История магнитного компаса

РОДОСЛОВНАЯ МАГНИТНОГО КОМПАСА

Россия до петровских времен была оторвана от теплых морей. Русский человек осваивал мореплавание на севере, куда привело его из новгородских земель желание уйти от нищеты, стремление к освоению богатых пушным и морским зверем, птицей и рыбой лесов, рек и морей. Началось это освоение в первой половине XI в. Новгородцы смело выходили в Студеное море осваивать острова и побережья. На своих ушкуях и лодьях они совершали походы в Норвегию, а с XIII в. вдоль кромки льда и на остров Грумант (Шпицберген).

В конце XV — начале XVI в. русские освоили путь вокруг Скандинавии и ходили в Данию и Испанию. Поморы хорошо ориентировались по берегу, а удаляясь от него, умело руководствовались звездным небом. Описания морских путешествий говорят о том, что магнитный компас русские мореходы начали применять не позже XIII—XIV вв. Проникнуть на север он мог или с запада, куда не раз наведывались поморы, или с юга, из Индии, по пути, которым прошел Афанасий Никитин.

12 августа 1597 г. голландская северная экспедиция Баренца встретила в море русский корабль и попросила помощи в определении направления на Канин Нос. Русские показали голландцам свой компас, показания которого не отличались от голландского, и помогли определить, каким курсом надо следовать.

По некоторым сведениям, еще в XIV—XV вв. у поморов были небольшие компасы в виде коробочки из кости или дерева диаметром около 5 см. В центре коробочки на шпильке помещалась намагниченная игла. Такой компас поморы называли “маткой” и носили его в специальном кожаном мешочке. Поскольку при изготовлении компаса была применена мамонтовая кость, широко распространенная на севере России, но неизвестная до XVII в. на Западе, можно с уверенностью утверждать, что такие компасы изобретали сами поморы.

В 1941 г. на острове Фаддея и на берегу залива Симса были обнаружены следы зимовья русских мореходов 1617—1620 гг. Среди уцелевших вещей оказались остатки шести навигационных приборов, оригинальных компасов — солнечных часов и детали бронзового компаса. Компас — солнечные часы был изготовлен из мамонтовой кости и представлял собой корпус с крышкой. Посреди корпуса — выточенная камера, в которой на шпильке помещалась намагниченная стрелка. Между крышкой и корпусом была натянута нить, которая при открывании удерживала крышку в вертикальном положении. На внутренней стороне крышки была нанесена сетка с циферблатом для отсчета времени по тени, отбрасываемой нитью. По компасной стрелке прибор устанавливали так, чтобы число 12 циферблата было обращено на север, в этом случае тень от нити позволяла снять отсчет времени. Размеры компаса — солнечных часов были такими: длина 35, ширина 25 и высота 12 сантиметров.

Бронзовый компас-часы также имел свои особенности. Вместо стрелки у него была картушка со знаком N, а время определяли по тени не от натянутой нити, а от бронзового треугольника.

Об использовании поморами магнитных компасов говорят и многочисленные архивные документы. Так, в приходно-расходных книгах Соловецкого монастыря за 1645 г. сказано, что монастырь “купил лодейных восемь маток, дано 24 алтына”. В 1667 г. Крестный монастырь выдал компасы кормщикам, отправлявшимся на четырех лодьях в Поной и Яренгу. В 1678 г. Антониево-Сийский монастырь, отправляя на лодье промышленника Семена Тарабакина, купил “лодейную матку-вставку для морского пути”. Компасы, по-видимому, изготавливались в Холмогорах. В 1701 г. Соловецкий монастырь закупил там сразу восемнадцать компасов. Компасы эти были двух типов: ручные, наподобие найденных на острове Фаддея и “вставные”, устанавливаемые на корабле возле рулевого. Вставные уже имели кардановые кольца и нактоуз. Так, в 1696 г. архирейский дом купил “матку в Муранский ход на новую лодью... Матка на дугах, в дубовом станку, добрая, дано 20 алтын”.

Компасами были оснащены суда Ивана Ерастова, совершившего в 1636—1640 гг. поход на Индигирку,
и кочи Дежнева, на которых он в 1648 г. обогнул Чукотский полуостров и открыл пролив между Азией и Америкой. В знак особого уважения к компасу этот прибор был изображен на паперти собора в Холмогорах.

Со строительством Петром I Адмиралтейской верфи налаживается одновременно и изготовление там компасов. Работы эти велись еще вручную и качество компасов зависело от искусства мастеров. Для этих целей Петр приглашал специалистов из-за границы, но помощников им заставлял назначать из русских. Однако кустарное изготовление компасов не могло удовлетворить быстро растущий флот, и 1 июня 1721 г. “по чертежу, как показано рукой его Царского Величества” при Адмиралтейской верфи был заложен фундамент инструментальной мастерской по изготовлению компасов, песочных часов, солнечных часов с компасом для определения “полудня в ясную погоду”, чертежных инструментов, зрительных труб и других приборов. В целом при верфи числилось девять “компасников”, в задачу которых входило “...компасы мастерством делать и смотреть, чтобы иглы, на чем компас вертится, были остры и крепки и не скоро бы смалывались. Также чтобы проволока на компасе к N и S была натерта магнитом, дабы компас мог быть верным, в чем надлежит крепкое смотрение иметь, ибо в том зависит ход и целость корабля”. Для контроля за правильностью работы судовые компасы ежегодно после окончания компании сдавали в мастерскую для проверки.

Компас петровского времени представлял собой квадратный деревянный ящик, в котором крепилось поворотное кольцо. Внутри этого кольца подвешивался медный котелок, на дне которого была укреплена острая шпилька, на которую опиралась картушка с намагниченной природным железняком стрелкой из отрезка проволоки. На стеклянной крышке котелка устанавливалось визирное устройство для определения азимутов светил.

В 1732 г. изготовление компасов и надзор за их установкой и использованием выполняла специальная компасная мастерская, созданная при Интендантской экспедиции и размещавшаяся в Главном Адмиралтействе. Позже работы с компасами стала также осуществлять и мастерская математических и физических инструментов, учрежденная в 1752 г. при Морском Шляхетском кадетском корпусе.

Однако качество компасов было посредственно. Известный русский гидрограф вице-адмирал Г. А. Сарычев сообщал 3 февраля 1803 г. морскому министру Чичагову:

“Редко бывает, чтобы на каком корабле из всех компасов два согласны были один с другим, разность иногда простирается до 4°. Такая неверность происходит оттого, что:

1. Не со тщанием и не точным размерением делают строения корпусов компаса.
2. Магнитные стрелки делают не из самой лучшей крепкой стали, отчего сила магнитная не может в них долго держаться.
3. Намагничиваются они по старинным правилам, признанным от физиков недостаточными”.

В целях улучшения качества компасов в 1804 г. было принято решение сосредоточить их производство в одном месте — мастерской мореходных инструментов. Она размещалась на Васильевском острове в Петербурге и была причислена к Адмиралтейскому департаменту.

В 1806—1809 гг. для объединения производства всех морских инструментов в районе Большой Охты в центре бывшей крепости Ниеншанц было возведено семиэтажное деревянное здание — Паноптическое инструментальное заведение, в котором, как доносил вице-адмирал Г. А. Сарычев, компасы “с 1816 г. производятся с величайшей тщательностью и компасные стрелки делаются из самой лучшей шведской стали... стрелки намагничиваются искусственными магнитными пластинами вдруг при двойном прикосновении оных. Все сим вновь сделанные компасы свидетельствуются назначенным от Адмиралтейского департамента штурманом 7-го класса Ковровым, и по поверке на линии меридиана в доброте и верности клеймят знаком Адмиралтейского департамента”.

В то время на каждую эскадру для наблюдения за компасами и склянками, т. е. песочными часами, назначался “опытный художник” с учениками.

Кроме Петербурга компасы продолжали изготавливать и в мастерских Архангельского порта.

Здесь работали отличные мастера компасного дела, которые не только копировали зарубежные образцы, но и пытались изобрести свои. Так, в 1806 г. архангельский компасный мастер Ушаков предложил конструкцию компаса в свинцовом корпусе с хрустальной топкой. Изготовленный компас был испытан в море, но показал себя неустойчивым и был возвращен автору “цдя исправления”.

В 1818 г. после пожара Паноптическое инструментальное заведение перевели в Адмиралтейские Ижорские заводы, в г. Колпино, где оно просуществовало до 1858 г., после чего вновь было возвращено в Петербург в здание Адмиралтейства и вошло в состав учреждений Гидрографического департамента. К этому периоду в мастерской “выделывались для строящихся судов новые инструменты, а именно судовые компасы разных систем с осветительными приборами, шлюпочные компасы с жидкостью, барометры, искусственные горизонты и лоты Брука”. Широко проводились в России и теоретические исследования.

Великий русский ученый М. В. Ломоносов, занимаясь исследованиями, связанными с определениями склонения и учета его в показаниях компаса, впервые в мире разработал систему установки компасов на корабле, “вымыслил” ряд новых приспособлений, в частности конструкцию компаса-самописца, автоматически регистрирующего отклонения корабля от заданного курса. Цель эта достигалась тем, что к картушке с помощью легкого обруча прикреплялся карандашик, который регистрировал на перемещаемой посредством часового механизма бумажной ленте линию курса.

М. В. Ломоносов исследовал причины неустойчивой работы компасов. Он пришел к выводу, что это происходит из-за несовершенства конструкции приборов и неучета склонения, рекомендовал изготавливать компасы с большой картушкой, позволявшей снимать отсчеты курса с точностью не ниже 1°. Для определения и учета склонения в корабельных условиях им был предложен специальный прибор.

Выдающийся ученый Л. Эйлер (1707—1783) исследовал законы изменения магнитного поля Земли, стремясь разработать строгие математические методы расчета склонения в любой точке земной поверхности. Русский физик академик Петербургской Академии наук Ф. У. Т. Эпинус (1724—1802), работая над практической задачей создания сильных постоянных магнитов, применяемых в первую очередь для намагничивания компасных стрелок, написал работу о способах “поправления морского компаса и магнитных стрелок”, а также ряд работ по математической теории электричества и магнетизма.

Большое значение для магнитно-компасного дела имели экспериментальные работы русских моряков по вопросам девиации. В 1817 г. вице-адмирал Кроун доносил морскому министру о том, что во время последней кампании при плавании от Кронштадта до берегов Франции и обратно на судах его эскадры были замечены “большие неисправности в компасах”. Государственный Адмиралтейский департамент дал указание инспектору штурманского училища разобраться со штурманами в этом вопросе. По мнению штурманов, неприятности с курсоуказанием происходили из-за потери в стрелках компасов магнитной силы, которая пропала вследствие применения недостаточно доброкачественной стали и намагничивания стрелок “несогласно с наставлениями, показанными в Математических науках...” Однако, как показали обследования, стрелки имели надлежащую магнитную силу и главная причина, как указал вице-адмирал Г. А. Сарычев, под руководством которого проводились исследования, состояла в “неправильности действия железных вещей, близ компасов находившихся (висячие железные пиллерсы над шканцами и ружья под шканцами близ нактоузов)”.

Давая заключение о работах английской экспедиции 1818 г. по девиации компасов, Г. А. Сарычев писал, что в русском флоте исследования по девиации ведутся уже более 40 лет, и отмечал, что “для отвращения сего действия железа на компас мореплаватели на многих наших судах старались удалить от нактоузов близлежащее железо”. По предложению Г. А. Сарычева русская Адмиралтейств-коллегия издала инструкцию об удалении на судах от компасов железных предметов и замене ближайших к компасу железных креплений медными.

Первые известные нам практические опыты определения девиации в России были выполнены штурманом 12-го класса Ф. А. Халезовым в 1821 г. в Свеаборгском порту. Он же участвовал в 1824 г. в работах знаменитого русского мореплавателя И. Ф. Крузенштерна по определению девиации на бриге “Олимп” на Ориенбаумском рейде в районе Кронштадта.

Однако наиболее значительные работы по магнитно-компасному делу были выполнены офицерами русского флота, положившими начало отечественной школы компасного дела, И. П. Белавенцом (1829—1878) и И. П. Колонгом (1839—1901).

И. П. Белавенец после выпуска из Морского кадетского корпуса быстро зарекомендовал себя высококлассным штурманом и уже в 1852 г. в возрасте двадцати двух лет участвовал в походе фрегата “Паллада” на Дальний Восток. В эскадре адмирала Е. В. Путятина во время двухгодичного плавания И. П. Белавенец особое внимание уделял наблюдениям за магнитными компасами. Его глубоко и надолго заинтересовал этот небольшой, но капризный прибор, от точности которого зависели безопасность и точность плавания корабля. Внимание к компасам не пропало даром — со штурманской точки зрения поход “Паллады” был весьма успешным и за усердие в службе И. П. Белавенец был награжден за этот поход орденом Св. Анны 3-й степени.

В 1858 г. лейтенант И. П. Белавенец был направлен в качестве штурмана в Северную Америку для приемки построенного там для русского флота фрегата “Генерал-адмирал” и перевода его в Петербург. Благодаря тщательному наблюдению штурмана за магнитными компасами, ежедневным определениям его девиации фрегат в туманную погоду благополучно вошел в Английский канал и, не снижая скорости, прибыл в Шербур (Франция). Переход из Нью-Йорка в Кронштадт занял всего девятнадцать дней, что по тому времени было рекордом.

Авторитет Белавенца как высококлассного штурмана и специалиста по магнитно-компасному делу быстро рос. Этому способствовали не только его успехи по службе, но и серьезные научные исследования. В этот период он опубликовал в “Морском сборнике” ряд своих работ по исследованиям магнитного компаса. Когда в 1863 г. встал вопрос о проводке в Россию построенного в Англии первого русского броненосца “Первенец”, выбор пал на И. П. Белавенца. Задача эта была далеко не из простых. Как и где установить на корабль водоизмещением 3000 тонн, в основном состоящий из железа, компасы, чтобы они работали нормально? Как они поведут себя после спуска на воду, ведь корабль на стапеле под воздействием магнитного поля Земли превратился в мощный постоянный магнит?

Для выбора места установки компасов, а их было пять, Белавенец провел на корабле тщательные магнитные исследования и убедился, что даже в наивыгоднейшем в магнитном отношении месте девиация компаса достигла бы 46°. С таким курсоуказателем плавать нельзя, а уничтожение девиации на подобных кораблях тогда еще не практиковали. Белавенец впервые в мировой практике решил размагнитить корабль, поставив его для дальнейшей достройки после спуска на воду на курс, противоположный курсу постройки. Решение увенчалось успехом — девиация уменьшилась с 46 до 16°. В течение плавания в Россию Белавенец тщательно следил за показаниями компасов, не упуская ни одной возможности определить девиацию, что обеспечивало точное счисление, и 5 августа 1863 г. благополучно привел корабль в Кронштадт.

О высокой оценке работ Белавенца свидетельствует тот факт, что его статья “О магнитном состоянии железного броненосца „Первенец"” была переведена на английский язык и зачитана А. Смитом на заседании Лондонского Королевского общества. Много усилий приложил Белавенец к созданию в Кронштадте девиационного полигона. По его проекту западную стенку Купеческой гавани выкрасили яркими вертикальными полосами, которые в створе с трубою пароходного завода позволяли получать истинные пеленги для наблюдений девиации.

В 1864 г. Белавенец впервые в истории компасного дела разрешил вопрос о возможности установки магнитного компаса внутри стального корпуса подводной лодки, обеспечив при этом снижение девиации до уровня не выше, чем на обычных судах. Подводные лодки благодаря этим работам стали “зрячими”. Однако наиболее важной его заслугой является организация в 1865 г. Кронштадтской компасной обсерватории, в которой были выполнены важнейшие исследования по девиации, практические работы по совершенствованию компасов и воспитана плеяда замечательных ученых, среди которых самой яркой личностью был И. П. Колонг.

Иван Петрович Клапье де Колонг родился 22 февраля 1839 г. в семье военного инженера-сапера — участника первой Отечественной войны. Сочетание же чисто русского имени с французской фамилией всегда вызывало интерес к его происхождению. Родословная семьи Ивана Петровича тянется к древнему дворянскому роду, представители которого в период гонения на гугенотов во времена Людовика XIV покинули Францию и поселились в Германии и в России. Прадед И. П. Колонга находился на русской службе у Петра I в чине инженер-генерала. Последующие поколения, жившие в России, постепенно обрусели, сохранив от французского прошлого одну фамилию.

Рано оставшись без отца, Иван Петрович десяти лет от роду поступает в Морской кадетский корпус, где учителями его были такие выдающиеся математики, как М. В. Остроградский и Р. Я. Буняковский. Благодаря им и своему природному дарованию Иван Петрович получил глубокие знания по всем дисциплинам, в первую очередь по математике, и в числе лучших учеников в 1858 г. был переведен в Офицерские классы, впоследствии преобразованные в Морскую академию. В 1864 г. после окончания Офицерских классов лейтенант де Колонг получил назначение на должность помощника начальника в только что образованную Кронштадтскую компасную обсерваторию, которую возглавлял капитан-лейтенант И. П. Белавенец.

С образованием компасной обсерватории и началом работы в ней двух выдающихся ученых центр научных изысканий и практических работ по магнитным компасам переместился в Россию.

Компасная обсерватория размещалась в специально построенном деревянном здании, в котором отсутствовали какие-либо источники посторонних магнитных полей — все металлические детали были выполнены из меди. В Англии по заказу морского министерства закупили магнитометрические приборы. Установили специальные поворотные платформы. Английская магнитная обсерватория, Эри и Сабин прислали в дар научные издания, журналы и брошюры. Компасная обсерватория под руководством И. П. Колонга, заменившего неожиданно скончавшегося в 1878 г. И. П. Белавенца, стала своеобразной научной академией компасного дела в России.

Уже первая работа И. П. Колонга, опубликованная в “Морском сборнике” в 1865 г., “О черчении дигограммы и о значении ее в теории замечательных линий” привлекла внимание флотской общественности, в том числе и за рубежом. Статья обсуждалась, в частности, в Лондонском математическом обществе, и ее основные положения были в 1869 г. включены в “Руководство по девиации” Английского адмиралтейства, став, таким образом, достоянием всего мира. В этой работе И. П. Колонг предложил новый графический способ построения магнитных сил и углов девиации, который позволял с помощью линейки и циркуля быстро определять величину девиации для любого магнитного румба.

В 1867 г. в статье “Об уничтожении девиации компасов (по поводу письма Эри)” И. П. Колонг глубоко научно анализирует преимущества и недостатки механического способа уничтожения девиации и табличного способа учета ее расчетных значений. Дело в том, что многие мореплаватели, в особенности торгового флота, считали, что достаточно уничтожить девиацию по способу Эри и отпадет необходимость употреблять “неудобные” таблицы для исправлений показаний компаса. Другие настаивали на том, что табличный способ учета расчетных значений поправок курса более точен и надежен — достаточно знать величину погрешности, чтобы получить точный курс, и незачем возиться с уничтожением девиации.

Полемизируя с этими взглядами, И. П. Колонг показал, что ввиду изменения магнитных условий в месте установки компаса из-за изменений магнитной широты, крена и других причин полностью уничтожить девиацию невозможно. С другой стороны, и ограничиться только определением и табличным учетом девиации нельзя, так как при больших ее значениях само определение девиации становится затруднительно и неточно — ведь в этом случае при изменении курса она быстро изменяет свою величину и на точности определений начинают существенно сказываться даже небольшие ошибки в курсе, которые неизбежны.

Подытоживая анализ способов борьбы с девиацией, предложенных Дж. Эри и А. Смитом, Иван Петрович делает выводы о необходимости уничтожения девиации с последующим определением и учетом ее остаточной величины, т. е. о необходимости сочетания того и другого способа.

Благодаря успехам в исследовательской и инженерной деятельности 30-летнего офицера в 1870 г. пригласили в Морскую академию для чтения лекций по математике и теории магнитной девиации и руководства практическими занятиями. В академии И. П. Колонг продолжает исследования, сосредоточив их в первую очередь на вопросах измерения горизонтальных и вертикальных сил, действующих на картушку компаса. Если научиться измерять эти магнитные силы и их изменчивость, то можно уничтожить девиацию, не зная ее величины, т, е. не производя пеленгования ориентиров и светил. Для решения этой задачи И. П. Колонг в 1875 г. разработал новый магнитометрический прибор, который в усовершенствованном виде под названием дефлектор Колонга широко применяется и сейчас во многих странах мира. В отличие от применявшегося в то время на флотах дефлектора Сабина на его измерения магнитных сил не влияло рыскание корабля и он был более точен и универсален. Создание нового дефлектора позволило разработать новые способы уничтожения полукруговой девиации и точный способ уничтожения четвертной по наблюдениям только магнитных сил на четырех главных компасных курсах. Кроме того, после разработки в 1884 г. заведующим мастерской мореходных инструментов В. Б. Штемпелем наклонной картушки, дефлектор позволял уничтожить девиацию от крена без кренования корабля. Новые способы уничтожения девиации с помощью дефлектора Колонга впервые были применены на миноносцах.

После смерти в 1878 г. И. П. Белавенца, И. П. Колонг возглавил все компасное дело в России. Работая над усовершенствованием компасов, он исследовал влияние качки и маневрирования на картушку компаса, сконструировал новый девиационный прибор, размещаемый в нактоузе, и усовершенствовал способы определения полукруговой и четвертной девиаций по вееру створов.

Впервые в мире Иваном Петровичем совместно с Г. Добровым были предложены и практически проверены в 1887 г. на яхте “Держава” приемы уничтожения электромагнитной девиации, возникающей от влияния динамо-машины на компас. Необходимость этой работы была вызвана новыми проблемами, которые возникли перед магнитно-компасным делом с внедрением во второй половине XIX в. на судах электричества. Генераторы и электродвигатели создавали дополнительные электромагнитные поля, которые, в свою очередь, намагничивали близко расположенные металлические части судна, броню, переборки и т. п. Система освещения приводила к возникновению вредных для компаса магнитных полей в проводниках с током. Опыты, проведенные на яхте “Держава”, показали изменение девиации по этим причинам до 44°.

Колонг с Добровым предложили нейтрализовать это вредное влияние при помощи соленоидов, питающихся током от тех же генераторов, магнитные поля которых надо было уничтожить. Таким образом проблема компенсации была решена.

К 1889 г. Иван Петрович завершил исследования по уничтожению четвертной девиации.

В результате этих работ были выработаны конкретные рекомендации по борьбе с четвертной девиацией, применяющиеся и сейчас.

Учитывая большой вклад И. П. Колонга в обеспечение безопасности плавания кораблей, Академия наук в 1882 г. присудила ему Ломоносовскую премию, отметив при этом, что “труды г-на Колонга принадлежат к числу таких, которыми самое значение премии возвышается”, и признавая, что “г-н де Колонг многолетними трудами, требовавшими глубочайших математических познаний и остроумных соображений, подвинул значительно вперед теорию девиации и достиг результатов в пользу военного и торгового флота, дав простые и надежные средства определять и уничтожать вредное влияние, создаваемое железом, и тем облегчив в этом отношении безопасность плавания судов”.

В 1892 г. за выдающиеся труды в области компасного дела Иван Петрович, как ранее И. П. Белавенец и А. Смит, был награжден золотым жетоном в виде магнитного компаса с 32 бриллиантами, отмечавшими 32 румба компасной картушки, а в 1896 г. Академия наук избрала его своим членом-корреспондентом по физико-математическому отделению.

Особая заслуга И. П. Колонга состоит в воспитании плеяды замечательных учеников и последователей, первым среди которых по праву стоит будущий крупнейший ученый-кораблестроитель академик Герой Социалистического труда Алексей Николаевич Крылов. Под руководством И. П. Колонга он рассчитал деления горизонтальных и вертикальных сил дефлектора, исследовал вопросы расположения стрелок в картушке, разработал в общем виде условия уничтожения девиаций высших порядков. В 1886 г. А. Н. Крыловым была предложена новая конструкция дромоскопа — прибора, позволяющего по данным коэффициентам и силам определять девиацию на любом курсе. Этот прибор, основанный на механическом воспроизведении закона изменения девиации в зависимости от курса, по своей точности, универсальности и практичности был лучшим в мире.

В этом же году в “Морском сборнике” была опубликована его работа “О расположении стрелок в картушке компаса”, в которой он обосновал теорию этого вопроса и разработал практические рекомендации по проектированию картушек, не вызывающих девиаций высших порядков. Впоследствии работы Крылова по девиации легли в основу его статьи “Основная теория девиации компасов”, удостоенной в 1940 г. Государственной премии.

Другие ученики И. П. Колонга Ф. Ф. Ридигер и Н. Н. Оглоблинский подготовили под руководством своего учителя для офицеров флота “Руководство по девиации компаса”, которое наряду с монографией И. П. Колонга “Теория девиации компаса”, изданной в 1885 г., стала настольной книгой штурманов и девиаторов. Об этой работе И. П. Колонг писал: “В иностранной литературе не существует руководства, которое могло бы по полноте и изяществу сравниться с описываемым”.

По словам современников, Иван Петрович сумел вселить в своих учеников дух пытливости, веру в свои силы, научную основательность и действенную инициативу. Сам Иван Петрович был в работе образцом полной самоотверженности, скромности и сердечной доброты. Пламенная преданность его науке действовала заражающе. А. Н. Крылов в своих воспоминаниях отмечает: “Иван Петрович де Колонг по отношению к девиации компасов был истинный фанатик, про него на флоте говорили: Колонг считает, что корабли строятся для того, чтобы было на чем устанавливать компасы и уничтожать их девиацию”. О самоотверженности и преданности И. П. Колонга делу свидетельствует тот факт, что в его послужном списке за 43 года службы в графе об отпусках сказано коротко: “Не был”.

Отмечая заслуги И. П. Колонга в магнитно-компасном деле, академик А. Н. Крылов писал: “Необходимо заметить, что учение о девиации компасов благодаря трудам И. П. де Колонга, охватывающим промежуток времени около 40 лет, стояло в нашем флоте гораздо выше, нежели в любом из иностранных флотов... Наряду с Пуассоном, Арч. Смитом и В. Томсоном Иван Петрович является истинным творцом этой области знаний, столь важной для мореплавания”.

ИСТОРИЯ  КОМПАСА  ПРОДОЛЖАЕТСЯ

С развитием теории магнитно-компасного дела и судостроения в целом преображался и сам компас. К концу XIX в. компасы изготавливались во многих странах мира, в том числе в Англии, Франции, Германии и др. Каждый компасный мастер

стремился внедрить в свои модели что-нибудь новое, преследуя порой цели не столько полезные, сколько рекламные. Даже простое перечисление всех вариантов конструкций и предлагаемых усовершенствований, которые были известны к концу XIX в., заняло бы не одну страницу, поэтому ограничимся рассмотрением главных направлений, по которым выполнялись эти работы.

Повысить точность компаса стремились усилением намагничивания стрелок, увеличением диаметра картушки, снижением трения в опоре ее подвеса путем применения твердых материалов для изготовления топки и шпильки (агат, сапфир, рубин). С целью повышения устойчивости показаний применяли съемные картушки: тяжелую с пониженным центром тяжести использовали во время шторма и стрельбы, а легкую — при тихой погоде. Некоторые изготовители компасов к нижней стороне картушки прикрепляли слюдяные полоски или крылья, выполняющие роль демпферов. Придумывали даже небольшие поршни, ограничивающие колебания картушки.

В 1813 г. американец Френсис Кроус, чтобы повысить устойчивость и снизить трение шпильки о топку, предложил применять жидкость. Ее стали использовать сначала в шлюпочных компасах, наиболее реагирующих на качку, а во второй половине XIX столетия — в путевых и главных. Столь медленное внедрение жидкости объясняется тем, что не сразу удалось решить, как устранить расширение жидкости с повышением температуры, образование пузырьков воздуха, помутнение с течением времени, замерзание, размыв краски на картушках и т. д. Эти недостатки удалось устранить в компасах Ритчи, Веста и Дента, представленных впервые на Всемирной выставке в Лондоне в 1862 году.

К середине XIX в. медный котелок практически полностью вытеснил деревянный. Считалось, что медь не только более прочный и долговечный материал, но еще способствует повышению устойчивости картушки.

Многие мастера пытались приспособить к компасам специальные устройства, регистрирующие курс. Например, компас Непира имел внутри котелка часы, двигающие карандаш, связанный с картушкой,

по расчерченному кругу. Компас, предложенный норвежским механиком В. Ярмбергом, позволял регистрировать с помощью костяных шариков время нахождения судна на каждом курсе. Часовой механизм вращал над компасом со скоростью один оборот в минуту цилиндр с впадинами. В эти впадины каждые пять минут поступал из чаши нумерованный шарик. Оказавшись над центром картушки, шарик падал в чашечку и по трубочке, жестко связанной с картушкой, поступал в одно из 64 отделений секции, устроенной под котелком. Через прозрачную крышку секции можно было отмечать курс судна через каждые пять минут, а помножив число шариков на пять, получить время лежания судна на каждом курсе. Из-за сложности и недостаточной точности эти компасы распространения не получили.

Массу конструктивных предложений породила борьба с девиацией. Так, в 1860 г., когда решался вопрос установки магнитного компаса на первый английский большой корабль “Вариор”, где девиация достигала 40—50°, Эванс предложил установить на нем компас с двойным нактоузом, т. е. один нактоуз на два котелка, полагая, что это упростит уничтожение большой девиации. Однако эта интересная идея к успеху не привела. На Парижской всемирной выставке в 1873 г. Эрнст Биссон впервые продемонстрировал “электрический компас”, устанавливаемый на большой высоте над палубой, вдали от железных масс, т. е. компас с дистанционной электрической передачей курса. К компасной стрелке был прикреплен тонкий рычаг, замыкающий электрическую цепь при повороте "картушки на каждый градус. Сигнал поступал на репитер с электромагнитом, установленный в удобном месте. До практической реализации такого компаса было еще далеко, но идея уже тогда заинтересовала инженеров и подтолкнула к работам в этом направлении. Все лучшее, что было достигнуто к 70-м гг. прошлого столетия, было воплощено в магнитном компасе Томсона, впервые представленном на Всемирной Парижской выставке в 1878 г.

Уильям Томсон (1824—1907), выдающийся английский физик, талантливый инженер и изобретатель, член Лондонского Королевского общества родился в Белфасте в Ирландии в семье преподавателя математики. В 1845 г. окончил Кембриджский университет и после непродолжительных занятий экспериментальной физикой в

Париже более пятидесяти лет возглавлял кафедру теоретической физики в университете Глазго. Научная деятельность Томсона была исключительно разносторонней и многогранной. С его именем связаны большие достижения в области термодинамики, теории электрических колебаний, он ввел в физику понятие абсолютной температуры, открыл в 1856 г. явление переноса тепла электрическим током, положил начало разработке теории вихревого движения. За большие научные достижения профессор Томсон в 1882 г. получил от королевы Виктории звание пэра Англии с титулом лорда Кельвина. Он был избран почетным членом многих учреждений в различных странах. В 1877 г. английский ученый был избран членом-корреспондентом Петербургской Академии наук, а в 1896 г. ее почетным членом. Похоронен У. Томсон в Вестминстерском аббатстве, рядом с могилой Ньютона.

Работая по поручению Королевского общества над биографией А. Смита, У. Томсон заинтересовался проблемами магнитных компасов и за сравнительно короткое время запатентовал около 70 технических предложений. Прежде всего он занялся повышением чувствительности картушки. Еще в начале XIX столетия английский мастер Барроу предложил картушки делать не с одной, а с несколькими расположенными параллельно друг другу и симметрично относительно центра стрелками. Это позволило сделать картушку более устойчивой. Однако из-за увеличения массы она стала менее чувствительной. Томсон заменил большие стрелки Барроу восемью малыми проволочными цилиндрической формы, что не только повысило чувствительность, но и расширило возможности уничтожения четвертной девиации, поскольку при маленьких стрелках стало возможно размещать вблизи компаса больше мягкого железа. Кроме того, благодаря перенесению тяжести картушки к ее краям удалось увеличить момент инерции картушки и сделать ее более устойчивой при качке и маневрировании.

Внеся изменения в магнитный корректор, Томсон существенно упростил приемы уничтожения девиации и рассчитал таблицы, указывающие, какого размера, как и в каком удалении от магнитного компаса должны быть размещены шары из мягкого железа для уничтожения четвертной девиации. Наряду с этим Томсон улучшил конструкцию нактоуза, сделав его более удобным.

В 1877 г. после трехлетней экспериментальной работы на своей яхте Томсон предложил Английскому адмиралтейству испытать новую конструкцию компаса. Однако, проявляя привычный консерватизм и осторожность, оно не торопилось внедрять новый прибор на корабли. Компас поступил в свободную продажу и вскоре доказал свое право считаться лучшим. А случилось это так. В 1882 г., когда правитель Египта Араби-паша попытался взять под свой контроль Суэцкий канал, броненосный флот Англии атаковал его оплот — порты Александрии. Во время боя от сотрясений при стрельбе из орудий все компасы вышли из строя. Лишь компасы Томсона, установленные дополнительно к штатным на двух кораблях их капитанами по собственной инициативе и за свой счет, действовали превосходно, что обеспечило уверенное маневрирование, выбор дистанции и в конечном итоге предопределило успех боя. После этого случая компасы Томсона был” немедленно приняты к обязательному употреблению на всех кораблях и судах английского флота в качестве стандартных.

Россия накануне XX в. оснащала корабли компасами, изготовленными в основном отечественными мастерами. Однако, как правило, это были копии закупленных в Англии образцов (до 1870-х гг.— компасы Барроу, позже — компасы Томсона). Русские мастера вносили в них изменения, существенно улучшавшие приборы*. Так, была усовершенствована защита чувствительного элемента от ударов и сотрясений при стрельбе, обеспечена возможность пеленгования предметов с главного компаса без снятия колпака, защищавшего компас от сырости и брызг, улучшено освещение прибора и др.

В результате плодотворной деятельности отечественных ученых и специалистов по магнитно-компасному делу, которое с 1888 г. полностью находилось в ведении Главного Гидрографического управления, в России уже к 1913 г. были достигнуты важные практические результаты, а именно:

сконструированы отечественные 5-дюймовые (127 мм) и 8-дюймовый (200 мм) жидкостные магнитные компасы;

усовершенствованы чувствительные элементы компасов. В них были использованы легкие, алюминиевые картушки с системой стрелок, жестко связанных (в отличие от картушки Томсона) с диском картушки, благодаря чему была повышена их чувствительность;

разработан новый девиационный прибор, позволявший значительно уменьшить взаимное влияние полюсов поперечного и продольного магнитов и упростить приемы девиационных работ;

в 1895 г. внедрено электрическое освещение компаса, развернуто изготовление специальных магнитных компасов для миноносцев, дефлекторов Колонга, дромоскопов Крылова, наклонных картушек Штемпеля и др.;

в 1911 —1915 гг. на строящихся линкорах типа “Петропавловск” применена электрическая передача показаний компаса в боевую рубку.

Многие приборы демонстрировались на всемирных и отечественных выставках и не раз были удостоены высоких наград.

В 1912 г. на Международной морской конференции по вопросам безопасности мореплавания, проводимой при Главном Гидрографическом управлении, известный французский гидрограф Рено отмечал:

“Дважды посетив мастерские на Охте и в Адмиралтействе, мы были свидетелями того, до какой высокой степени усовершенствования доведено снабжение русского флота научными приборами. Модели компасов для больших судов, приборы магнитных измерений... особенно привлекли наше внимание. Мы все любовались на превосходное оборудование мастерских и их удачную приспособленность для выполнения работ с методичностью и высокой степенью точности”.

Первая империалистическая и гражданская войны прервали активные работы над штурманскими приборами. С 1917 по 1924 г. Мастерская мореходных инструментов занималась главным образом ремонтом приборов. К серьезным работам над совершенствованием магнитных компасов удалось вернуться лишь в середине 1920-х гг., когда молодая Советская Россия начала восстанавливать свой флот. С 1922 г. вновь был налажен выпуск магнитных компасов, причем не только для кораблей и судов, но и для авиации. К 1931 г. объем производства Мастерской мореходных инструментов, реорганизованной к тому времени в Завод мореходных инструментов, в десять раз превысил уровень 1913 г.

Развернулась и научная работа советских ученых. Вопросами теории и практики магнитных компасов в этот период занимаются А. Н. Крылов, В. Я. Павлинов, Н. Ю. Рыбалтовский, П. А. Домогаров и др.

A. Н. Крылов разработал в 1938 г. динамическую теорию картушки компаса и предложил схему сферической картушки с успокоительными цистернами и температурным компенсатором.

B. Я. Павлинов усовершенствовал дефлектор, сконструировал новый котелок компаса, предложил новый способ определения индукции стрелок на мягкое железо нактоуза, а также выполнил исследования в области математической теории стрелок картушки и методов ее проверки.

Н. Ю. Рыбалтовским углублена теория креновой девиации и предложены новые способы ее уничтожения, разработаны способы размещения магнитов уничтожителей, написан большой труд “Магнитно-компасное дело”, явившийся хорошим учебным пособием для многих советских штурманов.

П. А. Домогаровым выполнены исследования в области математической теории стрелочного чувствительного элемента, теории дефлектора и теории электромагнитной девиации. Им же спроектированы первые отечественные магнитные компасы для авиации и малотоннажных кораблей и судов.

К 1941 г. советские корабли и суда оснащались в основном отечественными компасами, не уступающими по своим характеристикам лучшим зарубежным.

Великая Отечественная война поставила перед этим направлением морского приборостроения новые вопросы. Внедренная на тральщиках система размагничивания приводила к резкому увеличению девиации (в отдельных случаях до 40°). Пришлось срочно дополнять компасы специальными соленоидами, усовершенствованными В.Я. Павлиновым и позволившими снизить девиацию до 1—2°. Нужны были упрощенные методы, которые позволяли бы приближенно уничтожать девиацию в условиях боевых действий. Эту задачу успешно решили Н. Ю. Рыбалтовский и Г. А. Вавилов. Завод штурманских приборов с началом войны был перебазирован в глубь страны, на Урал, где уже с конца 1941 г. приступил к изготовлению навигационной техники, а оставшиеся в блокадном Ленинграде специалисты выполняли заказы флота по ремонту.

Закончилась война и начался новый, удивительный по своему размаху этап в мировом судостроении. Какие только суда не были созданы за последние десятилетия. Япония поразила весь мир своими огромными супертанкерами водоизмещением в несколько сот тысяч тонн. Бороздят водные пространства суда на подводных крыльях и воздушной подушке, созданные советскими судостроителями, компаниями США и Великобритании. В Японии, Германии и в некоторых других странах работают над созданием полупогружных судов, практически не подверженных действию волн и воздушного сопротивления. В арктических ледяных просторах проводят караваны судов атомные ледоколы.

Значительно возросли скорости судов, их энерговооруженность, широтные пределы плавания подошли вплотную к приполюсным районам. А как далеко шагнула вперед радиоэлектронная вооруженность флотов!

Почти на всех современных судах установлены гироскопические курсоуказатели, которые при правильной установке практически не боятся ни магнитных полей, ни магнитных бурь, а в последние годы появились и инерциальные навигационные системы, позволяющие с высокой точностью определять все навигационные параметры и не имеющие ограничений по районам плавания.

Казалось бы, магнитному компасу с его беспокойными стрелками нет больше места на современном корабле среди совершенных электронных приборов и систем. Тем не менее и сейчас компасы устанавливают практически на всех плавучих морских объектах, начиная от шлюпок и яхт и кончая океанскими лайнерами. Объясняется это тем, что магнитные компасы обладают достоинствами, позволяющими им конкурировать с гироскопическими средствами курсоуказания: устойчивостью к внешним температурным и вибромеханическим воздействиям; полной независимостью от других источников навигационной информации; практически мгновенной готовностью к выдаче курса; простотой в эксплуатации, монтаже и регулировке; малой по сравнению с гирокомпасами потребляемой мощностью (дистанционные компасы) и полной независимостью от источников электроэнергии (простые стрелочные компасы); большим ресурсом и надежностью работы.

На малых кораблях и судах, где не требуется высокой точности курсоуказания, но большое значение имеют стоимость, надежность и простота в эксплуатации, магнитный компас используют как основной источник курса. На больших кораблях с хорошим штурманским вооружением он, как правило, играет роль резервного.

Конечно, и сами магнитные компасы преобразились. В последние десятилетия проделана работа по повышению их чувствительности, устойчивости при качке и воздействии вибромеханических нагрузок; снижению погрешности за счет выбора оптимальных конструктивных параметров и защиты от возмущающих факторов. В нашей стране разработаны базовые унифицированные магнитные компасы для различных проектов судов, удовлетворяющие требованиям современных международных стандартов, — КМ69, КМ 100, КМ145-С, каждый из которых может иметь несколько модификаций в зависимости от конкретных требований судна.

Компас КМ69 предназначен для малых судов, катеров и шлюпок, КМ 100 — для малых и КМ145-С — для крупнотоннажных судов. Он обеспечивает не только измерение курса, но и дистанционную оптическую и электрическую передачи его на репитеры.

Все компасы снабжены необходимыми компенсаторами девиации.

Мы остановились на истории развития только одного стрелочного, или, как его еще часто называют, визуального, магнитного компаса — самого древнего и самого распространенного. Однако у него есть много собратьев. Разнообразие компасов, созданных на сегодняшний день в мире, очень велико. Объясняется это, с одной стороны, ростом многообразия кораблей и судов и, следовательно, требований к компасу, а с другой — продолжающимся поиском путей и средств освободить компас от вредного влияния магнитных полей, создаваемых судном и его механизмами.

Все выпускаемые в настоящее время компасы классифицируют по принципу действия чувствительного элемента (стрелочные, индукционные, гальваномагнитные, квантовые и др.), по наличию и типу дистанционной передачи курса (визуальные, с оптической, с электрической, фотоэлектрической, холловской, индукционной, емкостной и др.) и по назначению (судовые, катерные, шлюпочные, ручные и т. д.).

Принцип действия индукционных чувствительных элементов основан на явлении электромагнитной индукции проводника, находящегося в магнитном поле; гальваномагнитных — на физических явлениях, возникающих при воздействии магнитного поля Земли на движущийся заряд; квантовых — на использовании явления магнитного резонанса, заключающегося в избирательном поглощении или излучении электромагнитных волн веществами, помещенными в магнитное поле.

Применение новых принципов измерения магнитного курса, широкое внедрение электроники и вычислительной техники позволили решить ряд проблем, которые в недалеком прошлом ограничивали возможности магнитных компасов и затрудняли работу штурмана: расширить возможности выбора наиболее благоприятного в магнитном отношении места установки основного прибора компаса — датчика курса; автоматизировать ввод различных поправок, транслировать курс необходимому числу потребителей в любое место судна; повысить точность, надежность и устойчивость компаса. Появилась возможность сопряжения его с различными управляющими, вычислительными и регистрирующими устройствами; отображения информации как в аналоговом (стрелочный индикатор), так и в цифровом видах, регистрации информации о курсе на самописце и т. д.

Работа над усовершенствованием магнитных компасов продолжается. Благодаря своей простоте и надежности магнитные компасы еще долго будут служить мореплавателям.

<<< Назад