Tengeri kronométer | |
Felfüggesztéses tengeri kronométer a XIX . Század közepén , Breguet aláírással . | |
Találta Christian Huygens és John Harrison | az 1675/1767 |
---|---|
Alkalmazás domain | Óragyártás |
A tengerészeti kronométer , más néven tengeri karóra , egy órát , ami elég pontos használható hordozható időalap , beleértve a mozgó járművön. A fejlesztés az ilyen eszközök XVIII th század nagy áttörést jelentett, mivel a pontos ismeretek az idő alatt egy hosszú utazás volt szükség égi navigációs meghatározása érdekében a hosszúsági . Az első igazi kronométer egy ember, John Harrison könyörtelen erőfeszítéseinek eredménye volt, több mint 31 év próba és hiba; a tengeri hajózás (és ezt követően a légi navigáció ) művészetének forradalmasítása volt a gyarmatosítás fellendülésével.
A kronométer kifejezést nyilvánvalóan 1714-ben találta ki Jeremy Thacker, az egyik első versenytársa az ugyanabban az évben a hosszúsági törvény által javasolt árnak , ám a "kronométer" szó a franciában metronóm értelemben kissé idősebb ; a XXI . század elején általában tesztelt és tanúsított órákra vonatkozik, amelyek megfelelnek bizonyos pontossági követelményeknek (és az „óra” szó nem jelenhet meg a svájci órákon, ha azt a COSC tanúsította ); másrészt rövid időtartamú mérőeszközökkel, például a sportversenyekkel való visszaélésekkel használják fel, amelyek valójában kronográfok .
A föld felszínén való helyzet meghatározásához ismernie kell a földrajzi szélességet , hosszúságot és magasságot (ez utóbbi elhanyagolható tengeri felhasználás esetén). Közepéig a XVIII th században, a navigációs meghatározza, nyílt tengeren (szem elől a föld), lehetetlen volt, mert a nehézségek számítási hosszúság. Míg a szélességi fokot meg lehetett határozni például a Nap déli magasságának mérésével ( csúcspontja idején ), a hosszúsághoz meg kellett tudni ennek az eseménynek a valós idejét (az univerzális időben ), amely órát tartott az idő jó pontossággal (más módszerek, például a Galileo módszere, amelyek a Jupiter műholdainak mozgásának megfigyelésén alapultak, megvalósíthatatlannak bizonyultak egy mozgó hajón). Az időmérőn alapuló módszerrel párhuzamosan a XVI . Század elején Johannes Werner csillagász által javasolt holdtávolsági méréseket a gyakorlatban alkalmazták, és ez maradt a leggyakoribb technika a tökéletesítéshez, és a stopperek olcsóbbak voltak. Gemma Frisius holland tudós 1530-ban elsőként javasolta (a szó használata nélkül) kronométer használatát a hosszúság meghatározásához.
A pontos stopper megmutatja az időt (például Greenwichi átlagidő (GMT)), akár több napos utazás után is. A Greenwich (nap) idejének ismerete lehetővé teszi a tengerészek számára, hogy kiszámítsák a hosszúsági különbséget a hajójuk és a greenwichi meridián között, mivel a Föld óránként 15 ° hosszúsággal forog. A gyakorlatban egy navigációra szánt almanach , trigonometrikus táblák és egy szeksztáns lehetővé tette a navigátorok számára a Nap, a Hold, a Naprendszer bolygói és 57 referenciacsillag használatát.
A hajó fedélzetén töltött idő megbízható mérésére szolgáló objektum létrehozása nehéznek bizonyult. Amíg a XX th században, a legpontosabb műszerek ismertek voltak órák egyensúlyát , de használhatatlan a tengeren.
Christiaan Huygens , miután 1656-ban feltalálta az ingaórát , megpróbált olyan műszereket építeni Franciaországban, amelyek nem használtak ingot. 1675-ben, míg XIV . Lajos nyugdíjas volt , feltalált egy kronométert, amely egyensúlyt és spirálrugót használt az ingát helyettesítő szabályozóként, utat nyitva a tengeri kronométerek és a modern (karóra) órák számára. Colbert nyújtott neki egy szabadalmat az ő találmánya, de a karóra is túlságosan pontatlan tengeri használatra.
További kísérletek történtek a Jeremy Thacker (in) Angliában 1714-ben és Henry Sully Franciaországban 1716, aki művét 1726-ban a cím alatt egy óra feltalált és kivégezték Mr. Sulli ( sic ), de ezek a gépek képtelen volt ellenállni a tenger mozgásának, hogy minden körülmények között kellő pontossággal tartsa az időt.
John Harrison , a yorkshire-i kézműves asztalos , majd 1730-ban benyújtott egy projektet, és 1735-ben épített egy órát, amely ellentétes irányú oszcilláló nyomatékon alapult és rugókkal volt összekötve, amelynek működését sem a gravitáció, sem pedig a hajó. Első két prototípusa, a H1 és a H2 (elkészült 1741-ben) ezt a rendszert használta, de megállapította, hogy elfogadhatatlan érzékenységük van a centrifugális erők iránt . Harmadik gépének, amelyet H3-nak neveztek el 1759-ben, új körmérlegeket, valamint a bimetál szalag és a golyóscsapágy feltalálását tartalmazta. A H3 körmérlege bizonyára túl pontatlannak bizonyult, Harrison pedig úgy döntött, hogy lemond a túl nagy gépekről.
Harrison ezeket a precíziós problémákat a H4 kronométer feltalálásával oldotta meg, jóval kisebbet, mint az előzőek. A H4 hasonlított egy nagy zsebórára, 12 cm átmérővel . 1761-ben nyújtotta be, megszerezve a brit kormány által 1714-ben felajánlott 20 000 font nyereményt. Gyors mérleget használt, amelyet egy spirálrugó irányított , hőmérséklet-kompenzációval (ez a rendszer maradt addig az általános). hogy a stabil elektronikus oszcillátorok megjelenése lehetővé teszi nagyon pontos hordozható órák gyártását megfizethető áron). Harrison 1767-ben publikálta munkáját Harrison úr időtartójának alapelvei című könyvben .
|
Körülbelül ugyanabban az időben, Franciaországban, Pierre Le Roy feltalálta 1748-ban a rögzítő menekülését jellemző modern kronométer. 1766-ban Le Roy kronométert készített egy visszatartó szökésből, egy hőmérséklet-kompenzált mérlegből és egy izokron rugóból : Harrison megmutatta a tengeren a megbízható kronométer lehetőségét, de Le Roy újításait alapvető fontosságúnak tekintették a modern stopperek számára, így ezek az eszközök sokkal pontosabb, mint amire számítottak.
A francia Ferdinand Berthoud -nak, valamint az angliai Thomas Mudge -nek is sikerült megbízható időmérőket felépítenie a tengeren. Egyik sem volt egyszerű, de megmutatták, hogy nem Harrison megoldása volt az egyetlen elképzelhető megoldás. Azonban a gyakorlati megoldások terén a legnagyobb előrelépést Thomas Earnshaw (in) és John Arnold érte el, akik 1780-ban kifejlesztették és kipufogógáz-kipufogó "rugókat" fejlesztettek és javították a spirálrugók tervezését és gyártását. Az újítások ezen kombinációjának kellett a modern kronométerek alapjául szolgálnia, egészen az elektronikus eszközök megjelenéséig.
Az új technológia olyan drága volt, hogy kevés hajó volt felszerelve, amint azt az Arniston (in) hajó drámai utolsó útja is megmutatta . 1825 körül azonban a Királyi Haditengerészet szisztematikusan kezdte felszerelni hajóit kronométerekkel.
Azokban a napokban gyakran előfordult, hogy a matrózok egy időzített labdát figyeltek meg , például a Greenwichéknél , hogy beállítsák a stoppereket, mielőtt hosszú útra indulnának. Minden nap a hajók rövid ideig a Greenwich-i Temze- nél horgonyoznak, és várják, hogy az obszervatóriumi labda pontosan 13 órakor leessen . Ez a gyakorlat ezt követően a Greenwichi idő (GMT) nemzetközi szabványként való elfogadásához vezetett (az időgömbök 1920 körül elvesztették hasznosságukat, amikor megjelentek az olyan műsorszórási időjelek, például a WWV , amelyeket maguk is nagyrészt felváltottak. GPS idővel ). Ezen indulás előtti beállítások mellett a tengeri kronométereket a tengeren is rendszeresen ellenőrizték a hold vagy a nap megfigyelésével .
Noha az ipari gyártási módszerek a XIX . Század közepén forradalmasítani kezdték az órát (pl. Onesimus Dumas és Delépine Barrois gyárak Saint-Nicolas-d'Aliermontban ), az órák gyártása sokáig kézműves tevékenység volt. 1900 körül az olyan svájci gyártók, mint az Ulysse Nardin , nagy előrelépést tettek a modern gyártási módszerek és cserélhető alkatrészek alkalmazásában, de a Hamilton Watch Company csak a második világháború kezdetén tökéletesítette sorozatgyártási technikáit , ami lehetővé tette több ezer Hamilton Model 21 kronométert készítsen az amerikai haditengerészet és más szövetséges hajók számára. Hamilton sikere ellenére a házi készítésű kronométerek soha nem tűntek el teljesen a piacról; így Angliában a St. Albans-i Mercer 1970 körül folytatta a gyártását.
A tengeri kronométerek pontossága és az általuk nyújtott navigációs pontosság nélkül valószínű, hogy a Királyi Haditengerészet és következésképpen a Brit Birodalom túlsúlya nem valósult volna meg: A Birodalom megalakulásának időszakában A brit hajók sokkal megbízhatóbb navigációval rendelkeztek, a kronométernek köszönhetően, mint portugál, holland és francia ellenfeleiké. Így a brit gyarmatosítás és kereskedelem kezdete előtt Indiában jól megalapozott franciákat a hétéves háborúban elért tengeri vereségeik nyomán kiszorították .
A tengeri kronométerek legátfogóbb nemzetközi gyűjteménye, beleértve a Harrison H1 – H4 modelleket, a Greenwichi Nemzeti Tengerészeti Múzeumban található.
A „fedélzeti kronométer”, angolul „fedélzeti óra” és néha „torpedós kronométer”, egy hordozható tengeri kronométer, amelyet a háború különféle haditengerészetei biztosítanak . Ennek elkerülése érdekében nem szükséges a felfüggesztés stopperjét a hídon mozgatni, hogy számba vegye.
Zsebóra egy olyan esetben, amelynek mérete általában 22 vonal (49 mm ), kerek tárcsával, két központi kézzel, az órákat és perceket jelölve, valamint egy kis másodpercmutatóval, amely 6 órakor a pontos másodpercet jelöli. Ezeket az órákat hetente fél percnél rövidebb pontossággal (5 perc helyett), és egy hivatalos obszervatórium - például a Neufchâtel vagy a Besançon - hitelesített kronométereként kell tesztelni.
A francia haditengerészet vízrajzi szolgálata versenyt indított a torpedóhajókhoz hasznos órák és a tengeralattjárókhoz rendelt nem mágneses órák beszerzésére vonatkozó előírásokkal . 1889 és 1910 között 455 torpedóórát vásárolt tehát a francia állam. Ezeknek a könnyű kronométereknek a szállítói voltak L. Leroy et fils Párizsban, 43 kaliberű, hengeres hajrugóval felszerelt Lip , Ulysse Nardin és 22 kaliberű, Paul Ditisheim vagy Solvil 7794 kaliberű, Zenith stb. Edmond Jaeger 1895-ben egy torpedókronométerként megjelölt kronométert adott le, amely tartalmazott egy LeCoultre 21 lakóautó kaliberet, és amelynek célja a USS Cushing felszerelése volt, amely részt vesz a spanyol-amerikai háborúban .
Az alapvető probléma egy olyan rezonátor megtalálása volt, amelyet nem befolyásolnak a hajó különböző körülmények között a tengeren.A spirálrugóhoz kapcsolt egyensúlykerék használata megoldotta a hajó mozgásával járó legtöbb nehézséget. A rugókat alkotó anyagok rugalmassága azonban a hőmérséklet függvényében változik. A rugófeszültség ezen változásainak kompenzálásához a kronométer-mérlegek bimetál rudakkal ellensúlyokat mozgattak az oszcilláció közepéhez képest, megváltoztatva ezzel a tehetetlenségi pillanatot , és ezáltal az egyensúly periódusát. Ezt a problémát kielégítő módon oldotta meg az elinvar nevű acél-nikkel ötvözet felfedezése, a szokásos hőmérsékleten történő invariáns rugalmassága miatt. Feltalálója, Charles Édouard Guillaume 1920-ban elnyerte a fizikai Nobel-díjat , kohászati munkájáért járó jutalomként (az egyetlen Nobel-díjat odaítélték az óragyártással kapcsolatos felfedezésekért ).
A kipufogógáznak két funkciója van. Először lehetővé teszi, hogy a hajtómű kis, rögzített távolságban haladjon előre, regisztrálva ezzel az egyensúly lengéseit. Ugyanakkor ez utóbbit nagyon kis mennyiségű energiával látja el, kompenzálva a súrlódás miatti veszteségeket, és minél állandóabban tartva az oszcillációkat. A menekülés az, ami mechanikus mozdulatokkal előidézi az órák ketyegési jellemzőit. A meneküléseknek sokféle típusa van, de a leggyakoribbak a visszatartó szökések, amelyekben egy kis rész (a ravaszt) elzárja a menekülőkereket, és lehetővé teszi a kiegyensúlyozó kerék szabad mozgását, kivéve egy rövid pillanatot a közepén. ahol az egyensúly legkevésbé érzékeny a külső erőkre . Ebben a pillanatban a ravaszt elmozdítják, lehetővé téve a menekülés egy fogának áthaladását és impulzust adva az egyensúly tengelyére (ez csak egy irányban fordul elő; a visszatérő rezgés során a ravasz blokkolt marad).
A kronométerek gyakran részesültek olyan újításokban, amelyek célja hatékonyságuk és pontosságuk növelése. A szintetikus kemény köveket , például rubint vagy zafírt gyakran alkalmazták a csapágyak gyártásánál, hogy csökkentse a csapok és a kipufogó súrlódását és kopását; A mechanikus stopperek gyártásának végéig a gyártók folytatták a fejlesztéseket, a golyóscsapágyaktól a csuklók krómozásáig . Végül a kronométerek mindig tartalmaznak egy tartalék rendszert (be), amely lehetővé teszi számukra, hogy folytassák a járást a hátuk alatt, és egy mérőt, amely méri a rugó feszültségét, és jelzi a hátralévő időt, amelyre visszaveszi őket.
A tengeri kronométerek a legpontosabb hordozható mechanikus órák, amiket valaha gyártottak, és napi tizedmásodpercnyi sodrással adnak időt, így egy hónapos tengeri utazás után másfél kilométeres hibával lehet meghatározni a hajó helyzetét.
A XXI . Század elején mindannyian használják a tengeri elektronikus navigációs segédeszközöket, például a műholdas helymeghatározó rendszereket . Bizonyos tiszti bizonyítványok megszerzéséhez azonban továbbra is szükség van a csillagászati navigáció ismeretére , amely pontos kronométer használatát igényli.
A modern tengeri kronométerek most kvarcórákból állnak , amelyek futását napi rádiójelek vagy GPS alapján mérik (az időzítő futási ideje előre vagy késleltetése egy órát vesz igénybe). Ezek a kronométerek nem mindig (külső jel hiányában) a lehető legpontosabb kvarcórák; de tudjuk, hogyan kell előállítani (még a karórát) kvarc mozgások nem sodródás több mint tíz másodperc alatt évente (ami háromszor pontosabb, mint a mechanikus időmérők lásd fent). Ezen kívül létezik legalább egy kivételes helyzetekre szánt kvarckronométer, amely a GPS-jelek által adott korrekciók mellett több kristályt és számítógépes korrekciós rendszert használ az átlagértékük alapján.