История маяков относится к развитию использования башен, зданий или других типов сооружений в качестве вспомогательного средства для навигации морских лоцманов в море или на внутренних водных путях.
Досовременная эпоха
До появления четко очерченных портов моряки ориентировались по кострам, разведенным на вершинах холмов. Поскольку разведение огня улучшило бы видимость, разведение огня на платформе стало практикой, которая привела к строительству маяка. В древности маяк служил скорее указателем входа в порты, чем предупреждающим сигналом для рифов и мысов, в отличие от многих современных маяков. Раскопки в Кунтаси на побережье нынешней Индии выявили квадратную сторожевую башню с пандусом, который первоначально должен был составлять 10-12 метров и использовался для направления лодок, прибывающих в Кунтаси из Ранн-оф-Кутч. Нельзя исключать, что это маяк. Если это так, то маяк должен быть построен примерно в 2000 году до нашей эры.
Греко-римский период
Согласно гомеровской легенде, Паламед из Нафплиона изобрел первый маяк, хотя они, безусловно, подтверждены Александрийским маяком (спроектированным и построенным Состратом Книдским) и Колоссом Родосским. Однако Фемистокл ранее установил маяк в гавани Пирея, соединенного с Афинами в 5 веке до нашей эры, по сути, небольшую каменную колонну с пожарным маяком.
Лешес, греческий поэт (ок. 660 г. до н.э.) упоминает маяк в Сигейоне в Троаде. Похоже, это был первый фонарь, который регулярно поддерживался для руководства моряками.
Письменные описания и рисунки Фароса из Александрии содержат информацию о маяках, но сама башня рухнула во время землетрясения спустя много столетий после ее строительства греками в 3 веке до нашей эры. Башня Геркулеса в Ла-Корунье в Испании имеет римскую основу, а руины Дуврского маяка в Англии дают представление о строительстве; другие свидетельства о маяках содержатся в изображениях на монетах и мозаиках, многие из которых представляют маяк в Остии. Также существуют монеты из Александрии, Остии и Лаодикии в Сирии.
Хотя имеющиеся данные дают представление о внешней структуре этих сооружений, в свидетельствах, касающихся менее заметных аспектов конструкций, есть много пробелов. Останки в Ла-Корунье и Дувре помогают определить, как функционировало каждое сооружение маяка, хотя необходимо сделать некоторые предположения, чтобы определить, как были освещены маяки сооружений. Предположительно, местные виды топлива будут включать дрова и, вероятно, уголь для непрерывного поддержания огня ночью, а в башне Геркулеса есть большой дымоход, ведущий в верхнюю комнату. Пример из Дувра на каком-то этапе был преобразован в простую колокольню для соседней церкви.
Смотрители маяков, возможно, добавляли горючие жидкости, чтобы сократить расходы на топливо и поддерживать постоянный свет во время штормов, но в литературе того времени существует мало информации. Также возможно, что свет был защищен от ветра стеклянными окнами, а большие зеркала, возможно, помогали проецировать луч света как можно дальше. Вполне вероятно, что маякам потребовался бы значительный труд для транспортировки топлива и поддержания пламени. На мысе Хаттерас в 1870-х годах один смотритель и два помощника были заняты тем, что поддерживали более сложное пламя от мощных масляных ламп.
Хотя художественные изображения помогают нам воссоздать визуальный образ маяков, они создают множество проблем. Изображения маяков на римских монетах, надписях, резьбе и мозаике дают противоречивое представление о реальном внешнем виде сооружений. На большинстве изображено двух- или трехэтажное здание, ширина которого уменьшается по мере подъема. Ограниченный размер монет может заставить производителя монеты изменить изображение, чтобы оно соответствовало поверхности. Сходство в изображениях маяков скорее символическое, чем точное отображение конкретных маяков.
Европа
В период европейского средневековья многие римские маяки вышли из употребления. Некоторые из них сохранили функциональность, например, Farum Brigantium, ныне известная как Башня Геркулеса, в Ла-Корунье, Испания, и другие в Средиземном море, такие как Лантерна в Генуе. По мере улучшения навигации маяки постепенно распространились на Западную и Северную Европу. Одним из старейших действующих маяков в Европе является маяк Хук, расположенный в Хук-Хед в графстве Уэксфорд, Ирландия. Он был построен в средние века в виде прочной круглой конструкции.
Столетие спустя, в позднем средневековье, Эдвардом Черным принцем была построена башня высотой 40 футов (12 м) в Кордуане недалеко от устья Жиронды. Сто лет спустя, в 1581 году, Генрих III попросил архитектора Луи де Фуа построить новый. Строительство маяка заняло двадцать семь лет и было окончательно завершено в 1611 году. Многоярусный Кордуан символизировал морскую мощь и престиж Франции. Внутри были роскошные королевские апартаменты, украшенные колоннами и фресками. Его верхний уровень был перестроен между 1780 и 1790 годами, увеличив высоту с 49 м до 60 м и включив лампу Argand и одно из первых параболических зеркал, которое вращалось с помощью часового механизма, разработанного часовщиком из Дьеппа. Позже башня стала первой, кто использовал революционную линзу Френеля, в начале 1820-х годов.)
В Великобритании маяки находились в частной собственности, и право взимать взносы предоставлялось по ордеру либо местных властей, либо короны. Злоупотребление этими лицензиями привело к тому, что иностранные суда боялись искать убежища на южном побережье Англии из-за боязни быть взятыми на абордаж с требованиями, и к потере ряда судов, в первую очередь голландского торгового судна Vreede в 1802 году, в результате чего погибло 380 человек.
В связи с увеличением числа судов, потерянных на угольном маршруте Ньюкасл -Лондон, Trinity House в 1609 году построил Лоустофтский маяк, пару деревянных башен со свечным освещением. До конца 18 века в качестве источников освещения маяков использовались свечи, уголь или дрова, усовершенствованные в 1782 году с помощью лампы Арганда с круглым фитилем, работающей на масле, первого «катоптрического» зеркального отражателя в 1777 году и системы «диоптрических» линз Френеля в 1823 году. Маяк «Нор» был основан как первый в мире плавучий маяк в 1732 году.
После реформы Закона о маяках 1836 года, согласно которому Trinity House получил полномочия взимать налоги с последних частных владельцев маяков и начал реконструкцию и облагораживание своего маячного имущества, владельцам все же удалось собрать крупные взносы, из которых самые крупные были за маяк Смоллс, который собрал 23 000 фунтов стерлингов в 1852 году, и Trinity House был вынужден потратить более 1 млн фунтов стерлингов на выкуп договоров аренды, в том числе 444 000 фунтов стерлингов за маяк Шхеррис.
Современные маяки
Строительство
Современная эра маяков началась на рубеже 18 века, когда строительство маяков шло в ногу с растущим уровнем трансатлантической торговли. Достижения в области проектирования конструкций и нового эффективного осветительного оборудования позволили создать более крупные и мощные маяки, в том числе с видом на море. Функция маяков сместилась в сторону обеспечения видимого предупреждения об опасностях для судоходства, таких как скалы или рифы.
Маяк Эддистоун
В Эддистоунских скалах, обширном рифе недалеко от Плимутского пролива, Англия и одной из основных опасностей кораблекрушений для моряков, плывущих через Ла-Манш, был местом многих технических и концептуальных достижений в строительстве маяков. Сложность закрепления на опасных скалах, особенно на преобладающей зыби, означала, что прошло много времени, прежде чем кто-либо попытался разместить на них какое-либо предупреждение.
Первая попытка представляла собой восьмиугольное деревянное сооружение, укрепленное 12 железными стойками, закрепленными в скале, и было построено Генри Уинстэнли с 1696 по 1698 год. В конечном итоге башня просуществовала недолго, и Сильный шторм 1703 года стер почти все ее следы. После разрушения первого маяка капитан Ловетт получил в аренду скалу, и Актом парламента 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 сердцевины из кирпича и бетона. Временный свет впервые засиял от него в 1708 году, а работа была завершена в 1709 году. Он оказался более долговечным и просуществовал до 1755 года, когда сгорел дотла.
Инженер-строитель, Джон Смитон, перестроил маяк в 1756-59 годах; его башня стала важным шагом вперед в проектировании маяков и использовалась до 1877 года. Он смоделировал форму своего маяка по образцу дуба, используя гранитные блоки. Он был пионером в использовании «гидравлической извести», формы бетона, которая застывает под водой, и разработал технику скрепления гранитных блоков с помощью соединений в виде ласточкиного хвоста и мраморных дюбелей. Функция «Ласточкин хвост» помогла улучшить устойчивость конструкции, хотя Смитону также пришлось уменьшить толщину башни к вершине, для чего он слегка изогнул башню внутрь. У этого профиля было дополнительное преимущество, заключающееся в том, что часть энергии волн рассеивалась при ударе о стены.
Строительство началось на стройплощадке в Миллбее, где Смитон построил причал и верфь в юго-западном углу гавани для разгрузки и обработки камня. Деревянные рельсы шириной 3 фута 6 дюймов были проложены для четырехколесных плоских тележек, на которых каменная кладка перемещалась по участку. Десятитонное судно, названное Eddystone Boat, базировалось здесь и доставляло обработанные камни на риф. Высота маяка составляла 72 фута (22 м), диаметр у основания — 26 футов (7,9 м), а у вершины — 17 футов (5,2 м).
Дальнейшее развитие
Шотландский инженер Роберт Стивенсон был ключевой фигурой в разработке дизайна и строительства маяков в первой половине 19 века. В 1797 году он был назначен инженером во вновь образованный Совет по Северным маякам, управление маяков для Шотландии и острова Мэн. Его величайшим достижением стало строительство маяка Белл Рок в 1810 году, одного из самых впечатляющих инженерных достижений того времени. Это сооружение было основано на дизайне более раннего Эддистоунского маяка Джона Смитона, но с несколькими улучшенными функциями, такими как включение вращающихся огней, чередующихся между красным и белым. Стивенсон проработал в Совете по Северным маякам почти пятьдесят лет в течение этого времени он проектировал и курировал строительство, а затем и усовершенствование многочисленных маяков. Он внедрил инновации в выборе источников света, креплений, конструкции отражателей, использовании линз Френеля, а также в системах поворота и опалубки, обеспечивающих маяки индивидуальными подписями, позволяющими морякам идентифицировать их. Он также изобрел подвижную стрелу и балансирный кран как необходимую деталь для строительства маяка.
Стивенсон основал великую династию инженеров, специализирующихся на строительстве маяков — его потомки отвечали за большую часть строительства маяков в Шотландии в течение столетия. Трое сыновей Роберта пошли по его пути: Дэвид, Алан и Томас. Двое детей Дэвида, Дэвид Алан и Чарльз Александер, сами по себе также стали выдающимися инженерами маяков.
Александр Митчелл спроектировал первый маяк на винтовых сваях — его маяк был построен на сваях, которые были ввинчены в песчаное или илистое морское дно. Строительство по его проекту началось в 1838 году в устье Темзы и было известно как маяк Мэплин Сэндс, и впервые его зажгли в 1841 году. Однако, хотя его строительство началось позже, маяк Wyre во Флитвуде, Ланкашир, был зажжен первым (в 1840 году).
Маяки в Америке
Первым маяком в Америке был Бостонский фонарь, построенный в 1716 году в Бостонской гавани. Вскоре маяки были построены вдоль болотистых береговых линий от Делавэра до Северной Каролины, где навигация была трудной и ненадежной. Обычно они делались из дерева, так как оно было легкодоступно. Из-за пожарной опасности все чаще строились каменные башни — самой старой из стоящих каменных башен был маяк Сэнди-Хук, построенный в 1764 году в Нью-Джерси.
Маяки на винтовых сваях использовались в Чесапикском заливе и вдоль побережья Каролины в Соединенных Штатах. Первым фонарем с винтовой сваей в Соединенных Штатах был Brandywine Shoal в заливе Делавэр. Они стали особенно популярны после Гражданской войны, когда Совет по маякам одобрил политику замены маяков внутри страны. Около 100 таких сложных сооружений были построены на атлантическом побережье от заливов Делавэр и Чесапик до Флорида-Кис и Мексиканского залива. Одной из самых известных башен была Thomas Point Shoal Light — ее назвали “лучшим образцом коттеджа на винтовых сваях в любой точке мира”.
3 марта 1851 года Конгресс США принял «Закон о выделении средств на маяки, легкие лодки, буи и т.д.», что привело к созданию Совета по маякам Соединенных Штатов, который заменит Учреждение маяков Министерства финансов в качестве правительственного учреждения, ответственного за строительство и техническое обслуживание всех маяков и навигационных средств в Соединенных Штатах.
Совсем недавно новая светодиодная технология высокой мощности начала заменять старые вращающиеся системы. Современным маякам не нужны движущиеся части, просто электронный генератор с компьютерным управлением. Проще говоря, мы могли бы назвать это стробоскопом.
Улучшения освещения
Источником освещения обычно служили 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. Французы провели серию тестов между 1783 и 1788 годами с разными результатами. До 1810 года в Эддистоунском маяке Смитона использовалось 24 свечи.
Лампа Аргана, изобретенная в 1782 году швейцарским ученым Эме Арганом, произвела революцию в освещении маяков благодаря постоянному бездымному пламени. Лампа Argand имела фитиль для свечи в форме рукава, установленный таким образом, чтобы воздух мог проходить как через центр фитиля, так и вокруг него снаружи, прежде чем втягиваться в цилиндрическую трубу. Это стабилизировало пламя и улучшило поток воздуха. В ранних моделях использовалось матовое стекло, которое иногда тонировалось вокруг фитиля. В более поздних моделях использовалась оболочка из диоксида тория, подвешенная над пламенем, создавая яркий, устойчивый свет. В лампе Argand в качестве топлива использовались китовый жир, рапсовое масло, оливковое масло или другое растительное масло, которое подавалось самотеком из резервуара, установленного над горелкой. Лампа была впервые произведена Мэтью Боултоном в партнерстве с Argand в 1784 году и стала стандартом для маяков более чем на столетие.
В 1870 году светильник в Уиклоу-Хед был оснащен запатентованным Уигхэмом механизмом периодического мигания, который рассчитывал подачу газа с помощью часового механизма. Когда этот механизм объединили с вращающейся линзой в маяке Рокабилл, был создан первый в мире маяк с характеристикой группового мигания.
Использование газа в качестве источника освещения стало широко доступным с изобретением лампы Далена шведским инженером Густавом Даленом. В 1906 году Дален стал главным инженером в газоаккумуляторной компании. Первоначально Дален работал с ацетиленом, чрезвычайно взрывоопасным углеводородным газом. Дален изобрел Агамассан (Aga), субстрат, используемый для поглощения газа, обеспечивающий безопасное хранение и, следовательно, коммерческую эксплуатацию. Ацетилен давал сверхяркий белый свет и сразу же вытеснил сжиженный газ с более тусклым пламенем в качестве предпочтительного топлива для освещения маяков. Дален включил в свой светильник еще одно изобретение — «солнечный клапан». Это устройство позволяло светильникам работать только ночью, экономя топливо и продлевая срок их службы более чем на год.
Оборудование AGA lighthouse работало без какого-либо электроснабжения и, таким образом, было чрезвычайно надежным. Для таких суровых прибрежных районов, как Скандинавия, его серийные, надежные, требующие минимального обслуживания фонари были значительным подспорьем для безопасности и средств к существованию. Маяки AGA покрывали весь Панамский канал. 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 переделали на масляную, поскольку дуговые лампы были сложны в эксплуатации (требовалось вдвое больше смотрителей) и были не такими экономичными, как масляные лампы. Маяк Саут-Форленд был первой башней, в которой успешно использовалось электрическое освещение в 1875 году. Угольные дуговые лампы маяка приводились в действие магнето с паровым приводом.
Оптика
С развитием постоянного освещения лампы Argand 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 параболоидальные отражатели, прикрепив небольшие кусочки отражающего материала к отливке, которая была сформована в форму, приближенную к параболоиду. Эта элементарная система эффективно преобразовывала излучаемый свет в концентрированный луч, тем самым значительно увеличивая видимость света. Его система была установлена на недавно построенном Лисоувском маяке недалеко от Ливерпуля, а позже скопирована в другом месте. Возможность фокусировать свет привела к появлению первых вращающихся лучей маяка, когда свет представлялся морякам в виде серии прерывистых вспышек. Также стало возможным передавать сложные сигналы с помощью световых вспышек.
Идея создания более тонкой и легкой линзы путем ее изготовления из отдельных секций, вмонтированных в оправу, часто приписывается Жоржу-Луи Леклерку, графу де Бюффону. Маркиз де Кондорсе (1743-1794) предложил отшлифовать такую линзу из цельного тонкого куска стекла.
Однако именно французскому физику и инженеру Огюстену-Жану Френелю приписывают разработку многокомпонентной линзы Френеля для использования в маяках. Его конструкция позволяла изготавливать объективы с большой диафрагмой и коротким фокусным расстоянием, без массы и объема материала, которые потребовались бы для объектива обычной конструкции. Линзу Френеля можно сделать намного тоньше, чем аналогичную обычную линзу, в некоторых случаях принимая форму плоского листа. Линза Френеля также может улавливать более косой свет от источника света, что позволяет свету от маяка, оснащенного таким маяком, быть видимым на больших расстояниях.
Первая линза Френеля была использована в 1823 году на Кордуанском маяке в устье устья Жиронды во Франции; ее свет был виден с расстояния более 20 миль (32 км). Шотландскому физику сэру Дэвиду Брюстеру приписывают то, что он убедил британские власти использовать эти линзы в своих маяках. Изобретение Френеля увеличило яркость лампы маяка в 4 раза, и его система до сих пор широко используется.
