Часы тысячелетий

Мы живем в эпоху, когда технические новшества появляются каждый год, а поводом что-либо выкинуть является фраза «оно устарело». С одной стороны такой парад новинок вызывает интерес, с другой встает вопрос — а что останется после нашей цивилизации? Наши знания в области свойств материалов приводят к тому, что создаваемые нами вещи и конструкции уже при проектировании рассчитаны на «запланированное устаревание», часто в течении нескольких лет, они должны оказаться на свалке, а в идеале бесследно растовориться в природе.

Предыдущие цивилизации оставили после себя пирамиды Египта и водопроводы Рима. Люди выбивали на камне, писали на папирусе и пергаменте. Часть этих записей сохранилась до сих пор. Но современные носители информации могут хранить её в лучшем случае годами, а потом теряют свои свойства. Что через 2 тысячи лет будет известно о нас, когда рассыплются в пыль все современные носители информации? Мы станем для будущего чем то, типа таинственной Атлантиды?

Такие вопросы задавал себе Уильям Даниэль Хиллис (William Daniel Hillis)

Уильям Даниэль Хиллис Автор: Joi Ito — https://www.flickr.com/photos/joi/15029110149/, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=35648859

Ответом стала его инициатива Long Now Foundation в рамках которой самым впечатляющим проектом стали Часы тысячелетий(Clock of the Long Now).

Это гигантские (высота всех механизмов около 60 м) механические часы со сроком службы до 10000 лет. Примерно такой срок отделяет нас от времен, когда наши предки освоили примитивное сельское хозяйство. Строительство этих часов началось в 2016 г. и идет полным ходом

Уильям Хилл говорит о том, что мы оперируем слишком коротким горизонтом планирования. Годы, десятилетия максимум. Его потрясла история об оксфордских дубах. Строители Колледж-Холла в Нью-Колледже использовали дубовые балки для перекрытий. Но они подумали и о потомках. Тогда в 1386 году они посадили желуди, чтобы из них выросли новые дубы, когда перекрытия потребуют ремонта. И эти новые дубы пригодились 600 лет спустя, когда в 20 веке проводили ремонт колледжа. Строитель 14-го века посадил деревья, мысля масштабами столетий ( распространенный по всей Европе черешчатый или летний дуб (Quercusrobur) живет до 1500 лет ).

Несмотря на то, что механические часы по нынешним мерками являются не самым сложным устройством, создание часов рассчитанных на тысячелетие оказалось непростой технической задачей.

После размышлений Хилл и его команда пришли к таким принципам:

  • Долговечность : часы должны быть точными даже после 10 000 лет и не должны содержать ценные детали (например драгоценные камни и металлы), которые могут привлечь мародеров при упадке государства.
  • Поддержание работоспособности: будущие поколения должны смочь отремонтировать и отрегулировать часы, имея на руках инструменты не выше бронзового века, если человечество потеряет современные цивилизационные навыки.
  • Понятность : принципы работы механизмов часов должны быть понятны без остановки или демонтажа; никакая функциональность не должна быть непонятной.
  • Эволюционируемость : часы должны допускать улучшение и модернизацию.
  • Масштабируемость . Чтобы гарантировать, что окончательные большие часы будут работать должным образом, должны быть построены и протестированы небольшие прототипы.

Отдельно надо заметить, что детали таких часов должны быть очень большими и точно изготовленными, чтобы снизить влияние пыли и трения.

Нетрудно заметить, что сочетание таких принципов трудно достигнуть в реальности. Если люди вернутся к цивилизации бронзового века, вряд ли они вообще смогут понять принцип и цели работы механических часов.

Важен и вопрос выбора местоположения. Чтобы защитить часы от возможных войн и других социальных конфликтов, мародеров, вандалов, диких животных и климатических изменений, их решили разместить в безлюдной местности, внутри горы в пустыне западного Техаса, вторые часы будут размещены в штате Невада.

Но куда сложнее оказался вопрос выбора источника энергии для этих часов. Было рассмотрено много вариантов источника питания часов, но большинство из них было отклонено из-за их неспособности выполнить вышеуказанные принципы. Ядерный реактор не отремонтируешь даже инструментами из современного магазина, не говоря уж о бронзовом веке. Солнечные панели тоже требуют весьма квалифицированного обслуживания. Ветрогенераторы не протянут и тысячелетие и также требуют квалифицированного обслуживания.

В конечном итоге было принято оригинальное техническое решение. Сам механизм, отсчитывающий время, должен получать мощность за счет разницы температур между дневной и ночной температурой. Разница температур уже применялась ранее часовыми мастерами для работы каминных часов. Но это время само по себе нигде не отображается. Чтобы увидеть это время, посетитель часов (именно так, ведь высота механизма часов около 60 м.) должен потрудиться. Интерфейс часов — циферблаты и куранты получает мощность от гирь, как старые ходики. Вот только весят эти гири 4 тонны и сделаны из каменных дисков. Посетители часов сперва видят на часах неактуальное время (время, которое смотрел предыдущий посетитель). Они должны покрутить механическую передачу (вдвоем или втроем), типа той, что на старых кораблях применялась для подъема якоря, и поднять гири, чтобы их движение вниз вызвало движение циферблатов и работу курантов. Только тогда они увидят текущее время. На диске, диаметром около 2 м., будут показаны естественные циклы астрономического времени, движение звезд и планет, а также время галактики земной процессии и время суток. Правда источник света, чтобы насладиться всей этой красотищей, посетителям надо принести с собой, внутри шахты часов темно.

От традиционных механических шестерен было решено отказаться, они не могут обеспечит надлежащую точность на таком длительном промежутке времени. Механизм отсчитывающий время является механическим компьютером — цифровым дифференциальным анализатором, состоящим из последовательности многоуровневых двоичных сумматоров, реализованным с механическими колесами и рычагами. Компьютер имеет 32 бита точности, каждый бит представлен механическим рычагом или штифтом, который может находиться в одном из двух положений.

Этот механизм имеет точность, равную одному дню за 20 000 лет. Часы имеют механизм подстройки по астрономическому времени. Медленный механический осциллятор , основанный на крутильном маятнике ( 300-килограммовый титановый маятник, высотой 1,8м ) , сохраняет время неточно. В полдень свет от Солнца будет через объектив сфокусирован на гибкой металлической пластине. Нагрев вызовет изгиб платины и сброс механизма до полудня. Даже если выдастся один или несколько пасмурных дней, рано или поздно Солнце скорректирует часы (выбор места в пустыне на горе этому способствует). Комбинация в принципе может обеспечить надежность и точность.

Отдельное устройство обеспечивает бой часов (куранты). Решено было сделать, чтобы мелодии не повторялись. Механизм из 20 зубчатых колес(диаметром около 1,8 м и весом около 400 кг) с различным количеством зубов (7, 9, 10 и 12) работает таким образом, чтобы вычислить уникальную последовательность курантов: 3,65 миллиона возможных мелодий, все уникальные. Это примерно на 90 000 меньше мелодий, чем есть дни в 10 тысячелетий, но авторы проекта надеются, что посетители будут заглядывать в часы не каждый день. Исполнять мелодию курантов будут 10 колоколов.

Основным спонсором часов является Джеф Безосс, основатель Amazon. Он выделил на создание часов 42 миллиона долларов. Музыкант Брайан Ино дал имя «Длинные часы» (и придумал термин «Долгое время»), он сотрудничал в написании музыки для курантов для будущего прототипа. Прототип часов выставлен в Музее науки в Лондоне.

By Pkirlin at en.wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10909520

Видео о строительстве часов

Подписаться на дайджест новостей 360tech.ru

next page

Шариковые часы

Я не знаю, как лучше перевести английское Idle-Time Rolling Ball Clock, поэтому остановился на «шариковых часах». Такая конструкция часов была изобретена Harley Mayenschein в 1970 — е годы. Вот описание из Википедии (с сокращениями):

Самый первый оригинальный дизайн (до патента) была простой 1 / 4 — дюймовые деревянные планки , по которым катятся шарики  как по рельсам. [Harley Mayenschein] показал свое новое изобретение друзьям , и все они хотели бы иметь такие часы. А через месяц, у него было более 300 заказов. Так что мои братья и я начали помогать ему детали в свое свободное время, и он продал эти часы по $ 75 долларов. В течение шести месяцев это хобби моего отца выросла в предприятие, таким образом , мы превратили гараж в мастерскую, купил небольшой верстак, дрель, инструменты и т.д. Вскоре после этого мы должны были найти больше времени, бросить свою работу и нанять людей помочь с созданием часов , чтобы выполнить растущий поток заказов. А также найти поставщиков для дерева, двигателей, шарикоподшипников и т.д. Мы переехали в промышленную площадку на башне Hill Road в Шаумбург.

[Harley Mayenschein] также иногда создали различные размеры этих часов просто для удовольствия и рекламы для различных бизнес / организаций. Мяч-часы для гольф-клуба, которые используются вместо шариков мячи для гольфа. Для кондитерского магазина часы с шариками жевательной резинки. Для спортивного магазина часы с бейсбольными мячами….Самые большой шариковые часы … стоили $ 10000. Они 8 футов высотой, 16 футов в ширину и 8 футов в глубину. Он имеет 6 автомобильных амортизаторов, шесть устройств синхронизации, 1446 комплекта болтов, гаек и шайб и двигатель в одну шестую лошадиные силы. Их создание заняло 700 часов, они для боулинг-клуба и там катаются шары для боулинга.

Интерфейс часов понятен не сразу. Количество шариков на нижнем рельсе — это часы. Количество шариков на среднем рельсе — минуты, умноженные на 5 (с шагом 5 минут). И количество шариков на верхнем рельсе — остаток минут. То есть если на нижнем рельсе три шарика, на среднем пять, на верхнем два — часы показывают три часа двадцать семь минут.

Rolling Ball Clock из Lego. На верхней направляющей минуты от 0 до 9, на средней десятки минут, на нижней часы:

 

Подписаться на дайджест новостей 360tech.ru

next page

Пневматические часы из Lego

У нас уже были записи о реально существовавших сетях точного времени на базе пневматических часов. Видимо такие модели вдохновили автора многих интересных конструкций из Lego Nico 71 на создание пневмочасов из Lego.

В отличие от парижских и американских пневматических часов, часы из Lego не делятся на первичные и вторичные и не образуют сеть часофикации. Это просто часы, а сжатый воздух служит для приведения в действие часового механизма (вместо гирь или пружин), а не для передачи пневмосигналов точного времени, как это было в реальных пневмочасах.

 

Подписаться на дайджест новостей 360tech.ru

next page

Парижская городская сеть пневматических часов

Недавно у нас была запись про американские пневматические мастер-часы 19 века, для создания систем часофикации в школах и общественных зданиях. В это же время (с 1880 г.), в Париже была введена масштабная общегородская пневматическая сеть единого времени. Компания CGHP  (ныне SUDAC Air Service) установила рядом с Сеной (вода нужна была для работы паровых двигателей) большую компрессорную станцию, которая питала сжатым воздухом Париж.

Первоначально эта компания, созданная венским изобретателем Виктором Поппом (Victor Popp), сначала она называлась, как выше указано,  Compagnie Générale des Horloges pneumatiques — CGHP. Попп начал развивать ее как частную система часофикации, хотя Попп, естественно, хотел сделать ее, во первых общегородской, во вторых не просто часофикации, а распределения сжатого воздуха, что было на несколько порядков выгоднее часов, в условиях отсутствия системы электрофикации в то время. И он хотел получить доступ, для прокладки пневмопроводов, в знаменитой шестисоткилометровой парижской канализации (на сегодняшний день более 2100 км). Но первоначально Поппу удалось начать только прокладку систему пневмо-часофикации, прокладку парижской пневмосистемы начали позже, после 1896 года.

Построена парижская система пневматических часов была на основании патента самого Виктора  Поппа. Центральные мастер часы каждую минуту дают пневматический  импульс в пневмосеть, от которого все присоединенные вторичные ведомые часы переводят стрелку на одну минуту вперед. Таким образом конструкция ведомых часов упрощается до счетчика а вся сложность и точность требуется только мастер-часам. Сейчас это назвали бы клиент-серверной схемой, где мастер-часы сервер, а ведомые вторичные часы- клиенты.

Виктор Попп представил эту систему на Парижской выставке L’ Exposition universelle 1878 г и получил серебряную медаль, несмотря на то, что другой венский изобретатель Charles-Albert Mayrhofer (в других источниках Carl Albert Mayrhofer) утверждал что это его изобретение и даже выпустил в 1880 г. брошюру «Венский авантюрист Виктор Попп в Париже, присваивает изобретение пневматических часов«. Частично система Поппа действительно повторяла Венскую систему городских пневматических часов, но были и отличия.

Серебряная медаль Парижской выставки произвела впечатление на муниципальных чиновников Парижа и они разрешают Поппу проложить 10 км свинцовых пневмопроводов в парижской канализации. Первый этап, запущенный в марте 1880 г., позволил подключить 14 уличных часов и всех желающих, в районе прокладки пневмопровода. К концу 1880 г к этим 14 уличным часам, добавились 33 вторичных часов, установленных на городских зданиях и 1475 вторичных часов у частных пользователей, в основном коммерческих, типа банков и гостиниц. На тот момент система состояла из 10 линий-«веток», основная труба была 27 мм в диаметре, от нее ответвлялись вторичные трубы, диаметром от 6 до 20 мм, давление в системе составляло 0,75 бар. Подключить первые часы стоило 5 сантимов в день, вторые 4 сантима, третьи 3 сантима. Дальше линии росли, охватывая районы Парижа и подключая новых пользователей.

Тем не менее, эта деятельность почти всегда была убыточной и компания пережила несколько банкротств, Виктор Попп вынужден был покинуть ее после нескольких скандалов.

На большом расстоянии сказывался эффект запаздывания пневмоимпульса, время задержки могло составлять 15 секунд, CGHP гарантировала отставание не более полуминуты, возможно во вторичных часах имелась корректировка движения стрелок относительно воздушного импульса.

Упоминаний, где были расположены центральные часы этой системы, мне пока найти не удалось, скорее всего на той же компрессорной станции.  Время на центральных мастер-часах, корректировалось по телеграфу из Парижской обсерватории.

Во время наводнения 1910 года компрессорная станция была затоплена и все парижские часы, подсоединенные к общегородской системе часофикации, остановились на времени поломки 10 :53. До этого аналогичная остановка всех часов Парижа случилась в 1905 г. из-за аварии на станции сжатия воздуха (из-за взрыва котла погибли пять рабочих), тогда часы встали на 10:50.

Парижская система пневмочасофикации работала до 1927 года, после чего от нее отказались из-за постоянных убытков. Максимальное количество часов, подключенных к системе было зарегистрировано в 1884 г. — около 7850 часов и это число снизилось в 1926 году до 5118. Часы становились все более доступны обычным людям, росло количество радиоприемников, по которым можно было узнавать сигналы точного времени, владельцы телефонов могли позвонить на станцию и спросить у барышни точное время, позднее появилась услуга телефонной службы точного времени (что интересно, первая такая служба тоже появилась в Париже в 1932 г.).  Все это вело к тому, что спрос на пневмосистему точного времени падал. А ведь на заре основания компании планировалось подключить к системе пневматической часофикации 60000 часов.

Система же подачи сжатого воздуха для потребителей, ради которой Попп и затеял сеть пневочасов, просуществовала намного дольше, полностью её деятельность была прекращена в  1994г.  Подробности в записи Пневмосистема Парижа.

Вот по настоящему интересный вопрос. Как выставлялось правильное время на каждом из ведомых часов? привезли вот часы на эту улицу внизу на рисунке, установили. Какое время надо на них выставить, чтобы они шли синхронно с мастер-часами. Точнее понятно, что надо выставить точное время. Но где его взять, если точное время только на центральных часах и в обсерватории?

Я вижу три возможности — первая, смотреть в бинокль на ближайшие уже установленные часы, таким образом сеть пневмочасов должна была расти от места установки центральных часов так, чтобы каждые следующие часы были в пределах видимости через оптику от предыдущих. Это в принципе хорошо бы совпадало и с прокладкой пневмопровода. Ну плюс еще те места, где есть телеграф, могли «отращивать» от себя сети точного времени. Вторая возможность — не только минутный импульс, но какой нибудь синхронизирующий удлиненный импульс, сбрасывающий все часы например на 00:00. Это решило бы все вопросы, в том числе и установки пневмочасов в частных домах, но влекло бы очень серьезное усложнение конструкции вторичных часов, так что скорее всего не вариант. И третий — какой либо звук точного времени, слышимый по всему городу, колокол или выстрел из пушки.

Больше информации об этой системе в миниблоге pumpingtime и в истории компании SUDAC а также здесь и здесь.

На рисунке уличные вторичные часы, подсоединенные к единой пневмосистеме часофикации Парижа.

Par Inconnu — Illustration du n° 365 de mai 1880 de la revue La nature, dans la revue ANCAHA n° 115., Domaine public, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=49234509

Par Inconnu — Illustration du n° 365 de mai 1880 de la revue La nature, dans la revue ANCAHA n° 115., Domaine public, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=49234509

next page

Часы с механическим сегментным индикатором из Lego

Еще одна лего-часовая конструкция от Hans Andersson. На этот раз циферблат часов имитирует сегментное механическое табло, о котором я недавно писал. Имитирует потому что приводов у каждого отдельного сегмента нет и чтобы повернуть один сегмент, зачастую надо повернуть еще несколько.

Прежние конструкции лего-часов от Hans Andersson тут и тут.

 

next page

Мастер часы Hahl Pneumatic Master Clock

Мастер часы компании Hahl Clock Company, ныне National Time and Signal Corporation. Компания основана в 1877 г. Немецкий эмигрант Augustus Hahl занимался изготовлением электрических систем звонков и сигнализаций, а также часов, в основном для школ и общественных зданий. США всегда были неравнодушны к прогрессу, считалось что надо обучать детей считывать время с часов с детства (по аналогии, как во второй половине 20 века выпускали телетренеры для обучения пользованию телефоном). Это было нелегко, так как часы тогда были далеко не в каждом доме. Чаще всего они могли быть в башне или мэрии на центральной площади. Чтобы не водить туда детей каждый раз часы ставили в классах. Но доступные по цене часовые механизмы были в то время крайне неточными. Появилась идея сети электрочасов, но в связи со слабым развитием электротехники во второй половине 19 века, они были еще очень ненадежными.

Другой немецкий эмигрант J. Wenzel вошел в дело с Augustus  Hahl и они стали изготавливать пневматические системы часов, на основе патентов, выданных в Германии (No. 140661, выдан 8 July 1873, No. 196404, выдан 23 October 1877) . Система состояла из мастер-часов, с надежным точным механизмом, которые раз в минуту специальным насосом повышали давление в пневматической системе. К это системе были присоединены ведомые часы, которые от каждого пневматического импульса переводились на одну минуту. Таким образом все часы в здании показывали одинаковое время.

Примерно в тоже время в Париже создали пневматическую систему часофикации, рассчитанную на весь город.

Подобные пневмосистемы часофикации выпускались до 20 годов 20 века, потом были заменены электрическими системами часофикации, которые к тому времени стали достаточно надежными.

На видео срабатывание насоса видно на отметке 0:16. Цилиндр снизу справа нужен для управления звонками еще ниже на видео видно три реле, которые могли включать школьные звонки.

Интересно, что является источником энергии для часового механизма? Гирь не видно. Пружина?

Подробнее http://americanhistory.si.edu/collections/search/object/nmah_856549

 

next page