РАЗВИТИЕ КОРАБЛЕВОЖДЕНИЯ В РОССИИ В ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЕ XVIII века
§ 4. Основные мореходные инструменты
К основным мореходным инструментам, обеспечивающим кораблевождение в первой половине XVIII столетия, относились магнитный компас, лаг, лот, склянки, градшток, квадрант Дэвиса, астролябия, ноктурнал.
Магнитный компас был основным курсоуказателем. Чувствительным элементом магнитного компаса являлась стальная намагниченная стрелка, изготовленная в виде заостренной к концам пластины длиной 100—125 мм, шириной 7—10 мм и толщиной 1—2 мм. Иногда магнитная стрелка изготовлялась в виде вытянутого ромба из железного листа или проволоки. Считалось более предпочтительным иметь стрелку в виде пластины, так как предполагалось, что в случае ржавления металла в последней направление магнитной оси остается более стабильным, чем в ромбовидной. Позднее начинают изготавливать компасы с кованой стрелкой. К магнитной стрелке сверху приклеивалась картушка, изготовленная из бумаги. Картушка представляла собой круг, разделенный на 32 румба, по внешней окружности ее наносилась разбивка на 360 градусов в четвертном счете. Разбивка картушки на румбы и градусы, как правило, делалась типографским способом, иногда чертилась вручную.
Снизу, в центре тяжести картушки, к магнитной стрелке была прикреплена медная шляпка с выточенной снизу выемкой. Этой выемкой стрелка опиралась на шпильку, установленную в центре дна ящичка, сверху ящичек покрывался стеклом и с помощью карданова подвеса устанавливался во внешнем ящичке. Металлические детали этого-устройства изготавливались из меди.
Все морские компасы выдавались на корабли с началом навигация, в конце-навигации возвращались компасному мастеру в Адмиралтейство.
Перед выдачей компасов на корабли компасный мастер должен был намагнитить компасные стрелки с помощью магнитов и следить «чтобы иглы, на чем компас вертится, были остры и крепки и не скоро смалывались». О том, как строго Петр I требовал сохранения порядка и организации в хранении и эксплуатации компасов от командиров кораблей и служащих Адмиралтейства говорит сле дующая запись в делах Адмиралтейства от 18 сентября 1718г.: «Словесно определено о компасах, дабы по прошествии кампании компасы с кораблей принимать в Адмиралтейство и исправлять и при наступлении весны отдавать корабельным капитанам самим с пробою через иглу, и чтоб каждый капитан писался, что компасы принял верные».
По своему назначению магнитные компасы подразделялись на путевые, или корабельные, и пель-компасы.
Путевые компасы предназначались для удержания корабля на курсе, устанавливались они на специальной подставке — «нахтоусе» у румпельного колеса (штурвала) так, чтобы рулевой, стоящий у штурвала, мог видеть курс по компасу. Пель-компасы служили для пеленгования береговых ориентиров и светил, определения направлений на другие объекты и измерения угла дрейфа.
В отличие от путевого компаса пель-компас был переносным, устанавливался на временной подставке на открытой части палубы. Для пеленгования он имел специальные мишени и под стеклом нить, перпендикулярную линии мишеней. Пеленгование производилось двумя наблюдателями: первый наводил створ мишеней на пеленгуемый ориентир, вращая пель-компас, второй снимал отсчет по картушке. Полученный отсчет необходимо было исправить дополнением ±90°, чтобы получить компасный пеленг на наблюдаемый объект. Точность работы компасов и пеленгования была невысокой, погрешность на качке могла достигать 10—15°.
В отчете полковника Любераса в 1726 г. о производстве съемок на Финском заливе было отмечено, что в компасах «такая великая конфузил и несходство нашлось, что многократно компасы между собой от 5 до 7 градусов дифференцию имели».
Повелением Адмиралтейств-коллегий от 27 мая 1721 г. создается первая в России мастерская по производству мореходных инструментов. В именном «Его Величества» указе говорится: «..: при Адмиралтействе подле каналу, что к Новой Голландии ... инструментальную построить самым добрым и чистым мастерством. Оное строение зачать строить июля первого числа сего 721 году и достроить в надлежащую и чистую отделку к будущему 722 году в половине лета».Русские мастеровые вскоре освоили все особенности производства ком пасов и не нуждались в опеке. Это следует из обращения голландского компасного мастера Питера Форма в Адмиралтейств-кол л егию в 1726 г. с просьбой об отпуске его со службы, где он обосновывает свою просьбу тем, что «компасное и часовое дело может править подмастерье Афанасий Шелкунов».
Адмиралтейств-коллегия обсудила заявление П. Форма и приняла решение: «... оному подмастерью Шелкунову для лучшего свидетельства его работы самому выполнить образцовых два компаса и объявить коллегии».
С июля по декабрь 1726 г. Шелкунов самостоятельно сделал два компаса, которые были признаны Адмиралтейств-коллегией «достойными».
С декабря 1726 г. компасным делом в России стал руководить первый отечественный компасных и часовых дел мастер Афанасий Шелкунов.
Созданная в 1722 г. инструментальная мастерская занималась изготовлением компасов и песочных часов и производила некоторые геодезические инструменты. Так, в 1731 г. Адмиралтейство, по требованию Сената, отправляет в Москву для обеспечения проводившихся в стране топографических работ «... феодолитов четыре, готовален с инструментами шесть, в том числе без футляров одна, цепей мерительных шесть... ».
По тем временам это была большая продукция, если учесть штат мастерской. В 1732 г. по штатам инструментальной мастерской полагалось иметь мастера, четырех подмастерьев и шесть учеников.
Для измерения скорости корабля использовался ручной лаг (рис. 4), состоящий из сектора, лаглиня и вьюшки. За борт корабля сбрасывался сектор, имитирующий неподвижную на воде точку. К сектору крепился линь, который стравливался при движении корабля. По длине стравленного линя за определенный промежуток времени судили о скорости корабля.
Сектор ручного лага делался деревянным и представлял собой равносторонний треугольник высотой 18—20 см. К нижней или короткой его стороне набивали свинцовую полосу с расчетом, чтобы сектор погрузился почти весь в воду, а его плоскость совпадала с линией отвеса. Лаглинь к сектору крепился так, чтобы плоскость сектора находилась в воде в вертикальном положении. Для лаглиня использовался белый трехпрядный дюймовый линь, предварительно вымоченный и растянутый, чтобы после разбивки расстояние между марками не менялось. Разбивку лаглиня начинали от сектора в расстоянии одной длины корабля. Брошенный за корму сектор подвергался воздействию кильватерной струи. Предполагалось, что в расстоянии длины корабля за кормой сектор остается неподвижным.
Для измерения промежутка времени при определении скорости ручным лагом пользовались полминутными песочными склянками (1/120 часа). Для определения скорости хода в узлах разметку линя необходимо было делать через 1/120 морской мили, т. е. через 50,7 футов или 15,43 м. При такой разметке лаглиня оказалось, что лаг измерял скорость меньше фактической, потому что сектор не являлся неподвижной точкой. Практически в зависимости от типа корабля и его скорости узловые метки наносились через 49 футов, а иногда — через 48.
Для измерения скорости хода ручным лагом назначали четырех человек: двух на вьюшку, одного на лаг, одного со склянкой. Вьюшка выносилась на ют, матросы становились лицом к корме с подветренной стороны в 1—2 м от гакоборта. Вьюшку держали поднятой на руках с расчетом, чтобы при сматывании с нее лаглинь не касался гакоборта. Назначенный на лаг матрос, набрав с вьюшки необходимую бухту лаглиня, бросал ее вместе с сектором за борт. Лаглинь рекомендовалось пропускать через руки, регулируя скорость сматывания с вьюшки и стараясь не допускать дергания на качке. Когда через руку матроса проходил флагдух, он подавал команду «поворачивай». По этой команде назначенный матрос поворачивал склянку пустой половиной вниз. В момент пересыпания песка в нижнюю половину он подавал команду «стоп». По этой команде бросавший лаг задерживал лаглинь и определял ближайшую к его руке марку, показывающую скорость хода корабля, затем, резко дернув за лаглинь, выдергивал клевант из сектора и выбирал лаг на борт. После нескольких измерений скорости лаглинь снимали и просушивали, на вьюшку наматывали другой сухой лаглинь. При постановке на якорь все лаглини просушивали и проверяли их маркировку. Ошибка измерения скорости корабля таким лагом равнялась 10—20% от скорости хода. .Величина ее зависела от правильности разметки линя на узлы, точности склянки и состояния погоды.
Склянки также периодически проверялись. Для проверки использовался маятник на неподвижном основании. Маятником служила мушкетная пуля, подвешенная на шелковой нитке: Длина маятника от точки подвеса до центра тяжести пули равнялась 235 мм, один период колебаний такого маятника принимался равным одной секунде. Такой способ проверки песочных часов был недостаточно точен.
Сама конструкция песочных часов имела ряд недостатков. «Ход» часов зависел от величины крупиц песка и их формы, их взаимного расположения и действия дополнительных ускорений, влияющих на пересыпание песка, и пр. Насколько мала была точность показаний песочных часов, видно из статьи прапорщика Карандышева («Морской сборник», 1859, № 7): «На соседнем корабле раздавался дружный хор свистков вслед за звоном восьмой склянки, возвещавшей вахте того судна благодетельный отдых, между тем как у нас на судне еще не думала истечь седьмая склянка».
Изготовление песочных часов для кораблей производилось в инструментальной мастерской и возлагалось на компасных мастеров что было специально оговорено в Морском уставе Петра I.
Астролябия (рис. 2)—это астрономический угломерный инструмент, позволяющий измерять высоты светил, известна с древ-1 них времен, на кораблях нашла широкое применение после ее усовершенствования в конце XV столетия.
Астролябия представляла собой металлический диск диаметром 15—18 см и толщиной около 0,5 см с кольцом для подвешивания. С целью большей устойчивости в подвешенном состоянии вес астролябии был достаточно большим, он составлял 4—5 кг. Относительно линии подвеса на круге была нанесена вертикальная линия и перпендикулярная ей линия горизонта, в верхнем левом и нижнем правом секторе наносилась шкала высот в градусах. В центре круга закреплена алидада — металлическая линейка с визирной линией посередине по всей ее длине. На концах визирной линии имелись стойки для установки диоптров. Сами диоптры были с небольшими отверстиями, через которые визировались Солнце или звезда. Для измерения высоты светила необходимо было иметь трех наблюдателей: один держал астролябию, подвесив ее за кольцо, второй наводил алидаду на светило, визируя его через отверстия диоптров, третий снимал отсчеты высоты по шкале.
На точность измерения высоты светила влияли качка корабля, колебание астролябии от ветра и прикосновения рук. Ошибка измеренной высоты могла быть больше одного градуса. Градшток — астрономический угломерный инструмент, позволяющий измерять высоты светил, на кораблях использовался .е конца XV столетия: уже Христофор Колумб и Васко де Гама во время своих плаваний пользовались этим инструментом. На суше градшток астрономы использовали с древнейших времен.
Градшток представлял собой деревянный четырехгранный шток, на который перпендикулярно надевался второй шток-реек. Реек мог свободно перемещаться по штоку.
Величина измеряемого угла определялась отношением катетов прямоугольного треугольника СЕ А (рис. 3). На одной из граней штока наносилась шкала значений измеренного угла, соответствующего данному положению рейка. Для расширения пределов измеряемых углов каждому градштоку придавались три-четыре рейка разной длины.
При измерении высоты светила наблюдатель перемещал реек вдоль штока до тех пор, пока нижняя визирная линия конец штока — конец рейка не располагалась параллельно линии горизонта, а верхняя— была бы направлена на светило.
В сравнении с астролябией градшток был более совершенным инструментом.
Известный английский мореплаватель Джон Дэвис, по имени которого назван пролив, соединяющий Атлантический океан с Баффиновым морем, усовершенствовал градшток, который получил название квадранта Дэвиса.
В квадранте Дэвиса к верхней грани штока СЕ (рис. 4) крепился сектор малого радиуса FG с дугой 60—65°, к нижней грани— сектор большого радиуса с дугой 30—25° (сумма углов составляла 90°, общий центр секторов располагался в точке С). На сектор малого радиуса устанавливался предметный диоптр В с отверстием, на секторе большого радиуса — глазной диоптр А. Оба диоптра могли перемещаться по своему сектору. На конце штока в точке С крепился центральный диоптр с прорезью посередине. При измерении высоты Солнца наблюдатель становился к нему спиной, визировал "через глазной и центральный диоптры горизонт (уровень моря), держа квадрант в левой руке и перемещая по сектору правой рукой глазной диоптр. Затем, перемещая предметный диоптр, добивался, чтобы светящаяся точка (луч Солнца через отверстие диоптра), видимая у прорези центрального диоптра, также оказалась на линии горизонта. Высота Солнца равнялась числу градусов дуг АЕ и FB.
При уменьшении прозрачности атмосферы границы светящейся точки определялись с затруднением, что снижало возможности использования квадранта. Для более четкого и яркого изображения Солнца на предметном диоптре стали устанавливать двояковыпуклую линзу. Несколько усовершенствовали и центральный диоптр, делая его пластину из слоновой кости и поместив в прорезь ее прицельную нить из проволоки.
Квадрант Дэвиса был более прогрессивен в сравнении с градштоком, однако им нельзя было измерить высоты звезд.
Ноктурнал (рис. 5)—астрономический прибор, предназначенный для определения местного времени по взаимному расположению Полярной звезды и звезд а и р Большой Медведицы. Использовался штурманами со второй половины XV века.
Прибор представлял собой два концентрических диска, к общему центру которых крепилась линейка, вращающаяся на той же оси, что и диски. По центру оси было просверлено отверстие. Внешний диск имел рукоятку и был разделен на 365 равных частей по числу дней в году, внутренний — на 24 части по числу часов в сутках, у отметки 12 часов имелся указатель.
Для определения местного времени внутренний диск разворачивался так, чтобы указатель совпал с днем, когда производится наблюдение. Затем наблюдатель, держа ноктурнал в левой руке перпендикулярно визирному лучу, визировал Полярную звезду через отверстие по центру дисков, правой устанавливал линейку параллельно линии, соединяющей Полярную со звездами ? и ? Большой Медведицы. Местное время отсчитывалось по шкале внутреннего диска относительно кромки линейки. Точность измерения времени около четверти часа.
