Вернуться в каталог

  Поиск

Журнал о часах o'Clock.info. Новинки часового бизнеса, статьи об истории часовых компаний, советы покупателям часов, ответы на вопросы связанные с эксплуатацией и сервисным обслуживанием часов.

  Ключевое слово или фраза:

  Режим:

"AND" "OR"

Новости Часовые марки Библиотека Мастерская Покупателю Бизнес Форум Вернисаж Ссылки

Журнал о часах .info // Библиотека //

Поиски и находки


И маятник, и баланс, и кварц – качество всех этих колебательных систем выражают «добротностью»: показателем того, сколь быстро затухают колебания, будучи предоставленными сами себе, или, что то же самое, какая доля энергии рассеивается при каждом цикле колебаний. Если «улетучивается» 1/100 энергии – добротность равна 100, если 1/1000000 – миллион.

Конструкторы часов, как мы видели, в заботе о добротности стали прятать свои маятники в вакуум. Теми же соображениями руководствовались и создатели кварцевых резонаторов. Колебания кварца – это звук, хоть и неслышимый, он распространяется в воздухе, уносит впустую энергию – долой воздух! Добротность кварца, помещенного в вакуум, увеличилась, но совсем не так значительно, как должно было быть. Почему?

Кристаллическая решетка кварца близка к идеальной: в кристалле практически нет дефектов. Поэтому энергия, запасенная в пластине в виде ультразвука, внутри ее рассеиваться не будет. Иное дело – поверхность. Как ни старайся, на ней останутся невидимые глазом риски – следы распиливания кристалла, шлифовки и полировки. На этих рисках и тратится впустую энергия, они виноваты в недостаточно высокой добротности кварца.

Сотрудник ВНИИФТРИ А.Г. Смагин разработал в начале 50-х годов новый метод полировки – «асимптотическую доводку» все более тонкими абразивными порошками. Пластинки стали получаться более чем зеркальными, с микронеровностями меньше сотой доли длины световой волны. Соответственно возросла и добротность: десять, двадцать, тридцать миллионов единиц. А когда кварц охладили до температуры жидкого гелия, добротность стала совершенно фантастической – 86 млн. Методом Смагина снимают слои вещества толщиной в 0,0000001 миллиметра и соответственно точно подгоняют массу кварцевого бруска, от которой зависит точность генерируемой частоты.

Но одной подгонки мало. Кварц требуется поместить не просто в тепличные, а в супертепличные условия, чтобы добиться от генератора нужной стабильности.

Для защиты от изменений температуры уже давно кварцевые часы стали прятать в глубокие подвалы, в глухие, без окон комнаты. В каждой комнате – еще одна, тоже наглухо запертая, со своими стенами и потолком. Каждая покоится на отдельном фундаменте, а внутри на тяжелых бетонных постаментах – уже сами генераторы. Какая бы погода ни была на улице, здесь всегда около +20°С. Но главное даже не в комнатах: генератор заключен в термостат, а внутри в еще одном, маленьком термостате спрятан брусок кварца. Вся эта гигантская «матрешка» сделана с единственной целью – добиться, чтобы температура «гуляла» не более чем на 0,001°С в сутки.

Иногда миниатюрный кварцевый генератор опускают в пробуренную скважину на глубину 40...50 метров. Годовые и суточные изменения температуры доходят туда, ослабленные в десятки и сотни миллионов раз: они не превышают десятитысячной градуса.

От часов к эталону


Но все это метрологи узнали и приняли на вооружение лишь во второй половине нашего века. А в 1930 – 1932 гг., когда в Ленинградской Центральной радиолаборатории (ЦРЛ) разрабатывались первые в стране кварцевые часы, буквально до самых простых вещей приходилось добираться ощупью. Руководил работами инженер Павел Павлович Куровский, физик по специальности (он окончил Ленинградский университет), один из ведущих специалистов ЦРЛ по кварцевым резонаторам. Он был талантливым инженером, серьезным теоретиком, великолепным организатором. Дело, за которое брался, всегда продумывал исключительно глубоко, умел найти единомышленников и активных помощников в любом начинании. Достаточно будет сказать, что кварцевая лаборатория, как и отдел селеновых выпрямителей, которыми он руководил, превратились потом в научно-исследовательские институты.

В разработке кварцевых часов участвовали Е.С. Мушкин, А.А. Расплетин (впоследствии крупный специалист по радиолокации), В.П. Уфтюжанинов, С.С. Кошко. Стабильность частоты генератора соответствовала рекомендациям Международного консультативного комитета по радио. Но к тому времени, когда работа была закончена, Копенгагенская конференция рекомендовала повысить точность стандарта в десять раз. Созданный в 1935...1938 гг. второй генератор – «Эталон ПЭЧ-1» – не только отвечал этим требованиям, но и десятикратно превышал их. Пожалуй, лишь радисты способны в полной мере оценить масштаб трудностей, которые вставали тогда перед конструкторами (Е.С. Закс, В.М. Кэо, С.С. Кошко, В.П. Уфтюжанинов, А.А. Фрегатов и другие).

Когда началась Отечественная война, Куровский получил чрезвычайно важное задание – наладить серийный выпуск радиолокаторов РУС-2 «Редут». Работать пришлось в тяжелейших условиях блокированного фашистами города, при нехватке кадров и недостатке оборудования – основную часть его вывезли еще до блокады.

Что значили эти станции для осажденного города, нет нужды доказывать. Только 4 апреля 1942 г., когда фашистская авиация совершила самый крупный с начала войны налет на Ленинград, было сбито 25 и подбито 10 самолетов врага – более трети участвовавших в атаке. Противовоздушная оборона, предупрежденная радиолокаторами, сорвала замысел гитлеровцев уничтожить с воздуха корабли Балтийского флота и заводы Ленинграда.

Вдова П.П. Куровского, Екатерина Николаевна Тычинина, показала мне экземпляр многотиражки, выходившей в Ленинграде в то памятное время. Видел четыре портрета: монтажника Коршунова, начальника участка Браславского, инженера Романова и руководителя отдела Куровского – все они участвовали в выпуске «Редута». Но, конечно, даже намека на это в газете я не нашел. Локаторы, о которых нынче можно прочесть во множестве справочников, тогда были секретными. Эвакуированный позднее из Ленинграда, Куровский активно включился в работу по усовершенствованию локаторов.

Он умер, когда ему было всего 44 года. Сказалась блокада, работа «на износ» в военные годы, гибель – и не только на фронте – многих друзей. Сердце не выдержало непосильной нагрузки...

После войны создание эталона частоты поручили Всесоюзному научно-исследовательскому институту метрологии им. Д.И. Менделеева. К 1949 г. государственный эталон частоты, состоящий из трех кварцевых генераторов, был аттестован – стал официально признанным прибором. Число «три» гарантировало, что даже если один из генераторов внезапно выйдет из строя, два других будут по-прежнему работать. Итак, рядом с астрономическим временем появилось кварцевое? Нет. Надежность электроники оказалась еще слишком низкой, чтобы время могло опереться на кварц. Радиолампы и другие детали не отличались долговечностью, а от эталона времени требуется безотказная работа в течение многих десятилетий, а лучше сказать – вечно.

К тому же, хотя кварц и обеспечил большую, чем у астрономических часов, стабильность частоты, он не мог похвастаться ее точностью. Неискушенному человеку может показаться несущественным это различие, однако оно имеет принципиальное значение.

Стабильность зависит от того, насколько мы сумели защитить колебательную систему – кварц или маятник – от всякого рода мешающих влияний. В случае кварцевого генератора этого добиться легче, чем когда имеешь дело с маятником.

А вот точность... Маятниковые часы опираются в качестве эталона на вращение Земли. На что опереться кварцу? Сам по себе он может генерировать любую частоту, какую только мы захотим, но задача метрологов – добиться не «любой» частоты, а вполне определенной, чтобы в конце концов получить именно один герц, одну секунду.

Может быть, настроить кварц по вращению Земли? Когда это сделали, вдруг выяснилось, что она в качестве эталона для кварца не годится. Стабильность генератора была выше, чем стабильность вращения планеты. Буквально за несколько месяцев кварцевая и «земная» секунды разошлись.

В довершение всех бед стало ясно, что кварц принципиально не в состоянии долго, т.е. годами, хранить заданную частоту. С течением времени изменяются размеры пластинки (кристаллическая решетка, слегка нарушенная при обработке, возвращается в исходное состояние), падает упругость, иной становится эластичность нитей, на которых кварц подвешен в своей стеклянной колбе, даже вакуум не остается постоянным. Все эти неизвестно как меняющиеся факторы влияют на частоту – одни больше, другие меньше, но влияют непременно.

Кварц оказался недостойным звания эталона времени. Какой же это эталон, если он сам не знает, какую частоту генерирует, если его то и дело нужно проверять?

Так они и сосуществовали: Земля как эталон времени, кварцевый генератор как эталон частоты. Для длинных астрономических наблюдений – Земля, для кратковременных радиотехнических измерений кварц. Каждому эталону свое поле забот.


1


2


3


4


5


6


7


8


9


10


11


12


13


14


15


16


17


18


19


20


21


22


23


24


25


26


27


28


29


30


31


32


33


34


35


36


37


38


39


40


41


42


43


44


45

Текст издания:
Вячеслав Евгеньевич Демидов.
Время, хранимое как драгоценность. – М., Знание, 1977

© «НиТ. Раритетные издания», 1998