Marine kronometri | |
Jousitus meren kronometri puolivälissä XIX : nnen vuosisadan , allekirjoitettu Breguet . | |
Keksi Christian Huygens ja John Harrison | vuonna 1675/1767 |
---|---|
Sovelluksen toimialue | Kellojen valmistus |
Meren kronometri , jota kutsutaan myös meren katsella , on kello , joka on riittävän tarkka voidaan käyttää kannettavan ajan emäksen , kuten liikkuvassa ajoneuvossa. Kehitys näiden välineiden XVIII nnen vuosisadan merkitsi läpimurtoa, koska tarkkoja tietoja ajan, pitkä matka oli tarpeen tähtisuunnistus voidakseen määrittää pituus- . Ensimmäinen todellinen kronometri oli seurausta yhden miehen, John Harrisonin, armottomista ponnisteluista, yli 31 vuoden kokeilu ja virhe; se oli mullistaa taiteen merenkulun navigointi (ja myöhemmin ilmaa navigointi ) kuin kolonialismin lähti.
Termi kronometri on ilmeisesti keksi vuonna 1714 Jeremy Thacker, joka oli yksi ensimmäisistä kilpailijoista saman vuoden pituusasteessa ehdotetulla hinnalla , mutta sana "kronometri" esiintyy ranskan kielellä metronomin merkityksessä hieman vanhemmana ; alussa XXI th -luvulla, se viittaa yleisemmin testattu ja sertifioitu kellot täyttää tietyt vaatimukset tarkkuus (ja sana "kello" voi näkyä sveitsiläinen kello, jos se on sertifioinut COSC ); toisaalta sitä käytetään väärin lyhytaikaisiin mittauslaitteisiin, kuten urheilukilpailujen laitteisiin, jotka ovat itse asiassa ajanoton .
Määritettäessä sijainti maan pinnalla on tiedettävä leveys- , pituus- ja korkeusaste (jälkimmäiset voidaan jättää huomiotta merikäyttöön). Puoliväliin saakka XVIII nnen vuosisadan navigointi täsmennetään avomerellä (poissa silmistä maa) oli mahdotonta, koska on vaikeaa laskemista pituutta. Leveysaste voidaan määrittää esimerkiksi mittaamalla auringon korkeus keskipäivällä (sen huipentumishetkellä ), mutta pituusaste vaati mahdollisuuden tietää tapahtuman reaaliaika ( yleisaikana ), mikä vaati kellon pitämistä aika hyvällä tarkkuudella (muut menetelmät, kuten Galileon menetelmät, jotka perustuvat Jupiterin satelliittien liikkeen havaitsemiseen , olivat osoittautuneet mahdottomiksi liikkuvalla aluksella). Rannekelloon perustuvan menetelmän ohella tähtitieteilijä Johannes Wernerin XVI - luvun alussa ehdottama mitta-kuun etäisyys otettiin käyttöön ja pysyi yleisinä täydentämistekniikana ja sekuntikellojen halvemmalla. Hollantilainen tutkija Gemma Frisius ehdotti vuonna 1530 ensimmäisenä (käyttämättä sanaa) kronometrin käyttöä pituusasteen määrittämiseksi.
Tarkka sekuntikello näyttää, kun se oli kalibroitu (Greenwich Mean Time (GMT), esimerkiksi), jopa useiden päivän matka. Greenwichin (aurinko) ajan tunteminen antaa merimiehille mahdollisuuden laskea veneen sijainnin ja Greenwichin meridiaanin pituusasteero, koska maa pyörii 15 ° pituudella tunnissa. Käytännössä navigointiin tarkoitettu almanakka , trigonometriset taulukot ja sekstantti antoivat navigaattoreille mahdollisuuden käyttää aurinkoa, kuuta, aurinkokunnan planeettoja ja 57 vertailutähteä.
Kohteen luominen aluksen ajan luotettavan mittaamiseksi osoittautui vaikeaksi. Kunnes XX : nnen vuosisadan tarkin välineistä tiedettiin kellot tasapaino , mutta ne olivat käyttökelvottomia merellä.
Christiaan Huygens yritti vuonna 1656 keksimänsä heilurikellon keksimisen jälkeen rakentaa instrumentteja Ranskaan, joissa ei käytetty heiluria. Vuonna 1675 ollessaan Louis XIV: n eläkeläinen hän keksi kronometrin, jossa tasapainoa ja kierrejousia käytettiin säätimenä heilurin korvaajana, mikä tasoitti tietä merikronometreille ja moderneille (rannekelloille). Colbert myönsi hänelle patentin keksinnölle, mutta hänen kellonsa pysyivät liian epätarkkoina merenkulkua varten.
Lisäyritykset tehtiin Jeremy Thacker (in) Englannissa vuonna 1714, ja Henry Sully Ranskassa vuonna 1716, joka julkaistiin hänen työnsä vuonna 1726 otsikolla kellon keksi ja suorittaa Mr. Sulli ( sic ), mutta nämä koneet osoittautunut kykenemättömäksi kestämään meriliikkeitä pitääkseen aikaa riittävän tarkasti kaikissa olosuhteissa.
John Harrison , käsityöläinen puuseppä päässä Yorkshire , antoi sitten projekti vuonna 1730, ja rakennettu 1735 kello perustuu värähtelystä vääntömomentti vastakkaisiin suuntiin ja yhdistetty jouset, joiden toiminta vaikutti ole painovoiman kautta eikä liikkeitä laiva. Hänen kaksi ensimmäistä prototyyppinsä, H1 ja H2 (valmistuivat vuonna 1741), käyttivät tätä järjestelmää, mutta hän havaitsi, että heillä oli kohtuuton herkkyys keskipakoisvoimille . Hänen kolmannen koneensa rakentaminen vuonna 1759, nimeltään H3, sisälsi uudet pyöreät vaa'at ja keksinnöt bimetalliliuskoista ja kuulalaakereista , joita keksintöjä käytetään edelleen laajalti. H3: n pyöreät vaaka on osoittautunut liian epätarkaksi, ja Harrison päätti luopua liian suurista koneista.
Harrison ratkaisi nämä tarkkuusongelmat keksimällä H4-kronometri, paljon pienempi kuin edelliset. H4 näytti paljon kuin iso taskukello, halkaisijaltaan 12 cm . Hän toimitti sen vuonna 1761 saaden 20 000 puntaa palkinnon, jonka Ison-Britannian hallitus oli tarjonnut vuonna 1714. Hän käytti nopeaa tasapainoa, jota ohjasi kierrejousi lämpötilan kompensoinnilla (tämä järjestelmä pysyi yleisesti käytössä tähän asti). vakaiden elektronisten oskillaattoreiden syntyminen mahdollistaa erittäin tarkkojen kannettavien kellojen valmistamisen kohtuuhintaan). Harrison julkaisi teoksensa vuonna 1767 kirjassa nimeltä Principles of Mr Harrison's time-guard .
|
Noin samaan aikaan Ranskassa Pierre Le Roy keksi vuonna 1748 nykyaikaisille kronometritille tyypillisen pidättimen pakenemisen . Vuonna 1766 Le Roy loi kronometrin, joka käsitti pidättimen poistumisen, lämpötilakompensoidun tasapainon ja isokronisen jousen : Harrison oli osoittanut luotettavan kronometrin mahdollisuuden merellä, mutta Le Royn innovaatioita pidettiin perustavanlaatuisina nykyaikaisille sekuntikelloille, mikä teki näistä laitteista paljon tarkempi kuin mitä oli odotettu.
Myös Ferdinand Berthoud Ranskassa sekä englantilainen Thomas Mudge onnistuivat rakentamaan luotettavia kelloja merelle, joista yksikään ei ollut yksinkertainen, mutta ne osoittivat, että Harrisonin ratkaisu ei ollut ainoa mahdollinen ratkaisu. Suurimmat edistysaskeleet käytännön ratkaisuissa olivat kuitenkin Thomas Earnshaw (vuonna) ja John Arnold, joka vuonna 1780 kehitti ja valmistaa pakokaasujen "jousen" ja parantaa spiraalijousien suunnittelua ja valmistusta. Tämän innovaatioiden yhdistelmän piti olla nykyaikaisen kronometrin perusta elektronisten laitteiden ilmestymiseen saakka.
Uusi tekniikka oli niin kallista, että muutama alus oli varustettu, kuten kävi ilmi Arniston (in) -aluksen dramaattinen viimeinen matka . Kuitenkin noin vuonna 1825 kuninkaallinen laivasto oli alkanut järjestelmällisesti varustaa aluksensa kronometreillä.
Tuolloin oli tavallista, että merimiehet menivät tarkkailemaan aikapalloa , kuten Greenwichissä , asettamaan sekuntikellonsa ennen pitkälle matkalle lähtöä. Joka päivä alukset lyhyesti ankkuroitu Thames Greenwich, odottamassa observatorio pallo pudota tasan 1 p.m Tämä käytäntö johti myöhemmin Greenwichin ajan (GMT) käyttöönottoon kansainvälisenä standardina (aikapallot menettivät hyödyllisyytensä noin vuonna 1920 ilmestyessään esimerkiksi WWV: n lähettämillä lähetyssignaaleilla , jotka itse ovat nyt suurelta osin korvattu. GPS-ajalla ). Näiden asetusten lisäksi ennen lähtöä merikronometrit tarkastettiin säännöllisesti merellä myös kuun tai auringon havainnoilla .
Vaikka teollisuustuotanto menetelmät ovat alkaneet mullistaa katsella keskellä XIX : nnen vuosisadan (esim tehtaat Onesimus Dumas DELEPINE Barrois in Saint-Nicolas-d'Aliermont ), valmistus kellot oli pitkä toiminta pienimuotoista. Noin 1900, Sveitsin valmistajat kuten Ulysse Nardin ottanut suuria harppauksia uudenaikaisten tuotantomenetelmien ja vaihdettavat osat, mutta se oli vasta alussa toisen maailmansodan , että Hamilton Watch Company täydelliseksi tuotannon tekniikoita sarjaan , mikä mahdollisti rakentaa tuhansia Hamilton Malli 21 kronometrit varten Yhdysvaltain laivaston ja muiden liittoutuneiden aluksia. Hamiltonin menestyksestä huolimatta kotitekoiset kronometrit eivät koskaan kadonneet kokonaan markkinoilta; näin Englannissa Mercer of St. Albans jatkoi sen valmistamista noin vuoteen 1970 asti.
Ilman merikronometrien tarkkuutta ja niiden tuomaa navigointitarkkuutta on todennäköistä, että kuninkaallisen laivaston ja siten myös Britannian imperiumin hallitsevaa asemaa ei olisi tapahtunut: Imperiumin muodostumisen aikana britit aluksilla oli kronometrin ansiosta paljon luotettavampi navigointi kuin Portugalin, Hollannin ja Ranskan vastustajilla. Niinpä ranskalaiset, jotka olivat vakiintuneet Intiassa ennen Ison-Britannian siirtokuntien ja kaupan alkua, karkotettiin merivoimien tappioiden jälkeen seitsemän vuoden sodassa .
Kattavin kansainvälinen merikronometrien kokoelma, mukaan lukien Harrison-mallit H1 - H4, löytyy Greenwichin kansallisesta merimuseosta .
"Aluksella oleva kronometri", englanniksi "kansikello" ja joskus nimeltään "torpedokronometri", on kannettava merenkronometri, joka on saatavana eri sotalaivastoissa . Sillä vältetään jousituksen sekuntikellon siirtämistä sillalla varauksen tekemiseksi.
Se on taskukello kotelossa, jonka koko on yleensä 22 viivaa (49 mm ), pyöreällä soittaa kahdella keskikätellä, jotka merkitsevät tunteja ja minuutteja, ja pienen sekuntikellon, joka sijaitsee kello 6, tarkan sekunnin. Nämä kellot, joiden tarkkuus on alle puoli minuuttia viikossa (5 minuutin sijasta), ja ne on testattava kronometreinä, jotka on sertifioinut virallinen seurantakeskus, kuten Neufchâtel tai Besançon.
Hydrografiset palvelu Ranskan laivaston on perustanut kilpailua tekniset hankintaan kellot hyödyllinen torpedovenettä ja ei-magneettinen kellot osoitettu sukellusveneitä . Vuosina 1889–1910 Ranskan valtio osti siten 455 torpedokelloa. Näiden kevyiden kronometrien toimittajat olivat L. Leroy et fils Pariisissa, 43-kaliiperiinen Lip , jossa oli sylinterimäinen hiusjousi, Ulysse Nardin ja hänen 22-kaliiperi, Paul Ditisheim tai Solvil 7794-kaliiperilla, Zenith jne. Edmond Jaeger toimitti vuonna 1895 torpedokronometriksi nimitetyn kronometrin , joka sisälsi LeCoultre 21 RV -kalibroinnin ja jonka tarkoituksena oli varustaa USS Cushing, joka osallistuu Espanjan ja Amerikan sotaan .
Olennainen ongelma oli löytää resonaattori, joka ei vaikuta vaihtelevissa olosuhteissa kohtaamat aluksen merellä. Käyttää käsipyörää , joka on kytketty kierrejousi ratkaista useimmat vaikeudet, jotka liittyvät aluksen liikkumista. Jousia muodostavien materiaalien elastisuus muuttuu kuitenkin lämpötilan mukaan. Näiden jousijännityksen muutosten kompensoimiseksi kronometritasapainot käyttivät bimetallitankoja vastapainojen siirtämiseen suhteessa värähtelykeskukseen muuttamalla siten hitausmomenttia ja siten tasapainon jaksoa. Tämä ongelma ratkaistiin tyydyttävästi löytämällä elinvar -niminen teräs-nikkeliseos, koska se muuttui kimmoisasti tavallisissa lämpötiloissa. Sen keksijä, Charles Édouard Guillaume , voitti fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 1920 tunnustuksena hänen työstään metallurgiassa (ainoa Nobel-palkinto, joka myönnettiin kellonvalmistukseen liittyvistä löytöistä ).
Pakokaasun on kaksi tehtävää. Ensinnäkin se antaa vaihteistolle mahdollisuuden liikkua eteenpäin pienen, kiinteän matkan, rekisteröiden siten tasapainon värähtelyt. Samanaikaisesti se toimittaa jälkimmäiselle hyvin pienen energiamäärän, kompensoiden kitkasta johtuvat häviöt ja pitämällä värähtelyt mahdollisimman vakiona. Se on karkaaminen, joka tuottaa mekaanisilla liikkeillä varustettujen kellojen tikittävän ominaisuuden. Poistumisia on monenlaisia, mutta yleisimpiä ovat pidätysmatkat, joissa pieni osa (liipaisin) estää pakopyörän ja antaa tasapainopyörän heilahtelemaan vapaasti, lukuun ottamatta lyhyttä hetkeä karan keskellä. , jossa tasapaino on vähiten herkkä ulkoisille voimille . Tämän hetken aikana liipaisinta liikutetaan, jolloin päästöhammas voi kulkea ja antaa impulssin tasapainoakselille (tämä tapahtuu vain yhteen suuntaan; paluuvärähtelyn aikana liipaisin pysyy tukossa).
Kronometrit hyötyivät usein muista innovaatioista, joiden tarkoituksena on lisätä niiden tehokkuutta ja tarkkuutta. Kovat kivet synteettiset kuten rubiini tai safiiri käytettiin usein valmistuksessa laakerit vähentää kitkaa ja kulumista tappien ja pakokaasun; mekaanisen sekuntikellotuotannon loppuun asti valmistajat jatkoivat kokeiluja parannuksiin kuulalaakereista nivelten kromipinnoitteisiin . Lopuksi kronometrit sisältävät aina varajärjestelmän (sisään), joka antaa heille mahdollisuuden jatkaa kävelyä selällään, ja mittarin, joka mittaa jousen jännityksen ja osoittaa jäljellä olevan ajan, jonka se vie heidät takaisin.
Merenkronometrit ovat tarkimpia koskaan rakennettuja kannettavia mekaanisia kelloja, jotka antavat aikaa noin kymmenesosaa sekunnissa päivässä, jolloin aluksen sijainti voidaan määrittää puolitoista kilometrin virheellä kuukauden merimatkan jälkeen.
Alussa XXI nnen vuosisadan, kaikki käyttävät merielektroniikkaa navigointilaitteet, kuten paikannus satelliittijärjestelmiä . Tähtitieteellisen navigoinnin tuntemus , joka edellyttää tarkan kronometrin käyttöä, vaaditaan kuitenkin tiettyjen upseeritodistusten saamiseksi.
Nykyaikaiset merikronometrit ovat nyt kvartsikelloja , joiden toiminta mitataan päivittäin radiosignaalien tai GPS: n perusteella ( ajastimen käyntiaika on etukäteen tai viive, joka kestää tunnin). Nämä kronometrit eivät ole aina (ulkoisen signaalin puuttuessa) mahdollisimman tarkat kvartsikellot; tiedämme kuitenkin kuinka tehdä (jopa rannekelloille) kvartsiliikkeitä, jotka eivät ajaudu yli kymmenen sekuntia vuodessa (mikä on kolme kertaa tarkempi kuin edellä mainitut mekaaniset kronometrit). Lisäksi on ainakin yksi poikkeustilanteisiin tarkoitettu kvartsi-kronometri, joka käyttää useita kiteitä ja tietokoneiden korjausjärjestelmää niiden keskimääräisen arvon avulla GPS-signaalien antamien korjausten lisäksi.