В «Истории маяков» говорится о развитии использования башен, зданий или других типов сооружений в качестве средства навигации для морских лоцманов на море или на внутренних водных путях.
До появления четко определенных портов моряки ориентировались на костры, разведенные на вершинах холмов. [ нужна цитата ] Поскольку разведение огня улучшило бы видимость, размещение огня на платформе стало практикой, которая привела к развитию маяка. В древности маяк служил скорее указателем входа в порты, чем сигналом предупреждения о рифах и мысах, в отличие от многих современных маяков. В ходе раскопок в Кунтаси на побережье Индии была обнаружена квадратная сторожевая башня с пандусом длиной 10–12 метров, который первоначально использовался для направления лодок, прибывающих в Кунтаси из Ранна Катча. Нельзя исключать возможность того, что это маяк. [1] Если это так, то маяк датируется примерно 2000 годом до нашей эры. [2]
Согласно гомеровской легенде, Паламед из Нафплиона изобрел первый маяк, хотя они, безусловно, засвидетельствованы Александрийским маяком (спроектированным и построенным Состратом Книдским ) и Колоссом Родосским . Однако Фемистокл ранее установил маяк в гавани Пирея, связанной с Афинами, в V веке до нашей эры, по сути, это небольшая каменная колонна с огненным маяком. [3]
Лешес , греческий поэт ( ок . 660 г. до н.э.) упоминает маяк в Сигеоне в Троаде . Судя по всему, это был первый свет, который регулярно поддерживался для навигации моряков. [4]
Письменные описания и рисунки Александрийского Фароса дают информацию о маяках, но сама башня разрушилась во время землетрясения спустя много столетий после ее постройки в III веке до нашей эры греками. Башня Геркулеса в Ла-Корунье в Испании имеет римское ядро, а руины Дуврского маяка в Англии дают представление о строительстве; другие свидетельства о маяках существуют в изображениях на монетах и мозаиках, многие из которых изображают маяк в Остии . Также существуют монеты из Александрии, Остии и Лаодикии в Сирии .
Хотя имеющиеся данные дают представление о внешней структуре этих структур, существует множество пробелов в доказательствах, касающихся менее заметных аспектов этих структур. Останки в Ла-Корунье и Дувре помогают определить, как функционировала каждая конструкция маяка, хотя нужно сделать некоторые предположения, чтобы определить, как маяки этих структур освещались. Предположительно, в качестве местного топлива использовались древесина и, возможно, уголь, чтобы поддерживать постоянный огонь в ночное время, а в верхнюю комнату Башни Геркулеса ведет большой дымоход . Образец из Дувра на каком-то этапе был преобразован в простую колокольню для прилегающей церкви.
Смотрители маяков, возможно, добавляли горючие жидкости, чтобы сократить расходы на топливо и поддерживать устойчивый свет во время штормов , но в литературе того времени мало информации. Также возможно, что свет был защищен от ветра стеклянными окнами, а большие зеркала могли помочь проецировать луч света как можно дальше. Вполне вероятно, что маякам потребовались бы значительные трудозатраты на транспортировку топлива и поддержание пламени. На мысе Хаттерас в 1870-х годах один смотритель и два помощника были заняты уходом за более сложным пламенем мощных масляных ламп.
Хотя художественные изображения помогают нам воссоздать визуальный образ маяков, они создают множество проблем. Изображения маяков на римских монетах , надписях , резьбе и мозаиках представляют собой противоречивое представление о реальном внешнем виде сооружений. На большинстве из них изображено двух- или трехэтажное здание, ширина которого уменьшается по мере подъема. Ограниченный размер монет может привести к тому, что производитель монет изменит изображение, чтобы оно поместилось на поверхности. Сходство в изображениях маяков является скорее символическим, чем точным изображением конкретных маяков.
В эпоху европейского средневековья многие римские маяки вышли из употребления. Некоторые из них оставались функциональными, например Farum Brigantium, ныне известный как Башня Геркулеса , в Ла-Корунье, Испания, и другие в Средиземном море, такие как Lanterna в Генуе . По мере совершенствования навигации маяки постепенно распространились на Западную и Северную Европу. [5] Одним из старейших действующих маяков в Европе является маяк Хук, расположенный в Хук-Хед в графстве Уэксфорд, Ирландия. Он был построен в средние века и имел прочную круглую форму.
Столетие спустя, в эпоху позднего средневековья , 40-футовая (12-метровая) башня была построена Эдвардом Черным принцем в Кордуане недалеко от устья Жиронды . Сто лет спустя, в 1581 году, Генрих III попросил архитектора Луи де Фуа построить новый. [6] [7] Строительство маяка заняло двадцать семь лет и было окончательно завершено в 1611 году. Многоярусный Кордуан символизировал французскую морскую мощь и престиж. Интерьер имел роскошные царские апартаменты, украшенные колоннами и фресками. Его верхний уровень был перестроен между 1780 и 1790 годами, увеличив высоту с 49 до 60 метров и включив лампу Аргана и одно из первых параболических зеркал, которое приводилось в движение часовым механизмом, разработанным часовщиком из Дьеппа . [8] Позже в начале 1820-х годов башня стала первой, в которой использовалась революционная линза Френеля .) [9]
В Британии маяки находились в частной собственности, и право взимать сборы предоставлялось по ордеру либо местных властей, либо короны. Злоупотребление этими лицензиями привело к тому, что иностранные корабли боялись искать убежища на южном побережье Англии из-за боязни быть взятыми на абордаж с требованиями, а также к потере ряда кораблей, в первую очередь голландского торгового судна « Вриде» в 1802 году с потерей 380 жизней. [10]
В связи с увеличением количества кораблей, потерянных на угольном маршруте из Ньюкасла в Лондон, Тринити-хаус в 1609 году основал маяк Лоустофт - пару деревянных башен со свечами. До конца 18-го века в качестве освещения маяков использовались свечи, уголь или дрова, усовершенствованные в 1782 году масляной лампой Арганда с круглым фитилем , первым «катоптрическим» зеркальным отражателем в 1777 году и «диоптрийным» рефлектором Френеля . система линз в 1823 году. Маяк Норе был создан как первый в мире плавучий маяк в 1732 году.
После реформ Закона о маяках 1836 года, согласно которым Тринити-Хаус принял на себя полномочия облагать налогом последних частных владельцев маяков и начал ремонт и модернизацию своего маякового комплекса, владельцам все же удавалось собирать крупные сборы, из которых самые крупные были за маяк Смоллс, который собирал В 1852 году Тринити-хаус был вынужден потратить 23 000 фунтов стерлингов на выкуп договоров аренды, включая 444 000 фунтов стерлингов на маяк Скеррис . [11]
Современная эра маяков началась на рубеже XVIII века, когда строительство маяков процветало одновременно с растущим уровнем трансатлантической торговли. Достижения в области структурного проектирования и новое эффективное осветительное оборудование позволили создать более крупные и мощные маяки, в том числе выходящие на море. Функция маяков сместилась в сторону видимого предупреждения об опасностях судоходства, таких как камни или рифы.
Скалы Эддистоун , обширный риф возле Плимут-Саунд в Англии и одна из главных опасностей кораблекрушений для моряков, проплывающих через Ла-Манш , [12] были местом многих технических и концептуальных достижений в строительстве маяков . Трудность закрепиться на опасных скалах, особенно на преобладающей волне, означала, что прошло много времени, прежде чем кто-либо попытался подать на них какое-либо предупреждение.
Первой попыткой была восьмиугольная деревянная конструкция, закрепленная 12 железными стойками, закрепленными в скале, и была построена Генри Уинстенли с 1696 по 1698 год. Башня в конечном итоге оказалась недолговечной, и Великая буря 1703 года стерла почти все ее следы. [13] [14] После разрушения первого маяка капитан Ловетт [15] [примечание 1] приобрел скалу в аренду, и парламентским актом было разрешено взимать с проходящих судов пошлину в размере одного пенни за тонну. Он поручил Джону Редьярду (или Рудьерду) спроектировать новый маяк , построенный в виде конической деревянной конструкции вокруг ядра из кирпича и бетона. Временный свет впервые загорелся от него в 1708 году [16] , а работы были завершены в 1709 году. Он оказался более долговечным и просуществовал до 1755 года, когда сгорел дотла. [17]
Инженер -строитель Джон Смитон перестроил маяк в 1756–1759 годах; [18] его башня ознаменовала собой важный шаг вперед в проектировании маяков и оставалась в использовании до 1877 года. Он смоделировал форму своего маяка по форме дуба, используя гранитные блоки. Он был пионером в использовании « гидравлической извести », формы бетона, который затвердевает под водой, и разработал технику скрепления гранитных блоков вместе с помощью соединений «ласточкин хвост» и мраморных дюбелей . [19] Функция «ласточкин хвост» служила для улучшения структурной устойчивости , хотя Смитону также пришлось уменьшить толщину башни к вершине, для чего он изогнул башню внутрь по плавному уклону. Этот профиль имел дополнительное преимущество: часть энергии волн рассеивалась при ударе о стены.
Строительство началось на участке в Миллбей , где Смитон построил причал и мастерскую в юго-западном углу гавани для разгрузки и обработки камня. Для четырехколесных платформ, на которых кладка перевозилась по площадке, были проложены деревянные рельсы шириной 3 фута 6 дюймов. Здесь базировалось десятитонное судно под названием Eddystone Boat , которое вывозило обработанные камни на риф. [20] Маяк имел высоту 72 фута (22 м) и диаметр у основания 26 футов (7,9 м) и вверху 17 футов (5,2 м). [21]
Шотландский инженер Роберт Стивенсон сыграл важную роль в развитии проектирования и строительства маяков в первой половине XIX века. [22] В 1797 году он был назначен инженером недавно сформированного Северного совета маяков , управления маяком в Шотландии и на острове Мэн . Его величайшим достижением было строительство маяка Белл-Рок в 1810 году, одного из самых впечатляющих инженерных достижений того времени. Эта структура была основана на дизайне более раннего маяка Эддистон Джона Смитона , но с несколькими улучшенными функциями, такими как включение вращающихся огней, чередующихся между красным и белым. [23]
Стивенсон проработал в Совете Северных маяков почти пятьдесят лет [22], в течение которых он проектировал и руководил строительством, а затем и усовершенствованием многочисленных маяков. Он ввел новшества в выборе источников света, креплений, конструкции отражателей, использовании линз Френеля , а также в системах вращения и опалубки, снабжающих маяки индивидуальными сигнатурами, позволяющими морякам идентифицировать их. Он также изобрел подвижный удлинитель и балансировочный кран как необходимые детали при строительстве маяка.
Стивенсон основал великую династию инженеров, специализирующихся на строительстве маяков – его потомки отвечали за большую часть строительства маяков в Шотландии на протяжении столетия. Трое сыновей Роберта последовали его пути: Дэвид , Алан и Томас . Двое детей Дэвида, Дэвид Алан и Чарльз Александер, также сами стали выдающимися инженерами-маяками.
Александр Митчелл спроектировал первый маяк на винтовых сваях — его маяк был построен на сваях, ввинченных в песчаное или илистое морское дно. Строительство по его проекту началось в 1838 году в устье Темзы и было известно как маяк Маплин-Сэндс , а впервые зажжено в 1841 году. [24] Однако, хотя его строительство началось позже, маяк Уайр во Флитвуде, Ланкашир, был первым быть зажженным (в 1840 г.). [24]
.jpg/1280px-Cuba_2013-02-01_(8624177322).jpg)
Первым маяком в Америке был маяк и сторожевая башня 17-го века крепости Трех королей Морро в Гаване , самом важном порту Карибского моря, который дважды в год интенсивно использовался испанским флотом для путешествий с сокровищами в Испанию и обратно. [25] Первым маяком в сегодняшних Соединенных Штатах был Бостонский маяк , построенный в 1716 году в Бостонской гавани . [26] Маяки вскоре были построены вдоль болотистых береговых линий от Делавэра до Северной Каролины , где навигация была трудной и коварной. [27] Обычно они делались из дерева, так как оно было легкодоступно. Из-за опасности пожара все чаще возводились каменные башни — самой старой сохранившейся каменной башней был маяк Сэнди-Хук , построенный в 1764 году в Нью-Джерси .
Маяки с винтовыми сваями использовались в Чесапикском заливе и вдоль побережья Каролины в США . Первым фонарем с винтовыми сваями в Соединенных Штатах был Brandywine Shoal в заливе Делавэр. Они стали особенно популярными после Гражданской войны, когда Совет маяков утвердил политику замены маяков внутри страны. Около 100 таких сложных сооружений были построены на побережье Атлантического океана от Делавэрского и Чесапикского заливов до Флорида-Кис и Мексиканского залива. [28] Одной из самых известных башен был свет Томас-Пойнт-Шоал - его называли «лучшим примером коттеджа с винтовыми сваями в мире». [29]
Еще одним историческим маяком в Америке является маяк Веракрус в крепости Сан-Хуан-де-Улуа (1790 г.), который был первым современным маяком в Американской Испанской империи . [30]
3 марта 1851 года Конгресс США принял «Закон об ассигнованиях на маяк, легкие лодки, буи и т. д.». , что привело к созданию Совета по маякам Соединенных Штатов , который заменил Управление маяками Министерства финансов в качестве правительственного агентства , ответственного за строительство и обслуживание всех маяков и навигационных средств в Соединенных Штатах .
Совсем недавно новая технология светодиодов высокой мощности начала заменять старые вращающиеся системы. Современным маякам не нужны движущиеся части, достаточно электронного генератора, управляемого компьютером. Проще говоря, мы могли бы назвать это стробоскопом.
Источником освещения обычно были дровяные костры или горящий уголь, но это было дорого: некоторые маяки потребляли 400 тонн угля в год. Использовались свечи или масляные лампы с вогнутыми зеркалами, часто в больших банках. Между 1783 и 1788 годами французы провели серию испытаний с разными результатами. В маяке Эддистон Смитона до 1810 года использовалось 24 свечи. [31]
Лампа Аргана , изобретенная в 1782 году швейцарским ученым Эме Арганом , произвела революцию в освещении маяков своим устойчивым бездымным пламенем. В лампе Арганда был установлен фитиль свечи в форме рукава , так что воздух мог проходить как через центр фитиля, так и вокруг фитиля снаружи, прежде чем попасть в цилиндрический дымоход. Это стабилизировало пламя и улучшило поток воздуха. В ранних моделях использовалось матовое стекло, которое иногда тонировали вокруг фитиля. В более поздних моделях над пламенем подвешивалась оболочка из диоксида тория , создавая яркий устойчивый свет. [32] В лампе Арганда в качестве топлива использовалось китовое масло , рапсовое , оливковое масло [33] или другое растительное масло , которое подавалось самотеком из резервуара, установленного над горелкой. Лампа была впервые произведена Мэтью Бултоном в сотрудничестве с Аргандом в 1784 году и на протяжении более столетия стала стандартом для маяков.
Джон Ричардсон Уигэм был первым, кто разработал систему газового освещения маяков. В 1865 году он получил грант от Дублинского совета по балластам и установил свою новую газовую горелку «крокус» на маяке Бейли в Хоут-Хед , [примечание 2], давая мощность в 4 раза большую, чем эквивалентные масляные фонари. По словам ученого Джона Тиндаля , советника управления маяков Соединенного Королевства Trinity House , улучшенная «композитная» конструкция, установленная в фонаре Бейли в 1868 году, была в 13 раз мощнее, чем самый яркий свет, известный на тот момент. [34]
В 1870 году свет в Уиклоу-Хед был оснащен запатентованным Уигэмом механизмом прерывистого мигания, который рассчитывал подачу газа с помощью часового механизма . [34] Когда этот механизм был объединен с вращающейся линзой в маяке Рокабилл , был создан первый в мире маяк с характеристикой группового мигания .
Горелка на испаряемом масле была изобретена в 1901 году Артуром Китсоном и усовершенствована Дэвидом Худом в Тринити-Хаусе . Топливо испарялось под высоким давлением и сжигалось для нагрева мантии, что давало светимость более чем в шесть раз превышающую яркость традиционных масляных фонарей.
Использование газа в качестве источника света стало широко доступным с изобретением лампы Далена шведским инженером Густавом Даленом . В 1906 году Дален стал главным инженером Газоаккумуляторной компании . Первоначально Дален работал с ацетиленом , чрезвычайно взрывоопасным углеводородным газом. Дален изобрел Агамассан (Ага), субстрат , используемый для поглощения газа, обеспечивающий безопасное хранение и, следовательно, коммерческую эксплуатацию. Ацетилен давал сверхяркий белый свет и сразу же вытеснил сжиженный нефтяной газ с более тусклым пламенем в качестве топлива для освещения маяков. Дален включил в свой светильник еще одно изобретение — « солнечный клапан ». Это устройство позволяло фонарям работать только ночью, экономя топливо и продлевая срок их службы более чем на год.
Оборудование маяка AGA работало без какого-либо электропитания и поэтому было чрезвычайно надежным. Для такой суровой прибрежной зоны, как Скандинавия , его массовые, надежные и не требующие особого ухода фонари стали значительным благом для безопасности и средств к существованию. Маяки AGA покрыли весь Панамский канал . Эта технология была преобладающей формой источника света в маяках с 1900-х по 1960-е годы, когда электрическое освещение стало доминирующим.
Первым маяком с электрическим освещением была башня в Дандженессе , Кент, в 1862 году. Он питался от большой угольной дуговой лампы , хотя позже ее снова переоборудовали на масляную , поскольку дуговые лампы были трудны в эксплуатации (требовалось вдвое больше смотрителей). и были не такими рентабельными, как масляные лампы. [35] Маяк Саут-Форленд был первой башней, которая успешно использовала электрическое освещение в 1875 году. Угольные дуговые лампы маяка питались от парового магнето . [36]
С развитием постоянного освещения лампы Арганда применение оптических линз для увеличения и фокусировки интенсивности света стало практической возможностью. Уильям Хатчинсон разработал первую практическую оптическую систему в 1763 году, известную как катоптрическая система. Он сконструировал параболоидные отражатели, прикрепив небольшие кусочки отражающего материала к отливке, отлитой в виде приблизительного параболоида. Эта элементарная система эффективно коллимировала излучаемый свет в концентрированный луч, тем самым значительно увеличивая видимость света. Его система была установлена на недавно построенном маяке Лисоу недалеко от Ливерпуля , а позже была скопирована в другом месте. [37] Способность фокусировать свет привела к появлению первых вращающихся лучей маяка, где свет казался морякам серией прерывистых вспышек. Также стало возможным передавать сложные сигналы с помощью световых вспышек.
Идею создания более тонкой и легкой линзы путем изготовления ее отдельных секций, закрепленных в оправе, часто приписывают Жоржу-Луи Леклерку, графу де Бюффону . [38] Маркиз де Кондорсе (1743–1794) предложил выточить такую линзу из цельного тонкого куска стекла. [39]
Однако именно французскому физику и инженеру Огюстену-Жану Френелю приписывают разработку многочастной линзы Френеля для использования в маяках. Его конструкция позволяла создавать линзы с большой апертурой и коротким фокусным расстоянием без массы и объема материала, которые потребовались бы для линз обычной конструкции. Линзу Френеля можно сделать намного тоньше, чем аналогичную традиционную линзу, в некоторых случаях принимая форму плоского листа. Линза Френеля также может улавливать больше наклонного света от источника света, что позволяет свету маяка, оборудованного такой линзой, быть видимым на больших расстояниях.
Первая линза Френеля была использована в 1823 году на маяке Кордуан в устье Жиронды во Франции; его свет можно было увидеть на расстоянии более 20 миль (32 км). [40] Шотландскому физику сэру Дэвиду Брюстеру приписывают убеждение британских властей использовать эти линзы в своих маяках. [41] [42] Изобретение Френеля увеличило яркость лампы маяка в 4 раза, и его система до сих пор широко используется.
[Маплин-Сэндс] не был, однако, первым маяком на винтовых сваях, фактически возведенным, поскольку во время длительного процесса подготовки, который проводился в Мэплин-Сэндс, сооружение по тому же принципу было начато и завершено в Порт-Флитвуде. .