Всюду волчки

Существует большой класс роботов, главную часть которых составляет вращающийся волчок. Эти роботы имеют очень важное значение.

Едва ли можно найти в наше время такого мальчика, который хотя бы раз в жизни не смастерил себе волчка и не провел бы с ним много увлекательных часов, любуясь поразительной устойчивостью этой игрушки, когда она вращается.

Волчок известен человечеству очень давно, по крайней мере четыре-пять тысяч лет. Его находили в древнеегипетских гробницах возле детских мумий. И, несмотря на это, едва ли сейчас найдется много таких людей, которые знали бы все удивительные свойства волчка и где, кроме игрушечных магазинов, его можно найти.

А между тем с волчком мы встречаемся всюду. Вот мимо нас несутся автомобили. В каждом из них сидит волчок — то маховое колесо, которое насажено на вал мотора и вместе с ним делает две-три тысячи оборотов в минуту. Вот едет велосипедист; каждое колесо его несложной машины — волчок.

Заглянув в зарядный ящик любого артиллерийского орудия, мы найдем волчки и там. Ведь каждый снаряд в полете быстро вращается, делая в минуту около восемнадцати тысяч оборотов. Винтовочная же пуля совершает в минуту до двухсот пятидесяти тысяч оборотов. Это тоже волчок.

Колеса паровозов, вагонов, автомобилей — волчки.

Маховые колеса любого двигателя — паровой машины, дизеля — волчки.

Колеса (роторы) водяных или паровых турбин — волчки; у паровых турбин ротор может делать до тридцати и более тысяч оборотов в минуту.

Волчки находятся внутри атомов. Это электроны, совершающие 50 000 000 000 000 000 000 000 000 (пятьдесят миллионов миллиардов миллиардов) оборотов в секунду вокруг своей оси.

А так как наше тело состоит из огромного числа атомов, в состав которых входят десятки электронов, то оказывается, что мы «наполнены» волчками.

В придачу к этому мы еще и живем на волчке — ведь наша Земля тоже вращается, делая оборот вокруг своей оси за двадцать четыре часа.

Планеты Марс, Юпитер, Сатурн, наконец, само Солнце — волчки, так как все они тоже вращаются: Марс почти с той же скоростью, что и Земля, Юпитер и Сатурн в два с половиной раза быстрее, а Солнце в двадцать пять раз медленнее.

Наконец, доказано, что, по крайней мере, некоторые из звезд тоже вращаются. Следовательно, мы в праве и их считать волчками.

С основным свойством волчка каждый школьник знакомится еще задолго до изучения физики. Это происходит на первых уроках географии, когда ребята получают ответы на вопросы:

— Отчего бывает день и ночь?

— Почему происходят лето и зима, весна и осень?

Учитель к этому уроку приносит глобус, лампу и еще что-то завернутое в газету. Окна закрываются плотными шторами, чтобы было темно. В классе становится таинственно.

Любопытные ребята прежде всего узнают на уроке, что «Земля вращается вокруг своей оси, как волчок» и что «каждое место на Земле то попадает под лучи солнца — и тогда здесь бывает день, то уходит на теневую сторону — и тогда здесь становится темно, наступает ночь». Все это показывается на глобусе.

— Кроме того, — объясняет учитель, — Земля еще движется вокруг Солнца, описывая в пространстве большой круг. Время одного оборота Земли около Солнца мы называем годом. При этом движении земная ось всегда сохраняет одно и то же положение — она постоянно своим северным концом смотрит на Полярную звезду.

У пытливых ребят тут же возникает волнующий вопрос:

— Иван Иванович, а почему земная ось сохраняет свое положение?

— Потому, — продолжает учитель, — что Земля — это большой волчок, а всякий волчок, когда он быстро вертится, стремится сохранять постоянное направление своей оси. Это его основное свойство. Вот посмотрите!

Иван Иванович протягивает руку к свертку, и через пять секунд на столе появляется обыкновенная столовая мелкая тарелка и маленький деревянный волчок.

Завертев волчок, учитель опускает его на тарелку. Волчок сначала бегает из стороны в сторону, покачивается, его ось описывает конус. Это движение оси называется прецессионным.

Очень скоро конус становится все уже, и вот, наконец, ось застыла совсем неподвижно. Кажется, что волчок даже и не вертится. Французы в этом случае говорят, что «волчок спит».

Вдруг быстрым и отрывистым движением тарелки Иван Иванович подбрасывает волчок на полметра вверх. Волчок не кувыркается. Сохраняя прежнее положение, он ловко становится на свою ножку и продолжает вертеться, как ни в чем не бывало.

Но оставим урок географии.

Основное свойство волчка прекрасно используют жонглеры, подбрасывая и ловя вращающиеся ножи или с удивительной ловкостью удерживая на конце трости тарелочку, которая при этом быстро вертится. Тем же свойством волчка пользуется велосипедист, так как колеса велосипеда делаются устойчивыми только при вращении.

И артиллерийский снаряд получает устойчивость в полете только оттого, что вертится. Не будь вращения, снаряд в полете кувыркался бы. От этого дальность полета заметно уменьшилась бы, и в цель он ударял бы не своей остроконечной головкой, а боком или дном.

Основное свойство волчка — стремление сохранить неизменное положение оси — было использовано около восьмидесяти с лишним лет назад французским физиком Леоном Фуко для замечательного опыта, глубоко поразившего современников.

 

«Покажите нам вращение земли»

Давно уже было известно, еще с 1543 г., когда в Нюрнберге вышла из печати книга Коперника «Об обращении небесных шаров», что Земля, как и другие планеты, движется вокруг Солнца и в то же время вращается вокруг своей оси, хотя нам кажется, что Земля стоит неподвижно, а Солнце и планеты вращаются вокруг Земли. Так именно, доверяя своим глазам, люди и думали в прежние века. Так учила и библия.

Правильное учение Коперника было встречено современниками враждебно. В особенности яростно нападали представители католической церкви, так как новое учение подрывало авторитет библии и поэтому было для них не выгодно.

Дело доходило до того, что сторонников учения Коперника сажали под замок (Галилей, 1633 г.) и даже сжигали живыми на кострах (Джордано Бруно, 1600 г.).

Борьба против учения Коперника была одним из проявлений классовой борьбы феодализма против нового, нарождающегося класса — буржуазии. В этой борьбе феодализм в конце концов потерпел поражение. Смертельный удар во Франции ему был нанесен Великой буржуазной революцией 1789 г.

С этого времени школьники и стали получать правильный ответ на вопрос о причинах смены дня и ночи и чередовании времен года.

— А все-таки, что бы там ни говорили в школах, трудно поверить, что вот эта твердая земля под моими ногами вертится вместе со обоими горами и океанами, — говорили, разводя руками, жирные французские лавочники еще в 1850 г.

— Вы нам покажите земное вращение так, чтобы мы его собственными глазами могли увидеть и руками потрогать. Вот тогда поверим!

Впрочем, так думали не только лавочники или адвокаты, купцы или художники. Сами научные работники тоже хотели получить более осязательное доказательство вращения Земли, чем одни только астрономические наблюдения, понятные немногим.

Первое такое доказательство и было представлено Леоном Фуко в январе 1851 г. в виде опыта с маятником в Пантеоне.

Этот величественный храм, строившийся архитектором Суфло в течение двадцати лет и законченный в 1790 г., предполагалось посвятить «святой» Женевьеве, которую католики считали покровительницей Парижа. Но учредительное собрание, созданное в первые дни Великой французской революции, особым постановлением 4 апреля 1791 г. превратило его в усыпальницу (место погребения) великих людей и назвало Пантеоном. На фронтоне была сделана надпись:

ВЕЛИКИМ ЛЮДЯМ — ПРИЗНАТЕЛЬНАЯ РОДИНА ..

Первым нашел там упокоение Мирабо, потом, 10 июля 1791 г., с большим торжеством с деревенского кладбища были перенесены останки Вольтера, а в 1794 г. — Руссо. Но прошло 15 лет, и при Наполеоне Пантеон был превращен снова в церковь «святой» Женевьевы — в нем стали хоронить генералов. Надпись с фронтона была удалена.

После Наполеона верховная власть перешла в руки Людовика XVIII, которому хотелось уничтожить все, что дала Франции Великая революция. Не ограничиваясь восстановлением прежних порядков, он в своей ненависти к революции пошел дальше.

Однажды темной ночью, когда лил осенний дождь, под оводами Пантеона появились, крадучись, как воры в чужом доме, вооруженные люди. Вскрыв гробы Вольтера и Руссо, они собрали в мешки останки великих людей и потом, чтобы никто не видел, выбросили их в какую-то яму с нечистотами у берега Сены. Это было сделано по повелению короля.

В революцию 1830 г. прежнее назначение Пантеона было восстановлено, но никто выдающийся или невыдающийся там не был похоронен.

Так как Пантеон был самым высоким зданием Парижа того времени, то поэтому Фуко его и выбрал.

Посмотреть на опыт в Пантеон собрался весь цвет парижского общества. Здесь были: пятидесятилетний Виктор Гюго, поэт и романист, гордость Франции; Дюма и Шеврель, выдающиеся химики, члены Академии наук; тридцатилетний Пастер, недавно сделавший в Академии первый доклад о своих работах; двадцатитрехлетний Жюль Верн, начинающий пробовать свои силы в литературе, и многие другие.

Опыт с маятником в парижском Пантеоне в 1851 г. Этим опытом физик Фуко наглядно показал, что Земля вращается вокруг своей оси.

Присутствующие увидели длинную тонкую стальную проволоку, прикрепленную к самой вершине купола. Нижний конец проволоки доходил почти до пола. На нем висел тяжелый медный шар с острием внизу. На полу были насыпаны два валика из песка.

Маятник медленно качался, доходя то до одного, то до другого валика. Шар маятника оставлял на них бороздку.

Вместе с маятником поворачивались из стороны в сторону и глаза зрителей. Через пять минут все ясно увидели, что верхушки валиков были разрушены маятником на протяжении четырех сантиметров. Видно было, что маятник непрерывно меняет направление качаний по отношению к стенам Пантеона.

Почему? Ведь плоскость колебаний маятника должна оставаться неизменной, потому что колебания совершаются под действием одной только силы тяжести и направлены вертикально вниз (к центру Земли), а никак не в сторону. Единственное объяснение такого странного поведения маятника могло состоять только в том, что оно вызывается вращением Земли. В действительности не маятник меняет направление колебаний относительно стен, а стены, двигаясь вместе с Землей, поворачиваются относительно маятника.

Все это Леоном Фуко было разъяснено присутствующим в Пантеоне, и они поняли, что действительно видят вращение Земли.

После Пантеона опыт Фуко с маятником в течение года совершил триумфальный марш по всему земному шару. Его повторяли в Берлине и Нью-Йорке, в Лондоне и Сиднее, в Петербурге и Буэнос-Айресе — всюду, во всех странах света, как на северном, так и на южном полушарии. Имя Фуко, которому в то время было только тридцать два года, приобрело мировую известность.

 

Гироскоп

Казалось бы, что дальше в области доказательства вращения Земли идти некуда. Однако, сам Фуко не был удовлетворен опытом в Пантеоне.

Он знал, что маятник одинаково хорошо качается с севера на юг, с востока на запад или в ином любом направлении. Эти колебания не дают никакой возможности определить, где находится север и где восток. И у Фуко возникла мысль произвести такой новый опыт, который позволил бы обнаружить не только вращение Земли, но и определить положение земной оси.

После недолгих размышлений он решил, что сделать это ему поможет волчок.

В конце августа 1852 г. в распоряжении Фуко уже был замечательный новый прибор, им самим изобретенный и великолепно выполненный по его указанию в мастерской Румкорфа — того самого, который за год перед тем изобрел индукционный аппарат, получивший название «катушки Румкорфа».

Основной частью прибора Фуко был массивный волчок с утолщенными краями, отлитый из бронзы. С помощью двух подвижно соединенных друг с другом колец, образующих карданов подвес, волчок так был прикреплен к подставке, что его ось могла принимать любое положение в пространстве; при этом сам волчок находился в безразличном равновесии.

Для опытов с новым прибором Фуко перебрался в подвал своего дома, чтобы исключить влияние сотрясения пола от проезжающих ломовых телег. Подставка с волчком была установлена на массивном столе. Тут же поблескивал латунными боками микроскоп, направленный на особую метку наружного кольца.

Сняв волчок с подставки, Фуко закрепил его в машине для запуска и изо всех сил принялся вертеть ее ручку. Разогнав волчок как можно сильнее, Фуко поместил его обратно на подставку и, приложив глаз к микроскопу, стал следить за меткой на наружном кольце.

Гироскоп Фуко. В середине прибора виден диск волчка с утолщенными краями. На горизонтальной оси волчка насажена шестеренка (зубчатое колесо), которая служит для запуска волчка на специальной машине. Ось волчка проходит через горизонтальное кольцо, которое само лежит на ножевидных выступах в гнездах внешнего вертикального кольца. Оба кольца вместе образуют карданов подвес. На тонкой стальной проволоке карданов подвес прикреплен к стойке с тремя ножками. Справа от прибора стоит микроскоп, направленный на метку на наружном кольце. Стрелка, прикрепленная к наружному кольцу внизу, тоже отмечает вращение Земли.

Через несколько секунд Фуко обнаружил, что метка перемещается в поле зрения микроскопа. На любого другого человека это скромное движение не произвело бы ни малейшего впечатления — в нем не было величественности извержения вулканов или громовых раскатов бушующей грозы, или шума морского прибоя. Но Фуко в этом движении черточки на круге увидел нечто более грандиозное, чем любое явление природы, разыгрывающееся на поверхности Земли: он увидел движение самого земного шара вокруг его оси.

В этом убеждали простейшие рассуждения. Ось вращающегося волчка стремится сохранять в пространстве неизменное положение. Карданов подвес позволяет ей это делать наилучшим образом. Но оказывается, что по отношению к микроскопу, неподвижно стоящему на столе, по отношению к полу, к стенам подвала, а следовательно, и к самой Земле направление оси волчка непрерывно изменяется (именно об этом говорит движение метки). Ясно, что это может происходить, как и в опыте с маятником, только в результате вращательного движения земного шара.

— Я увидел вращение Земли под микроскопом! — сказал Фуко в докладе Академии наук, который он сделал в сентябре того же 1852 г. о своих последних работах с волчком.

Свой прибор Фуко назвал «гироскопом», что в переводе с греческого значит «указатель вращения». Этим названием он подчеркивал, что прибор обнаруживает вращение Земли. Но теперь гироскопом называют всякий волчок, укрепленный на кардановом подвесе, независимо от его назначения.

Машина Фуко для запуска волчка. Вращение от рукоятки рядом зубчатых колес передается волчку, который виден вверху. Зубчатые колеса подобраны так, чтобы медленное вращение рукоятки преобразовывалось в очень быстрое вращение волчка. Запущенный волчок руками снимают с машины и помещают в карданов подвес гироскопа.

Дальнейшие опыты с гироскопом обнаружили, что он обладает еще двумя свойствами, отсутствующими у маятника и имеющими очень важное значение. Закрепляя кольца так, чтобы ось волчка могла двигаться только горизонтально, Фуко заметил, что в этом случае ось начинает медленно колебаться около меридиана, отклоняясь вправо и влево на одинаковый угол.

Закрепляя же кольца так, чтобы ось волчка могла двигаться только в вертикальном направлении, в плоскости меридиана, Фуко заметил, что при этом ось волчка колеблется около линии, параллельной земной оси, отклоняясь вверх и вниз на одинаковый угол.

Первое свойство гироскопа позволяет определять направление меридиана, а с ним вместе и точку севера, второе — дает средство определять направление земной оси, а следовательно, и широту места наблюдения.

— Представим себе, — говорил Фуко в докладе, — что человечество живет в пещерах внутри Земли, что оно лишено возможности видеть небо со всеми его светилами. Тогда гироскоп с его удивительными свойствами позволил бы даже этим пещерным людям не только обнаружить вращение Земли и измерить его угловую скорость, но и определить направление меридиана, узнать, где находится север, а следовательно, и остальные точки горизонта, наконец, найти широту своего места. Гироскоп по своим свойствам похож на магнитную стрелку с той, однако, разницей, что магнитная стрелка указывает на магнитный полюс, а гироскоп на географический, то есть на истинный.

— Я полагаю, — заключил свою речь Фуко, — что гироскоп можно будет применять вместо магнитного компаса, сделав в нем некоторые дальнейшие усовершенствования. Но это дело будущего.

— Ну, это едва ли потребуется! — заметил с места один из академиков. — Современные магнитные компасы устроены идеально и в замене не нуждаются.

 

Капризное изобретение Генри Уайтхеда

В том самом 1868 г., когда умер Фуко, некоторым правительствам западноевропейских государств было сделано письменное предложение купить новое военное изобретение чрезвычайной важности, позволяющее топить корабли противника на значительном расстоянии.

Правительства отнеслись к этому предложению с величайшим вниманием, и, менее чем через десять лет, начиная с русско-турецкой войны 1877 г., новое орудие человеко- истребления вошло в боевую практику. Особенно блестящие результаты были получены французами в колониальной войне с Китаем 1884–1885 гг. Очевидцы говорили, что китайские корабли, пораженные новым оружием, шли на дно, как разбитые горшки.

Одна из американских подводных лодок 1864 г. На нижнем рисунке показан разрез лодки, как он виден сверху; на среднем — разрез сбоку, на верхнем — внешний вид лодки, справа — поперечный разрез. 1 — руль направления; 2 — люк, через который команда спускается в лодку или выходит из нее; 3 — заряд пороха, прикрепленный к лодке на шесте (шестовая мина); 4 — горизонтальные рули (для спуска или подъема); 5 — место поперечного разреза лодки; 6 — помпы (насосы) для выкачивания воды из цистерны; 7 — штурвал вертикального руля; 8 — рычаг горизонтальных рулей; 9 — коленчатый вал гребного винта, приводимый в движение людьми; 10 — носовая и кормовая цистерны. Такие лодки в Америке назывались «Давидами».

Изобретателем этого боевого средства был английский инженер Генри Уайтхед. Если Фуко, производя свои блестящие опыты в различных областях физики, наивно думал, что работает для блага человечества, то мистера Уайтхеда нельзя было упрекнуть в таком «легкомыслии».

Мистер Уайтхед был директором английского военного завода в венгерском городе Фиуме, очень удобно расположенном в глубине залива северной части Адриатического моря.

Дела завода шли прекрасно, и директор понимал, что нет более выгодного для капиталиста занятия, как работать на войну.

С 1861 по 1865 г. он с увлечением следил по газетам за войной южных и северных штатов Америки. Его не интересовали цели этой войны. С равнодушной улыбкой он читал рабовладельческую программу южан, которые на весь мир заявили:

«В основу нового союзного правительства (южных штатов) положена та великая истина, что негры не равны белым, что рабство является естественным, нормальным состоянием негров. Организованное нами правительство есть первое в истории мира, которое основано на этой великой физической, философской и нравственной истине».

Но когда в газетах описывались действия «Давидов» — так называли южане первые свои маленькие, еще очень несовершенные подводные лодки, — инженер Уайтхед весь превращался во внимание. В особенности взволновало его потопление маленьким «Давидом» большого корабля «Хаузатоник» 17 февраля 1864 г. Сама подводная лодка при этом погибла со всей командой.

Взрыв шестовой мины в подводной части военного корабля «Хаузатоник».

Этот случай навел Уайтхеда на размышление. Он задался вопросом: нельзя ли сделать так, чтобы подводная лодка с зарядом пороха сама, без людей, подходила к противнику?

Постепенно в голове Уайтхеда сложилась конструкция автоматической подводной лодки. Недоставало только подходящей движущей силы, но и она скоро была найдена.

Как-то, перелистывая только что полученный номер лондонского журнала «Текнолоджист» («Технолог») — это было в начале лета 1864 г., — Уайтхед обратил внимание на статью о своеобразной железной дороге, построенной в Лондоне инженером Раммелем. Вагоны этой дороги приводились в движение сжатым воздухом.

Уайтхед радостно стукнул кулаком по столу:

— Сжатый воздух! Как я не догадался об этом раньше! Теперь все найдено!

Уайтхед был неплохим инженером и очень скоро — в течение всего четырех месяцев — построил первую свою самодвижущуюся мину.

Это был длинный цилиндр, заостренный по концам, как карандаш. Сзади виднелись гребной винт и вертикальный руль, как у обычных кораблей. По бокам торчали еще две плоскости, как плавники рыбы, — горизонтальные рули. В носовой части аппарата помещался груз песка, заменяющий боевой заряд пороха. Потом следовали резервуар с воздухом, сжатым до двадцати пяти атмосфер, и воздушный мотор, вал которого мог делать до двухсот оборотов в минуту. Был еще особый прибор — регулятор глубины, действовавший на горизонтальные рули.

Одна из первых торпед Уайтхеда. После испытания ее поднимают на корабль.

Опыты с этой крохотной подводной лодкой, длиною всего в 2 м, начались в конце 1864 г. и проводились в строжайшем секрете.

Спущенная с лодки в воду, мина Уайтхеда нырнула и пошла под водой, оставляя на гладкой поверхности залива пенистый след от пузырьков непрерывно вытекающего отработавшего воздуха. Через несколько секунд цилиндр вынырнул из воды, чтобы в следующее мгновение опять погрузиться. Такое появление на поверхности моря повторялось через каждые десять — двенадцать секунд.

— Вишь ты, ныряет, как молодой дельфин, — заметил один из наблюдавших.

— М-м… — промычал Уайтхед, посасывая сигару.

Было очевидно, что регулятор глубины работал плохо. Не лучше, обстояло дело и с рулем направления, который был поставлен так, чтобы мина шла по прямой линии. Но пенистый след искривился широкой дугой вправо. Следовательно, в намеченную цель она не попала бы.

Через три минуты движение мины прекратилось, и она, как мертвая рыба, всплыла на поверхности моря, пройдя — около 600 м. Это давало скорость 12 км в час — невиданную для подводных лодок с людьми в качестве двигателя.

Уайтхед нашел результаты испытания ободряющими. Но для него было ясно, что в таком виде самодвижущаяся мина еще не может служить боевым оружием. Для этого ее нужно было «научить» двигаться строго по прямой линии, не отклоняясь ни вправо, ни влево, и хорошо сохранять глубину. Не мешало бы также увеличить и скорость движения.

На протяжении следующих трех лет работы Уайтхед добился более высокого давления воздуха в резервуаре. Потом за первым поместил второй винт, вращающийся в обратную сторону. От этого скорость мины увеличилась до 45 км в час — величина, очень значительная для того времени. Был улучшен также регулятор глубины, и мина перестала прыгать, как дельфин, хотя линия ее движения все еще была волнистой в вертикальном направлении.

Хуже всего обстояло дело с сохранением курса (направления) движения. Как ни старался Уайтхед устанавливать руль по возможности точно, ничего не выходило — мина упрямо сворачивала в сторону.

Следя за пенистыми дугами на поверхности моря, сдержанный Уайтхед выходил из себя. Швырнув в воду не докуренную сигару, он как-то процедил сквозь зубы:

— Проклятая машина! Ей не хватает разума. Туда нужно было бы посадить гнома с компасом, чтобы он непрерывно управлял рулем. Вот тогда бы она пошла по прямой.

Но и в таком виде самодвижущаяся мина с зарядом в 35 кг пироксилина была уже боевым оружием, и Уайтхед предложил ее в 1868 г. нескольким правительствам.

Самодвижущиеся мины, или, как их называют еще иначе, торпеды, нашли спрос. Их изготовлением занялись завод в Фиуме и завод той же компании в Англии. Сам Уайтхед из служащего превратился в совладельца предприятия, доходы которого за короткий срок выросли в два с лишним раза.

 

Лейтенант Обри берется за «неразрешимую задачу»

С каждым годом мины Уайтхеда все больше совершенствовались. К 1889 г. заряд пироксилина увеличился до 72 кг, скорость возросла до 55 км в час, а дальность действия удвоилась: с пятисот метров до тысячи. Но траектория (линия движения) по-прежнему оставалась капризной, несмотря на усилия десятков изобретателей.

— Задача неразрешима! — утверждали некоторые из них. — Торпеде требуется человеческий мозг и человеческие органы чувств.

И все-таки задача была разрешена.

На одном из броненосцев австрийского флота в качестве старшего минного специалиста плавал лейтенант Обри. Капризный характер мин Уайтхеда ему был известен более чем хорошо, и он не раз серьезно задумывался над тем, как избавить их от своеволия.

Однажды, роясь в публичной библиотеке города Фиуме, лейтенант заметил «Общедоступную астрономию» Франсуа Араго.

Четыре скромных томика с кожаными темно-зеленого цвета корешками были покрыты пылью — к ним давно никто не прикасался.

Лейтенант интересовался немного звездным небом и унес с собой на корабль все четыре тома.

Обри не подозревал, что в «Общедоступной астрономии» Араго он найдет средство для блестящего разрешения мучившей его задачи о выпрямлении пути мин Уайтхеда.

Взятые книги читал он медленно, без увлечения. Араго писал обстоятельно, довольно понятно, однако, сухо.

Едва одолев несколько первых глав, Обри решил было возвратить книги в библиотеку. Но, случайно перелистывая третий том, он натолкнулся в главе о вращении Земли на описание гироскопа Фуко. Когда он читал на пятьдесят третьей странице фразу: «Следовательно, плоскость вращения диска волчка сохраняет неизменно то положение, которое ей первоначально дано», он мгновенно сообразил, что гироскоп, помещенный в торпеду и соединенный с рулем направления, должен повести ее по прямой линии.

Не прошло и нескольких месяцев, как первая опытная торпеда с волчковым механизмом для управления вертикальным рулем была построена.

На миноносце, выделенном для производства испытаний, кроме самого Обри, находились еще представители высшего командования австро-венгерским флотом.

Лейтенант сильно волновался. Он был уверен в успехе. Он десятки раз проверял действие гироскопа, поворачивая сигароподобную торпеду на станке влево и вправо; руль всегда под действием вращающегося волчка становился так, что торпеда должна была бы вернуться в начальное положение. Но это на воздухе.

«А как она поведет себя в воде? — думал Обри. — Может, опять начнет капризничать?»

Когда порт и город Фиуме скрылись за мысом и миноносец вышел в открытое море, приступили к испытаниям. Сначала выпустили мину прежнего образца. Первые 50 м она прошла по прямой линии. Потом началось отклонение влево, и чем дальше, тем больше. В конце пути длиною около километра торпеда оказалась в стороне от намеченной цели приблизительно на 250–300 м.

Современная торпеда в момент вылета из надводного торпедного аппарата.

Затем выпустили торпеду с прибором Обри, и картина движения получилась иной. Мина сначала пошла по прямой. Потом ее путь стал изгибаться попеременно то вправо, то влево, образуя волнообразную линию с очень растянутыми и небольшими изгибами. Но мина шла все же к цели.

Все нашли, что «волчок Обри работает очень толково и действительно не позволяет торпеде сходить с курса».

С тех пор мины Уайтхеда, управляемые волчками, получили еще более широкое распространение. С каждым годом их конструкция, оставаясь неизменной в основном, непрерывно улучшалась в деталях. К 1910 г. торпеды превратились в грозное морское оружие со скоростью хода до 60 км в час и дальностью действия до 5 км.

В мировой империалистической войне 1914–1918 гг. мины Уайтхеда с прибором Обри пустили ко дну сотни военных и тысячи торговых кораблей общим водоизмещением в тринадцать миллионов тонн.

В послевоенные годы совершенствование торпед продолжается дальше. В настоящее время торпеды имеют длину до 6 м, а диаметр до 53 см. Воздух в их резервуарах сжимается до ста шестидесяти и даже до двухсот атмосфер. Чтобы повысить давление еще больше, ввели подогревание воздуха во время хода мины. Воздушный четырехцилиндровый мотор системы Бротерхуда развивает мощность до восьмидесяти лошадиных сил и делает до тысячи оборотов вала в минуту. Вес мотора не превышает 40 кг. Скорость торпеды поднялась до 80 км в час. Вес заряда из сильно взрывчатого вещества — тринитротолуола — доходит до 250 кг. Его достаточно, чтобы потопить самый большой боевой корабль.

Продольный разрез современной торпеды. 6 — прибор Обри; 13 — заряд взрывчатого вещества (тротила); 14 — резервуар со сжатым воздухом; 11 — подогреватель воздуха для увеличения его давления; 12 — резервуар для керосина, сжигаемого в подогревателе; стрелка от цифры 11 пересекает воздушный двигатель, вращающий гребной вал 9 с винтами 7; 10 — гидростатический аппарат, удерживающий торпеду на заданной глубине; 1 — нож для разрезания противоминных сетей; 3 — кран, запирающий воздух в воздушном резервуаре; 4 — прибор, закрывающий доступ воздуха в двигатель после прохождения торпедой заданного расстояния.

Наиболее интересной частью торпеды по-прежнему является прибор Обри. Это все тот же гироскоп Фуко, но получивший задание вместо слежки за вращением Земли следить за движением торпеды и выправлять ее курс.

Основная часть прибора Обри — массивный волчок, укрепленный в двух подвижных кольцах, образующих карданов подвес. Волчок располагается так, чтобы его ось, будучи горизонтальной, лежала поперек торпеды. Наружное кольцо подвеса соединяется с рулевой воздушной машинкой.

Первоначально у самого Обри волчок запускался с помощью сильной пружины. Теперь же для этого служит воздушная турбина, вал которой сцепляется с осью волчка. Когда волчок достигает полного числа оборотов — около десяти тысяч в минуту, сцепление автоматически разъединяется, и волчок становится свободным.

Ось такого волчка неизменно сохраняет свое направление в пространстве. Стоит теперь движущейся мине чуть отклониться в сторону от намеченного курса, а стало быть, и от направления оси волчка, как в ход будет пущена рулевая машинка, которая подействует на руль, и торпеда будет возвращена к первоначальному направлению. Волчок очень чувствителен — он улавливает отклонения, не превышающие одного градуса.

В последние годы прибор Обри усовершенствован так, что позволяет выпускать торпеду, отклонив ее от направления на цель в сторону до тридцати градусов, и тем не менее под водою мина, управляемая волчком, сама поворачивается на нужный курс.

Современная мина Уайтхеда представляет собою таким образом очень сложную подводную лодку-робот, автоматически удерживающуюся на заданной глубине и на заданном курсе.

 

Крупные неприятности, происходящие с железными пароходами

Гироскоп Фуко нашел себе и другие еще более замечательные применения.

Их необходимость была подготовлена важнейшими событиями, происходившими в те времена на море.

К концу XVIII века появились первые корабли из железа. В XIX столетии, в особенности же после изобретения парохода, применение железа для постройки кораблей начинает быстро расти. В 1850 г. в Англии из десяти вновь закладываемых на верфях кораблей девять строились из железа.

Владельцы пароходных компаний усиленно рекламировали исключительную прочность своих стальных судов.

«Им не страшны никакие бури! — говорилось в тысячах объявлений. — Совершайте путешествия только на железных кораблях!»

И пассажиры действительно предпочитали ездить на железных судах.

Однако, в 1853 г. в море происходят странные случаи. На протяжении нескольких месяцев погибают самые большие, самые прочные пароходы: «Гумбольдт», «Франклин», «Город Филадельфия», «Город Глазго» и «Артик». Все они были построены из стали и почти все потерпели крушение во время первого рейса, попав на скалы. Наконец, к этим пяти катастрофам 20 января 1854 г. прибавилась шестая, самая ужасная.

19 января только что спущенный на воду большой английский пароход «Тэйлор» водоизмещением в две тысячи тонн вышел из Ливерпуля, направляясь в Австралию. У него на борту находилось 70 человек экипажа и 458 человек пассажиров, среди которых было 116 женщин и 48 детей.

На другой день по выходе «Тэйлора» из порта задул норд-ост, который с каждым часом все больше усиливался и перешел, наконец, в жестокую бурю. Огромные волны, заливая палубу, яростно бросали пароход из стороны в сторону. Почти все пассажиры пластом лежали в своих каютах, страдая от морской болезни. Капитан, крепко держась за поручни мостика, беспокойно оглядывал черный горизонт.

Вдруг совсем неожиданно на подветренной стороне справа от корабля совсем близко показалась земля, — низкие серые скалы острова Лембея. Капитан сделал попытку обогнуть остров, но пароход не слушался руля — жестокий ветер гнал его прямо на скалы. Бросили два якоря. Но толстые цепи лопнули, как туго натянутые струны. Через три минуты корабль застонал, ударившись о подводные скалы, и лег набок. Волны еще свирепее накинулись на стальную тушу, нанося ей страшные удары.

Обезумевшие от ужаса пассажиры — мужчины и женщины с детьми на руках — полезли на палубу, судорожно цепляясь за каждый выступ. Но волны смывали их, как соринки.

В этом кораблекрушении из 528 человек погибло 290. Из 116 женщин спаслись только 3 — одна с двухлетним мальчиком.

Общественное мнение Англии было глубоко взволновано. Появились возмущенные статьи против железных кораблей. Правительство поручило морскому бюро в Ливерпуле расследовать причины гибели «Тэйлора».

Из допроса спасшегося штурмана — капитан погиб— выяснились следующие очень важные подробности. На пароходе было два компаса: один путевой на капитанском мостике перед рулевым, другой на палубе у фок-мачты. В порту оба компаса давали одинаковые показания. Однако, уже на следующий день после выхода стрелки компасов стали расходиться на два румба. Было очевидно, что один из компасов врет. Капитан полагал, что ошибочные показания дает компас у фок-мачты. Поэтому пароход вели по путевому компасу. Основываясь на его показаниях, капитан был уверен, что «Тэйлор» идет посредине Южного канала и, следовательно, находится вдали от всяких берегов. В действительности же «Тэйлор» сильно уклонился вправо от истинного курса и наскочил на остров Лембей. В этом виноват был путевой компас.

Имелись веские основания думать, что и предшествующая гибель пяти железных пароходов была вызвана тоже неправильными показаниями их компасов. Несмотря на большую прочность железных судов сравнительно с деревянными, выходило, что они были гораздо опаснее деревянных, на которых компасы не врали.

Создавалось крайне тягостное положение. Число железных кораблей из-за их крупных преимуществ к середине XIX века стало значительным и с каждым годом все быстрее возрастало. Увеличивались также и размеры кораблей. И вдруг оказывалось, что, вопреки утверждению самоуверенного французского академика, магнитные компасы не обеспечивали правильного кораблевождения.

 

Доклад Скорсби, доктора богословия

Необходимо было во что бы то ни стало и как можно скорее разобраться в причинах ошибочных показаний компаса и устранить их. Этим и занялся очередной годичный съезд Британской ассоциации, происходивший в апреле 1854 г. в Ливерпуле.

Наиболее интересный и содержательный доклад был сделан Скорсби, доктором богословия и министром англиканской церкви. Скорсби умел ловко плавать не только на волнах человеческого невежества, поддерживаемого религией. Он был очень хорошо знаком и с мореходным делом, так как большую часть своей богатой приключениями жизни провел на океанах, плавая в качестве капитана как на парусных кораблях, так и на пароходах. Кроме того, он был прекрасным знатоком физики.

Скорсби утверждал, что причиной неправильных показаний компасов на железных кораблях служит магнетизм самих кораблей. Судовые корпуса намагничиваются еще на верфях во время постройки под действием ударов молота при склепывании железных листов.

В доказательство Скорсби проделал замечательный опыт, который впоследствии вошел в учебники физики. Поместив на стол по направлению меридиана ненамагниченный железный стержень, Скорсби несколько раз сильно ударил по нему молотком, и этого было достаточно, чтобы стержень намагнитился.

— Подобно ударам молота, действуют удары волн, — говорил Скорсби в своем докладе. — Точно так же влияют и ритмичные сотрясения корпуса при работе паровых машин, колебания гребного винта, удары лопастей пароходных колес. При этом магнитное состояние корабля не остается постоянным. Наоборот, оно с течением времени изменяется и притом в довольно широких пределах. Это опять мы можем подтвердить с помощью опыта.

Расположив намагниченный стержень поперек меридиана и ударив его несколько раз молотком, Скорсби показал, что стержень размагнитился.

— Таким образом в самой природе строительного материала — в железе — заключается причина неправильных показаний компасов. Можно ли с этой причиной бороться? — продолжал докладчик. — Несколько лет назад королевский астроном сэр Эйри, зная об ошибках компаса на железных судах, предложил помещать вблизи него постоянный магнит такого размера и такой силы, чтобы действие магнита на компас было равно и противоположно магнитному действию корабля. Тогда, как утверждает Эйри, компас будет давать совершенно правильные указания.

— Это блестящая и теоретически абсолютно правильная мысль, но, — тут Скорсби развел руками, — на практике дело, к сожалению, обстоит сложнее.

— Допустим, что, когда корабль стоял в гавани, его магнетизм был точно компенсирован (уравновешен) постоянным магнитом. Теперь представьте себе, что корабль отправился в рейс. От работы паровых машин, от ударов волн магнитная сила судна начинает изменяться, либо увеличиваясь, либо уменьшаясь. Понятно, что достигнутое в гавани равновесие магнитных сил корабля и постоянного магнита нарушится, и компас снова начнет врать. Так именно было с «Тэйлором».

— Что же делать? Где выход из создавшегося затруднения? — Скорсби остановился в замешательстве.

— Я полагаю, — закончил он, — что мы никогда не сможем добиться от магнитного компаса правильных показаний на железном или стальном судне. Поэтому, не отказываясь от компаса, мы должны изыскивать другие способы нахождения основных точек горизонта. Несомненно, с божьей помощью, — Скорсби не забывал своего церковного сана, — мы найдем выход. Но в данный момент я все же не вижу ничего такого, что могло бы заменить магнитный компас.

Скорсби не знал, что уже два года тому назад Леон Фуко докладывал Французской академии наук:

— Гироскоп обладает такими свойствами, которые делают возможным применить его вместо магнитного компаса. Для этого нужно только добиться непрерывного и очень быстрого вращения волчка и, быть может, внести некоторые дополнения в конструкцию всего аппарата.

Французские академики были далеки от интересов мореплавания и на важную мысль Фуко не обратили внимания.

 

Компасы окончательно теряют голову

Однако, решение задачи было получено лишь пятьдесят с лишним лет спустя.

Время шло. Железное кораблестроение все расширялось. В 1859 г. во Франции, в Тулоне, спускается на воду первый в мире броненосец «Глюар» длиною в 77 м. Его паровая машина развивала девятьсот лошадиных сил. Вся надводная часть была покрыта стальными пластинами — броней, толщиною в 12 см. За броненосцем «Глюар» последовали еще более мощные корабли: «Куронь», «Норманди», «Энвенсибль», «Мажанта» и «Сольферино». По примеру Франции броненосные корабли начинают строить Англия, Германия, Соединенные штаты Америки и другие страны. К 1890 г. толщина стальной брони достигает 50 см, водоизмещение — двенадцати тысяч тонн, а мощность — двенадцати тысяч лошадиных сил (французский броненосец «Ош»). Это уже гиганты из железа и стали.

К концу XIX века как на гражданских, так и в особенности на военных кораблях появляется электричество. Сначала его применяют только для освещения, потом, по мере развития электромоторов, и для обслуживания различных механизмов.

Обстановка для работы компасов становится все более тяжелой и сложной. К влиянию огромных масс железа и стали присоединяется магнитное действие электрических токов.

Вопрос о правильном кораблевождении с помощью компаса с каждым десятилетием приобретает все большую остроту. Создается целая наука о поведении компаса — теория девиации, которая учит, как парализовать вредные влияния корабля на магнитную стрелку, но… слова Скорсби, сказанные на съезде Британской ассоциации еще в 1854 г.: «Мы никогда не сможем добиться от магнитного компаса правильных показаний на железном или стальном судне», по-прежнему остаются в силе.

Еще более тяжелые условия для магнитного компаса создаются на подводных лодках, опыты с которыми в течение всей второй половины прошлого столетия усиленно ведутся разными странами — Францией, Англией, Германией. В подводной лодке компас со всех сторон окружен железом и сталью, да кроме того действуют и электрические машины, по которым пробегают токи в тысячи ампер. Бедный компас окончательно теряет голову и начинает глупо тыкать своей стрелкой вместо севера на восток или на запад.

К 1910 г. стало ясно, что вместо магнитного компаса или по крайней мере в дополнение к нему нужно создать компас совершенно новой системы, ничего общего с магнетизмом не имеющий.

Вспомнили о гироскопе Фуко и об его замечательных свойствах, и ряд изобретателей в различных странах принимается конструировать гироскопические (волчковые) компасы.

Собственно говоря, о гироскопе как о приборе, который может заменить компас, неоднократно вспоминали и раньше. Сам Фуко размышлял над этой задачей, но для его времени она была неразрешима, так как не было средства, которое позволило бы на протяжении целых часов и даже дней непрерывно вращать волчок со скоростью многих тысяч оборотов в минуту. Не было достаточно прочного металла, который выдержал бы такую огромную скорость вращения, не разрываясь от действия чудовищной центробежной силы. Не было подходящих подшипников, которые сводили бы трение к ничтожной величине.

Все это появилось лишь в начале XX столетия — асинхронные (индукционные) электромоторы, высококачественные сорта стали, шариковые подшипники, — и задача превращения гироскопа в компас, получивший название гирокомпаса, после долгих усилий многих исследователей и изобретателей была, наконец, разрешена.

 

Как Аншютц и Сперри превратили волчок в компас

Первый подлинный гирокомпас появился в 1908 г. в Германии, которая в ту эпоху стремительно развивала свой торговый и военный флот, мечтая о завоевании новых колоний и о мировом господстве. Создателем гирокомпаса был физик Аншютц, долго изучавший работы над волчком Леона Фуко, Вильяма Томсона, Феппеля и др.

Идея устройства гирокомпаса Аншютца очень проста. Волчок с горизонтальной осью установлен на поплавке, к которому внизу для устойчивости прикреплен груз. Поплавок свободно плавает на поверхности жидкости. Если волчок привести в очень быстрое вращение, достигающее пяти и более тысяч оборотов в минуту, то такой аппарат тонко «чувствует» направление географического меридиана и сам собою устанавливается так, что один конец оси волчка направляется точно к северу, другой к югу.

Волчковый компас (гирокомпас). Аншютца (упрощенное изображение). В сосуде с водой плавает пробковый поплавок П, к которому внизу на стерженьке прикреплен тяжелый груз Г. На поплавке сверху на двух стойках установлен волчок с горизонтальной осью. Поплавок с волчком может поворачиваться вправо или влево на любой угол — груз этому не мешает. Но лишь только волчок «пожелает» наклонить свою ось вверх или вниз, как груз этому начнет мешать, возвращая ось к горизонтальному положению.

Что же заставляет волчок располагаться по меридиану? Сама Земля.

Аншютц свою установку придумал так, чтобы автоматически использовалось еще одно замечательное свойство волчка, которое легко обнаружить на детской двадцатикопеечной игрушке.

Закрутив волчок посильнее, чтобы он «заснул», и взяв в руки столовый нож, легонько толкнем лезвием по верхушке оси в сторону от себя. Мы сразу же заметим, что ось волчка, вместо того чтобы двигаться по направлению удара, отклоняется в сторону — вправо или влево — под прямым углом к направлению удара. Так волчок всегда отвечает на действие силы, стремящейся сдвинуть его ось.

Это отклонение волчка в сторону от направления силы называется прецессией.

Аншютц и использовал прецессию для того, чтобы волчок сам собою устанавливался в меридиане.

Понять действие прецессии в гирокомпасе Аншютца нетрудно. Представим себе для простоты, что дело происходит на экваторе. Расположим аппарат так, чтобы ось волчка, будучи горизонтальной, лежала в направлении экватора. Через несколько минут Земля повернется на некоторый угол.

Если бы волчок был свободен, то его ось, сохраняя в пространстве прежнее направление, изменила бы свое положение относительно горизонтальной плоскости — один ее конец поднялся бы над горизонтом, другой опустился бы. Но волчок не свободен. Поплавок с грузом непрерывно заставляет поднимающийся конец его оси опускаться вниз до совпадения с горизонтальной плоскостью.

Свободный (подвешенный в кардановом подвесе) волчок на экваторе. При вращении Земли в сторону, указанную стрелкой, такой волчок сохраняет направление своей оси без изменения. Под каждым положением волчка указан горизонт. Наблюдателю же, стоящему возле волчка, будет ошибочно казаться, что волчок меняет направление оси в пространстве.

Опыт с волчком, показывающий прецессию. Получив удар вперед (направление А), ось волчка, если он вращается по часовой стрелке, отклоняется вправо. При вращении же против часовой стрелки ось волчка отклоняется влево (направление Б).

Поплавок Аншютца на поверхности океана на экваторе, видимый с южного полюса. Вращение Земли указано стрелкой. При вращении Земли ось волчка стремится сохранить свое начальное положение, отчего один ее конец (на рисунке — правый) все время «хочет» подняться над горизонтом, но груз внизу мешает этому, увлекая правый конец оси вниз. Возникает прецессия — движение оси волчка в сторону.

Волчку это «не нравится», и на действие силы тяжести он отвечает прецессией, отклонением оси в сторону, которое продолжается до тех пор, пока она не совпадет с меридианом. В этом положении ось волчка все время остается в горизонтальном положении, и прецессии не будет.

Подобное же поведение волчка на поплавке будет наблюдаться и вдали от экватора. Но направляющее действие земного вращения будет все слабее по мере приближения к полюсам, где оно становится равным нулю.

Теоретически простая идея гирокомпаса Аншютца потребовала, однако, огромного труда, остроумной изобретательности и значительных средств для практического осуществления. Основным был вопрос о получении очень большой скорости вращения и о непрерывном поддержании ее в течение долгого времени. С этим связан вопрос о сверхпрочном металле для волчка и о конструкции подшипников. При опытах Аншютца бывали такие случаи, когда волчки разрывались на куски от действия огромной центробежной силы.

Общий вид гирокомпаса Аншютца 1912 г.

Первые гирокомпасы Аншютца были несовершенны.

Под влиянием качки корабля они расстраивались и начинали давать неверные показания, с ошибкой, доходившей до пятидесяти градусов. Поэтому гирокомпасы Аншютца сначала не привлекли к себе большого внимания.

В 1911 г. появился гирокомпас и в Америке. Его изобретателем был инженер Эльмер Сперри. В гирокомпасе Сперри, как и у Аншютца, используется для установки оси в меридиане все та же прецессия, но достигается это иным устройством.

Сперри скрепил ось волчка с трубкой в виде латинской буквы U. В эту трубку налита ртуть.

Гирокомпас Сперри (упрощенное изображение). Д — диск волчка; О — ось волчка; Т, T1 — изогнутая трубка с налитой в нее ртутью. Волчок помещен в кардановом подвесе, и его ось поэтому могла бы занимать любое положение в пространстве. Но трубка с ртутью, играющая роль груза в поплавке Аншютца, мешает этому, возвращая ось к горизонтальному положению.

Действие трубки с ртутью на волчок в компасе Сперри.

Оба колена трубки сообщаются друг с другом, поэтому ртуть в них всегда стоит на одном и том же горизонтальном уровне.

Перенесемся снова на экватор. Расположим ось волчка горизонтально в направлении экватора.

Если бы волчок был свободен, то его ось, сохраняя неизменным свое направление в пространстве, в результате вращения Земли стала бы менять свое положение относительно горизонта — ее восточный конец начал бы подниматься.

Но волчок не свободен. Вместе с осью меняют свое положение и колена трубки — одно (восточное) поднимается, другое опускается. От этого ртуть начнет перетекать из первого сосуда во второй, который, сделавшись тяжелее, станет тянуть конец оси вниз. На это волчок ответит прецессией — движением в сторону, которое будет продолжаться до совпадения оси с меридианом. Тогда ось волчка, несмотря на вращение Земли, все время будет лежать горизонтально, и прецессии не будет.

Гирокомпас Сперри с самого начала оказался лучше гирокомпаса Аншютца и быстро стал распространяться на военных судах США.

Однако, и Аншютц с каждым годом улучшал свою конструкцию и к 1912 г. добился хороших результатов.

«Чувствительный элемент» гирокомпаса Сперри. В кожухе находится быстро вращающийся волчок.

В это время уже сильно «запахло» большой войной. Пролог ее начался на Балканах в октябре 1912 г. и продолжался почти год в виде трех малых балканских войн. Германия усиленно и спешно готовилась к «большим событиям». Одним из элементов этой подготовки было введение на военных кораблях гирокомпасов Аншютца. Примеру Германии и США последовали Англия, Франция, Италия, Россия. 1 августа 1914 г., к началу мировой войны, все главнейшие военные флоты ввели гирокомпасы у себя на кораблях и подводных лодках. В русском флоте были применены гирокомпасы Сперри. В послевоенное время гирокомпасы подверглись дальнейшим усовершенствованиям, и теперь они являются очень надежно действующими приборами.

В нашем советском флоте применяются гирокомпасы Сперри «марки VIII» и «марки V», которые раньше ввозились из Америки. Теперь мы прекрасно делаем их сами, введя в конструкцию некоторые улучшения.

У гирокомпаса Сперри «марки VIII» волчок, называемый ротором, имеет поперечник в 254 мм, толщину обода — 75 мм и весит около 25 кг. Нормальная скорость вращения ротора — шесть тысяч оборотов в минуту. Для изготовления ротора применяется марганцевая бронза. Ось делается из высокосортной стали. Подшипники шариковые. Ротор заключен в алюминиевую камеру, в одной половине которой расположен статор, создающий вращающееся магнитное поле. Ротор со статором образуют асинхронный электромотор трехфазного тока. К камере прикрепляются сообщающиеся сосуды, содержащие 340 г ртути. Над камерой устанавливается обычная компасная картушка. Все это на кардановом подвесе крепится внутри цилиндрической тумбы, которая называется нактоузом.

Нактоуз имеет застекленную крышку, сквозь которую видна картушка.

Нактоуз с магнитным компасом всегда устанавливается непосредственно перед штурвалом (рулевым колесом), чтобы рулевой мог видеть его картушку.

Нактоуз же с гирокомпасом обычно устанавливается во внутренних, хорошо защищенных помещениях корабля, где видеть его рулевой никак не может. Но этого и не требуется. Направляющая сила, действующая на ось волчка, гораздо больше той, которая влияет на магнитную стрелку. Это позволяет соединять с гирокомпасом ряд приборов различного назначения.

Общий вид гирокомпаса Сперри с нактоузом.

В первую очередь это будут репитеры — вспомогательные компасы, действующие от главного гирокомпаса, который называется «маткой». Репитер представляет собою компасную картушку, соединенную с электромоторчиком, который так устроен и так связан с маткой, что в точности мгновенно повторяет положение картушки основного гирокомпаса.

Компас-репитер, повторяющий все показания компаса-матки.

Таких репитеров можно присоединить к матке сколько угодно. Один из репитеров помещается перед рулевым.

С магнитным же компасом никаких репитеров связать нельзя.

Едва ли следует напоминать о том, что на гирокомпас магнитные силы не действуют и что на него, следовательно, железные и стальные массы корабля никакого влияния не оказывают.

Из всех механических роботов гирокомпас является бесспорно наиболее замечательным и удивительным.

Гирокомпас со всеми принадлежностями для линейного корабля. Гирокомпас-матка (виден посредине, справа от него два репитера (высокие тумбы).

В мировом пространстве вот уже два миллиарда лет носится вокруг Солнца огромный земной шар, в каждые двадцать четыре часа совершающий один оборот вокруг своей оси. Это величественное движение происходит бесшумно, спокойно, без малейших сотрясений, и поэтому ни одно живое существо его не ощущает, даже не подозревает о нем. Более того, человеческий род считал Землю совершенно неподвижной и еще недавно — с исторической точки зрения — посылал на костер тех дерзких мыслителей, которые утверждали, что Земля вертится.

И вот теперь изобретательная человеческая мысль создала такое механическое «существо», для которого вопрос о том, вращается ли Земля, становится праздным, наивным, даже глупым, так как оно отлично «чувствует» вращение Земли в каждое мгновение своей «жизни». И не только чувствует, но еще обязательно само располагается по меридиану. Если что-либо его выведет из этого положения, оно начинает «беспокоиться» и вертеться до тех пор, пока опять не совпадет с меридианом. Находиться в меридиане для него «высшее блаженство». Это механическое «существо» — гирокомпас, прошедший долгий путь от опытов Леона Фуко до последних работ многих сотен исследователей в различных странах земного шара.

 

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.

Гирорулевой работает только при ведении корабля по прямой линии — с постоянным курсом. При перемене курса, при вхождении в порт или выходе из порта за штурвал становится человек. Переход от автоматического управления к ручному и обратно совершается очень просто — к штурвалу присоединяется или разъединяется вспомогательный мотор внутри гирорулевого. Для этого служит тот большой рычаг, называемый соединительным, который мы видели на передней стороне тумбы гирорулевого.

Одограф Вилье.

Кроме гирорулевого и курсографа, в штурманской рубке можно встретить еще один робот, который, вооружившись карандашом, тщательно и непрерывно вычерчивает на морской карте путь корабля. Это одограф, недавно изобретенный французским инженером Вилье. Основная часть одографа — небольшая тележка с моторчиком-репитером, электрически связанным с гирокомпасом, и соленоид (проволочная катушка) с железным подвижным сердечником. Соленоид электрически связан с лагом — аппаратом, определяющим скорость движения корабля относительно воды.

Моторчик-репитер устанавливает тележку по курсу, а соленоид передвигает ее по карте с той скоростью, которую имеет корабль в данный небольшой промежуток времени. Конечно, скорость выражается в масштабе карты. Прикрепленный к тележке карандаш чертит путь, проходимый кораблем. Любое изменение курса корабля и скорости его движения одограф чутко улавливает и точно переносит на карту.

Одограф Вилье чертит на карте путь корабля.

 

Корабль-робот

Гироскоп Фуко, превратившийся в гирокомпасы Аншютца и Сперри, эти чудеснейшие механические роботы, сделал возможным автоматизировать ответственную и напряженную работу рулевого. Одограф Вилье взял на себя часть работы штурмана. Применение двигателей Дизеля, сжигающих нефть и не требующих за собою почти никакого присмотра, и широкое использование электричества создали возможность дальнейшей автоматизации кораблей. Несмотря на жестокий экономический кризис в капиталистических странах, разразившийся в 1929 г., вызвавший застой в технике и отбросивший капитализм на десятки лет назад, автоматизация кораблей все же проводилась усиленными темпами, в особенности для военных целей.

К настоящему времени существуют корабли настолько автоматизированные, что их самих можно назвать роботами. Интересный пример дает «Брауншвейг», английский теплоход. «Брауншвейг» перевозит исключительно нефть, керосин и бензин, наливаемые прямо внутрь судна в устроенные там баки, занимающие всю переднюю часть корабля.

Машины, приводящие судно в движение, расположены в задней части корпуса. Основную группу двигателей составляют четыре шестицилиндровых дизеля. Мощность каждого из них — семьсот пятьдесят лошадиных сил. С валами этих двигателей соединены динамомашины, дающие ток для многочисленных электродвигателей корабля. Самый большой из них, мощностью две тысячи восемьсот лошадиных сил, вращает гребной вал, на который насажен гребной винт. Остальные электродвигатели, мощностью от одной до восьмидесяти лошадиных сил, приводят в движение другие машины корабля — лебедки, насосы, вентиляторы, компрессоры.

Кроме того, «Брауншвейг» оборудован гирокомпасом, гирорулевым, одографом и еще несколькими автоматами.

Полная электрификация корабля позволила органы управления всеми машинами — рычаги, кнопки, измерительные приборы — сосредоточить на одном распределительном щите. Нажимая кнопки и поворачивая рычаги, один человек может управлять всем кораблем — пустить его в ход или остановить, повернуть его направо или налево, спустить якорь или, наоборот, поднять его, накачивать или выкачивать нефть. Большой корабль, длиной в 140 м, послушно подчиняется движению руки одного человека. Благодаря автоматам команда «Брауншвейга» сокращена до десяти человек вместо обычных сорока, причем работа этого десятка людей сводится лишь к наблюдению за приборами и машинами.

Корабль-робот «Брауншвейг». 1 — люки, через которые теплоход заполняется нефтью или другим жидким грузом; 2 — танки, т. е. баки для нефти; 3 — помещение для команды; 4 — машинное отделение; 5 — дизель мощностью в 750 лошадиных сил; 6 — динамомашина; 7 — один из вспомогательных электродвигателей; 8 — главный электродвигатель, вращающий гребной вал; 9 — муфта сцепления; 10 — рулевая машина; 11 — вспомогательный штурвал на случай аварии главного рулевого управления; 12 — вентиляционная труба; 13 — прожектор; 14 —штурманская рубка; 16 — капитанский мостик; 16 — механик, управляющий всем кораблем, у щита управления; 17 — пусковые рукоятки для дизелей; 18 — вид щита управления с задней стороны; 19 — электроизмерительные приборы (ампер- и вольтметры); 20 — секция управления главными дизелями; 21 и 22 — секция управления вспомогательными машинами; 23 — секция управления помпами; 24 — выключатели.

 

Робот-пилот

Из штурманской рубки современного океанского корабля, где мы познакомились с несколькими волчковыми роботами, перейдем теперь в пилотское помещение большого аэроплана. Через пять минут крылатая машина отправляется в дальний путь по голубым просторам неба. Займем место рядом с пилотом и понаблюдаем за его работой. Вот он влезает в кабину и удобно располагается в кресле. Прикоснувшись руками и ногами к рычагам управления, он убеждается, что все в порядке. За бортом аэроплана раздается восклицание механика:

— Контакт!

Пилот привычным движением руки включает зажигание и громко отвечает:

— Есть контакт!

Один за другим шумно пробуждаются от сна три мощных мотора. Несколько секунд летчик их прогревает. Потом, прибавив газ, рулит к старту. Машина движется по земле неуклюже, как неповоротливый жук. По сигналу стартера пилот еще больше прибавляет газ. Остановившаяся на секунду машина мчится вперед, с каждым мгновением ускоряя бег. Вдруг земля будто оторвалась от аэроплана и стала опускаться вниз и назад. Руки пилота уверенно держат штурвал, ноги упираются в педали.

Аэроплан поднимается все выше. Стрелка альтиметра — указателя высоты — с цифры 100 м переходит на цифру 200, потом 300. Легким движением рук и ног пилот заставляет самолет описать круг над аэропортом для проверки моторов, потом ложится на курс, то есть берет нужное направление полета.

На высоте 500 м летчик протягивает руку к доске с большим числом измерительных приборов и поворачивает какие-то две рукоятки. После этого он выпускает из рук штурвал и снимает ноги с педалей.

Нас охватывает невольное беспокойство: не клюнул бы аэроплан носом вниз или не свалился бы набок. Но нет, машина не клюет и на крыло не валится. Она продолжает уверенно двигаться все в том же направлении, только поднимаясь еще выше. А пилот беспечно смотрит куда-то в сторону.

Добравшись до цифры 1 500 м, стрелка альтиметра застывает. Значит, подъем прекратился, и мы летим по горизонтали. Пилот поднялся со своего кресла и перешел в штурманское помещение.

Аэроплан продолжает полет самостоятельно, точно удерживая курс и высоту. Его рычаги управления сами поминутно перемещаются то вперед или назад, то вправо или влево. Кажется, что к ним прикасается чья-то невидимая рука или нога.

Знакомая картина! Мы ее наблюдали на корабле с гирорулевым. Там штурвал тоже самостоятельно вертелся. Им управлял робот, скрытый в четырехугольной тумбочке. Несомненно, и здесь, на аэроплане, тоже должен быть робот, командующий рулями направления, высоты и элеронами.

Где же он?

Мы найдем его посредине приборной доски, в верхней ее части. Это вделанный в нее небольшой металлический ящик, весящий всего около 15 кг. На передней стенке ящика находится несколько циферблатов, рукояток и небольшое застекленное оконце, через которое видны какие-то механизмы. Таков внешний вид робота-пилота.

Приборная доска аэроплана. Справа и слева видны штурвалы двойного управления. На доске посредине вверху — робот-пилот.

Покамест мы его рассматривали, самолет вошел в гряду облаков. Нас окутал седой туман. Исчезли земля, небо. Не видно даже концов крыльев. Полет, как говорят, становится слепым. На заре авиации, когда не было еще многих из тех приборов, которые сейчас поблескивают перед нами, слепой полет был опасен. Не видя горизонта, летчик терял способность удерживать машину от крена в ту или другую сторону. Самолет начинал идти неуверенно, пошатываясь, то ныряя, то задирая нос кверху.

Теперь не то. На доске перед пилотом имеются приборы, которые «чувствуют» положение аэроплана в пространстве гораздо тоньше и лучше, чем любой человек. Вот креномеры, показывающие малейший наклон аэроплана в любую сторону. Вот искусственный горизонт, дающий горизонтальную линию при всяких наклонах аппарата. Пользуясь всеми этими измерителями, летчик и в тумане может вести машину столь же хорошо, как и при полной видимости.

А робот?

Для него тумана не существует, так как у него нет зрения. Он ориентируется одинаково хорошо и в прозрачном воздухе, когда дали четко видны на десятки километров, и в самой гуще грозовых посиневших туч, рассыпающих молнии и потрясающих небо громами, среди бела дня под яркими лучами июньского солнца или в глухую, черную ноябрьскую полночь, когда по стеклам кабины, по утонувшим во мраке крыльям уныло хлещут потоки холодного дождя.

Вот и сейчас в молочном пространстве облака компас указывает, что мы несемся прежним курсом; альтиметр сообщает, что высота наша остается неизменной: искусственный горизонт совпадает с начерченной на стекле поперечной осью машины, значит, крылья самолета расположены горизонтально.

В пилотское помещение вошел летчик. Не хочет ли он сам взяться за рычаги?

Быть может, дальнейшее движение под управлением робота становится опасным?

Нет. Пилот только протягивает руку к роботу и поворачивает одну из рукояток, очень похожую на рукоятку радиоприемника. Он устанавливает ее на цифре 2 500, потом нажимает еще кнопку, и в то же мгновение рычаг со штурвалом сам отклоняется назад, а нос аэроплана приподнимается несколько кверху. Стрелка альтиметра опять двинулась по ступенькам цифр. На высоте в 2 100 м аэроплан вынырнул из облаков. Над нами показалось эмалево-синее небо. Машина продолжает подниматься. Вдруг рычаг со штурвалом отклоняется в свое нормальное положение. Значит, аэроплан от подъема перешел на горизонтальный полет. Смотрим на альтиметр — стрелка остановилась на высоте как раз 2 500 м.

Что это значит? Почему аэроплан перестал подниматься?

Разгадка простая. Пилот, вращая рукоятку, «сообщил» роботу, что нужно лететь на высоте 2 500 м. И робот точно выполнил это безмолвное распоряжение. Вращая ту же рукоятку, можно заставить аэроплан лететь на любой возможной для него высоте, причем переход с одной высоты на другую совершается машиной самостоятельно. Нажимая еще на две кнопки, можно вызвать поворот аэроплана вправо или влево. Все это делает робот-пилот. Он выполняет задания гораздо лучше, чем самый натренированный летчик. Робот, например, улавливает уклонение аэроплана от прямой на полградуса и в то же мгновение начинает действовать. Человек полградуса не замечает.

Что же составляет сердце и мозг робота-пилота?

Все те же волчки.

 

Немного истории

Мысль об автоматизации полета аэроплана, облегчающей работу пилота, возникла чуть ли не вместе с самим аэропланом. Во всяком случае, уже начиная с 1906 г., появляются различные проекты аппаратов, предназначенных для автоматического управления летательными машинами.

Изобретатели упорно искали способы разрешения поставленной задачи. Пытались попользовать флюгера, анемометры (измерители скорости ветра), наконец, волчок.

С изобретением гирокомпаса, а впоследствии гирорулевого, появилась мысль применить их и для вождения аэропланов. Но от этой соблазнительной мысли пришлось отказаться: во-первых, потому, что гирокомпасы довольно тяжелы и громоздки, к тому же они легко расстраивались бы от толчков при посадке на землю и от резких колебаний в полете; во-вторых, еще и потому, что огромные скорости современных аэропланов близко подошли к скоростям вращения различных мест Земли, а это уменьшает влияние земного вращения на ось волчка и делает его менее чувствительным.

Нужно было искать иные пути для использования волчков. И их нашли.

Еще в 1913 г. Эльмер Сперри, изобретатель гирокомпаса, установил на аэроплане два прибора Обри, уже известные нам по минам Уайтхеда. В одном из этих приборов ось волчка устанавливалась вертикально, в другом горизонтально, по направлению поперечной линии аэроплана. Первый волчок связывался посредством сервомотора (вспомогательного мотора) с рулем глубины, второй, тоже через сервомотор, — с рулем направления и элеронами. Такой двойной прибор Обри, называемый «автопилот системы Сперри», действовал на аэроплане столь же хорошо, как и обычный прибор Обри в торпеде.

Летом 1914 г. Сперри показывал свой аппарат во Франции. Автопилот был установлен на трехместном гидроплане. Первый полет состоялся 23 июля.

Дул довольно сильный ветер, чего Сперри как раз и хотел. В гидроплане, кроме пилота и самого Сперри, находился еще Рэнэ Кэнтон, корреспондент газеты «Матэн». Пробежав по Сене около 300 м, гидроплан поднялся на воздух.

— На высоте ста метров, — рассказывает Кэнтон, — пилот передал управление автомату. Признаюсь, я боялся, чтобы мы не свалились на крыши Безона или Аржантейля. Но этого не случилось. Мы видели, как на земле колыхались вершины деревьев под ударами ветра. Но, странное дело, мы порывов ветра не замечали. Аэроплан шел спокойно, без качки, как в тихую погоду. Когда мы пролетали над комиссией, пилот поднял обе руки вверх, чтобы показать, что аэроплан летит под управлением автомата.

На следующий день в газете «Матэн» появилось описание этого замечательного полета. Всем было ясно, что автопилот Сперри заслуживает большого внимания. Однако, разразившаяся через месяц мировая война застала работы над автопилотом незаконченными, и они возобновились лишь в послевоенное время.

Внешний вид работа-пилота.

Сперри прекрасно знал основной недостаток своего автопилота — двойного прибора Обри. Он состоял в том, что ось каждого из волчков, сохраняя свое положение в пространстве (относительно звезд), непрерывно меняли его относительно вращающейся Земли. Поэтому путь самолета, которым управляет автопилот, практически говоря, лишь на протяжении первых десяти минут сохраняет прямолинейность и дальше начинает уже искривляться. Поэтому через каждые десять минут требуется вмешательство человека для приведения аэроплана к прежнему курсу.

Отсюда возникла новая, важная и, как мы это теперь понимаем, очень сложная задача — переделать волчки так, чтобы они длительно сохраняли заданное им положение относительно Земли.

Усилиями различных изобретателей эта задача была разрешена к 1930 г.

Получив такие волчки, Сперри мог создать более совершенный автопилот, который ведет аэроплан по заданному курсу уже на протяжении многих часов.

Первое серьезное испытание нового автопилота Сперри было устроено в 1933 г. во время перелета Франка Хэукса из Лос-Анжелоса в Нью-Йорк, через весь северо-американский материк.

Поднявшись над Лос-Анжелосом и взяв требуемый курс, Хэукс передал управление машиной роботу. На высоте пяти тысяч метров аэроплан мчался со сверхураганной скоростью — 360 км в час. И этот крылатый снаряд находился всецело под властью маленького робота.

На половине пути Хэуксу показалось, что курс аэроплана уклонился к северу от истинного направления. Но он не прикоснулся к рычагам управления, так как еще не был уверен в ошибке. Каково же было изумление Хэукса, когда тридцать минут спустя его самолет промчался над городом Канзасом, который точно лежал на намеченном пути.

— Молодец, робот, из тебя вышел дельный пилот! — засмеялся Хэукс, ласково погладив стенку автомата.

Внутреннее устройство робота-пилота (автопилота).

Через шесть часов аэроплан благополучно спустился в Нью-Йорке.

Из тринадцати часов двадцати шести минут, проведенных в воздухе, Хэукс держал в руках рычаг управления только шестнадцать минут. Все остальное время вел аэроплан робот-пилот.

Маршрут пилота Хэукса в 1933 г. из Лос-Анжелоса в Нью-Йорк. В продолжение всего пути самолетом управлял робот (автопилот).

В том же 1933 г. выдающийся американский летчик Вилли Пост совершил замечательный кругосветный перелет, продолжавшийся семь суток и девятнадцать часов. В аэроплане «Локхид-Вега» находились только Вилли Пост и… маленький робот.

Пост признал, что без автопилота он не смог бы столь скоро закончить свой перелет.

С 1934 г. автопилоты Сперри стали распространяться и в гражданском и в военном воздушном флоте США. Появились автопилоты и у нас. Так, самый большой в мире сухопутный самолет «Максим Горький» был оборудован роботом-пилотом.

Что же, какие причины заставили изобретателей работать над автопилотами? Не был ли это причудливый каприз творческой фантазии? Или, быть может, какому-нибудь изобретателю хотелось блеснуть перед всем светом удивительнейшим механизмом, который мог бы управлять аэропланом лучше, чем самый лучший из летчиков-людей?

Нет. Причины были более «прозаические»: свойства воздушной стихии, размеры крылатых кораблей и качества самого человека.

Воздушный океан, в нижней части которого — в тропосфере — совершаются полеты аэропланов, редко бывает спокойным. В нем почти всегда дуют ветры, то легкие и слабые, то бурные и разрушительные. К ним присоединяется движение нагретых масс воздуха снизу вверх и охлажденных сверху вниз.

При тихой погоде управление аэропланом представляется делом довольно легким. Но при ветре, в перемешивающихся потоках теплого и холодного воздуха от пилота требуется уже большое напряжение внимания и силы. И чем больше аэроплан, тем труднее становится его пилотирование в неспокойном воздухе. Современные пассажирские аэропланы и тяжелые бомбардировщики, имеющие полетный вес в десять, пятнадцать, двадцать и более тонн, являются уже в достаточной степени громоздкими машинами. Ведение таких кораблей на протяжении многих часов подряд сильно утомляет человека. Приходится брать для смены вторых и третьих пилотов, что приводит к уменьшению полезной нагрузки. Отсюда настоятельная потребность в таком механизме, который, имея небольшой вес, мог бы освобождать человека от утомительной работы управления.

Автопилот Сперри последнего образца вполне удовлетворяет назревшей потребности.