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.
