Помоги проекту - поделись книгой:
Опыты с этой крохотной подводной лодкой, длиною всего в 2
Спущенная с лодки в воду, мина Уайтхеда нырнула и пошла под водой, оставляя на гладкой поверхности залива пенистый след от пузырьков непрерывно вытекающего отработавшего воздуха. Через несколько секунд цилиндр вынырнул из воды, чтобы в следующее мгновение опять погрузиться. Такое появление на поверхности моря повторялось через каждые десять — двенадцать секунд.
— Вишь ты, ныряет, как молодой дельфин, — заметил один из наблюдавших.
— М-м… — промычал Уайтхед, посасывая сигару.
Было очевидно, что регулятор глубины работал плохо. Не лучше, обстояло дело и с рулем направления, который был поставлен так, чтобы мина шла по прямой линии. Но пенистый след искривился широкой дугой вправо. Следовательно, в намеченную цель она не попала бы.
Через три минуты движение мины прекратилось, и она, как мертвая рыба, всплыла на поверхности моря, пройдя — около 600
Уайтхед нашел результаты испытания ободряющими. Но для него было ясно, что в таком виде самодвижущаяся мина еще не может служить боевым оружием. Для этого ее нужно было «научить» двигаться строго по прямой линии, не отклоняясь ни вправо, ни влево, и хорошо сохранять глубину. Не мешало бы также увеличить и скорость движения.
На протяжении следующих трех лет работы Уайтхед добился более высокого давления воздуха в резервуаре. Потом за первым поместил второй винт, вращающийся в обратную сторону. От этого скорость мины увеличилась до 45
Хуже всего обстояло дело с сохранением курса (направления) движения. Как ни старался Уайтхед устанавливать руль по возможности точно, ничего не выходило — мина упрямо сворачивала в сторону.
Следя за пенистыми дугами на поверхности моря, сдержанный Уайтхед выходил из себя. Швырнув в воду не докуренную сигару, он как-то процедил сквозь зубы:
— Проклятая машина! Ей не хватает разума. Туда нужно было бы посадить гнома с компасом, чтобы он непрерывно управлял рулем. Вот тогда бы она пошла по прямой.
Но и в таком виде самодвижущаяся мина с зарядом в 35
Самодвижущиеся мины, или, как их называют еще иначе, торпеды, нашли спрос. Их изготовлением занялись завод в Фиуме и завод той же компании в Англии. Сам Уайтхед из служащего превратился в совладельца предприятия, доходы которого за короткий срок выросли в два с лишним раза.
Лейтенант Обри берется за «неразрешимую задачу»
С каждым годом мины Уайтхеда все больше совершенствовались. К 1889 г. заряд пироксилина увеличился до 72
— Задача неразрешима! — утверждали некоторые из них. — Торпеде требуется человеческий мозг и человеческие органы чувств.
И все-таки задача была разрешена.
На одном из броненосцев австрийского флота в качестве старшего минного специалиста плавал лейтенант Обри. Капризный характер мин Уайтхеда ему был известен более чем хорошо, и он не раз серьезно задумывался над тем, как избавить их от своеволия.
Однажды, роясь в публичной библиотеке города Фиуме, лейтенант заметил «Общедоступную астрономию» Франсуа Араго.
Четыре скромных томика с кожаными темно-зеленого цвета корешками были покрыты пылью — к ним давно никто не прикасался.
Лейтенант интересовался немного звездным небом и унес с собой на корабль все четыре тома.
Обри не подозревал, что в «Общедоступной астрономии» Араго он найдет средство для блестящего разрешения мучившей его задачи о выпрямлении пути мин Уайтхеда.
Взятые книги читал он медленно, без увлечения. Араго писал обстоятельно, довольно понятно, однако, сухо.
Едва одолев несколько первых глав, Обри решил было возвратить книги в библиотеку. Но, случайно перелистывая третий том, он натолкнулся в главе о вращении Земли на описание гироскопа Фуко. Когда он читал на пятьдесят третьей странице фразу: «Следовательно, плоскость вращения диска волчка сохраняет неизменно то положение, которое ей первоначально дано», он мгновенно сообразил, что гироскоп, помещенный в торпеду и соединенный с рулем направления, должен повести ее по прямой линии.
Не прошло и нескольких месяцев, как первая опытная торпеда с волчковым механизмом для управления вертикальным рулем была построена.
На миноносце, выделенном для производства испытаний, кроме самого Обри, находились еще представители высшего командования австро-венгерским флотом.
Лейтенант сильно волновался. Он был уверен в успехе. Он десятки раз проверял действие гироскопа, поворачивая сигароподобную торпеду на станке влево и вправо; руль всегда под действием вращающегося волчка становился так, что торпеда должна была бы вернуться в начальное положение. Но это на воздухе.
«А как она поведет себя в воде? — думал Обри. — Может, опять начнет капризничать?»
Когда порт и город Фиуме скрылись за мысом и миноносец вышел в открытое море, приступили к испытаниям. Сначала выпустили мину прежнего образца. Первые 50
Затем выпустили торпеду с прибором Обри, и картина движения получилась иной. Мина сначала пошла по прямой. Потом ее путь стал изгибаться попеременно то вправо, то влево, образуя волнообразную линию с очень растянутыми и небольшими изгибами. Но мина шла все же к цели.
Все нашли, что «волчок Обри работает очень толково и действительно не позволяет торпеде сходить с курса».
С тех пор мины Уайтхеда, управляемые волчками, получили еще более широкое распространение. С каждым годом их конструкция, оставаясь неизменной в основном, непрерывно улучшалась в деталях. К 1910 г. торпеды превратились в грозное морское оружие со скоростью хода до 60
В мировой империалистической войне 1914–1918 гг. мины Уайтхеда с прибором Обри пустили ко дну сотни военных и тысячи торговых кораблей общим водоизмещением в тринадцать миллионов тонн.
В послевоенные годы совершенствование торпед продолжается дальше. В настоящее время торпеды имеют длину до 6
Наиболее интересной частью торпеды по-прежнему является прибор Обри. Это все тот же гироскоп Фуко, но получивший задание вместо слежки за вращением Земли следить за движением торпеды и выправлять ее курс.
Основная часть прибора Обри — массивный волчок, укрепленный в двух подвижных кольцах, образующих карданов подвес. Волчок располагается так, чтобы его ось, будучи горизонтальной, лежала поперек торпеды. Наружное кольцо подвеса соединяется с рулевой воздушной машинкой.
Первоначально у самого Обри волчок запускался с помощью сильной пружины. Теперь же для этого служит воздушная турбина, вал которой сцепляется с осью волчка. Когда волчок достигает полного числа оборотов — около десяти тысяч в минуту, сцепление автоматически разъединяется, и волчок становится свободным.
Ось такого волчка неизменно сохраняет свое направление в пространстве. Стоит теперь движущейся мине чуть отклониться в сторону от намеченного курса, а стало быть, и от направления оси волчка, как в ход будет пущена рулевая машинка, которая подействует на руль, и торпеда будет возвращена к первоначальному направлению. Волчок очень чувствителен — он улавливает отклонения, не превышающие одного градуса.
В последние годы прибор Обри усовершенствован так, что позволяет выпускать торпеду, отклонив ее от направления на цель в сторону до тридцати градусов, и тем не менее под водою мина, управляемая волчком, сама поворачивается на нужный курс.
Современная мина Уайтхеда представляет собою таким образом очень сложную подводную лодку-робот, автоматически удерживающуюся на заданной глубине и на заданном курсе.
Крупные неприятности, происходящие с железными пароходами
Гироскоп Фуко нашел себе и другие еще более замечательные применения.
Их необходимость была подготовлена важнейшими событиями, происходившими в те времена на море.
К концу XVIII века появились первые корабли из железа. В XIX столетии, в особенности же после изобретения парохода, применение железа для постройки кораблей начинает быстро расти. В 1850 г. в Англии из десяти вновь закладываемых на верфях кораблей девять строились из железа.
Владельцы пароходных компаний усиленно рекламировали исключительную прочность своих стальных судов.
«Им не страшны никакие бури! — говорилось в тысячах объявлений. — Совершайте путешествия только на железных кораблях!»
И пассажиры действительно предпочитали ездить на железных судах.
Однако, в 1853 г. в море происходят странные случаи. На протяжении нескольких месяцев погибают самые большие, самые прочные пароходы: «Гумбольдт», «Франклин», «Город Филадельфия», «Город Глазго» и «Артик». Все они были построены из стали и почти все потерпели крушение во время первого рейса, попав на скалы. Наконец, к этим пяти катастрофам 20 января 1854 г. прибавилась шестая, самая ужасная.
19 января только что спущенный на воду большой английский пароход «Тэйлор» водоизмещением в две тысячи тонн вышел из Ливерпуля, направляясь в Австралию. У него на борту находилось 70 человек экипажа и 458 человек пассажиров, среди которых было 116 женщин и 48 детей.
На другой день по выходе «Тэйлора» из порта задул норд-ост, который с каждым часом все больше усиливался и перешел, наконец, в жестокую бурю. Огромные волны, заливая палубу, яростно бросали пароход из стороны в сторону. Почти все пассажиры пластом лежали в своих каютах, страдая от морской болезни. Капитан, крепко держась за поручни мостика, беспокойно оглядывал черный горизонт.
Вдруг совсем неожиданно на подветренной стороне справа от корабля совсем близко показалась земля, — низкие серые скалы острова Лембея. Капитан сделал попытку обогнуть остров, но пароход не слушался руля — жестокий ветер гнал его прямо на скалы. Бросили два якоря. Но толстые цепи лопнули, как туго натянутые струны. Через три минуты корабль застонал, ударившись о подводные скалы, и лег набок. Волны еще свирепее накинулись на стальную тушу, нанося ей страшные удары.
Обезумевшие от ужаса пассажиры — мужчины и женщины с детьми на руках — полезли на палубу, судорожно цепляясь за каждый выступ. Но волны смывали их, как соринки.
В этом кораблекрушении из 528 человек погибло 290. Из 116 женщин спаслись только 3 — одна с двухлетним мальчиком.
Общественное мнение Англии было глубоко взволновано. Появились возмущенные статьи против железных кораблей. Правительство поручило морскому бюро в Ливерпуле расследовать причины гибели «Тэйлора».
Из допроса спасшегося штурмана — капитан погиб— выяснились следующие очень важные подробности. На пароходе было два компаса: один путевой на капитанском мостике перед рулевым, другой на палубе у фок-мачты[3]. В порту оба компаса давали одинаковые показания. Однако, уже на следующий день после выхода стрелки компасов стали расходиться на два румба. Было очевидно, что один из компасов врет. Капитан полагал, что ошибочные показания дает компас у фок-мачты. Поэтому пароход вели по путевому компасу. Основываясь на его показаниях, капитан был уверен, что «Тэйлор» идет посредине Южного канала и, следовательно, находится вдали от всяких берегов. В действительности же «Тэйлор» сильно уклонился вправо от истинного курса и наскочил на остров Лембей. В этом виноват был путевой компас.
Имелись веские основания думать, что и предшествующая гибель пяти железных пароходов была вызвана тоже неправильными показаниями их компасов. Несмотря на большую прочность железных судов сравнительно с деревянными, выходило, что они были гораздо опаснее деревянных, на которых компасы не врали.
Создавалось крайне тягостное положение. Число железных кораблей из-за их крупных преимуществ к середине XIX века стало значительным и с каждым годом все быстрее возрастало. Увеличивались также и размеры кораблей. И вдруг оказывалось, что, вопреки утверждению самоуверенного французского академика, магнитные компасы не обеспечивали правильного кораблевождения.
Доклад Скорсби, доктора богословия
Необходимо было во что бы то ни стало и как можно скорее разобраться в причинах ошибочных показаний компаса и устранить их. Этим и занялся очередной годичный съезд Британской ассоциации[4], происходивший в апреле 1854 г. в Ливерпуле.
Наиболее интересный и содержательный доклад был сделан Скорсби, доктором богословия и министром англиканской церкви. Скорсби умел ловко плавать не только на волнах человеческого невежества, поддерживаемого религией. Он был очень хорошо знаком и с мореходным делом, так как большую часть своей богатой приключениями жизни провел на океанах, плавая в качестве капитана как на парусных кораблях, так и на пароходах. Кроме того, он был прекрасным знатоком физики.
Скорсби утверждал, что причиной неправильных показаний компасов на железных кораблях служит магнетизм самих кораблей. Судовые корпуса намагничиваются еще на верфях во время постройки под действием ударов молота при склепывании железных листов.
В доказательство Скорсби проделал замечательный опыт, который впоследствии вошел в учебники физики. Поместив на стол по направлению меридиана ненамагниченный железный стержень, Скорсби несколько раз сильно ударил по нему молотком, и этого было достаточно, чтобы стержень намагнитился.
— Подобно ударам молота, действуют удары волн, — говорил Скорсби в своем докладе. — Точно так же влияют и ритмичные сотрясения корпуса при работе паровых машин, колебания гребного винта, удары лопастей пароходных колес. При этом магнитное состояние корабля не остается постоянным. Наоборот, оно с течением времени изменяется и притом в довольно широких пределах. Это опять мы можем подтвердить с помощью опыта.
Расположив намагниченный стержень поперек меридиана и ударив его несколько раз молотком, Скорсби показал, что стержень размагнитился.
— Таким образом в самой природе строительного материала — в железе — заключается причина неправильных показаний компасов. Можно ли с этой причиной бороться? — продолжал докладчик. — Несколько лет назад королевский астроном сэр Эйри, зная об ошибках компаса на железных судах, предложил помещать вблизи него постоянный магнит такого размера и такой силы, чтобы действие магнита на компас было равно и противоположно магнитному действию корабля. Тогда, как утверждает Эйри, компас будет давать совершенно правильные указания.
— Это блестящая и теоретически абсолютно правильная мысль, но, — тут Скорсби развел руками, — на практике дело, к сожалению, обстоит сложнее.
— Допустим, что, когда корабль стоял в гавани, его магнетизм был точно компенсирован (уравновешен) постоянным магнитом. Теперь представьте себе, что корабль отправился в рейс. От работы паровых машин, от ударов волн магнитная сила судна начинает изменяться, либо увеличиваясь, либо уменьшаясь. Понятно, что достигнутое в гавани равновесие магнитных сил корабля и постоянного магнита нарушится, и компас снова начнет врать. Так именно было с «Тэйлором».
— Что же делать? Где выход из создавшегося затруднения? — Скорсби остановился в замешательстве.
— Я полагаю, — закончил он, — что мы никогда не сможем добиться от магнитного компаса правильных показаний на железном или стальном судне. Поэтому, не отказываясь от компаса, мы должны изыскивать другие способы нахождения основных точек горизонта. Несомненно, с божьей помощью, — Скорсби не забывал своего церковного сана, — мы найдем выход. Но в данный момент я все же не вижу ничего такого, что могло бы заменить магнитный компас.
Скорсби не знал, что уже два года тому назад Леон Фуко докладывал Французской академии наук:
— Гироскоп обладает такими свойствами, которые делают возможным применить его вместо магнитного компаса. Для этого нужно только добиться непрерывного и очень быстрого вращения волчка и, быть может, внести некоторые дополнения в конструкцию всего аппарата.
Французские академики были далеки от интересов мореплавания и на важную мысль Фуко не обратили внимания.
Компасы окончательно теряют голову
Однако, решение задачи было получено лишь пятьдесят с лишним лет спустя.
Время шло. Железное кораблестроение все расширялось. В 1859 г. во Франции, в Тулоне, спускается на воду первый в мире броненосец «Глюар» длиною в 77
К концу XIX века как на гражданских, так и в особенности на военных кораблях появляется электричество. Сначала его применяют только для освещения, потом, по мере развития электромоторов, и для обслуживания различных механизмов.
Обстановка для работы компасов становится все более тяжелой и сложной. К влиянию огромных масс железа и стали присоединяется магнитное действие электрических токов.
Вопрос о правильном кораблевождении с помощью компаса с каждым десятилетием приобретает все большую остроту. Создается целая наука о поведении компаса — теория девиации[5], которая учит, как парализовать вредные влияния корабля на магнитную стрелку, но… слова Скорсби, сказанные на съезде Британской ассоциации еще в 1854 г.: «Мы никогда не сможем добиться от магнитного компаса правильных показаний на железном или стальном судне», по-прежнему остаются в силе.
Еще более тяжелые условия для магнитного компаса создаются на подводных лодках, опыты с которыми в течение всей второй половины прошлого столетия усиленно ведутся разными странами — Францией, Англией, Германией. В подводной лодке компас со всех сторон окружен железом и сталью, да кроме того действуют и электрические машины, по которым пробегают токи в тысячи ампер. Бедный компас окончательно теряет голову и начинает глупо тыкать своей стрелкой вместо севера на восток или на запад.
К 1910 г. стало ясно, что вместо магнитного компаса или по крайней мере в дополнение к нему нужно создать компас совершенно новой системы, ничего общего с магнетизмом не имеющий.
Вспомнили о гироскопе Фуко и об его замечательных свойствах, и ряд изобретателей в различных странах принимается конструировать гироскопические (волчковые) компасы.
Собственно говоря, о гироскопе как о приборе, который может заменить компас, неоднократно вспоминали и раньше. Сам Фуко размышлял над этой задачей, но для его времени она была неразрешима, так как не было средства, которое позволило бы на протяжении целых часов и даже дней непрерывно вращать волчок со скоростью многих тысяч оборотов в минуту. Не было достаточно прочного металла, который выдержал бы такую огромную скорость вращения, не разрываясь от действия чудовищной центробежной силы. Не было подходящих подшипников, которые сводили бы трение к ничтожной величине.
Все это появилось лишь в начале XX столетия — асинхронные (индукционные) электромоторы, высококачественные сорта стали, шариковые подшипники, — и задача превращения гироскопа в компас, получивший название гирокомпаса, после долгих усилий многих исследователей и изобретателей была, наконец, разрешена.
Как Аншютц и Сперри превратили волчок в компас
Первый подлинный гирокомпас появился в 1908 г. в Германии, которая в ту эпоху стремительно развивала свой торговый и военный флот, мечтая о завоевании новых колоний и о мировом господстве. Создателем гирокомпаса был физик Аншютц, долго изучавший работы над волчком Леона Фуко, Вильяма Томсона, Феппеля и др.
Идея устройства гирокомпаса Аншютца очень проста. Волчок с горизонтальной осью установлен на поплавке, к которому внизу для устойчивости прикреплен груз. Поплавок свободно плавает на поверхности жидкости. Если волчок привести в очень быстрое вращение, достигающее пяти и более тысяч оборотов в минуту, то такой аппарат тонко «чувствует» направление географического меридиана и сам собою устанавливается так, что один конец оси волчка направляется точно к северу, другой к югу.
Что же заставляет волчок располагаться по меридиану? Сама Земля.
Поделиться книгой: