Три механических помощника штурмана
Изобретение робота-компаса привело к появлению ряда других роботов, тесно связанных с ним и имеющих большое значение в мореходном деле. К ним в первую очередь относится курсограф — аппарат, непрерывно записывающий на бумажной ленте курс корабля, то есть направление, по которому он плывет. Курс математически определяют углом между северным направлением меридиана места наблюдения и направлением движения корабля.
Курсограф по внешности представляет собою небольшой металлический ящик, укрепляемый на стенке штурманской рубки. В верхней части крышки курсографа находится круглый прорез, края которого разделены на градусы. Вверху стоит нуль. Счет градусов идет по движению часовой стрелки. Внутри прореза помещается стрелка в виде кораблика. Эта стрелка показывает курс корабля в каждый момент его движения. В нижней части крышки курсографа имеется окно, через которое видна широкая полоса бумаги, разграфленная на клетки.
Внешний вид курсографа. Вверху в круглом отверстии виден диск со стрелкой в виде кораблика. Внизу в окне — движущаяся лента бумаги, на которой два пера записывают курс корабля. Правое перо отмечает градусы курса.
Курсограф со снятой крышкой. Видно внутреннее устройство: диск с корабликом, движущаяся лента бумаги, самопишущие перья и другие части.
На поперечных линиях указаны градусы, на продольных — часы и минуты. Бумага приводится в медленное движение часовым механизмом. Над бумагой помещены два пера с чернилами. Каждое из них чертит на бумаге непрерывную линию. Правая линия и представляет курс корабля в градусах.
Курсограф работает автоматически. Это робот. Внутри его коробки скрыт электромоторчик-репитер такого же типа, как и у компасов-репитеров. Этот моторчик электрически связан с гирокомпасом и в точности воспроизводит его показания с помощью стрелки-кораблика и самопишущих перьев.
Кормовые (задние) весла на древнегреческом корабле, служившие для управления им.
Управление рулем на корабле XVI века. 1 — верхняя палуба; 2 — ворот, свободно скользящий в шаровом шарнире, 3 — шар, служащий универсальным шарниром для ворота, 4 — руль; 5 — румпель; 6 — стопор; 7 — бимс, поддерживающий румпель; 8 — железный шкворень; 9 — железная палуба; 10 — батарейная палуба.
Гирокомпас позволил также полностью автоматизировать управление кораблем, идущим по прямой линии, точнее — с неизменным курсом.
Мысль об использовании волчка для управления корабельным рулем возникла давно, еще в конце прошлого века, когда Обри применил гироскоп Фуко для мин Уайтхеда. Но тогда осуществить ее нельзя было из-за того, что волчок гироскопа, сохраняя положение своей оси в пространстве, непрерывно меняет его относительно Земли. В торпедах, движение которых продолжается лишь несколько десятков секунд, перемещение оси волчка почти незаметно — оно лишь незначительно сказывается на направлении пути торпеды. Не то получается на корабле, идущем по заданному курсу многие часы, а иногда и несколько суток. Здесь гироскоп ничего поделать не может.
Спаренные штурвалы, применявшиеся для управления рулем на больших судах в начале XIX века.
Лишь изобретение гирокомпаса дало техническую возможность для превращения волчка в рулевого. Такой механизм был сконструирован за последние пятнадцать лет и получил название гирорулевого. Это высшее достижение техники в деле управления кораблем, завершающее развитие рулевого дела на протяжении по крайней мере пяти тысяч лет.
Самый древний способ поворачивать корабль в ту или другую сторону состоял в действии веслами, расположенными в кормовой части. Такие рулевые весла применяли, например, египтяне еще за полторы тысячи лет до начала нашего летоисчисления.
Около тысячи лет тому назад был изобретен корабельный руль. Управление рулем на средневековых парусниках было делом тяжелым и требовало иногда усилий нескольких человек.
Руль английского океанского парохода «Беренджерия». Вес руля — 55 тонн. Для починки руль был снят с парохода и на специальной прицепной тележке, которую тащил мощный тягач, был отправлен из Саутгемптона в Дарлингтон. По железной дороге его нельзя было перевезти — не было подходящей платформы.
В конце XVII века появился штурвал — большое колесо с ручками, через ось которого был перекинут канат, идущий к рулю. Штурвал облегчил управление рулем. Железо, примененное в кораблестроении, и паровые машины привели к сооружению кораблей-гигантов. Рули этих чудовищ достигают веса во много десятков тонн. Двигать их мускульной силой человека уже невозможно, и эта тяжелая работа была передана паровым рулевым машинам. Рулевой по-прежнему продолжает стоять у штурвала, который стал совсем маленьким, но управляет он теперь не рулем непосредственно, а рулевой паровой машиной.
Штурвал парохода с паровой рулевой машиной.
Наконец, техника сделала еще один шаг вперед, и человек совсем оставил штурвал, поручив свою работу механизму.
Робот-рулевой по внешности имеет вид небольшой тумбы, на наружных стенках которой расположены крохотный, как игрушка, штурвальчик, несколько рукояток с надписями: «руль», «погода», «телемотор», ряд электрических переключателей и еще какой-то рычаг.
Автоматический рулевой. 1 — рулевой; 2 — компас-репитер; 3 — магнитный компас; 4 — телемотор; 5 — регулировка телемотора; 6 — регулировка курса в зависимости от погоды; 7 — регулятор; 8 — штурвальчик, управляющий рулем корабля так же, как и большой штурвал 14; 9 — реле; 10 — исполнительный электромотор, соединенный со штурвалом 14 с помощью цепи; 11 — шкив мотора; 12 — кожух для цепи; 13 — рычаг для выключения электромоторов, а с ним и всего гирорулевого.
На самом верху тумбы установлен компас-репитер, соединенный с гирокомпасом и повторяющий все его движения. Открыв заднюю стенку тумбы, мы найдем внутри несколько электрических приборов и два электромотора: один совсем маленький, другой побольше — мощностью в четверть лошадиной силы. Первый электромотор-репитер электрически соединен с гирокомпасом. На него как раз и возложена задача управлять рулевой паровой машиной через штурвал. Сам электромоторчик-репитер для этого слаб, и ему в помощь приставлен второй мотор, соединенный со штурвалом.
Если корабль идет правильно по- заданному курсу, то моторчик-репитер находится в покое. Но стоит только кораблю отклониться чуть- чуть вправо или влево от курса, как в то же мгновение это будет обнаружено волчком компаса-матки. Волчок «сообщит» об этом крошке-репитеру, и тот немедленно, посредством особого контактного аппарата, включит ток в большой электромотор, вращение которого передается штурвалу. Штурвал заставит работать паровую машину, которая, наконец, и повернет руль в такую сторону, чтобы корабль был возвращен на курс. На все эти операции потребуется времени меньше, чем для прочтения их описания.
Кто же работает лучше: человек или робот-рулевой?
Ответ дает запись курсографа.
Запись курсографа (рассматривается сверху вниз). До А было ручное управление — пароход сильно рыскал. В А управление передано гирорулевому — рыскание уменьшилось. В Б гирорулевой выключен. Снова ручное управление — корабль опять сильно рыскает.
Если бы корабль шел точно по прямой, то и перо курсографа чертило бы прямую линию. Но этого никогда не бывает. Корабль всегда, как говорят моряки, рыскает: отклоняется от курса то вправо, то влево. Поэтому рулевому постоянно приходится вертеть штурвал и тем самым приводить корабль к курсу. Рысканье корабля происходит не только при волнении, но и при самом спокойном состоянии морской поверхности. Это находит отражение в записи курсографа: вычерчиваемая им линия, даже при постоянном курсе, всегда бывает волнистой, с выгибами в одну и другую сторону. У самого опытного рулевого уклонения корабля от курса достигают трех градусов.
Когда же штурвал передается роботу-гирорулевому, рысканье значительно ослабевает и не превосходит половины градуса. Корабль идет ровнее, спокойнее. От спрямления пути число оборотов гребных винтов уменьшается на три процента; заметно сокращается время пребывания: в дороге: так, например, на переход из Англии в Австралию при автоматическом управлении требуется времени на два дня меньше, чем при ручном. Применение гирорулевых уменьшает путевые расходы кораблей, и они поэтому начинают теперь распространяться в торговом флоте.