) на морскую карту, получают каждый раз текущее место судна.

Скорость судна давно уже измеряется не ручным лагом, с узлами на лаглине, а гидравлическим или электромагнитным, представляющим собой подводную трубку.

Встречная вода, протекая внутри трубки, вращает колесико, замыкающее при этом контакты электрической цепи, в которую включен стрелочный прибор. Если, например, на одну милю приходится 400 замыканий, то путем суммирования можно автоматически определить число пройденных морских миль в час (скорость в узлах).

Весьма важным вспомогательным прибором для навигатора является эхолот, позволяющий точно измерить глубину моря под килем. Физик А. Бем, который изобрел в 1913 г. эхолот, воспользовался тем обстоятельством, что в воде звук распространяется со скоростью–1500 м/сек, а от морского дна – отражается. Следовательно, измерив время между моментами излучения и прихода отраженного звука, можно определить глубину моря. Сейчас на днище любого нового судна смонтированы ультразвуковые передатчик и приемник, соединенные е самописцем, размещенным на ходовом мостике; самописец непрерывно вычерчивает на бумажной ленте профиль морского дна под килем.

 

Телемобилоскоп, отец радара

 

В 1902 г. в Кельне на набережной Рейна стоял средних лет господин в сюртуке, сорочке с высоким стоячим воротником и черным галстуком. К воде он подошел столь близко, что одна нога штатива, который он пристроил перед собой, погрузилась уже в прибрежную тину. На штативе покоилось какое‑то непонятное сооружение цилиндрической формы. Через открытую торцевую сторону цилиндра виднелось хитросплетение проводов и какие‑то блестящие детали. За исключением нескольких ребятишек с любопытством и почтением взиравших на «дядю фотографа», никто не обращал на незнакомца ни малейшего внимания. Дети совсем уже было собирались податься прочь, как вдруг внутри цилиндра зазвенел звонок. Гордились ли они впоследствии, что были главными свидетелями рождения радиолокации? Едва ли. Они скорее всего даже и внимания не обратили на то, что звонок раздавался только тогда, когда мимо проплывал пароход или баржа. Судну требовалось лишь пройти через зону, облучаемую радиоволнами передатчика[41].

Хюльсмейер – так звали человека со штативом – был весьма удовлетворен результатами своего эксперимента и немедленно запросил патент на свой «телемобилоскоп». В 1904 г. он получил патентное свидетельство на «Способ сигнализации об отдаленных объектах при помощи электрических волн».

Хюльсмейер хорошо представлял себе возможности практического применения этого изобретения. К заявке на патент он приложил рисунок, изображающий два судна. Из рисунка явствовало, что одно из судов закрыто полосой тумана и невидимо для другого. Несмотря на это, столкновения не происходило, поскольку встречное судно излучало радиоволны, которые отражались от невидимого судна в обратном направлении и превращались по выходе с приемника в звуковые или зрительные сигналы.

По существу, этим самым был уже сформулирован основной принцип радиолокации, которая впоследствии сыграла столь решающую роль в судоходстве и авиации. Своих денежных средств у Хюльсмейера не было, а мецената он не нашел. Транспортное и морское ведомства дружно отпихивались от изобретателя. Так и получилось, что дальнейшее развитие радиолокационной техники задержалось еще на целых три десятиления.

В начале 30‑х годов интенсивные работы по созданию радиосистем для обнаружения кораблей и самолетов в условиях плохой видимости велись во всех развитых странах мира. Особенно больших успехов добились ученые Советского Союза и Англии. К 1938 г. первая английская радиолокационная станция приступила к своей службе по охране устья Темзы.

Через три года англичанам удалось разработать прибор с панорамным индикатором, который сразу же весьма результативно был включен в систему борьбы с германскими подводными лодками. Вращающиеся узконаправленные антенны установленных на самолетах приборов излучали мощные высокочастотные радиоимпульсы, которые отражались от поверхности моря и плывущих по морю кораблей. Это эхо улавливалось тем же самым прибором, усиливалось и, как по волшебству, все, что море пыталось утаить в ночной тьме, великолепно высвечивалось на экране!

Следуя изображению на экране, экипаж самолета мог выйти на обнаруженную цель, и на вынырнувшую «подышать» под защитой ночи подводную лодку обрушивался бомбовый шквал.

Приборы эти получили название «радар». Суда, снабженные ими, могут в ночное время или в тумане видеть встречные суда или близлежащий берег и уклоняться от столкновений.

Радар обходится одной общей приемопередающей антенной, которая постоянно вращается над судном и принимает снова те же самые радиоимпульсы, которые она излучила до этого, если на пути их распространения встретились какие‑либо отражающие объекты. Временной интервал между излученными и отраженными импульсами непрерывно измеряется, даже если он составляет всего лишь миллионные доли секунды. Измерение этого временного интервала равнозначно изменению расстояния между судном и объектом наблюдения: ведь электромагнитная энергия, как и свет, распространяется в пространстве с постоянной скоростью 300000 км/сек.