Ольга Мельникова
Научный сотрудник Государственного Исторического музея
Алексей Лохов (фото)

    Чтобы в море не потеряться, человек издавна придумывал разные средства. Самые главные из них – это компас, секстан, хронометр. Имея эти навигационные приборы, штурман может вести любой корабль. Но появились они в разное время, и у каждого – своя длительная история развития. Наиболее древняя – у компаса.
    Как известно, с появлением компаса в мореплавании произошел переворот: отныне моряки могли смело удаляться от берегов и совсем терять их из виду. Не надо было гадать о направлении плавания, дотошно сверяясь с положением небесных светил и системой местных природных явлений. Компас, ставший главным спутником мореплавателя, надежно указывал курс. Кстати, это слово произошло от итальянского «сompasso» – спутник. Но итальянцы лишь усовершенствовали гениальное изобретение китайцев – водяной компас, применявшийся на европейских кораблях уже в XII веке. Он представлял из себя магнитную стрелку, укрепленную на кусочке дерева или пробки и плавающую в чаше с водой. В начале XIV века итальянский капитан Флавио Джойя присоединил к деревянному брусочку с намагниченной иглой круглый диск из немагнитного материала с нанесенными на него названиями сторон света – картушку. Ее разделили на 32 румба величиной каждого в 11 1/4 градуса. Картушка с жестко прикрепленной к ней магнитной стрелкой свободно подвешивалась на острие вертикальной иглы и размещалась уже в «сухом» котелке. За это нехитрое приспособление изобретателю был поставлен бронзовый памятник на его родине в г. Амальри. Через полтора века морской компас приобрел особый подвес в виде колец и цапф, названный «кардановым подвесом» по фамилии его изобретателя итальянского философа, врача и математика – Джеромо Кардано. Эта система обеспечивала даже при качке корабля строго горизонтальное положение котелка морского компаса, обычно размещаемого в деревянном ящичке – нактоузе (от английского «night house» – ночной домик). Ранее нактоузом называли другой деревянный ящик, в который на всю ночь вместе с фонарем ставили и компас.
    На Руси компас был известен с XVI века. Он был у поморов, ходивших по Северному Ледовитому океану, у казака-землепроходца С. И. Дежнева, у архангелогородских моряков, которые называли компас «маткой». К началу XVIII века компасами снабжались все военные и торговые суда России. Пользовались как привозными компасами, в основном английскими и немецкими, так и отечественными, производство которых было налажено в специально обустроенной Компасной мастерской при адмиралтействе, позже – в мастерской мореходных, математических и физических приборов при Морском шляхетском кадетском корпусе, Механической мастерской Морского министерства и др.
    Компас показывал лишь направление движения судна, ничего не сообщая о его местонахождении – о широте и долготе. На суше астрономы научились проводить такие измерения с помощью гномона, известного еще в Вавилоне, Древней Греции и Египте. Но на качающейся палубе гномон (вертикальный стержень на горизонтальной площадке) был малоэффективным. Требовались астрономические инструменты, приспособленные для корабельных условий.
    В XV веке корабли стали выходить в Атлантический океан, через который лежал путь в Центральную и Восточную Азию, манившую богатых венецианских и генуэзских купцов. Португальцы не отставали от итальянцев: выгоды работорговли ускоряли снаряжение все новых и новых экспедиций в Африку. Одним из организаторов этих экспедиций был португальский принц Энрике, прозванный Генрихом Мореплавателем. Хотя сам он не участвовал ни в одном из морских походов, но поощрял мореплавателей и покровительствовал ученым-исследователям в разработках новых мореходных инструментов. На юго-западе Португалии, в Сагрише им была основана школа навигации – фактически первая в мире. Здесь занимались составлением новых карт, учились пользоваться компасом, здесь же шли поиски угломерных приборов для определения широты с борта судна.
    Выбор пал на астролябию, о которой еще Птолемей упоминал в своем знаменитом «Альмагесте» – энциклопедии астрономических знаний древних. Для применения на море конструкция астролябии была несколько изменена. Морская астролябия представляла собой латунное кольцо диаметром 16 – 40 см, разделенное на четыре сектора. Верхний имел шкалу от 0 до 90^о. Иногда на противоположном конце наносили вторую шкалу для повышения точности расчетов. В центре кольца находилась ось вращения визирной линейки или алидады, на которой размещались два визира (прорези-мишени), через них и центр кольца проходила линия визирования от глаза наблюдателя к светилу. Часто делали полукруглые астролябии с делением от 0 до 180^о.
    Позже в употребление войдут другие угломерные приборы: астрономическое кольцо (модификация астролябии), градшток (состоял из двух деревянных рек в форме креста), квадрант ( в виде деревянного сегмента с лимбом в 1/4 окружности). Но все они, как и астролябия, были недостаточно точны и совершенны. Христофор Колумб, пользуясь подобными приборами, допустил ошибку в три градуса при определении первого открытого им острова Сан-Сальвадор.
    Для измерения высоты светила нужен был прибор, который позволял бы совместить светило с линией горизонта один раз независимо от движения корабля и положения наблюдателя. Идея устройства такого прибора принадлежала И. Ньютону, а сконструирован он был Д. Гадлеем в Англии и Т. Годфреем в Америке независимо друг от друга в 1730 – 1731 годах. Из-за своей шкалы, составляющей 1/8 окружности, прибор был назван октаном. В 1757 году английский капитан Кэмпбелл усовершенствовал октан, сделав лимб в 1/6 окружности и назвал его секстаном.
    Проблемами мореходной астрономии на рубеже XVII – XVIII веков занимались многие ученые, но особенно преуспели в этой области английские исследователи.
    В основе конструкции как октана, так и секстана лежал принцип двойного отражения одного предмета при помощи зеркал, но секстан был более совершенным прибором. В отличие от октана он делался не из дерева, а из латуни, вместо мишеней-прорезей у секстана использовались зрительные трубки, для отсчета делений шкалы применялся микроскоп. Секстаном можно было измерять углы до 120^о. Создание секстана, применявшегося в мореходстве двести лет, было, пожалуй, не менее революционным событием, чем появление компаса. Со временем в конструкцию секстана был добавлен ряд цветных фильтров для защиты глаз от яркого солнца. Английский мастер конца XVIII века Д. Рамсден, славившийся на весь мир своими научными приборами, довел секстан до такого совершенства, что им можно было измерять углы с точностью до 10 секунд.
    Применение секстана улучшило и упростило измерение высот светил с судна, повысило точность измерений, но не позволяло определить долготу местоположения судна. Задача эта была настолько насущной, что правительства многих европейских стран учредили высокие денежные премии за ее решение. Работа созданных в 1668 году в Париже и в 1676 году в Гринвиче астрономических обсерваторий была поставлена на службу навигации. В начале XVIII века в Англии было создано специальное «Бюро долгот», а королева Анна объявила премию в 20 тыс. фунтов стерлингов тому, кто предложит способ определения долготы с точностью до полградуса.
    Теоретически знали, как это сделать: достаточно было вычислить разницу между местным временем и гринвичским. Нужны были точные часы, которые хранили бы на корабле «нулевое» гринвичское время. Но таких не было: одни убегали, другие отставали, третьи останавливались, не выдерживая морских испытаний. Не случайно Петр I приравнивал задачу определения точной долготы места к желанию изобрести вечный двигатель или превратить различные металлы в золото.
    Изобретение морских часов (как и многие другие требуемые временем «интернациональные» изобретения) произошло не в одной стране. В Англии эту проблему удалось решить механику из Йоркшира Д. Гаррисону, а во Франции часовщику – П. Леруа (конструкция его хронометра наиболее приближена к современной). К 1759 году Д. Гаррисон сконструировал четыре хронометра, т. е. наиболее точных (прецизионных) часов. В качестве регулятора он применил два массивных баланса, которые приводились в действие четырьмя балансовыми пружинами. Балансы по отношению друг к другу колебались в противоположных направлениях, что уменьшало влияние на ход часов движения корабля. Устройство морских часов Гаррисона было довольно сложным. Они были громоздкие, с деревянной рамой и напоминали больше маятниковые часы. Часы не могли стать моделью для серийного производства, но их изобретение было большим достижением в области хронометрии и навигации. Со временем конструкция морских часов совершенствовалась, изобретались новые хронометровые ходы, часы уменьшались в размерах.
    Считается, что первый английский хронометр появился в России в 1766 году и был с И. Ф. Крузенштерном в его первом кругосветном путешествии. Близкую к хронометру конструкцию морских часов предложил в 1759 году М. В. Ломоносов, но широкого распространения эти часы не получили. Производство отечественных хронометров, как и секстанов, было налажено лишь в XIX веке. Эти необходимые флоту приборы делались в Механическом заведении Главного штаба на Ижорском заводе и в специально учрежденной оптико-механической мастерской Гидрографического управления русского флота под руководством талантливого механика-самоучки А. В. Самойлова. О качестве секстана его работы писали в то время: «отделка и выработка металлических частей отлично хороша, так что ни мало не уступает английской».
    В XVIII – начале XIX веков английская школа «инструментального художества» (так называлось производство научных инструментов и приборов) считалась образцовой. В Англию на стажировку ездили многие мастера инструментального дела, в том числе и русские. Известный русский приборостроитель XVIII века, один из руководителей Инструментальной палаты Санкт-Петербургской Академии наук Н. Г. Чижов в своих рапортах и письмах из Лондона писал, что учившие его на родине мастера – П. Голицын и В. Тирютин – да и сам он знают свое дело не хуже англичан. И в самом деле: за время работы в Инструментальной палате Академии наук, ставшей основной школой русского приборостроения в XVIII веке, Чижовым было сделано большое число приборов и инструментов: зрительные трубы, компасы, солнечные часы, нивелиры, астролябии, зеркальные телескопы и даже астрономические квадранты. Изготовление последних было под силу лишь пяти мастерам в мире.
    Помимо основных навигационных приборов – секстана, хронометра, компаса – на флоте использовали морские зрительные трубы, позже – морские бинокли, лаги – для определения скорости движения корабля, барометры – предупреждающие моряка о переменах давления и др.
    Постепенно все эти приборы, создание которых занимало головы не одного поколения, уходят в прошлое. На помощь штурману пришли автоматизированная береговая радионавигационная система и спутниковая навигация.