Текст книги "100 великих достижений в мире техники"

Ода про очки

«Подумаешь, чудо техники!» – скажете вы, разглядывая свои собственные очки. И будете не правы. Та проблема подбора и изготовления персональных очков, которая ныне решается за 30–40 минут, раньше требовала многих месяцев упорного монотонного труда. Да и сами очки не столь просты, как кажется…

Кто был первым? Когда были изобретены очки, историки достоверно не знают. Они лишь ссылаются на тот факт, что на надгробной плите флорентийца Сальвино Аристи, скончавшегося в первой половине XIV века, есть надпись: «Он изобрел очки. Да простит ему Господь его прегрешения».

Но здесь допущена явная натяжка. Ведь в гробнице древнеегипетского фараона Тутанхамона, умершего в XVI веке до н. э., то есть более 33 столетий назад, среди опахал, драгоценностей и страусовых перьев обнаружена пара тусклых коричневых стекляшек. А в них вплавлена бронзовая проволочка, выполняющая роль перемычки, которая удерживала стеклышки на переносице. В общем, вещица весьма смахивает на очки. Причем, судя по темным стеклам, солнцезащитные. Заодно они могли защищать глаза и от песка, несомого ветрами пустыни.

Новинка техники – очки-проектор

Есть также сведения, что античные греки и римляне заметили одну интересную особенность стеклянных шаров – они обладают способностью увеличивать предметы, то есть служить линзой. Одним из первых этим воспользовался римский император Нерон, который, как говорят, взирал на бои гладиаторов сквозь отшлифованный смарагд (изумруд). Причем выбор пал именно на зеленый самоцвет не случайно: древние медики полагали, что зеленый цвет служит «для укрепления глаз».

Впрочем, первое более-менее убедительное сочинение по оптике появилось только в X веке. Его создал арабский ученый Ибн аль-Хайсам (Альгазен), который довольно точно излагает особенности преломления световых лучей через сферические стекла. Он, в частности, пишет: «Если смотреть через сегмент стеклянного шара, то он как бы увеличивает предметы».

Ему вторит францисканский монах Роджер Бэкон. В 1267 году он тоже писал о том, что благодаря сегментам стеклянного шара можно рассматривать даже очень мелкие предметы. По его словам, достаточно только надлежащим образом отшлифовать такие сегменты, и они будут хорошим средством для тех, у кого слабые глаза.

Наконец, аналогичное открытие сделал в 1280 году и простой стекловар – тот самый Сальвино Аристи. Он же придумал, как соединить две линзы, поскольку у человека два глаза.

Очки для избранных. Хорошие очки в Средние века были весьма редки. Хотя бы потому, что для них нужно было бесцветное и прозрачное стекло, секрет изготовления которого был найден в XIII веке в Венеции. И тайна эта строжайше охранялась вплоть до XVI столетия. В итоге очки были настолько дороги, что особой строкой включались в завещания наряду с драгоценностями. А что очки, помогавшие исправить недостатки зрения одного человека, были совершенно бесполезны другому, так мало кто обращал внимание на такие «мелочи». Очки зачастую носили лишь из тщеславия, чтобы показать свое богатство.

Все изменилось, когда в середине XV столетия золотых дел мастер из Германии по имени Иоганн Гутенберг и его партнер Иоганн Фуст изобрели книгопечатание. Книги перестали быть такой уж редкостью. И появилось большое количество книгочеев, многим из которых и в самом деле понадобились очки, чтобы отчетливо видеть мелкие буквы.

В первую очередь появились очки для дальнозорких с выпуклыми стеклами. Вогнутые стекла для близоруких изобрели значительно позднее – в XVI веке. Первым научно достоверным свидетельством их использования считается выполненный Рафаэлем портрет папы Льва Х, где главный католик был изображен вместе с очками для близоруких.

В 1629 году указом английского короля Карла I «для обеспечения лучшей организации, упорядочения и управления всеми, кто занимается искусством делания стекол», была создана Почетная гильдия стекольных дел мастеров. По выработанным ею правилам любой, достигший 16 лет, по своему желанию мог стать подмастерьем. За 9 лет обучения надо было освоить все: от шлифования стекол до изготовления оправ, после чего подмастерье получал право сдавать экзамен на звание мастера. Если это ему удавалось, бывший подмастерье мог открыть свою мастерскую.

Интересно, что это была одна из немногих гильдий, допускавших в свои ряды женщин.

А поскольку линзы – штука хрупкая, их стали вставлять в оправы – сначала деревянные, а потом и роговые. Причем оправу поначалу держали не перед глазами, а, словно лупу, перед вещью, которую хотели рассмотреть. Да и сами очки представляли собой поначалу одну линзу, закрепленную в оправу с ручкой.

Потом мастера догадались соединить два стекла в оправах перемычкой, и линзы стали держать непосредственно перед глазами. Так появились первые лорнеты.

Пытались прикреплять очки к шляпе. Вшивали очковые стекла и в ременный поясок, который завязывали на затылке, словно карнавальную маску. Или приделывали пружины, прижимавшиеся к вискам, оправляли стекла в железные кольца и соединяли перемычкой. Получалась как бы разновидность пенсне, но без зажима на носу. И только в середине XIX века додумались до современных «наушных очков».

Не только атрибут моды. Во времена СССР наших соотечественников за границей узнавали сразу – по скверно сшитым костюмам и уродливым очкам. Получалось так потому, что советские предприятия стремились всеми силами выполнять планы, а вот будет ли их продукция востребована потом покупателями, никого из руководителей особо не интересовало.

Ныне ситуация, в том числе и в оптической промышленности, заметно изменилась. И сказать «спасибо» за это надо, в частности, В. Н. Иванидзе. В 1991 году он, будучи заместителем генерального директора по науке НПО «Оптика», крупного предприятия Миноборонпрома, создававшего «оптические» технологии и оборудование, понял: чтобы выжить в рыночных условиях, надо ломать устоявшуюся систему. Работать не на план, а на конкретного человека. Для чего необходимо организовать сеть малых фирм, где на станках будут изготавливать линзы. И наладить выпуск самих станков, ведь в России их никто не производил.

Чтобы реализовать свою идею, Иванидзе ушел из оборонки и организовал АО «Интероптик». Валерий Николаевич полагает, что очки надо изготавливать исключительно на заказ. Те готовые очки, которые ныне сплошь и рядом продают на рынках, в киосках и т. д., хоть и красивы, но могут оказаться вредны для ваших глаз. И вот почему.

В торговле ныне два типа готовых очков: преимущественно импортные, с пластиковыми линзами, и «снговые» – со стеклянными. Первые – для дальнозорких, с межцентровым расстоянием 62–64 мм и диоптриями до +3,5. Если вас устраивают такие, их можно приобретать хоть в переходе метро.

Однако надо знать: этот товар за границей стоит гроши. Ведь пластик легко царапается, быстро теряет оптические свойства. Поэтому примерно через полгода их приходится менять.

Принципиально иная ситуация с очками для близоруких. Готовыми их на Западе, как правило, не выпускают. Дело в том, что для всех «минусовых» стекол (а также с диоптриями выше +3,5) очень важна центровка, вот и изготавливают их на заказ. У нас об этом мало кому известно, люди покупают очки где попало, а потом удивляются, что у них появляются головные боли, раздражительность, утомляемость. Чтобы избежать этого, очки, как уже говорилось, надо подбирать себе индивидуально.

Кстати, недавние исследования офтальмологов выявили, что во многих случаях наш глаз функционирует неоптимально и нуждается в серьезной помощи. Например, недавно считали: солнечное излучение не опасно, если устранить жесткий ультрафиолет (длина волны до 320 нм). Теперь же выяснилось: неблагоприятно влияют на глаз и мягкая составляющая (длина волны до 400 нм), и синяя часть видимого спектра, которая при больших дозах приводит к помутнению хрусталика. А это значит, что модные среди молодежи солнцезащитные очки скорее вредят, чем помогают. Ведь благодаря им зрачок расширяется, и доза опасного излучения, попадающего на сетчатку, резко растет.

И еще. Как известно, в глазе на какое-то время остается «отпечаток» изображения, чем, кстати, объясняется ослепление водителя ночью: после фар встречной машины он не различает следующую за ней. Так вот установлено: зрительная память обязана именно синей составляющей.

Кроме того, при изменении спектральных характеристик стекол увеличиваются контрастность и четкость изображения, улучшается цветопередача, повышается чувствительность рецепторов и острота зрения, снижается зрительная утомляемость.

Если учитывать все эти нюансы, можно создавать очки на любой вкус, для самых разных ситуаций. Достаточно нанести на линзу соответствующие фильтрующие слои.

Защита глаз. Ныне появилось и огромное количество очков, которые пригодятся и людям с вполне нормальным зрением. В первую очередь это очки защитные. Их надевают гонщики и горнолыжники, сварщики и рабочие, имеющие дело с разного рода резаками.

Существуют очки для работы на компьютере, на установках с сильными источниками излучения (лазерами) или в условиях недостатка освещения (туман, сумерки, дымка, смог); ночные противоослепляющие для водителей…

Очень часто очки входят и в обязательный комплект снаряжения для людей военных. Тому есть несколько причин. Во-первых, такие очки защищают глаза от пыли. Во-вторых, от вредного излучения, например лазерного. Причем от лазеров стали страдать люди не только на поле боя.

Не секрет, что летом 2011 года резко увеличилось количество случаев лазерного хулиганства, когда в районе аэропортов подростки и даже вполне взрослые люди стали «развлекаться», атакуя с помощью лазурных указок кабины садящихся авиалайнеров, ослепляя пилотов на самом ответственном этапе их работы.

Нескольких хулиганов уже поймали и наказали. Тем не менее ростовские ученые разработали систему, которая может не только уберечь зрение пилотов авиационных лайнеров от лазерного луча, но и заставит злоумышленников навсегда забыть о смертельно опасных экспериментах.

«Чтобы оградить пилотов от лазерных атак, мы мобилизовали все свои разработки в области высоких технологий, – рассказал доцент кафедры робототехники и механотроники Донского государственного технического университета Владимир Мартынов. – И оказалось, способ защитить летчиков существует, да еще такой, что преступники будут наказаны по заслугам».

Ученые придумали специальные очки со стеклами, которые покрыты тончайшей пленкой из окислов определенных металлов. Ширина напыления равна длине волны лазера и составляет несколько сотен нанометров. Эти очки способны в десятки тысяч раз снизить интенсивность световой атаки и таким образом обезопасить зрение пилота.

Причем разработка включает в себя и еще одно хитроумное устройство, делающее криминальные развлечения опасными для самих преступников. Ученые предложили наказать их так, что больше никто не решится подвергать опасности жизнь пассажиров и экипажа. Специальные оптические элементы, которые устанавливаются в кабине самолета, отражают луч лазера таким образом, что он со стопроцентной точностью попадает в лицо хулигану и ослепляет его. Происходит это независимо от ориентации кабины лайнера. Самое главное, чем мощнее лазер преступника, тем более сильный удар он получит в ответ. Вплоть до того, что может серьезно пострадать сетчатка глаза.

Секреты часовой спирали

Иногда говорят, что история развивается по спирали, время от времени повторяясь на новом уровне. Как ни удивительно, наглядный пример тому нам может показать балансовая часовая спираль, или волосок, которая есть практически во всех наружных механических часах.

Сын плотника – повелитель времени. «Счастливые часов не наблюдают», – позволил себе заметить поэт. При этом, конечно, он полагал, что влюбленным некогда замечать течение времени. Прозаик же к этому мог добавить, что долгое время людям было вообще трудно замечать течение времени и по чисто объективным причинам. Например, во времена Средневековья на весь город могли иметься всего лишь одни-единственные часы. Они располагались в башне на городской площади и напоминали о себе и течении времени разве что ударами колокола.

Но это было еще полбеды – обыватели, в конце концов, могли ориентироваться и по солнцу. А вот что делать морякам, которым для определения долготы географических координат местоложения своего корабля на море нужно было знать точную разницу между временем на своей родине и местным временем. Если вы знали, что солнце ныне взошло в 5:40, в то время как на широте Лондона оно восходит в 6:40, значит, вы находитесь на 15° западнее, где-то у Канарских островов.

Маятниковые башенные часы для этого не годились. Во-первых, они были очень громоздкие. Во-вторых, морская качка нарушала равномерность хода маятника?

Что делать? Над ответом на этот вопрос бились лучшие часовщики своего времени в течение нескольких столетий. Первым решить задачу удалось… сыну плотника, английскому механику-самоучке Джону Харрисону.

В 1713 году он сделал свои первые часы. Хотя они были, как обычно в то время, маятниковые, Харрисон уже сумел удивить современников – его ходики были почти целиком деревянные. И это вовсе не причуда сына плотника. Харрисон таким образом резко повысил точность хода – ведь металлический маятник изменяет свою длину в зависимости от теплового расширения, а это сказывается на точности хода. А вот дерево тепловому расширению почти не подвержено.

Далее он воспользовался тем, что в 1675 году Кристиан Гюйгенс изобрел балансовую спираль, заменившую маятник. Теперь волосок спирали вкупе с колесом баланса стали основой регулирующего органа любых механических наручных часов. И в 1735 году Харрисон придумал свой первый хронометр без маятника. За время до Лиссабона и обратно он отстал всего лишь на 2 секунды за сутки.

Однако то были огромные часы, которые весили 35 кг и занимали всю каюту капитана. Нужно было их уменьшить, а заодно и увеличить точность хода. На это мастеру потребовалось еще… 47 лет!

Для поддержания стабильности колебаний при качке и снижения влияния гравитации на точность хода механик ввел второй баланс. Причем оба баланса колебались в одной плоскости, но в противоположных направлениях. Мало того, он поместил хронометр на подвижную опору, позволяющую часам находиться только в горизонтальном положении. Для обеспечения постоянства момента заводной пружины было предложено заводить часы в одно и то же время. Наконец, для снижения влияния перепадов температур морской хронометр был помещен в деревянный футляр, являвшийся своего рода термосом, поддерживающим постоянную температуру.

Лишь в 1761 году для очередного испытания его часов из Англии на Ямайку отправился корабль «Дептфорд». Сопровождал драгоценный прибор сын старого Джона, Уильям, так как сам 68-летний мастер уже не рискнул выйти в море по состоянию здоровья. Когда через 161 сутки корабль пришел в Портсмут, ошибка в ходе часов не превышала нескольких секунд. Таким образом, задача определения географической долготы в открытом море была решена.

Бреге и его брегет. Помните у А. С. Пушкина:

 
…Онегин едет на бульвар
И там гуляет на просторе.
Пока недремлющий брегет
Не прозвонит ему обед!
 

Брегет – между прочим, это карманные часы, созданные знаменитым часовых дел мастером Авраамом-Луи Бреге. Он первый придумал часы, которые заводились сами собой.

Бреге усовершенствовал и «часы с репетицией». Стоило нажать пружину, и особый механизм вызванивал количество часов, минут и секунд, что особенно удобно ночью, когда в темноте циферблата не видно.

В 1801 году он предложил конструкцию турбийона («вихрь», «круговорот» в переводе с французского) – одного из самых сложных часовых устройств всех времен и народов. Бреге обратил внимание на то, что смещение центра тяжести баланса в часах приводит к ускорению или замедлению его колебаний. Если часы принимают вертикальное положение (а ось баланса горизонтальна), то они могут либо спешить, либо отставать.

Часы для летчиков «Штурманские»

Тогда мастер сконструировал механизм, в котором все детали регулятора хода часов – баланс, спираль и спуск – были установлены на специальную платформу. За одну минуту она совершала полный оборот вокруг своей оси. Таким образом, по идее, все погрешности, возникавшие в течение первых 30 секунд, компенсировались в последующие полминуты.

Тем не менее довольно скоро выяснилось, что система Бреге, сносно работающая в карманных часах, которые большей частью находятся в вертикальном положении в жилетном кармашке, дает сбои в часах наручных. Ведь те в течение дня многократно меняют свое положение в пространстве вместе с рукой хозяина. Поэтому нынешние супертурбийоны способны двигаться вокруг центральной оси в трех координатах, компенсируя всевозможные «оверкили»!

Часы высокого полета. Ныне хронометр – особо точные часы – является обязательной принадлежностью каждого корабля. Последователям Харрисона и Бреге – Пьеру Леруа, Томасу Мюджу, Фердинанду Берту, Джону Арнольду и другим – удалось окончательно справиться со всеми проблемами. И морской хронометр приобрел современный вид, вобрав все лучшее из многочисленных остроумных изобретений: колебательную систему баланс-спираль с устройством термокомпенсации; свободный хронометровый ход; пружинный двигатель с фузеей – механизмом, уменьшающим влияние крутящего момента пружины на ход часов; стрелочную индикацию часов, минут, секунд; указание времени завода пружины и т. д.

Покорив море, часы вскоре устремились и в небо вместе с первыми воздухоплавателями и авиаторами. Самые первые авиационные часы часовщик Луи Картье в 1904 году сделал для своего друга – знаменитого бразильского воздухоплавателя Альберто Сантос-Дюмона. Он так и назвал их Santos. Для того чтобы в полете не приходилось лезть за часами в карман, Картье сделал эти часы наручными.

И потом еще долго в кабинах самолетов – будь то истребитель Первой мировой или почтовый гидроплан послевоенных лет – часы оставались первейшим рабочим инструментом пилота и штурмана.

Вычисления, которые производились в воздухе с помощью логарифмической линейки, требовали секундной точности измерения времени. Навигация в воздухе была сродни морской, широту и долготу определяли секстаном, и хронометр на борту самолета был нужен так же, как на борту корабля. В то время почти все крупные часовые фирмы создавали часы для пилотов. Причем большинство этих исторических моделей до сих пор в моде.

Пилотские модели имели фирмы Omega, Zenith, Oris. Пилоты Второй мировой войны очень ценили модели фирмы Rolex. Корпорация Longines гордится часами, которые вместе с Чарльзом Линдбергом впервые пересекли Атлантику по воздуху в 1927 году. А специально придуманная для пилотов модель Breguet 20 выпускается в различных модификациях и по сей день.

Отечественным вариантом пилотских часов считаются «Авиатор» и «Штурманские». Особого внимания заслуживает, например, модель часов «Штурманские» под названием «Гагарин», выпущенная к 40-летию первого полета человека в космос. Именно «Штурманские» Юрий Гагарин брал с собой 12 апреля 1961 года.

Хронометр для Луны. В музее Звездного городка мне однажды довелось видеть еще одни уникальные часы. Они, по уверению экскурсовода, стоят… миллион долларов! Нет, часы вовсе не из платины, и корпус их не украшен бриллиантами. Загадка объяснилась просто: именно эти часы марки Omega Speedmaster Professional были на руке Нейла Армстронга, когда он впервые ступил на Луну. Этот хронометр отсчитал 102 часа 45 минут 43 секунды полета к Луне, 37 минут посадки лунного модуля и те 2 часа 30 минут, которые американские астронавты – Н. Армстронг и Э. Олдрин – разгуливали по поверхности Селены.

И когда позднее, после экспедиции «Аполлон-Союз», Армстронг посетил Звездный городок, то, заглянув в местный музей, он оставил свои часы на память, упомянув, что именно эту сумму – 1 млн долларов – предлагал ему за эти часы один толстосум, но астронавт их не отдал…

Поначалу никто не думал, что модель Speedmaster Professional ждет столь необычная судьба. Эти часы попали в поле зрения американского космического агентства NASA почти случайно. Такие часы купил себе астронавт Вальтер Ширра и 3 октября 1962 года взял с собой в полет, который он выполнял по программе Mercury. И когда в 1964 году NASA решило обзавестись официальным хронометром, инженеры агентства отправились в один из лучших часовых магазинов Хьюстона Corrigan’s и накупили там разных часов. В том числе, по совету Ширры, они приобрели и «Омегу». Затем эксперты принялись испытывать часы на нагревание, замерзание, водонепроницаемость, коррозию, устойчивость к ударам, вакууму и т. д. К марту 1965 года им удалось успешно испортить все часы, кроме «Омеги». В конце марта Omega Speedmaster побывали в космосе в качестве официальных часов NASA и получили звание Professional.

В 1971 году часы оснастили механизмом автоматического подзавода. После этого они не раз поднимались в космос на борту «шаттлов», побывали на станциях Skylab, «Мир» и МКС.

Невидимый маятник. И тем не менее в 2011 году специалисты компании Ta g Heuer пришли к выводу, что волосок механических часов вообще и Omega в частности ныне безнадежно устарел. Дело в том, что с течением времени сверхтонкая пружина все же деформируется – металл устает. Кроме того, даже сделанный из весьма качественных и дорогих сплавов – инвара и элинвара, за изобретение которых Шарль Эдуар Гийом получил Нобелевскую премию, волосок остается чувствительным к перепадам температуры. Наконец, дивергенция, то есть несовпадение геометрического центра спирали и центра масс, означает, что ход часов все же меняется в зависимости от их положения в пространстве.

И тогда специалисты Ta g Heuer предложили вернуться к… маятнику. Однако маятник этот особый – это магнитный осциллятор, перемещения которого не виды на глаз; периодически с высокой точностью меняются лишь параметры магнитного поля. Такой «маятник» лишен проблем дивергенции и деградации с годами.

Впрочем, пока что «маятниковые» наручные часы Ta g Heuer – это всего лишь концепт. Перед запуском модели в серию инженерам предстоит решить главную проблему любого осциллятора: магнитные свойства металлов опять-таки зависят от перепадов температуры и внешнего геомагнитного поля. Однако вице-президент по исследованиям и разработкам Tag Heuer Ги Семон обещает, что компания сделает все возможное и невозможное, чтобы магнитный «маятник» спуск не остался всего лишь концептом.

Прецедент такого рода уже имеется. «Цепные» часы были первыми механическими измерителями времени, изобретенными еще в XVIII веке. Конструкция эта благополучно дожила до XX века. Причем не только в часах башенных. В середине прошлого столетия ваши дедушки и бабушки каждое утро «заводили» настенные часы-ходики с кукушкой привычно подтягивая гирьку, висевшую на цепочке.

Однако попробуйте себе представить цепную передачу для наручных часов! Оказывается, такие передачи все же существуют. Звенья такой микроцепи собирают специальные автоматы, а сами передачи используются в часах марки Cabestan, разработанных Жаном-Франсуа Рюшонне и Виани Хальтером. Мастера создали настоящие «цепные» часы, передача в которых выглядит как крошечная яхтенная лебедка.