Люди, корабли, океаны. 6000-летняя авантюра мореплавания

Радио начинает свой триумфальный марш

Суровой, ветренной зимой 24 января (5 февраля) 1900 г. командиру ледокола Ермак, занимавшегося у о. Гогланд снятием с камней потерпевшего бедствие броненосца береговой обороны Генерал-адмирал Апраксин, вручили депешу начальника Главного Морского штаба Русского флота. Депеша гласила: «Котка Гогланд командиру Ермака около Лавенсаари оторвало льдину с 50 рыбаками окажите немедленно содействие снятию этих людей…»

Ермак незамедлительно вышел в море. Несчастные были вовремя сняты со льдины и благополучно доставлены в Ревель.

Этой депеше суждено было войти в историю: она оказалась радиограммой, переданной по только что созданной, первой в мире практической радиолинии Кутсало — Гогланд, протяженностью около 25 миль для помощи в спасении Апраксина. Радио — гениальное изобретение русского ученого А. С. Попова — начало свою добрую службу людям.

Радио зародилось на русском флоте. 25 апреля (7 мая) 1895 г. преподаватель Минных офицерских классов в г. Кронштадте А. С. Попов впервые продемонстрировал свое детище на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества.

Уже к началу кампании 1897 г. первые радиоаппараты были установлены на крейсерах Россия и Африка и транспорте Европа. Немало дивились старые морские волки, получая без всякой кабельной линии сигналы от приятелей с расстояния свыше 3 миль. Во время этих опытов обнаружено было любопытнейшее явление: в створ между устанавливающими радиосвязь Европой и Африкой временами попадал крейсер Лейтенант Ильин, и всякий раз, как только это сличалось, связь нарушалась. Корабль отражает радиоволны! Первыми в мире наблюдали русские моряки этот эффект, положенный впоследствии в основу новейшей отрасли радиотехники — радиолокации.

Радио победно шествовало по всему миру. Летом 1896 г. опытами по радиосвязи занимался в Англии Т. Маркони. В 1897 г. в Германии их повторил А. Слаби. В том же году во Франции изготовлением приборов А. С. Попова начинает заниматься Э. Дюкрете. Заслуживает внимания иллюстрация того, что может произойти с изобретениями, когда ими злоупотребляют в целях наживы. Сразу же, как грибы после теплого дождя, расплодились многочисленные радиокомпании, конкурирующие друг с другом. Образованная в 1897 г. «Маркони Уайрлесс телеграф К0» предписала всем, пользующимся ее судовой радиоаппаратурой, отзываться только на те сигналы бедствия, которые будут переданы по системе Маркони, Иными словами, людям, терпящим бедствие на судах, снабженных иной системой радиоаппаратуры, предоставлялась полная возможность бороться с мокрой смертью на свой страх и риск, и такое положение длилось вплоть до 1906 г.!

Беспроволочная связь по радио стала для судоходства важнейшим вспомогательным средством: ведь до этого в дальних, продолжавшихся неделями, а то и месяцами, плаваниях, суда оказывались полностью отрезанными от земли. Отныне на голубых дорогах навсегда было покончено с безутешным одиночеством и изоляцией. В изначальном поединке человека с морем Посейдон проиграл еще одну схватку.

Свежая газета на борту

В наши дни моряк, даже будучи посреди Атлантики, может узнать, например, за завтраком, с каким счетом вчера вечером сыграла на континенте «его» футбольная команда. С точки зрения технической здесь нет никакой проблемы: уже несколько десятилетий суда, находясь в рейсах, поддерживают постоянную связь со своими родными портами. Каждая страна, имеющая выход к морю, имеет береговые радиостанции, передающие не только служебные и частные сообщения, но и последние новости с родины и со всего мира (чаще всего — дважды в сутки).

Более того, нередко во время дальних рейсов можно даже почитать утром или за ужином свежую газету. Впрочем, эта новость вовсе не так уж и нова. На трансокеанских гигантах газеты издавались еще десятки лет назад. Первое такое изделие прессы появилось на свет 8 февраля 1903 г. на пороходе Миннеаполис во время его перехода из Европы в Америку — через год после того, как последние новости из газет были впервые переданы через океан по беспроволочному телеграфу.

Однако издавались эти газеты в считанном количестве экземпляров, предназначенных для избранной части пассажиров, и в руки простых матросов не попадали. Кроме того, это были не настоящие газеты, а всего лишь сброшюрованные гектографированные страницы с машинописным текстом.

В наши дни на некоторых судах выходят самые настоящие газеты, отпечатанные, правда, не типографским, а электрохимическим способом, с помощью растрового метода. Для этого в радиорубке имеется специальный приемник — «Телефакс», который изготовляет всего один экземпляр. Вслед за ним фотокопировальный аппарат размножает газету до желаемого количества экземпляров. Французский прибор «Метокс» пошел еще дальше: он не требует для множительных работ специального персонала, и выдает сам автоматически по 20 копий газеты за один рабочий цикл.

Современная бортовая газета приходит из эфира. Для шведских судов, например, передатчик «Спанга» (на коротких волнах), расположенный близ Стокгольма, и передатчик «Карлсборг» (на средних волнах) передают полностью оформленную газету, принимаемую бортовыми приборами системы «Телефакс». Передачи «Карлсборга» хорошо принимаются в бассейне Средиземного моря, а «Спанга» может передавать свою информацию даже за океан. В недалеком будущем при помощи направленного излучения (и ретрансляции через искусственные спутники Земли! — Прим. перев.) газеты можно будет передавать в любой уголок планеты.

Устройство «Телефакс» предназначалось первоначально отнюдь не для передачи газет: цель его создания отражена в самом названии — телеграфное факсимиле. После второй мировой войны с помощью этого прибора на суда передавали поначалу карты погоды и другие важные сообщения.

Полярная звезда уходит на пенсию

Еще до создания беспроволочного телеграфа на море возникло средство связи, которое исправно действует и по сей день, хотя сообщения при помощи такой сигнальной системы можно передавать лишь на незначительные расстояния. Зто — старинный способ обмена информацией на языке сигнальных флагов. Каждой букве алфавита и каждой цифре от 0 до 9 соответствует определенный флаг, величина, форма и расцветка которого строго регламентированы международными правилами[39]. Все буквенные флаги Международного свода сигналов — прямоугольной формы, только два флага, соответствующие буквам А и В (русское Б), имеют на концах «косицы», как у брейд-вымпела. Все цифровые флаги — треугольные. В отличие от национальных флагов, определяющих государственную принадлежность судна, сигнальные флаги поднимаются не на флагштоках, а на специальных флаг-фалах (сигнальных фалах).

Однако использовать для участия в разговоре одновременно до десятка и более флагов было бы явно нерационально: это потребовало бы слишком больших затрат времени и числа сигнальщиков. Очень удобной поэтому оказалась особого рода флажная стенография: применение всего двух-трех, редко четырех флагов в различных сочетаниях, соответствующих наиболее употребительным сигналам. Все эти сочетания флагов собраны воедино в Международный свод сигналов[40]. Читать такое сочетание полагается сверху вниз. Сочетание QW, например, означает, что судно, поднявшее сигнал, имеет почту для встречного судна.

На военных кораблях распространен способ передачи сообщений с помощью флажного семафора. Отдельные буквы изображаются при этом определенным положением рук сигнальщика относительно его туловища. В каждой руке сигнальщик держит по флажку. При хорошей тренировке передача сообщений флажным семафором приближается по скорости к обычному, устному, разговору между двумя собеседниками.

Для передачи сигналов служат иной раз и судовые свистки. Таким путем подаются, главным образом, сигналы встречным судам для расхождения при плавании в узких проливах. Если судну надо сообщить, что оно предполагает изменить свой курс вправо, подается один короткий свисток. Когда собираются менять курс влево, подается два, а при намерении дать задний ход — три коротких свистка. Сигналом того, что судно не может изменить свой курс и уступить дорогу другому, служит длинный свисток. Разумеется, при этом должны также неукоснительно соблюдаться и все правила для предупреждения столкновений судов в море.

На большие расстояния сообщения передаются с помощью азбуки Морзе по радио. Предпосылки для этого создали еще пионеры радиотехники…

Высокочастотная техника оказала решающее влияние не только на повышение безопасности на море. Она произвела переворот и в навигации. До самого конца XIX в. судно в открытом море оставалось практически лишенным какой бы то ни было связи с берегом. В наши дни моряки имеют не только радиоприемники, но и радиопередатчики. С 1925 г. существуют и радиопеленгаторы, с помощью которых при наличии на берегу достаточного числа радиомаяков, излучающих колебания определенной частоты, можно в любой момент определить место судна. Для этого имеется много способов. Один из простейших заключается в следующем. Пусть где-либо в определенном месте на берегу имеется радиопередатчик направленного действия, антенна которого вращается с постоянной скоростью. В момент прохождения осью антенны направления на норд передатчик излучает дополнительно всенаправленный сигнал. Для определения линии положения судна следует только измерить время между приемом всенаправленного сигнала и приходом сигнала, излученного вращающейся антенной в направлении на судно. Пеленгование другого маяка дает вторую линию положения, а пересечение обеих линий — место судна. Для определения места судна подобным способом достаточно иметь на борту обычный приемник. Другой способ определения места судна, разработанный фирмой «Декка навигейтер К°» и получивший весьма широкое распространение, основан на совместной работе не менее четырех передатчиков.

До XVI в. навигация основывалась, главным образом, на определении судном широты своего места. Еще Колумб отыскивал сначала желаемую широту, а затем уже брал курс на запад или восток. Широту определяли по меридиальной высоте Солнца. Оценивая каждый раз (с учетом средней путевой скорости) пройденное расстояние, можно было вычислить приближенно и долготу своего места. Ночью широту определяли по Полярной звезде. Известны уже были правила вычисления поправок в широте за счет отклонения Полярной звезды от полюса.

Днем отсчеты высоты Солнца брали при прохождении его через высшую точку над горизонтом (по меридиа- нальной высоте). Ошибки при этом получались довольно значительные, поскольку в распоряжении навигатора были одни лишь песочные часы. Да и астрономические таблицы имелись тогда далеко не у каждого капитана. Инструментами для определения высоты светил служили так называемая морская астролябия и квадрант.

Астролябия представляла собой бронзовый круг с координатными осями и шкалой, разбитой на градусы. Точно в центре круга крепился поворотный визир, делящий окружность на две равные половины. В визире имелись! два окошечка: одно (большое) служило для поиска светила, другое (малое) — для его фиксирования.

При работе с астролябией капитан становился спи- ной к солнцу так, чтобы солнечные лучи, скользя по поверхности круга, падали на нижнюю визирную нить. Когда верхняя визирная нить бросала тень на нижнюю, визир оказывался направленным точно на Солнце. Высоту Солнца над горизонтом отсчитывали по градусной шкале.

Звездной ночью при помощи астролябии определяли высоту Полярной звезды, совмещая на глаз направление на нее через нижнее окошечко с нижней и верхней визирными нитями.

Квадрант представлял собой угловой сектор в четверть окружности с визирами, расположенными на верхней прямой кромке инструмента. В вершине сектора крепился отвес. При желании взять высоту Солнца или Полярной звезды квадрант подносили к глазу и совмещали визир- ные нити с направлением на светило. Нить отвеса отмечала при этом высоту светила в градусах по дуговой шкале.

С гирокомпасом и хронометром

Следующим, распространенным повсеместно вплоть до XVIII в. навигационным инструментом был градшток (или, как его еще называли «посох Иакова»), служивший также для отсчета углов. Он представлял собой две взаимно перпендикулярные рейки: длинную, с нанесенными делениями (в градусах), и короткую, которая могла скользить по длинной. Для отсчета высоты светила следовало расположить конец длинной рейки у глаза, а короткую передвинуть так, чтобы наблюдателю казалось, что одним своим концом она касается светила, а другим — линии горизонта.

Имелись на тогдашних судах уже и компасы. Не те, изначальные, примитивные, шарообразные сосуды, наполовину заполненные водой, где плавал кусочек дерева с прикрепленной к нему магнитной иглой, а уже близкие к современным, с картушкой, на шкале которой была выгравирована нордовая метка.

Показания всех этих приборов страдали большими погрешностями.

Успехами, достигнутыми с тех пор, навигация всецело обязана повышению точности применяемых ею приборов. Суда нашего времени снабжены гирокомпасом, игла которого — ось вращения, — невзирая на движение Земли и всевозможные тряски, испытываемые судном, неизменно показывает точное направление норд-зюйд. Ни магнитное склонение, ни магнитное поле железного корпуса судна не в силах изменить положения оси гирокомпаса. Объясняется это самим принципом его построения, основанным на использовании свойств вращающегося волчка — гироскопа. Цапфы оси гироскопа укреплены в кардановом подвесе, благодаря чему диск может поворачиваться вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. Таким образом, ни качка, ни повороты, ни рыскания судна никакого влияния на гироскоп не оказывают.

Принцип действия гирокомпаса, созданного впервые немецким ученым Аншютцем, как раз и основан на том, что ось быстро вращающегося волчка удерживает свое направление неизменным, несмотря на действие внешних сил. Ось гироскопа постоянно и неизменно приводится в плоскость географического меридиана. В основе общепринятых современных гирокомпасов с жидкостным подвесом лежит система из двух гироскопов, заключенная в герметически запаянный шар (гиросферу), который, в свою очередь, помещен во внешний кожух (следящую сферу). Гиросфера поддерживается внутри следящей сферы во взвешенном состоянии с помощью специальной поддерживающей жидкости и катушек электромагнитного дутья. Гироскопы вращаются мотором с постоянной скоростью 20000 об/мин.

Гирокомпас всегда устанавливают в наиболее спокойном месте судна. Однако показания его с помощью репитеров могут передаваться на ходовой мостик, в запасную рулевую рубку, в машинное отделение или куда-либо еще. Обычно гирокомпас связан и с автопрокладчиком курса.

Уточнялись и методы определения места судна. Наиболее выдающимися изобретениями в этой области оказались секстан и хронометр — приборы, которые имел на борту уже Джемс Кук во время его второго кругосветного плавания в 1772–1775 гг.

Секстан — угломерный инструмент, изготовленный из металла и снабженный подвижными зеркалами, зрительными трубами и т. д. Совмещая в поле зрения трубы одновременно линии горизонта и светила, можно определить высоту светила, а затем вычислить по ней географическую широту. По измеренным высотам нескольких светил можно вычислить обе координаты судна — широту и долготу.

Среднее гринвичское время отсчитывается на судне по хронометру — часам с особенно точным ходом. В наши дни суда определяют свое место преимущественно с помощью радионавигационных систем, в которые могут быть включены и искусственные спутники Земли. Ветры, волны и течения постоянно стремятся сбить судно с курса. Поэтому при плавании в открытом море обнаружить отклонение от курса и вовремя внести необходимые поправки можно только путем частых определений своего места.

Географическую долготу и широту для определения места судна в открытом море можно получить либо с помощью радиопеленгов, либо с помощью традиционной прокладки. В последнем случае курс судна определяют по компасу, а его скорость измеряют с помощью лага; затем вычисляют расстояние, которое прошло судно этим курсом. Нанося полученные в результате этих расчетов отрезки пройденного пути (о учетом расстояния и направления) на морскую карту, получают каждый раз текущее место судна.

Скорость судна давно уже измеряется не ручным лагом, с узлами на лаглине, а гидравлическим или электромагнитным, представляющим собой подводную трубку.

Встречная вода, протекая внутри трубки, вращает колесико, замыкающее при этом контакты электрической цепи, в которую включен стрелочный прибор. Если, например, на одну милю приходится 400 замыканий, то путем суммирования можно автоматически определить число пройденных морских миль в час (скорость в узлах).

Весьма важным вспомогательным прибором для навигатора является эхолот, позволяющий точно измерить глубину моря под килем. Физик А. Бем, который изобрел в 1913 г. эхолот, воспользовался тем обстоятельством, что в воде звук распространяется со скоростью—1500 м/сек, а от морского дна — отражается. Следовательно, измерив время между моментами излучения и прихода отраженного звука, можно определить глубину моря. Сейчас на днище любого нового судна смонтированы ультразвуковые передатчик и приемник, соединенные е самописцем, размещенным на ходовом мостике; самописец непрерывно вычерчивает на бумажной ленте профиль морского дна под килем.

Телемобилоскоп, отец радара

В 1902 г. в Кельне на набережной Рейна стоял средних лет господин в сюртуке, сорочке с высоким стоячим воротником и черным галстуком. К воде он подошел столь близко, что одна нога штатива, который он пристроил перед собой, погрузилась уже в прибрежную тину. На штативе покоилось какое-то непонятное сооружение цилиндрической формы. Через открытую торцевую сторону цилиндра виднелось хитросплетение проводов и какие-то блестящие детали. За исключением нескольких ребятишек с любопытством и почтением взиравших на «дядю фотографа», никто не обращал на незнакомца ни малейшего внимания. Дети совсем уже было собирались податься прочь, как вдруг внутри цилиндра зазвенел звонок. Гордились ли они впоследствии, что были главными свидетелями рождения радиолокации? Едва ли. Они скорее всего даже и внимания не обратили на то, что звонок раздавался только тогда, когда мимо проплывал пароход или баржа. Судну требовалось лишь пройти через зону, облучаемую радиоволнами передатчика[41].

Хюльсмейер — так звали человека со штативом — был весьма удовлетворен результатами своего эксперимента и немедленно запросил патент на свой «телемобилоскоп». В 1904 г. он получил патентное свидетельство на «Способ сигнализации об отдаленных объектах при помощи электрических волн».

Хюльсмейер хорошо представлял себе возможности практического применения этого изобретения. К заявке на патент он приложил рисунок, изображающий два судна. Из рисунка явствовало, что одно из судов закрыто полосой тумана и невидимо для другого. Несмотря на это, столкновения не происходило, поскольку встречное судно излучало радиоволны, которые отражались от невидимого судна в обратном направлении и превращались по выходе с приемника в звуковые или зрительные сигналы.

По существу, этим самым был уже сформулирован основной принцип радиолокации, которая впоследствии сыграла столь решающую роль в судоходстве и авиации. Своих денежных средств у Хюльсмейера не было, а мецената он не нашел. Транспортное и морское ведомства дружно отпихивались от изобретателя. Так и получилось, что дальнейшее развитие радиолокационной техники задержалось еще на целых три десятиления.

В начале 30-х годов интенсивные работы по созданию радиосистем для обнаружения кораблей и самолетов в условиях плохой видимости велись во всех развитых странах мира. Особенно больших успехов добились ученые Советского Союза и Англии. К 1938 г. первая английская радиолокационная станция приступила к своей службе по охране устья Темзы.

Через три года англичанам удалось разработать прибор с панорамным индикатором, который сразу же весьма результативно был включен в систему борьбы с германскими подводными лодками. Вращающиеся узконаправленные антенны установленных на самолетах приборов излучали мощные высокочастотные радиоимпульсы, которые отражались от поверхности моря и плывущих по морю кораблей. Это эхо улавливалось тем же самым прибором, усиливалось и, как по волшебству, все, что море пыталось утаить в ночной тьме, великолепно высвечивалось на экране!

Следуя изображению на экране, экипаж самолета мог выйти на обнаруженную цель, и на вынырнувшую «подышать» под защитой ночи подводную лодку обрушивался бомбовый шквал.

Приборы эти получили название «радар». Суда, снабженные ими, могут в ночное время или в тумане видеть встречные суда или близлежащий берег и уклоняться от столкновений.

Радар обходится одной общей приемопередающей антенной, которая постоянно вращается над судном и принимает снова те же самые радиоимпульсы, которые она излучила до этого, если на пути их распространения встретились какие-либо отражающие объекты. Временной интервал между излученными и отраженными импульсами непрерывно измеряется, даже если он составляет всего лишь миллионные доли секунды. Измерение этого временного интервала равнозначно изменению расстояния между судном и объектом наблюдения: ведь электромагнитная энергия, как и свет, распространяется в пространстве с постоянной скоростью 300000 км/сек.