Шмалькальдер навсегда
Станислав Истахов, инженер-электрик, коллекционер (г. Кострома)
В марте 1812 года на заседании Королевского патентного бюро зарегистрировано изобретение Чарльза Августа Шмалькальдера под названием «Философские инструменты».
Удачные инженерные изобретения могут долгое время применяться практически без изменений. Но бывает, что незначительные доработки приводят к настоящему прорыву в использовании отдельно взятого устройства. Например, колесо было известно человечеству не одну тысячу лет, однако изобретение пневматической шины в конце XIX века стало поистине революционным в автомобилестроении.
Одно из инженерных решений, которое получило долгую жизнь, относится к конструкции геодезических приборов. Этому изобретению более двухсот лет, но даже сейчас, в эру электроники и спутниковой навигации, оно остаётся востребованным.
В марте 1812 года на заседании Королевского патентного бюро зарегистрировано изобретение Чарльза Августа Шмалькальдера за номером 3545 и под названием «Философские инструменты». В нём описывалось усовершенствование самого распространённого прибора для ориентирования и измерения углов — компаса, или, точнее, буссоли. Это ничем, казалось бы, неприметное событие полностью преобразило дальнейшее развитие геодезических и навигационных приборов.
Прежде чем описать изобретение Шмалькальдера, следует разобраться в устройстве компасов и буссолей. Существует два варианта крепления шкалы компаса (буссоли). В первом случае шкала крепится неподвижно к корпусу, а отсчёт берут по положению северного или южного конца стрелки, тогда шкалу называют циферблатом. Во втором случае диск со шкалой из лёгкого материала (бумаги, алюминиевой фольги) прикрепляют к стрелке и отсчёт берут по указателю — визиру, напротив которого остановится диск, а сам диск уже называется картушка. Картушка была изобретена в XIV веке итальянцем Флавио Джойя.
Так в чём же уникальность изобретения Чарльза Шмалькальдера, если компас был изобретён ещё в XI—XIII веках?
Обратимся к тексту патента*.
«Я применяю указанную призму таким образом, что выпуклая поверхность будет обращена лицевой стороной к делениям картушки компаса или лимбу теодолита или другой аналогичной части иного инструмента и поверхность, ближайшая и параллельная к оси указанной сферической поверхности, будет противоположна глазу наблюдателя.
При всех этих обстоятельствах другая плоская поверхность будет так наклонена, чтобы показывать деления посредством отражения и в то же время делать их удобными для наблюдателя, чтобы видеть одним взглядом объект наблюдения, используя для этого часть зрачка над угловым краем призмы, и эта же визирная щель станет отметкой для отсчёта азимута, который может быть считан во время наблюдения».
Сложное на первый взгляд описание на самом деле представляет довольно простую и вместе с тем гениальную конструкцию.
Суть изобретения состоит в следующем. Для повышения точности и удобства взятия отсчётов Чарльз Шмалькальдер установил над шкалой буссоли призму, при этом нижняя сторона её сделана выпуклой, так что наблюдатель одновременно видит как ориентир, так и шкалу, притом увеличенную. А деления шкалы могут быть совмещены сразу и с визирным приспособлением (диоптром), и с предметом визирования (целью). Таким образом, ускоряется процесс измерения и возрастает точность. При этом диоптр и призма сделаны складными для удобства переноски и хранения, что крайне важно для лёгкого и вместе с тем весьма точного инструмента. Данный принцип широко используется в буссолях и компасах с момента изобретения и до наших дней. Следует отметить, что оцифровку картушки делают в зеркальном изображении: после того как она отразится в призме, наблюдатель будет видеть прямое изображение.
Во второй части патента приводится похожий принцип, но уже для геодезических приборов: «Во-вторых, я сделаю подобное приспособление и найду применение, изменю его для измерения вертикальных или наклонных углов, а также для спиртовых уровней нивелировочных инструментов».
Изобретение Шмалькальдера нашло самое широкое применение в приборах для определения превышений — оптических нивелирах. Оптическим нивелир называется в том случае, если в нём применяется система призм, позволяющая одновременно наблюдать предмет и следить за правильностью установки цилиндрического уровня. Такие нивелиры иначе называют нивелирами с контактным уровнем. Несмотря на то что электронные приборы применяются всё чаще, оптические нивелиры будут изготавливаться и применяться ещё долгое время, поскольку имеют весьма высокую точность и надёжность конструкции. В частности, они незаменимы на строительных площадках.
Однако вернёмся к изобретателю, его судьбе и судьбе его изобретения. Изготовленных непосредственно Чарльзом Шмалькальдером экземпляров сравнительно немного, буквально единицы. Все они подписаны «С. А. Schmalcalder» и имеют последовательные номера. Известно, что он покупал готовые компасы (буссоли) и дополнял их своим приспособлением.
Шмалькальдер пошёл путём, каким пользуются и в настоящее время, — продажа патента на изготовление приборов. Действие патента продолжалось всего 14 лет и закончилось в 1826 году. После этого производители стали подписывать приборы своим именем, несмотря на заимствованное изобретение. В 1840-х годах изготовлением и продажей буссолей конструкции Шмалькальдера занимался его сын — Дж. Томас Шмалькальдер, однако объёмы его фактически домашнего производства были несоизмеримы с производством буссолей по патенту отца в Англии и Европе в целом. В начале 1850-х годов Томас Шмалькальдер закрыл лавку и производство.
Имя Шмалькальдера стало постепенно исчезать из названия буссолей, хотя иногда производители упоминали его патент.
Последние годы Чарльз Август Шмалькальдер провёл в Доме для нуждающихся Святого Панкрата в Лондоне на Дворцовой улице, где и умер 25 декабря 1843 года в возрасте 62 лет. Имеется запись, что он похоронен на кладбище Дома для нуждающихся. По всей видимости, Чарльз Шмалькальдер в конце жизни переживал трудные времена, а болезнь мешала ему работать.
В истории изготовления буссолей с усовершенствованием Шмалькальдера, пожалуй, наиболее честно поступали советские производители. Именно они вернули его имя на приборы. В конце 1940-х годов прибор Харьковского завода «Арсенал» получил маркировку БШ-1 — буссоль Шмалькальдера. Затем эту модель начали производить на Изюмском приборостроительном заводе с той же маркировкой и обязательной расшифровкой в паспорте (в отличие от буссоли БС — изобретения Густава Стефана, русского военного инженера, но упоминаний о Стефане в паспорте прибора и учебниках практически не встречается).
Более чем за 200 лет производства буссолей по принципу, изобретённому Шмалькальдером, они не претерпели принципиальных изменений, оставаясь практичными при использовании и простыми в изготовлении, — видимо, не зря патент озаглавлен «Философские инструменты».
***
Термин «буссоль» (от фр. boussole) применяется к точным инструментам, имеющим приспособления для крепления к чему-либо, а также повышенную точность, в то время как собственно компас не имеет подобных устройств и считается «ручным» или «карманным» инструментом (особую группу составляют корабельные комп?сы, с ударением на второй слог).
***
В коллекции Станислава Истахова более 150 геодезических приборов XX века — буссолей, теодолитов, нивелиров, кипрегелей, преимущественно советского производства, а также Carl Zeiss (Jena, Германия), MOM (Венгрия) и других производителей. Интерес Станислава к геодезическим приборам возник ещё в школе, в 1999 году, когда ему в руки попала книга П. В. Дензина «Геодезия» 1953 года издания. Первым прибором в коллекции стала найденная в комиссионном магазине буссоль БГ-1, — он попросил родителей подарить ему прибор на день рождения, и они выполнили просьбу. Станислав Истахов ведёт сайт www.istahowgeo.3dn.ru, посвящённый коллекции геодезических приборов.
Комментарии к статье
* Перевод автора статьи.
Читайте в любое время
