История маяков

Втр, 03/25/2014 - 20:10

Как светить? Источники света для маяков



На верхнем фото линза Френеля старого оптического аппарата.

Ильинский (Феодосийский) маяк

Херсонесский маяк.


Культовое сооружение находится возле Алушты, в селе Малореченское, на обрыве. Храм Святого Николая Мирликийского посвящен тем, кто погиб на воде, и путешественникам. Высота двухпрестольного храма с верхним и нижним уровнями составляет, по разным сведениям, 54 — 65 метров. Вместо традиционного купола церковь венчает золотой крест, под которым шар — символ Земли. Именно в шаре и устроен маяк для морских судов.
В декоративном обрамлении использована морская тематика

Дальность видимости маячного огня зависит не только от возвышения его над уровнем моря и яркости источника света, но и оттого, в какой мере свет направлен в желаемую сторону. Во времена, когда на маяках жгли костры, говорить о направленном излучении было бесполезно. На небольшой площадке навершия, где располагалась жаровня с углем или дровами, сфокусировать огонь костра практически невозможно. Поэтому сообщения Плутарха (46-120 н.э.) о фокусировке пламени Александрийского маяка полированными бронзовыми зеркалами и линзами из прозрачного камня вызывают сомнения. Однако попытки реализовать заманчивую идею предпринимались не раз. Пионерами в этом деле оказались французы, а испытательным полигоном на долгие годы стал Кордуанский маяк (открыл освещение в 1611 году), установленный на осыхающей скале посредине эстуария реки Жиронд в четырех милях к SW от мыса Тер-Негр. Там в 1727 году впервые над угольным костром подвесили широкий конус из полированной жести, вершиной обращенный к огню. По замыслу изобретателей, приспособление должно было отражать световые лучи в горизонтальном направлении, увеличивая яркость огня. Но желаемого эффекта получить не удалось: поверхность конуса быстро покрывалась сажей. Однако идея продолжала витать в умах — и ее реализовали, практически одновременно, в Англии, Франции и России. Отражательные приборы стали называть рефлекторами. Их изготавливали из деревянных или жестяных шаровых сегментов диаметром от 0,5 до 3,5 метров, покрывая внутреннюю поверхность мелкими кусочками посеребренного стекла (зеркалами). На оптической оси поставленного на ребро рефлектора размещали плошку с маслом так, чтобы середина пламени находилась в фокусе отражателя. Потом вместо плошек стали использовать рожковые лампы, а чтобы не заслонять свет, резервуар с маслом убрали за рефлектор. Новый способ освещения, названный катоптрическим, быстро внедрили во многих европейских столицах для уличного освещения. В маячном деле его испробовали в 1780 году французы на все том же Кордуанском маяке. На вертикальной стойке установили полусферические отражатели с лампами. Однако с первых же опытов стало ясно: то, что годится для освещения улиц, не подходит для маячного дела. Рефлекторы большую часть света рассеивали впустую, а плоские светильни, даже с тремя фитилями, давали больше копоти, чем огня.

Идея швейцарского ученого Эмме Арганда, реализованная в 1782 году, оказалась невероятно простой. В обычной лампе он заменил плоский фитиль трубчатым. Благодаря большому притоку воздуха (с внутренней и наружной сторон) на торце полого фитиля горело яркое, устойчивое и компактное пламя. Мощность светового излучения легко варьировалась вводом в зону горения дополнительных (от трех до восьми) коаксиально расположенных на головке лампы фитилей. Успешно работали лампы Арганда и на газе. Для этого использовали согнутую в кольцо трубку с равномерно просверленными отверстиями.
Сферические рефлекторы заменили параболическими отражателями из листовой меди с посеребренной и тщательно отполированной внутренней поверхностью. Нашлась и светлая голова — французский инженер Тейлер, объединивший в одно устройство лампу Арганда и параболический отражатель. Такие устройства появились в 1783 году и получили название фотофоров. В 1790 году двенадцать фотофоров диаметром по 812 мм установили на Кордуанском маяке. Их разместили на стойке по кругу (через 1200) тремя вертикальными группами по четыре фотофора в каждой. Вся конструкция приводилась во вращение шестеренчатым механизмом. Так впервые получили проблесковый огонь. Для кругового освещения фотофоры располагали в шахматном порядке, равномерно распределяя по окружности ярусами. В этом случае при вращении получался непрерывный кольцевой сноп света. Катоптрический способ освещения оказался весьма удачным и в кратчайшие сроки был внедрен на большинстве маяков мира. В России его впервые применил на Кокшхерском маяке (остров Кери на входе в Таллиннский залив, Балтийское море) в ноябре 1803 года основатель маячного дела Леонтий Васильевич Спафарьев. Но фотофоры по-прежнему сильно рассеивали свет, и многочисленные попытки исправить дело, сочетая сферическую и параболическую поверхности, существенных результатов не давали, а посеребренные поверхности от паров керосина и высокой температуры быстро тускнели. Обслуживать фотофоры, особенно во время долгих зимних ночей, было делом утомительным, и вновь зазвучали призывы смелее внедрять на маяках электричество.

Но в 1885 году двадцатисемилетний венский физик Ауэр фон Вельсбах изобрел и запатентовал газокалильную сетку («ауэровский колпачок»), многократно усиливающую яркость пламени за счет свечения при высоких температурах солей редкоземельных элементов тория и церия. Газокалильная сетка оказалась применима не только в газовых рожках, но и отлично сочеталась с керосиновым пламенем. Достоинства керосинокалильных горелок сразу оценили специалисты: «…свет керосинокалильного огня, — читаем в одном из отчетов, — отличается от пламени обыкновенной горелки интенсивною, ровною яркостью; он чисто белый, кажущийся вечером голубоватым и приятным для глаз. Помимо достоинств самого огня, керосинокалильное освещение дешево в устройстве, отличается прочной конструкцией механизмов, легкостью замены частей, простотой ухода и дешевизной эксплуатации. Горелки безопасны в пожарном отношении и являются одной из лучших систем маячного освещения». Ауэровские колпачки произвели переворот в маячном деле. Керосинокалильными установками в кратчайшие сроки оснастили все маяки передовых морских держав, надолго похоронив идею внедрения электричества. Правда, теперь вахтенный в фонарном сооружении надевал темные очки «консервы» для защиты глаз от яркого света.

О том, что свет выходит из плосковыпуклой линзы параллельным пучком, было известно давно. Однако воспользоваться этим для маячного огня не представлялось возможным — размер линзы получался настолько большим, а вес настолько великим, что ни изготовить, ни установить ее на маяке было нельзя. К тому же в такой массивной линзе, даже при идеально однородной отливке, потери на поглощение света были бы недопустимо велики. Но сама идея была хороша, и многие ученые искали пути ее реализации. Первым в 1748 году нащупал верную тропинку далекий от забот маячного освещения сорокалетний французский ученый-натуралист Жорж Бюффон. Руководствуясь принципом: «природа всегда рациональна», он пришел к выводу, что оптические свойства плоско-выпуклой линзы не пострадают, если из нее убрать всю ненужную массу стекла, оставив на выпуклой внутренней поверхности прямоугольные кольцевые концентрические уступы, а в центре тонкую чечевицу. Затем Бюффон параллельным переносом совместил плоскости выступов, перпендикулярные оптической оси линзы, с плоскостью центральной чечевицы — и получил плоскую полизональную линзу. Но до практической реализации свою идею не довел, углубившись в разработку «Естественной истории», принесшей ему мировую известность. Блестяще это сделал французский физик Августин Френель. В конце 1815 года талантливый двадцатисемилетний выпускник парижской инженерной «Школы мостов и дорог» случайно услышал о поляризации света и буквально «заболел» оптикой. За короткий срок он существенно расширил и дополнил знания в этой малоизвестной области, а в 1818 году, по ходатайству профессора Политехнической школы Доминика Франсуа Араго, стал секретарем комиссии маяков. Как специалисту-оптику, Августину поручили «производство опытов и изыскание лучших способов освещения маяков».

Не слыхавший о разработках Бюффона, Френель после упорных поисков тоже пришел к идее полизональной линзы. Тщательно рассчитав погибь поверхности центральной чечевицы, число концентрических колец, форму и размеры их выступов, он создал приемлемые для изготовления плоские полизональные пластины (филенки) и объединил их металлическим каркасом в восьмигранный цилиндр. Установив внутри цилиндра, в фокусе всех центральных чечевиц, лампу Арганда, Френель получил первый диоптрический светооптический аппарат, посылавший восемь направленных пучков света. Рассматривая свое детище, ученый понял: если начать вращать аппарат вокруг вертикальной оси, то световые пучки последовательно пройдут через все точки горизонта, оставляя затемненными угловые секторы (450) на стыках пластин. Подобрав подходящую скорость вращения, Френель получил отчетливо видимый проблесковый огонь. Первый вращающийся диоптрический светооптический аппарат был опробован 23 июля 1823 года на Кордуанском маяке. Эффект оказался чрезвычайным. Аппараты Френеля с невероятной быстротой стали устанавливать на маяках.

В России по инициативе Директора Балтийских маяков Леонтия Васильевича Спафарьева в январе 1827 года новшество продемонстрировали членам Адмиралтейского Департамента. Адмиралы признали френелевские аппараты заслуживающими установки на российских маяках. Но чиновники, от которых зависело внедрение, аппарат, изготовленный по французским лекалам на Петербургском стекольном заводе, приказали разобрать и отправить в Ревель на склады Дирекции маяков, где он и пылился долгие годы «без всякого дальнейшего употребления». В 1846 году, когда в Европе было уже 210 маяков, оснащенных аппаратами Френеля, Морское Министерство получило предложение от парижского фабриканта оснастить российские маяки новыми системами. После годичного блуждания по кабинетам бумага упокоилась в архиве, а из канцелярии Морского ведомства французам отписали: «… в настоящее время русское адмиралтейство не имеет намерения ни строить новых маяков, ни изменять в них существующие системы». Потребовалось еще десять лет, чтобы, преодолев флотскую рутину, новшество, наконец, появилось и у нас. Первый френелевский осветительный аппарат был установлен и опробован на Кокшхерском маяке в ночь с 15 на 16 мая 1858 года. Вот как об этих испытаниях докладывал в Гидрографический департамент Директор Балтийских маяков генерал-лейтенант Корпуса флотских штурманов Бернгард Васильевич Врангель: «Тотчас по захождении солнца, 15 мая в 8 часов 52 минуты вечера, зажгли лампы временного Кокшхерского маяка с 13 рефлекторами в два ряда и лампу внутри френелевских рефлекторов. До двух миль от маяка, оба огня казались одинаковыми, но огонь Френеля был гораздо больше и имел вид огненного цилиндра значительной вышины. Далее двух миль, огонь Френеля стал значительно выигрывать и, наконец, установилось содержание рефлекторов к френелевому аппарату, как 1:3. Проходив в виду маяка с разных его сторон и убедясь, что свет везде одинаков, я в 2 часа по полуночи 16 числа возвратился на Кокшхер, погасил лампы отражательной системы и тем открыл, с 15 сего мая, освещение Кокшхерского маяка по способу Френеля, надеясь уже не прерывать этого освещения» (Стиль и орфография подлинника — С.А.)

На Черном море первый френелевский аппарат установили в 1862 году на маяке острова Змеиный (северо-западная часть Черного моря, в 19 милях от дельты Дуная). На северных и дальневосточных морях новинка появилась много позже. Например, в приемном акте Зимнегорского маяка (северо-восточный входной мыс Двинского залива, Белое море) сообщалось: «... действие осветительного диоптрического светооптического аппарата, освещавшегося керосином, найдено правильным и открыто 1 августа 1878 года». На Дальнем Востоке первый френелевский аппарат установили лишь в 1886 году на маяке Речной (устье реки Суйфун, Амурский залив, Японское море).
Долго приглядывались к новшеству и консервативные англичане. Они устанавливали френелевские аппараты на свои маяки лишь по мере ветшания проверенных временем параболических отражателей. Даже в 1862 году, когда новшество стало общепризнанным, старшины «Trinity House» упорствовали: «…рефлекторы, содержимые в порядке, во многих случаях не уступают френелевским аппаратам и при хорошем присмотре и чистке рефлекторов некоторые вертящиеся катоптрические маяки Англии не уступают такого же рода диоптрическим французским…».

Что же до самого Френеля, то он с первых же опытов понял, что в таком виде через линзы проходит лишь третья часть света, и решил установить сверху цилиндра плоские отражательные зеркала, а снизу горизонтальные стеклянные кольца, треугольного сечения. Аппараты, сочетающие преломление и отражение света, назвали катодиоптрическими. Преимущество их было несомненным. Требовалась лишь доводка до практически пригодных образцов. Но судьбе было угодно прервать блестяще начатые опыты. Отлаживая свои осветительные приборы, Френелю подолгу приходилось жить на маяках, где сырость — явление обычное. От рождения слабый здоровьем Августин заболел чахоткой. Тяжело больного Френеля перевезли в курортное местечко Билль д’Авре под Парижем, где талантливый изобретатель скончался 14 июля 1827 года, в возрасте 39 лет…

Дело Августина Френеля продолжил его брат Леонард, но наибольших успехов добился английский инженер Томас Стивенсон, дед знаменитого писателя. Установив сверху и снизу призмы Френеля конусообразные секторные стеклянные чечевицы, концентричные кольцам полизональной филенки, он получил проблесковый аппарат, в котором ни один луч не пропадал зря. Такой аппарат из отдельных круглых катодиоптрических колец и круглой же центральной полизональной линзы давал непрерывный круговой луч, хорошо видимый на большом удалении. Эта конструкция практически без изменений сохранилась и в нынешних осветительных аппаратах.

Позаботился Стивенсон и о маяках, которые должны показывать один проблеск или давать свет в строго определенном направлении. Для этого он создал олофатальный (от сочетания греческих слов «весь свет») оптический аппарат. В нем полизональная филенка Френеля, полусферический и параболический отражатели располагались так, что, имея общий световой фокус, собирали лучи со всей светящейся поверхности пламени (а не только с передней, как у Френеля) и выпускали их из аппарата ярким направленным параллельным пучком света.

Первый олофатальный аппарат Стивенсона был установлен в 1849 году на маяке Питерхед (Северное море). Но аппарат был сложен по конструкции и хрупок в обращении. Эти недостатки новатор устранил, заменив сферическое зеркало призмами, расположенными по поверхности полушара, а к полизональной линзе добавил преломляющие (треугольные в сечении) кольца, с разными углами наклона к оптической оси.

Вскоре стало ясно: световой импульс тем сильнее, чем меньше филенок в проблесковом аппарате и чем быстрее и равномернее он вращается. Эти важные наблюдения учел инженер французского маячного управления Эмиль Бурделль, создав проблесковый аппарат из двух чечевиц большого преломления с фокусным расстоянием 0,6 метра. Источником света служила керосинокалильная горелка. Вся арматура (включая баллоны с воздухом и керосином) монтировалась на металлическом ободе, соединяющем чечевицы. Стеклянные чечевицы (диаметром 2,285 метра), схваченные бандажом, надежно крепились на четырех уголковых опорах круглого поплавка, погруженного в кольцевую ванну, заполненную ртутью. Так, благодаря малому трению, были достигнуты желаемые плавность и скорость вращения. После сборки конструкция винтовым домкратом, одновременно служившим центральной опорой, поднималась на нужную высоту и закреплялась четырьмя откидными чугунными колоннами, упиравшимися в массивное основание. По приставной лестнице служитель мог в любое время (даже при вращении) попасть внутрь чечевиц для совершения всех необходимых операций по поддержанию огня. Во вращение аппарат приводился шестеренчатым механизмом наподобие часов с гирями. Груз с заранее подобранным весом плавно опускался на тросе, сматываемом с барабана приводного механизма. Скорость вращения регулировалась тормозными колодками. Раз в год аппарат опускали на землю, сливали ртуть, чистили чашу и поплавок. Ртуть фильтровали, а оптику полировали специальной пастой и мыли винным спиртом.

Проблесковыми аппаратами с ртутными поплавками начали повсеместно оснащать маяки. В России первый олофатальный аппарат первого разряда установили в 1861 году на Херсонесском маяке. В извещении мореплавателям Гидрографический департамент сообщал: «…на юго-западном берегу Таврического полуострова на мысе Херсонес, вместо прежнего вертящегося катоптрического аппарата поставлен новый, вертящейся же, катодиоптрический, олофатальный аппарат 1-го разряда. Белый огонь виден между румбами NO 650 через N, W и S до SO 350 22΄ и является каждую минуту в виде сильного проблеска».

Другие материалы рубрики


  • 11 ноября 1774 г. российский посланник в Лондоне А.С. Мусин-Пушкин направил Первоприсутствующему в Коллегии иностранных дел Российской империи графу Н.И. Панину следующее послание: «Сиятельнейший граф, милостивейший государь! Вчера полученные здесь из Америки письма подтверждают доказательнейшим образом сколь твердое, столь и единогласное почти тамошних жителей намерение не повиноваться никаким таким повелениям, кои хотя бы мало клонились к утверждению над ними права здешнего законодательства; формально отказывают они ген. Гендже не только все для войск под командою его самонужнейшие надобности, но и самых простых работников, потребных для строения казарм. Генеральным в Филадельфии конгрессом решено уже не вывозить сюда никаких американских товаров, а здешних тамо не принимать. Город же Бостон, со всех сторон запертый, снабдевать достаточно всем потребным.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Двухступенчатый процесс производства стали, когда сначала мы из руды получаем чугун, а потом из чугуна выплавляем сталь, при всех своих достоинствах обладает рядом серьезных недостатков. Ведь что мы делаем. Сначала, как и в сыродутном процессе, восстанавливаем из руды железо. И тут же в доменной печи начинаем нашпиговывать его нужными и ненужными примесями. Углерод, марганец, кремний и абсолютно нежелательные сера и фосфор. Затем в сталеплавильном цехе принимаемся все эти примеси выжигать кислородом. Опять же и нужные, и ненужные. Полупродукт, который льется из конвертера или мартеновской печи — это пока еще не сталь. В нем нет нужных элементов, зато в избытке растворенного в металле кислорода. Сталь, говорят сталевары, надо раскислить. Забрать из металла лишний кислород, а заодно и добавить необходимые легирующие элементы. И вот тут-то сталеплавильщикам и приходится считаться с недостатками традиционной металлургии.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Прежде чем говорить об эффигиях, надо знать, что это такое. Эффигия (от лат. Effigies) — это скульптурное надгробие, т.е. изображение усопшего, выполненное из камня, дерева или металла. В средние века такие изображения выполнялись в лежащем, коленопреклоненном или стоящем виде и помещались над местом захоронения рыцарей либо представителей знати. Нередки были и парные эффигии — т.е. фигуры мужа и жены, а также совершенно плоские изображения, сделанные на медных либо бронзовых листах и наложенные на каменную надгробную плиту. Очень часто фигуры изображались со скрещенными руками или соединенными в молитве ладонями и с ногами, покоящимися на фигуре льва или собаки.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • В отделении Берлинского музея, посвященном древнеегипетской культуре, как величайшее сокровище хранится одинокая зеленоватая бусина, диаметром около 9 мм. Невзрачная с виду, она действительно является очень ценным музейным экспонатом. Это — древнейшее известное современным ученым изделие из стекла. Предполагают, что она была изготовлена около 5500 лет назад.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • В сентябре этого года были объявлены итоги международного конкурса под названием
    Land Art Generator Initiative, в котором приняли участие проекты, включающие в себя объединение решений новой энергетики с достижениями на дизайнерском поприще. В число финалистов конкурса вошёл интересный проект, созданный американским дизайнером Абдулазизом Халили и его группой Khalili Engineers под названием The Pipe (от англ.труба). Это инновационный опреснитель воды, осуществляющий работу при помощи солнечных батарей



  • ...28 мая - ровно через год после кульминации восхождения с Ламбером - Тенцинг и Хиллари начинают свой бросок к вершине. Их задача существенно легче, чем у Эванса и Бурдиллона: до отметки 8500 метров их сопровождают Лоу, английский альпинист Фредди Грегори и шерп Анг Ньима, которые несут кислородные баллоны, палатку и продукты. На этой высоте разбивают самый высотный из всех существовавших прежде альпинистских лагерей, и Хиллари с Тенцингом остаются вдвоем. Переночевав, в 6 часов 30 минут утра 29 мая они выходят на последний штурм. Единственный груз - 14-килограммовые кислородные аппараты. В девять часов утра альпинисты достигают Южной вершины, и до цели остается лишь сотня метров. Последнее препятствие - 12-метровая скальная стенка, - и только пологий снежный откос отделяет их от самого высокого места на Земле...

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • В США программистами была разработана уникальная система искусственного интеллекта, обладающая способностью разрабатывать сценарии для компьютерных игр.



  • Создание первого глобуса было отмечено ещё около 150 г. до н. э. греческим философом Кратеcом Малльским. Но ни модель, ни её изображение не дошли до нашей дней.
    Второй раз уменьшенную копию нашей планеты изобрёл в 1492 году немецкий учёный Мартин Бехайм. Глобус получил название «Земное яблоко» и был создан с помощью натягивания кожи телёнка на металлический каркас диаметром около половины метра. На нём отсутствовали данные о половине мира, так как Америку к тому времени ещё не открыли. Глобус не имел указаний долготы и широты, но на нём присутствовало неполное описание известных стран. Также на копии планеты можно было найти отметки меридиан. Сейчас этот глобус находится в музее Нюрнберга.



  • Появление в мире нейл-дизайна моды на покрытие ногтя гель лаками случилось не так много лет назад, но стало настоящей революцией в техниках маникюра, предоставив достойную альтернативу обычному покрытию эмалью.



  • ...К моменту создания службы скорой помощи Дарья Диевна была уже хорошо известна харьковчанам своей просветительской и благотворительной деятельностью: по ее инициативе была создана женская гимназия. Для сбора средств для скорой помощи Оболенская предложила проводить массовую благотворительную акцию под названием “День лилового цветка”. К этому празднику члены Дамского комитета организовывали изготовление искусственных фиалок. Согласно народному поверью этот цветок ассоциируется со скромностью или смирением (фиалки в сценах поклонения волхвов символизируют целомудрие Девы Марии и кротость Младенца Иисуса Христа), а цвет фиалок, образующийся из смеси голубого и красного цветов, традиционно символизирует духовное начало, связанное с жертвенной кровью...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4