что играло роль первых маяков
Как работает маяк и зачем он нужен в наше время
О чем вы думаете, когда слышите слово “маяк”? Кто-то представит себе GPS-трекер, кто-то — шпионские маячок, кто-то — мигалку на полицейской машине, а кто-то — просто радио Маяк. Но, скорее всего, большинство людей представит именно ту большую красивую башню на берегу моря, окруженную ореолом романтики и стаями голодных чаек. Чтобы вы не представили, но истоки этого слова ведут именно к навигационному сооружению. Если хотите, это первая стационарная навигационная башня. В давние времена она позволяла кораблям не натыкаться на скалы и рифы, а сейчас выполняет эту и некоторые другие не менее важные функции. Эта конструкция сложнее, чем кажется, но важнее, чем можно подумать, просто прогуливаясь по берегу.
Маяки не только красивы, но и функциональны.
Прежде всего, как обычно, стоит понять, что вообще такое маяк и каким определением можно дать ответ на этот вопрос.
Как правило, маяками являются именно стационарные конструкции, установленные на берегу, хотя иногда они бывают плавучими. В этом случае они устанавливаются на специальных понтонах или буях и крепятся якорем ко дну. Выполняемые функции в этом случае схожи с функциями стационарного сооружения.
Когда появился первый маяк
Строительство маяков ведется с древних времен. Когда появился первый из них, сказать сложно, но точно это было примерно в те времена, когда появились более-менее большие корабли и началось массовое движение по воде.
Несмотря на это, есть маяк, который можно назвать самым известным. Им является Александрийский маяк, построенный в III веке до нашей эры. Он даже признан одним из чудес света.
В основе первых маяков лежал огонь. Началось все с того, что греки и финикийцы размечали кострами опасные водные проходы. Постепенно это переросло в стационарные сооружения, в которых в качестве топлива использовались каменный уголь, рапсовое масло и даже керосин.
Важным этапом в истории развития маяков стало появление линзы Френеля, которая позволяла направить поток света в сторону кораблей, но не одним тонким лучом, а в виде рассеянного источника. Так дальность действия маяка становилась существенно выше. Сама линза появилась на свет в 1820 году.
Линза Френе́ля представляет собой оптическую деталь со сложной ступенчатой поверхностью. Она может заменить как сферическую, так и цилиндрическую линзы, а также другие оптические детали, например, призмы.
Если отдельно говорить о других типах маяков, можно отметить, что первый плавучий маяк на реке появился в 1820 году в устье Темзы, а на море только 60 лет спустя. Было это на Северном море.
В истории нашей страны первые маяки появились в восемнадцатом веке. При этом они почти сразу начали появляться не по одному. Наблюдался бурный рост их количества, а связано это было с указами Петра I и развитием флота в тот период. Многие маяки находились в частном владении, но 8 июля 1807 года вышел указ Александра I, согласно которому все они были переведены в подчинение морского ведомства. Только так можно было обеспечить надлежащий уход за столь сложным, но важным сооружением и его своевременно обслуживание.
Так выглядит линза Франеля в маяке.
Все это время за маяками следили специальные люди, которые назывались смотрителями маяков или маячниками, но только в конце тысячелетия у них появился профессиональный праздник — день маячника России. Впервые он был отпразднован 8 июля 1997 года в 190-ю годовщину перевода, про который я говорил выше.
По ту сторону океана, в США, маяки, как и в каждой стране, развивались своим путем. Первый из них был построен в 1716 году рядом с Бостоном. Вы спросите, почему только в это время в крупных странах началось строительство этих сооружений, если они были еще до нашей эры, и будете правы. Строительство действительно шло не очень быстро и в конце XIX века во всем мире насчитывалось всего около ста подобных объектов. Тем не менее, примерно в это время маяки начали строиться и во многих других странах. Например, в Японии.
Один из переломных моментов в конструкции маяков, и вообще в их истории, произошел в начале XX века (1907 год), когда Густавом Даленом был изобретен солнечный клапан. Это позволило сделать маяки автоматическими. Они выключались после восхода солнца и зажигались снова, когда оно садилось или скрывалось за плотными облаками в плохую погоду. Изобретение такого клапана даже было удостоено Нобелевской премии по физике в 1912 году с формулировкой “за изобретение автоматических регуляторов, использующихся в сочетании с газовыми аккумуляторами для источников света на маяках и буях”.
Примерная конструкция солнечного клапана.
Солнечный клапан — устройство для зажигания сигнального огня, обеспечивающее выделение газа только в ночное время или в плохую погоду.
В основе конструкции солнечного клапана лежит колба, в которую помещено четыре стержня. В середине находится зачерненный, а вокруг него установлены три отполированных, которые должны отражать солнечный свет на зачерненный стержень и нагревать его. За счет нагревания он расширяется, давит на клапан и перекрывает подачу газа. В этот момент свет выключается. Когда стержень остывает и сжимается, газ снова открывается и свет зажигается. Принцип работы этого клапана основан на свойствах расширения материалов при нагревании.
Во многом после появления солнечного клапана профессия смотрителя маяка начала исчезать. Сейчас она вообще почти не нужна. За маяками следят в основном техники, которые просто приходят ремонтировать их, если они ломаются. О поломке, опять же, сообщит специальная система самодиагностики.
Раз уж мы говорим об истории маяков, нельзя не отметить и некоторые интересные исторические факты. Например, самое известное происшествие в истории этих навигационных объектов, когда одновременно бесследно пропали три смотрителя маяка на Островах Фланнана в декабре 1990 года. Об их судьбе ничего не известно.
Береговая линия во Франции не обозначалась огнями вплоть до XVII века, чтобы избежать нападения пиратов. А в США с 1886 по 1902 год в качестве маяка использовалась Статуя Свободы. Собственно для этого она и строилась. По задумке она должна была приветствовать своим огнем уставших путников, пересекших Атлантику.
Мало кто знает, но главный открыточный символ Нью-Йорка строился как маяк.
На данный момент самым старым из известных маяков является маяк, находящийся в испанском городе Ла-Корунья. Он был построен во времена римского императора Траяна (II в.).
Классификация маяков
Маяки делятся на несколько типов, в том числе, по месту установки и по выполняемым функциям.
Как уже было сказано выше, маяки бывают береговыми и плавучими. Первые устанавливаются на берегу или в непосредственной близости от него (на островах, рифах, скалах), вторые плавают вдали от берега на специальных платформах или кораблях, как правило, обозначая вход в порт.
По выполняемой функции маяки различаются на опознавательные и створные. Первые являются одиночными, а вторые обязательно должны работать в паре.
Опознавательные маяки служат для обозначения препятствия в опасных местах, в качестве точки навигации, например, около которой надо совершить поворот, а также служат знаком захода в порт.
Створные маяки куда интереснее. Они не просто показывают, что “Вот тут скалы! Разобьетесь!”, а указывают маршрут до конкретного места. Например, безопасный фарватер при заходе в порт.
Фарва́тер (голл. vaarwater, от varen — плыть и water — вода) — судовой ход, безопасный в навигационном отношении и обозначенный на местности и/или карте проход по водному пространству (реке, озеру, морю, проливу, фьорду, океану и другим), характеризующийся достаточными глубинами и отсутствием препятствий для судоходства, например, затопленных судов, рифов и мин.
Створные маяки всегда выстраиваются так, чтобы было понятно, в какую сторону движется корабль и какой маневр ему надо совершить, чтобы пройти сложный участок. Впервые такая система обозначения была внедрена в Европе в 1837 году и получила название «ведущих огней» (англ. Leading Lights). Подобные маяки используются не только на море, но и в речной навигации.
Существует и дневная система опознавания маяков. Для этого они окрашиваются особым образом, чтобы при подходе к нему было понятно с какой стороны от опасной зоны он установлен. Белый цвет означает безопасный сектор, красный обозначает левую от безопасного сектора область, а зеленый — правую.
Принцип работы маяка
Про основы конструкции маяка можно сказать, что она представляет собой прожектор, сила света которого пропорциональна площади собирающего свет зеркала или линзы, а угол, в котором распространяется свет, обратно пропорциональная этой площади.
Сами оптические элементы не делаются из единого куска стекла, так как они очень большие и при условии монолитности будут очень дорогими, сложными в производстве и уязвимыми. А так как это не телескоп, где важна идеальная точность, применение сборной конструкции вполне оправдано.
Так выглядит линза маяка.
Одной из самых удачных конструкция стала та, в которой применялась линза Френеля. При этом конструкция из сборки таких линз и зеркал должна вращаться вокруг источника света. Так достигается возможность не только дальнего обнаружения, но и охват на 360 градусов. В современных маяках используется электропривод элементов, а раньше вместо него был часовой механизм или система грузов. “Заводились” они при помощи мускульной силы смотрителя маяка, которому время от времени приходилось потрудиться.
В качестве источника света в старых маяках использовался огонь, а в современных — электрические лампы, которые питаются от электричества, поданного с берега или дизельного генератора. В плавучих морских маяках используется солнечная энергия и дизельный генератор в качестве резервного источника.
Еще больше интересного контента в нашем Яндекс.Дзен!
Кроме традиционного источника света и вращающегося элемента, в современных маяках часто используется импульсная система. Она позволяет не только визуально узнать конкретный маяк за счет особо ритма срабатывания, но и дать в разных направлениях разное освещение, чтобы капитан мог понять, с какой стороны он подходит в маяку.
Кроме этого, современные маяки оснащаются дополнительными навигационными приборами. Например, радиостанциями или звуковыми излучателями. Это позволяет ориентироваться по ним в условиях плохой видимости. В качестве дополнительного сигнала маяк может выступать в роли отражателя радиосигнала с корабля, опять же давая капитану больше информации для принятия решений.
Даже современным кораблям нужны маяки.
Сколько в мире маяков?
Из-за применения современных навигационных технологий роль маяков, как навигационного средства, несколько снизилась и в настоящее время количество работающих маяков во всём мире не превышает полутора тысяч.
Можно спросить, для чего они вообще нужны, если есть спутниковые системы глобального позиционирования и другие современные навороты, включая эхолоты, сонары и прочее. Истинная важность маяков кроется в том, что любая система может дать сбой, а источник света на горизонте вечен. Это как с самолетами, которые могут садиться по приборам, но есть специальные сигнальные огни, которые позволяют визуально контролировать точность захода по глиссаде.
В конце концов, вы же не едете на машине по навигатору, смотря только на него. Он лишь помогает, как и другие элементы, включая дорожные указатели. Именно поэтому, несмотря на развитие техники, визуальное наблюдение остается важнейшим средством ориентации на море, и потому маяки продолжают использоваться.
При этом используются не только старые маяки. В некоторых местах строятся новые, которые должны обезопасить морские пути в условиях изменения навигации и ландшафта. В ближайшее время предсказать отказ от такого средства обнаружения, как маяк не получится, поэтому они еще долго будут существовать и освещать путь кораблям.
Свет верного пути: история появления маяка
Маяк представляет собой башню, снабженную навигационным оборудованием, которая помогает судну определить курс движения и обозначает опасные участки на море. Яркая контрастная окраска этого сооружения выделяет его на фоне окружающей местности. Маяки оснащают сильным источником света, в том числе средствами усиления светового сигнала, а также инструментами передачи звуковых и радиосигналов, чтобы он мог выполнять свои функции даже в условиях недостаточной видимости.
Навигационные башни строили древние египтяне, финикийцы, греки, римляне и викинги. Одним из первых таких сооружений был Александрийский маяк, известный нам как седьмое чудо света. Строительство трехъярусного 120-метрового здания заняло пять лет. Его возвели в 283 – 247 годах до н.э. на острове близ Александрии. Долгие века сооружение приводило в восторг иноземных торговцев и путешественников, чьи корабли бросали якоря в александрийской гавани. На вершине здания постоянно поддерживался огромный костер, свет от которого усиливался с помощью сложной системы зеркал. Дрова доставлялись наверх по спиральной лестнице, настолько пологой и широкой, что по ней поднимались повозки, запряженные ослами. В течение многих столетий Александрийский маяк был самым высоким сооружением на планете. 21 июля 365 года маяк был разрушен в результате мощного землетрясения. Кстати, его копия возведена в китайском городе Changsha.
В местах, где условия не позволяли строить башни, использовали плавучие маяки, или суда с маячным оборудованием. Первым из них была римская галера, пустившаяся в плавание во времена Юлия Цезаря. Ночное небо освещала располагавшаяся высоко на мачте жаровня с раскаленными углями.
С тех пор, как маяки подтвердили свою незаменимость в мореходном деле, их стали строить повсеместно из любого имеющегося материала: дерева, камня, кирпича, бетона, железобетона, алюминия и даже из фибергласса – стеклопластика.
В V веке в Ирландии был построен маяк Hook Head. Его возвели местные монахи, они же следили за тем, чтобы освещающий фарватер огонь не погас. В качестве строительных материалов выбрали известняк и жженую известь, смешанную с кровью быка. Старый маяк продолжает действовать и сегодня.
Одним из самых важных этапов развития маяков стало изобретение в 1820 году линз Френеля, позволивших значительно увеличить силу света, при этом его источником оставался всего лишь горящий фитиль. Сегодня эквивалент яркости огня маяка составляет около двадцати миллионов свечей, в фонарях работают ксеноновые лампы высокого давления.
В России же интенсивное сооружение маяков началось при Петре I, когда держава стала стремительно наращивать морской флот. Самым первым маяком на территории России принято считать Дагерортский маяк (Кыпу) на острове Хийумаа в Эстонии, построенный в 1531 году.
В 1950-е годы началась вторая волна строительства маяков в России. Советская промышленность в это время уже освоила серийное производство маячных светооптических аппаратов с силой света от 50 тысяч до 3 миллионов свечей и дальностью действия до 30 морских миль. Архитекторы и инженеры при этом научились строить монолитные бетонные башни с помощью переставной металлической опалубки.
Одним из самых мощных и самых высоких маяков в мире сегодня считается маяк у западных берегов Франции, освещающий путь судам на входе в пролив Ла-Манш. Стометровое сооружение построено в середине 1980-х годов на скальном массиве в 30 милях от острова Уэссан. Его свет можно наблюдать и на британских островах Силли, находящихся на расстоянии 169 километров от маяка.
В результате внедрения современных навигационных технологий роль маяков как навигационного средства несколько снизилась, и в настоящее время количество работающих маяков во всем мире не превышает полутора тысяч.
Об упомянутых выше и других интересных маяках Главгосэкспертиза России ранее подробно рассказала в своем материале, посвященном 12 невероятным маякам планеты.
Что играло роль первых маяков
Маяк — средство навигационного оборудования побережья крупных водоёмов в виде капитального сооружения, нередко башенного типа, предназначенное для сопоставления наблюдаемой судоводителем картины с определённым местом на географической карте, имеющим точно установленные координаты. В конечном счёте, это способствует установлению места судна на водной поверхности.
В качестве временных, простых береговых сооружений применяются бакены и вехи.
Основное требование, предъявляемое к маякам, это возможность их обнаружения и безошибочной идентификации в любую погоду и в любое время суток с использованием как средств визуального наблюдения, так и средств радиолокации и обнаружения по звуку.
Содержание
Классификация
По месту установки маяки разделяются на:
По выполняемой функции береговые маяки различаются на:
В этом случае используются два маяка разной высоты. Дальний маяк всегда выше ближнего — таким образом, если судно на правильном курсе, то с него можно наблюдать одновременно оба маяка, находящихся на линии курса, визуально один над другим. Благодаря разнице высот створных знаков можно точно определить, в какую сторону производить корректировку курса. Такая система обозначения была внедрена в Европе в 1837 году и получила название «ведущих огней» (англ. Leading Lights ). Она применяется не только в морской, но и в речной навигации. Створными огнями оборудован путь на Эльбе от Гамбурга до устья реки.
Несмотря на развитие техники, визуальное наблюдение остаётся важнейшим средством ориентации на море, и потому маячным сооружениям придают характерную форму и окраску, визуально выделяющую их на фоне окружающей обстановки.
Для обеспечения своей оптической заметности в неблагоприятных условиях наблюдения маяки оснащаются сильным источником света и, как правило, снабжаются оптическими устройствами, служащими для концентрации света в заданных направлениях и увеличения силы света используемого источника излучения. Чрезвычайно часто используется модуляция по заданному временному закону силы света с тем, чтобы отличить световые сигналы маяка от света постоянных источников (как береговых, так и ходовых огней судов) и отличить от сигналов других маяков.
Типичный береговой маяк Бюссе.
Береговой маяк на острове. Kjeungskjær, Норвегия.
Плавучий маяк «Noord Hinder».
Створные маяки. Nantucket, Massachusetts.
Навигационные свойства маяков
Для упрощения прохождения судами опасных мест и мелей башня маяка может иметь характерную цветную окраску из нескольких полос, так называемая «дневная метка» (англ. day mark ), в ночное время применяются секторные огни (англ. sector lights ), устроенные таким образом, что позволяют определить, с какой стороны судно подходит к маяку.
Цвета секторных огней:
Принцип работы маячного излучателя
Маячный излучатель представляет собой не что иное, как прожектор, сила света которого пропорциональна площади собирающего свет элемента (зеркала или линзы), а телесный угол, в котором распространяется свет, обратно пропорционален этой площади. Так достигается увеличение силы света в заданном направлении, то есть его концентрация.
Поскольку изготовление цельного оптического элемента больших размеров связано с увеличением его веса, его собирают из отдельных элементов. При этом оказалось, что технологически более выгодным стало эти элементы делать не отражающими, а работающими на просвет, т. е использовать для концентрации света составную линзу, предложенную Френелем. Для простейшей модуляции силы света оказалось целесообразным использовать сборку линз, вращающихся вокруг излучающего во всех направлениях источника и постоянного по интенсивности света.
В очень старых маяках источником света были керосиновые лампы, вращение линз осуществлялось часовым механизмом с пружиной или грузом, приводимым в рабочее состояние мускульной силой смотрителя маяка. Тяжёлая сборка линз для уменьшения трения делалась плавающей на поверхности ртути. В современных маяках с вращающимися зеркалами часовой механизм приводится в движение электродвигателями, а для уменьшения трения используются подшипники различных видов.
В современных автоматизированных маяках система вращающихся линз заменена источником импульсного света, который совместно с оптической системой даёт направленный пучок света, причём сила излучения такого маяка может изменяться по определённому закону, свойственному только этому маяку.
Применение источника, сила света которого меняется по определённому закону, позволяет создать для каждого маяка определённую световую схему, позволяющую наблюдателю идентифицировать маяк. К примеру, маяк в Схевенингене даёт вспышки с интервалами 2,5 и 7,5 секунд. В дневное время дополнительным средством опознавания маяка является окраска и форма башни.
Более того, применение импульсного источника света позволяет обеспечить отличающиеся как по цвету, так и по направлению сигналы для разных секторов обзора со стороны маяка
Маяк может также подавать судам звуковые сигналы и (или) передавать радиосигнал, чтобы выполнять свою функцию и в условиях недостаточной видимости (вре́менной, как во время тумана, или постоянной — например, вызванной условиями рельефа местности). Требование туманной сигнализации является необходимым условием эксплуатации маяка. Для этих же целей применяется и установка отражателей радиолокационных сигналов (в виде уголковых отражателей), позволяющих для различных секторов сформировать характерные для них радарные метки.
Из-за применения современных навигационных технологий роль маяков как навигационного средства несколько снизилась, и в настоящее время количество работающих маяков во всём мире не превышает полутора тысяч.
История развития маяков
Маяки строились с древнейших времён. Самым известным маяком в истории является одно из чудес света — Александрийский маяк, построенный в III веке до н. э. Греки и финикийцы огнями костров размечали опасные проходы.
Существенный вклад в совершенствование конструкции маяков был сделан в начале XX века шведским учёным Густавом Даленом, изобретателем солнечного клапана, который позволил автоматизировать работу маяков, включая маяк ночью и выключая при солнечной погоде. Дален получил за это изобретение одну из первых Нобелевских премий по физике.
В настоящее время необходимость в смотрителях маяков практически отпала, их задачи теперь сводятся только к экстренному ремонту маяков. Наиболее важные маяки полностью автоматизированы.
Усовершенствования в навигации, применение системы GPS привели к сокращению маяков, требующих постоянного присутствия обслуживающего персонала. Последний такой маяк был демонтирован в 1990-е годы.
Сигналы маяков
Сигналы, даваемые современными маяками могут быть:
Интересные факты
Маяки как объекты морского наследия
В связи с бурным развитием систем навигации, роль маяков в ХХ — XXI вв. падает, за многими из них перестают следить, что приводит к их разрушению. С целью сохранения исторических маяков в некоторых странах приняты специальные законы. Так, в США в 2000 г. принят закон National Historic Lighthouse Preservation Act, в Канаде в 2008 г. Heritage Lighthouse Protection Act. В России по предварительным данным порядка 200 маяков и навигационных знаков, можно отнести к объектам морского наследия, представляющим историческую и культурную ценность для России. По различным причинам состояние маячных сооружений катастрофически ухудшается. Помимо того, что большинство зданий и сооружений обветшало и требует капитального восстановительного ремонта, но и те объекты, которые ремонтируются, в процессе ремонта варварски переделываются, что приводит к их утере как памятников. Лишь по 13 из 200 маяков по ходатайству ГУНиО МО были приняты решения соответствующих государственных органов по их охране как памятников.