Маяк

Маяки 

Маяк, сооружение, обычно с башней, построенное на берегу или на морском дне, чтобы служить в качестве помощи морскому прибрежному судоходству, предупреждая моряков об опасностях, устанавливая их местоположение и направляя их к месту назначения. С моря Маяк может быть идентифицирован по характерной форме или цвету его конструкции, по цвету или характеру вспышки его света или по кодированному характеру его радиосигнала. Развитие электронных навигационных систем оказало большое влияние на роль маяков. Мощные огни становятся излишними, особенно для выхода на сушу, но значительно увеличилось количество мелких огней и зажженных буев, которые по-прежнему необходимы, чтобы вести навигатора через оживленные и часто извилистые прибрежные воды и подходы к гавани. Среди моряков по-прежнему существует естественное предпочтение для обеспечения визуальной навигации, и освещенные знаки также имеют преимущества простоты, надежности и низкой стоимости. Кроме того, они могут использоваться судами без специального оборудования на борту, обеспечивая максимальную защиту от отказа более сложных систем.

История Маяков

Светочи древности

Предвестниками собственно маяков были огни маяков, зажженные на вершинах холмов, самые ранние упоминания о которых содержатся в «Илиаде» и «Одиссее» (около 8 века до н. э.). Первым подлинным маяком был знаменитый Александрийский Фарос, высота которого составляла около 350 футов (около 110 метров). Римляне возвели множество маячных башен в ходе расширения своей империи, и к 400 году нашей эры их насчитывалось около 30 от Черного моря до Атлантики. Они включали знаменитый маяк в Остии, римском порту, построенный в 50 году н. э., и маяки в Булони, Франция, и Дувре, Англия. Сохранился фрагмент первоначального Римского маяка в Дувре.

Финикийцы, торговавшие из Средиземноморья в Великобританию, отмечали свой путь маяками. Эти ранние маяки имели деревянные костры или факелы, горящие на открытом месте, иногда защищенные крышей. После 1-го века нашей эры свечи или масляные лампы использовались в фонарях с оконными стеклами или рогом.

Средневековые маяки

Упадок торговли в Средние века остановил строительство маяков вплоть до возрождения торговли в Европе около 1100 года н. э. Ведущую роль в создании новых маяков взяли на себя Италия и Франция. К 1500 году ссылки на маяки стали обычным явлением в книгах о путешествиях и картах. К 1600 году существовало по меньшей мере 30 крупных маяков.Эти ранние огни были похожи на те, что были в древности, сжигая в основном дрова, уголь или факелы на открытом воздухе, хотя масляные лампы и свечи также использовались. Знаменитым маяком этого периода была Лантерна Генуи в Италии, основанная, вероятно, около 1139 года. Он был полностью перестроен в 1544 году как впечатляющая башня, которая и сегодня остается заметным морским знаком. Хранителем света в 1449 году был Антонио Коломбо, дядя Колумба, который пересек Атлантику. Еще один ранний маяк был построен в Мелории, Италия, в 1157 году, который был заменен в 1304 году маяком на изолированной скале в Ливорно. Во Франции Римская башня в Булони была отремонтирована императором Карлом Великим в 800 году. Он просуществовал до 1644 года, когда рухнул из-за подрыва скалы. Самым знаменитым французским маяком этого периода был маяк на небольшом острове Кордуан в устье реки Жиронда близ Бордо. Оригинал был построен Эдуардом Черным Принцем в 14 веке. В 1584 году Луи де Фуа, инженер и архитектор, приступил к строительству нового светильника, который был одним из самых грандиозных и великолепных достижений своего времени. Он был 135 футов в диаметре у основания и 100 футов в высоту, с тщательно продуманным интерьером сводчатых комнат, богато украшенных обилием позолоты, резных скульптур и арочных дверных проемов. На строительство ушло 27 лет из-за оседания, по-видимому, значительного острова. К тому времени, когда башня была закончена в 1611 году, остров был полностью затоплен при высокой воде. Таким образом, кордуан стал первым маяком, построенным в открытом море, истинным предшественником таких скальных сооружений, как маяк Эддистона. Влияние Ганзейского союза способствовало увеличению числа маяков вдоль Скандинавского и германского побережий. К 1600 году было установлено по меньшей мере 15 светильников, что сделало его одним из самых хорошо освещенных районов того времени.

В течение этого периода огни, выставленные из часовен и церквей на побережье, часто заменяли собственно маяки, особенно в Великобритании.

Начало современной эпохи

Развитие современных маяков, можно сказать, началось около 1700 года, когда стали более быстрыми темпами появляться усовершенствования конструкций и осветительного оборудования. В частности, именно в этом столетии началось строительство первых башен, полностью выходящих в открытое море. Первой из них была 120-футовая деревянная башня Генри Уинстенли на печально известных скалах Эддистона близ Плимута, Англия. Несмотря на то, что он был закреплен 12 железными стойками, тщательно замурованными в исключительно твердую красную породу, он просуществовал только с 1699 по 1703 год, когда его без следа смыло штормом исключительной силы; его проектировщик и строитель, находившийся в то время на Маяке, погиб вместе с ним. За ним в 1708 году последовала вторая деревянная башня, построенная Джоном Рудьердом, которая была уничтожена пожаром в 1755 году. За маяком рудьерда в 1759 году последовала знаменитая каменная башня Джона Смитона. Смитон, профессиональный инженер, воплотил важный новый принцип в своей конструкции, согласно которому кирпичные блоки были соединены друг с другом в виде взаимосвязанного узора. Несмотря на особенность ласточкиного хвоста, башня в значительной степени полагалась на свой собственный вес для устойчивости—принцип, который требовал, чтобы она была больше в основании и сужалась к вершине. Однако вместо прямой конической конусности Смитон придал сооружению изогнутый профиль. Кривая была не только визуально привлекательна, но и служила для рассеивания некоторой энергии волнового удара, направляя волны вверх по стенам.

Из-за подрыва фундаментной скалы башню Смитона пришлось заменить в 1882 году нынешним маяком, построенным на прилегающей части скал сэром Джеймсом Н.Дугласом, главным инженером Тринити-Хауса. Чтобы уменьшить тенденцию волн разбиваться о фонарь во время сильных штормов (проблема, часто встречающаяся с башней Смитона), Дуглас построил новую башню на массивном цилиндрическом основании, которое поглощало часть энергии прибывающих морей. Верхняя часть маяка Смитона была разобрана и восстановлена на Плимут-Хоу, где он до сих пор стоит как памятник; нижняя часть или «пень» все еще можно увидеть на скалах Эддистона.

Эддистонский Маяк сэра Джеймса Н. Дугласа, Плимут, Англия, фотохромная печать, 1890-1900 годы. Слева-остатки маяка Джона Смитона.

Эддистонский Маяк Джона Смитона был перестроен на Плимут-Хоу, Плимут, Англия.

Вслед за Эддистоном каменные башни были возведены в аналогичных местах открытого моря, включая Смоллс у побережья Уэльса; Белл-Рок в Шотландии; Саут-Рок в Ирландии; и Минотс-карниз у Бостона, штат Массачусетс, США первый маяк Североамериканского континента, построенный в 1716 году, находился на острове Литтл-Брюстер, также недалеко от Бостона. К 1820 году в мире насчитывалось около 250 крупных маяков.

Современные Маяки

Строительство

В то время как каменная кладка и кирпич продолжают использоваться в строительстве маяков, бетон и сталь являются наиболее широко используемыми материалами. Конструктивно хорошо одетый и достаточно дешевый бетон особенно подходит для эстетически приятных конструкций береговых маяков.

Современные методы строительства значительно облегчили строительство маяков в открытом море. На мягком грунте используется погружной кессонный метод, система, примененная сначала в 1885 году к строительству маяка Roter Sand в устье реки Везер в Германии, а затем к Четырнадцатифутовому Береговому фонарю в заливе Делавэр, США. С помощью этого метода стальной кессон или открытый цилиндр, возможно, 40 футов в диаметре, расположен на морском дне. Выкапывая песок, он погружается в морское дно на глубину, возможно, 50 футов. В то же время дополнительные секции добавляются к вершине по мере необходимости, чтобы она оставалась выше высокого уровня воды. Кессон в конце концов откачивается насухо и заполняется бетоном, образуя прочную основу, на которой строится собственно Маяк.

Там, где подходит морское дно, можно построить «всплывающий» Маяк, состоящий из цилиндрической башни на большом бетонном основании, которое может достигать 50 футов в диаметре. Башня строится в прибрежном причале, буксируется на позицию, а затем опускается на морское дно, где основание, наконец, заполняется песком. Весящие 5000 тонн (4,5 миллиона килограммов) или более, эти башни полагаются на свой вес для обеспечения устойчивости и требуют выровненного, подготовленного морского дна. Для большей устойчивости во время буксировки сама цилиндрическая башня часто состоит из двух или более телескопических секций, поднятых на полную высоту гидравлическими домкратами после основания на морском дне. Эта конструкция была впервые разработана в основном в Швеции. Другая конструкция, более независимая от условий морского дна, представляет собой обычную стальную свайную конструкцию, используемую для морских газовых и нефтяных вышек. Сваи могут быть погружены на глубину до 150 футов в морское дно, в зависимости от нижележащих слоев. Соединенные Штаты построили около 15 световых башен такого типа, одним из ярких примеров которых является Амброуз Лайт в Нью-Йорке.

Вертолеты широко используются в обслуживании и обслуживании морских башен, так что современные конструкции обычно включают вертолетную площадку. На самом деле, более старые цилиндрические каменные конструкции предыдущей эпохи—включая башню Эддистона—имели «вертолетные площадки», установленные над их фонарями.

Источник света

Лесные пожары не прекращались до 1800 года, хотя примерно после 1550 года уголь, более компактное и продолжительное топливо, все больше предпочитался, особенно в Северо-Западной Европе. Маяк в те времена мог потреблять 300 тонн и более угля в год. В ярком свете угольный камин намного превосходил другие виды освещения, предпочитаемые моряками маслу или свечам. Недостатком как угольных очагов, так и ранних масляных ламп и свечей было огромное количество дыма, который приводил к быстрому почернению стекол фонарей, затемняя свет.

Масляная лампа

В 1782 году швейцарский ученый Эме Арган изобрел масляную лампу, чье ровное бездымное пламя произвело революцию в освещении маяка. Основой его изобретения был круглый фитиль со стеклянной трубой, которая обеспечивала достаточный поток воздуха по центру и снаружи фитиля для равномерного и правильного сгорания масла. В конце концов были разработаны аргановые горелки с 10 концентрическими фитилями. Эти лампы первоначально сжигали рыбий жир, позже растительное масло, а к 1860 году минеральное масло. Горелка Арганда стала главным осветителем маяка на протяжении более чем 100 лет.

В 1901 году британец Артур Китсон изобрел испаренную масляную горелку, которая впоследствии была усовершенствована Дэвидом худом из Тринити-Хауса и другими. Эта горелка использовала керосин, испаренный под давлением, смешанный с воздухом и сжигаемый для нагрева раскаленной мантии. Эффект от испаренной масляной горелки должен был увеличить в шесть раз мощность прежних масляных фитильных ламп. (Этот принцип до сих пор широко используется для такой утвари, как походные печи и лампы высокого давления.)

Газовый фонарь

Ранние предложения использовать угольный газ на маяках не увенчались большим успехом. Газификационная установка на этом участке обычно была неосуществима, а большинство светильников были слишком отдаленными для подачи по трубам. Однако газообразный ацетилен, полученный из карбида кальция и воды, вошел в употребление на рубеже 20-го века, и его использование возросло после введения процесса растворенного ацетилена, который, растворяя ацетилен в ацетоне, сделал его безопасным для сжатия и хранения.

Газообразный ацетилен в качестве осветителя маяка оказал глубокое влияние на развитие технологии маяков, главным образом благодаря работам Густава Далена из Швеции, который впервые применил его между 1900 и 1910 годами. Сжигаемый открытым пламенем или смешанный с воздухом в раскаленной мантии, ацетилен давал свет, равный свету масла. Его большое преимущество состояло в том, что им можно было легко управлять; таким образом, впервые стали возможны автоматические бесхозные огни. Дален изобрел множество хитроумных механизмов и горелок, работающих от давления самого газа, чтобы использовать использование ацетилена. Большая часть оборудования, разработанного им, до сих пор широко используется. Одно устройство-автоматический обменник мантии, который приносит новую мантию в использование, когда предыдущая сгорает. Еще одним, экономящим на газе, был «солнечный клапан»-автоматический переключатель «день-ночь», способный гасить дневной свет. Переключатель использовал разницу в теплопоглощающих свойствах между матовой черной поверхностью и хорошо отполированной поверхностью, производя дифференциальное расширение, организованное подходящим механическим рычагом для управления главным газовым клапаном.

Ацетиленовая система облегчила создание многих автоматических маяков без присмотра в отдаленных и труднодоступных местах,обычно требующих лишь ежегодного посещения для пополнения запасов баллонов и капитального ремонта механизма. Сжиженный нефтяной газ, такой как пропан, также нашел применение в качестве осветительного средства, хотя как нефтяные, так и газовые лампы в значительной степени были вытеснены электричеством.

Электрическая лампа

Электрическое освещение в виде угольных дуговых ламп было впервые применено на маяках в ранние времена, даже когда масляные лампы были еще в моде. Первый из них был в Саут-Форленде, Англия, в 1858 году, за ним последовал ряд других. Большинство из них, однако, в конечном итоге были преобразованы в масло, так как первые дуговые лампы были трудны для управления и дорогостоящи в эксплуатации. В 1913 году Гельголандский Маяк в Северном море у берегов Германии был оснащен дуговыми лампами и зеркалами прожекторов, которые давали свет мощностью 38 миллионов свечей, самый мощный маяк в мире в то время.

Электрическая лампа накаливания, которая вошла в общее употребление в 1920-х годах, теперь является стандартным осветительным прибором. Выходная мощность колеблется от примерно 1500 Вт для самых больших конструкций до примерно 5 Вт для буев и небольших маяков. Большинство ламп имеют вольфрамово-галогенный тип для лучшей эффективности и более длительного срока службы. По мере того как новые типы электрических ламп становятся доступными—например, лампы с компактным источником разрядной трубки—они принимаются для использования на маяках везде, где это целесообразно.
Хотя зеркало могло эффективно концентрировать свет в интенсивный луч, было необходимо вращать его, чтобы сделать его видимым с любого направления. Это привело к появлению уже знакомого вращающегося луча маяка, причем свет появился в виде серии вспышек. Моряки не были благосклонно расположены к этим ранним мигающим огням, утверждая, что неподвижный устойчивый свет был необходим для удовлетворительного пеленга. Однако значительно возросшая интенсивность и преимущество использования паттерна вспышек для идентификации света постепенно преодолели их возражения. Первый маяк с вращающимися лучами был построен в Карлстене, недалеко от Марстранда, Швеция, в 1781 году.

Оптическое оборудование

Параболоидные зеркала

С появлением аргановой горелки, надежного и устойчивого осветителя, стало возможным разработать эффективные оптические аппараты для увеличения интенсивности света. В первом оборудовании этого типа, известном как катоптрическая система, параболоидальные отражатели концентрировали свет в пучок. В 1777 году Уильям Хатчинсон из Ливерпуля, Англия, изготовил первые практические зеркала для маяков, состоящие из большого количества мелких граней посеребренного стекла, установленных в гипсовом слепке, отлитом в параболоидную форму. В более общем плане использовались профилированные металлические отражатели, посеребренные или отполированные до блеска. Однако они были подвержены быстрому износу из-за высокой температуры и коррозии; стеклянный фасетный отражатель, хотя и не столь эффективный, прослужил дольше. Лучшие металлические отражатели, доступные в 1820 году, были изготовлены из сильно посеребренной меди в пропорции 6 унций серебра к 16 унциям меди (по сравнению с 0,5 унцией серебра к 16 унциям меди, обычно используемой для позолоченной посуды того периода). При таком тяжелом покрытии чистящие салфетки хранились для последующего извлечения серебра. Эти зеркала могли увеличить интенсивность аргандовой горелки, номинально около пяти свечей, почти в 400 раз.

Хотя зеркало могло эффективно концентрировать свет в интенсивный луч, было необходимо вращать его, чтобы сделать его видимым с любого направления. Это привело к появлению уже знакомого вращающегося луча маяка, причем свет появился в виде серии вспышек. Моряки не были благосклонно расположены к этим ранним мигающим огням, утверждая, что неподвижный устойчивый свет был необходим для удовлетворительного пеленга. Однако значительно возросшая интенсивность и преимущество использования паттерна вспышек для идентификации света постепенно преодолели их возражения. Первый маяк с вращающейся балкой находился в Карлстен, близ Марстранда, Швеция, в 1781 году.

Прямоугольные и барабанные линзы

В 1821 году Огюстен Френель из Франции изготовил первый аппарат, использующий преломляющие свойства стекла, ныне известный как диоптрийная система, или линза Френеля. На линзовой панели он окружил центральную линзу бычьего глаза серией концентрических стеклянных призматических колец. Панель собирала свет, испускаемый лампой под широким горизонтальным углом, а также свет, который в противном случае уходил бы в небо или в море, концентрируя его в узкий горизонтальный пучок карандаша. С помощью нескольких линзовых панелей, вращающихся вокруг лампы, он смог затем в 1824 году произвести несколько вращающихся лучей от одного источника света, что было улучшением по сравнению с зеркалом, которое производит только один луч. Чтобы собрать больше света, потраченного впустую по вертикали, он добавил треугольные призменные секции выше и ниже главной линзы, которые одновременно преломляли и отражали свет. Сделав это, он значительно увеличил угол падения, при котором лучи, сияющие вверх и вниз, могли собираться и выходить горизонтально. Так появилась полная катадиоптрическая система Френеля, основа всех современных линзовых систем маяка. Чтобы удовлетворить потребность в фиксированном круговом освещении, в 1836 году английский стекольщик Уильям Куксон модифицировал принцип Френеля, создав цилиндрический барабанная линза, которая концентрировала свет во всеохватывающий веерный луч. Хотя и не так эффективно, как прямоугольная панель, она обеспечивала устойчивый, всеохватывающий свет. Небольшие барабанные линзы, прочные и компактные, широко используются сегодня для работы буя и Маяка, устраняя сложность вращающегося механизма; вместо вращения их огни включаются и выключаются электронным кодовым блоком.

До изобретения Френеля лучшие зеркальные системы могли производить свет мощностью около 20 000 свечей с помощью аргановой горелки. Система линз Френеля увеличила эту мощность до 80 000 свечей, что примерно эквивалентно современным автомобильным фарам; с помощью масляной горелки высокого давления, интенсивность до 1 000 000 свечей может быть достигнута. Для света такого порядка диаметр плафона горелки должен был составлять 4 дюйма (100 миллиметров). Вращающаяся линзовая система будет иметь четыре больших стеклянных линзовых панели Френеля высотой 12 футов, установленных примерно в четырех футах от горелки на вращающейся линзовой каретке. Тележка для линз, вероятно, весила бы пять тонн, примерно половина из которых была бы весом одного стекла. Вращающийся поворотный стол плавал бы в круглом чугунном желобе, содержащем ртуть. Благодаря этому практически бесфрикционному опорному подшипнику весь узел может плавно вращаться с помощью часового механизма с приводом от веса. Если осветителем был газообразный ацетилен, то вращение линзы могло быть вызвано давлением газа.

Установки этого типа все еще широко используются, хотя многие из них были преобразованы в электрические лампы с электроприводом. Современное линзовое оборудование того же типа гораздо меньше, возможно, 30 дюймов (75 сантиметров) в высоту, установлено на шарикоподшипниках и приводится в движение электрическим двигателем . С помощью 250-ваттной лампы можно легко получить освещение мощностью в несколько сотен тысяч свечей. Линзовые панели могут быть отлиты из прозрачного пластика, который легче и дешевле. Барабанные линзы также формуются из пластика. Кроме того, с помощью современных технологий, высококачественные зеркала могут быть изготовлены легко и дешево.

Интенсивность, видимость и характер освещения

Интенсивность света, или мощность свечей, выражается в международных единицах, называемых канделами. Интенсивность лучей маяка может варьироваться от тысяч до миллионов Кандел. Диапазон, на котором можно увидеть свет, зависит от атмосферных условий и высоты над уровнем моря. Поскольку географический горизонт ограничен кривизной Земли, его можно легко вычислить для любой высоты стандартными геометрическими методами. При работе на Маяке предполагается, что наблюдатель всегда находится на высоте 15 футов, хотя на больших судах он может находиться на высоте 40 футов над уровнем моря. Если принять свет на высоте 100 футов, то расстояние до наблюдателя на высоте 15 футов над горизонтом составит около 16 морских миль. Это называется географическим диапазоном света. (Одна морская миля, расстояние по земной поверхности, пройденное одной минутой дуги долготы или широты, эквивалентно 1,15 статутной мили или 1,85 километра.)

Световой диапазон света — это предельный диапазон, в котором свет виден в преобладающих атмосферных условиях и без учета ограничений, вызванных его высотой и кривизной Земли. Очень мощный свет, расположенный низко, может, таким образом, иметь в ясную погоду световой диапазон, больший, чем тот, который впервые увидел моряк на горизонте. Мощные огни обычно можно увидеть над горизонтом, потому что свет рассеивается вверх частицами водяного пара в атмосфере; это явление известно как ткацкий станок света.

Атмосферные условия оказывают заметное влияние на световой диапазон огней. Они определяются в терминах коэффициента передачи, который выражается в процентах до максимума 100 процентов (представляющего собой совершенно чистую атмосферу, никогда не достигаемую на практике). Ясная погода на Британских островах соответствует примерно 80 процентам пропускания, но в тропических регионах она может возрасти до 90 процентов, увеличивая световой диапазон света 10 000 Кандел с 18 до 28 морских миль. И наоборот,в тумане или дымке при пропускании около 60 процентов света для поддержания дальности свечения в 18 морских миль потребуется 1 000 000 Кандел. В густом тумане, с видимостью до 100 ярдов или метров, свет 10 000 000 000 Кандел едва можно было увидеть на расстоянии полумили. Поскольку средние ясные погодные условия значительно варьируются от одного региона мира к другому, световые диапазоны всех маяков по международному соглашению приводятся в произвольном стандартном ясном погодном состоянии, соответствующем дневной метеорологической видимости в 10 морских миль, или 74 процента пропускания. Это известно как номинальный диапазон света. Моряки используют таблицы пересчета для определения фактического диапазона освещенности при преобладающей видимости.Поскольку огни очень большой интенсивности дают убывающую отдачу в эксплуатационной эффективности, большинство очень мощных огней были оставлены. Максимум 100 000 Кандел с дальностью действия в ясную погоду 20 морских миль, как правило, считается достаточным. Тем не менее, есть еще некоторые очень мощные огни, которые по особым причинам могут быть видны на расстоянии при дневном свете.

Идентификация

Большинство маяков ритмично мигают или затмевают свои огни, чтобы обеспечить опознавательный сигнал. Специфический паттерн вспышек или затмений известен как характер света, а интервал, в котором он повторяется, называется периодом. Количество различных знаков, которые могут быть использованы, ограничено международным соглашением через Международную ассоциацию маячных властей в Париже, к которой принадлежит большинство морских государств. Правила слишком длинны, чтобы цитировать их полностью, но, по существу, Маяк может отображать одну вспышку, регулярно повторяющуюся с интервалом в 5, 10 или 15 секунд. Это известно как мигающий свет. В качестве альтернативы он может демонстрировать группы из двух, трех или четырех вспышек, с коротким затмением между отдельными вспышками и длительным затмением в несколько секунд между последовательными группами. Вся картина повторяется с регулярными интервалами в 10 или 20 секунд. Они известны как групповые мигающие огни. В другой категории «оккультные» огни обычно включаются и мгновенно гаснут, а короткие затмения прерывают более длительные периоды света. Аналогично режиму мигания являются оккультные и групповые «оккультные» символы. Особым классом света является изофаза, которая чередует затмения и вспышки совершенно одинаковой продолжительности.

Устойчиво горящие огни называются неподвижными огнями. Для предоставления морякам точной информации о направлении движения в портах, гаванях и на подходах к устью реки фиксированные указатели направления показывают четко определенные красные и зеленые сектора. Другой чувствительный и очень точный метод указания направления — дальномеры, которые представляют собой два неподвижных огонька разной высоты, расположенных примерно в полумиле друг от друга. Штурман управляет судном так, чтобы два огонька располагались один над другим. Лазерные лучи также используются в этой роли.

Еще одно применение стационарных огней — контроль судоходства на входе в гавань. Светофор состоит из вертикального столба мощных красных, зеленых и желтых прожекторов, которые видны при дневном свете.

Требование дневного знака маяка также важно; конструкции маяка окрашены, чтобы выделяться на преобладающем фоне. Береговые маяки обычно окрашивают в белый цвет для этой цели, но в открытом море или на светлом фоне используются заметные полосы контрастных цветов, обычно красного или черного.

Звуковые сигналы

Ограничения чисто визуальной навигации очень рано привели к идее дополнительного звукового оповещения в Маяках. Первые звуковые сигналы были взрывными. Сначала использовались пушки, а позже заряды взрывчатки крепились к выдвижным стрелам над фонарем и взрывались электрическим током. Иногда заряды содержали магний, чтобы обеспечить сопутствующую яркую вспышку. Такие сигналы можно было услышать на расстоянии до четырех морских миль. Колокола также использовались бойки, приводимые в действие часовым механизмом с приводом от веса или поршнем, приводимым в движение сжатым газом (обычно углекислым газом). Некоторые колокола были очень большими, весом до тонны.

Сжатый воздух

Примерно в начале 20-го века были разработаны противотуманные сигналы сжатого воздуха, которые звучали серией взрывов. Наиболее широко использовались сирена и диафон. Сирена состояла из щелевого Ротора, вращающегося внутри щелевого статора, расположенного в горловине рупора. Диафон работал по тому же принципу, но использовал щелевой поршень возвратно-поступательного движения в цилиндре с соответствующими отверстиями. Самые крупные диафоны были слышны в хороших условиях на расстоянии до восьми морских миль. Рабочее давление было от 2 до 3 бар (200-300 килопаскалей), и большой диафон мог потреблять более 50 кубических футов (приблизительно 1,5 кубических метра) воздуха в секунду. Для этого требовалась большая и мощная компрессорная установка мощностью 50 лошадиных сил и более с соответствующими резервуарами для хранения воздуха.

Более поздним сигналом сжатого воздуха был «тайфон». Используя металлическую диафрагму, вибрирующую от перепада давления воздуха, он был более компактным и эффективным, чем его предшественники.

Электричество

Современные противотуманные фары почти всегда электрические. Подобно Тифону, они используют металлическую диафрагму, но в электрическом сигнале они вибрируют между полюсами электромагнита, который питается переменным током от электронного блока питания. Мощность колеблется от 25 ватт до 4 киловатт, с диапазонами от полумили до пяти морских миль. Обратите внимание, что частоты лежат между 300 и 750 герцами. Излучатели могут быть уложены вертикально, на расстоянии половины длины волны друг от друга, чтобы усилить звук горизонтально и уменьшить расточительную вертикальную дисперсию.

Эффективная дальность

Распространение звука на открытом воздухе крайне бессистемно, вследствие Капризов атмосферных условий. Направление ветра, влажность и турбулентность оказывают свое влияние. Вертикальные ветровые и температурные градиенты могут загибать звук вверх или вниз; в последнем случае он может отражаться от моря, что приводит к теневым зонам тишины. Поэтому диапазон слышимости звукового сигнала крайне непредсказуем. Кроме того, трудно с какой-либо точностью определить направление сигнала, особенно с мостика корабля в тумане.

Радиоаппаратура

Сложные и сложные Радионавигационные системы, такие как Decca и Loran, а также спутниковые системы глобального позиционирования, такие как Navstar, не входят должным образом в сферу действия маяков (см. навигацию). Радиомаяки и радиолокационные маяки, с другой стороны, обеспечивают эквивалент визуальной метки, которая не зависит от условий видимости.

Радиомаяк

Радиомаяки, впервые появившиеся в 1920-е годы, передают в полосе частот 285-315 килогерц. В характерном сигнале, длящемся одну минуту, идентификация станции по азбуке Морзе передается два или три раза, после чего следует период непрерывной передачи, в течение которого пеленг может быть принят судовым пеленгационным приемником. Точность подшипника в среднем превышает 3°. Частота передачи варьируется в разных частях света. В оживленных водах Европы радиомаяки непрерывно передают сигналы по нескольким различным каналам в пределах выделенной полосы частот.

С развитием спутниковых систем позиционирования в 1970-х и 80—х годах значение радиомаяков как вспомогательного средства для морских навигаторов значительно уменьшилось, хотя они приобрели вторую важную роль в корректировке радиовещания для повышения точности спутниковых систем. Основными пользователями радиомаяков в настоящее время являются операторы малых судов, в частности моряки-любители.

Радиолокационные ответчики

Радиолокационные маяки-ответчики используются и в других областях, таких как авиация; в морской навигации они называются раконами. Ракон передает сигнал только в ответ на запрос с корабельного радара, в то время как вращающийся сканер последнего нацелен на него. В течение этого короткого периода ракон получает около 10 радиолокационных импульсов, в ответ на которые он передает обратно кодированный ответный импульс, который принимается и отображается на экране радара корабля. Раконы работают в обоих морских радиолокационных диапазонах 9300-9500 мегагерц и 2900-3100 мегагерц. Ракон может значительно увеличить силу эха от плохой радиолокационной цели, такой как небольшой буй; он также полезен для определения дальности и определения позиций на незаметных и невыразительных береговых линиях и для идентификации морских нефтяных и газовых буровых установок.

Первые ракообразные появились в 1966 году, и в настоящее время их насчитывается несколько сотен. Ранние ракообразные, использующие технологию вакуумных ламп, были большими и требовали несколько сотен ватт мощности. Современные ракообразные, использующие твердотельную электронику, компактны и легки, обычно 16 на 24 дюйма в области и 20 на 35 фунтов (10-15 килограммов) в весе. Они потребляют в среднем один ватт энергии от низковольтных батарей.

Пассивные усилители радиолокационного Эха также используются на плохих целях, таких как буи. Они состоят из плоских металлических листов, соединенных в многогранные фигуры, геометрия которых такова, чтобы отражать как можно больше радиолокационного импульса. Типичный массив размером примерно 28 на 24 дюйма может иметь площадь Эха, эквивалентную площади плоского листа площадью около 1600 квадратных футов (150 квадратных метров).

Автоматизация

Система освещения ацетиленовым газом, будучи полностью автоматической и надежной, позволяла использовать автоматическое освещение на ранних стадиях. Его основное применение сегодня заключается в буях, которые по своей сути должны работать без присмотра. Автоматизация в больших масштабах, приносящая значительную экономию эксплуатационных расходов, появилась после появления электрического оборудования и технологий и исчезновения противотуманных сигналов на сжатом воздухе. Бесхозные светильники теперь проектируются как автоматические и самоподдерживающиеся, а резервная установка включается автоматически при отказе любого компонента системы. Состояние станции контролируется из Центра дистанционного управления по стационарной, радио-или спутниковой линии связи. Питание осуществляется от общественных источников электроэнергии (там, где это практически возможно), а резервное питание обеспечивается дизельными генераторами или аккумуляторными батареями. Там, где используется солнечная энергия с аккумуляторными батареями, батареи должны иметь достаточную емкость для работы света в темное время суток. В тропических и субтропических регионах продолжительность дня и ночи примерно одинакова в течение всего года, но в умеренных и полярных регионах дни становятся длиннее, а ночи короче летом и наоборот зимой. В этих районах солнечная энергия должна работать на ежегодной основе «баланса», с избыточным зарядом генерируется и хранится в больших батареях в течение лета, так что резерв может быть использован в зимний период. Канада и Норвегия успешно эксплуатируют солнечные фонари этого типа в своих арктических регионах.

Плавающие огни

Плавучие огни (то есть маяки и буи) выполняют важную функцию в прибрежных водах, направляя как проходящие суда, так и те, которые направляются в гавань или покидают ее. Они обладают огромным преимуществом мобильности и могут быть легко перераспределены в соответствии с изменившимися условиями. Например, подводные опасности, такие как песчаные отмели, могут перемещаться в течение многих лет под воздействием моря, и для судов с очень глубокой осадкой безопасные каналы должны быть правильно обозначены вокруг этих опасностей в любое время.

Плавучий маяк

Световые корабли возникли в начале 17-го века, возникнув из необходимости устанавливать подводные знаки в местах, где маяки были в то время неосуществимы. За первым легким кораблем, построенным в 1732 году в Нор-Санде в устье Темзы, быстро последовали другие. Эти ранние суда были небольшими переоборудованными торговыми или рыболовецкими судами с фонарями, подвешенными к перекладинам на верхушке мачты. Только в 1820 году появились суда, построенные специально как легкие корабли.

Современные легкие корабли в большинстве случаев являются альтернативой дорогостоящим сооружениям морского дна. Используемые для обозначения наиболее важных опасностей и ключевых позиций в схемах движения, они способны обеспечить целый ряд мощных вспомогательных средств. Питание обеспечивается дизельными генераторами. Легкие корабли различаются по размеру, но могут достигать 150 футов в длину, 25 футов в ширину и 500 тонн в водоизмещении. Они обычно не являются самоходными, чаще всего буксируются на позицию и швартуются одной цепью и якорем. Их нужно выводить на капитальный ремонт каждые два-три года.

Легкие корабли являются дорогостоящими объектами для эксплуатации и обслуживания и поэтому являются основными кандидатами на автоматизацию. Все световые корабли теперь без присмотра, и мощность их огней и противотуманных сигналов была понижена до более подходящего уровня—например, 10 000 Кандел для огней, дающих световой диапазон приблизительно 15 морских миль, и звуковые сигналы с диапазоном в две морские мили. Новые легкие корабли имеют ту же конструкцию, что и старые, но меньшие размеры—60 футов и менее в длину. Самые маленькие размеры, 30 футов или меньше, предназначены для защищенных вод и часто известны как легкие поплавки.

Буи

Буи используются для обозначения безопасных каналов, важных ориентиров, подходов к гаваням, изолированных опасностей и затонувших судов, а также районов особого значения. Они также обозначают полосы движения в узких и перегруженных водах, где действует маршрут движения (то есть где суда направляются в назначенные полосы с точками входа и выхода).

Структура и эксплуатация

Обычно изготовленные из четвертьдюймовой стальной пластины, буи имеют диаметр от трех до шести футов и могут весить до восьми тонн. Они пришвартованы к двух-или трехтонному бетонному или чугунному грузилу одной длиной цепи, которая обычно примерно в три раза длиннее глубины воды. Размер и тип зависят от применения. Буи на большой глубине должны быть большими, чтобы обеспечить плавучесть, достаточную для поддержания дополнительного веса цепи. Остойчивость обеспечивается круглым «юбочным килем», возможно, с балластным грузом. Фонарь установлен на надстройке примерно в 10 футах над ватерлинией. Для более мощных огней в открытом море или глубокой воде свет может быть на 15 или 20 футов выше ватерлинии, чтобы увеличить дальность действия. Известные как буи” высокой фокальной плоскости», для устойчивости они требуют цилиндрической хвостовой трубы, проходящей вниз примерно на 10 футов от днища корпуса.

Буи также изготавливаются из армированного стекловолокном пластика. Они обладают преимуществом легкого веса, следовательно, более легких причалов (часто из синтетического кабеля), простоты в обращении и устойчивости к коррозии. Стеклопластиковые буи обычно ограничиваются прибрежными водами.

В в дополнение к световому сигналу буй может быть оснащен ракетой, радиолокационным отражателем и маломощным противотуманным сигналом. В прежние времена единственным практически пригодным осветителем был ацетилен, который ограничивал мощность света. Современные электрические фонари-буи имеют мощность от нескольких сотен Кандел до 1000 Кандел, что дает дальность действия около восьми морских миль. Осветительное оборудование состоит из барабанной линзы, обычно изготовленной из пластика и диаметром от 4 до 12 дюймов, а также низковольтной лампы мощностью от 5 до 60 Вт. Питание может быть обеспечено расходуемыми первичными батареями, которые необходимо заменять каждый год или два. Для увеличения интервала обслуживания, а также для размещения более мощных светильников используются аккумуляторные батареи с бортовыми генераторами. Некоторые хвостовые буи, которые имеют тенденцию колебаться вертикально с движением моря, генерируют энергию от колеблющегося столба воды в трубе. Водяная колонна производит колеблющийся воздушный столб, который, в свою очередь, приводит в движение небольшой генератор воздушной турбины. Однако подавляющее большинство буев работают на солнечных батареях, и буи составляют основную часть солнечных фонарей.

Системы плавучести

Цвет и профиль буя, а также цвет и характер вспышки его света передают навигаторам информацию. Начало единой системе маркировки буев было положено в 1889 году, но лишь в 1936 году Всемирная единая система была согласована в Лиге Наций в Женеве. Вторая мировая война началась еще до того, как соглашение было полностью ратифицировано, и после войны был достигнут незначительный прогресс. В свое время было задействовано девять различных систем. Однако к 1973 году ряд впечатляющих морских аварий подтолкнул международное сообщество к действиям, и к 1980 году новая единая система была согласована 50 морскими странами.

Поддерживаемая Международной ассоциацией маячных властей, морская система плавучести применяет два почти идентичных стандарта к двум регионам. Регион а включает Европу, Австралию, Новую Зеландию, Африку, Персидский залив и большинство азиатских государств. Регион В включает Америку, Японию, Корею и Филиппины. В обоих регионах системы плавучести делят буи на боковые, кардинальные и связанные с ними классы. Боковые буи используются для обозначения каналов. В области а канальный профиль (то есть цилиндрический) красный буй с красным огоньком указывает на левую (левую) сторону канала при движении в направлении буя, а конический зеленый буй указывает на правую (правую) сторону. Направление плавучести — это направление, выбранное при приближении к гавани со стороны моря или при следовании по часовой стрелке вокруг суши. Там, где это необходимо, он обозначается стрелками на графиках. В области в маркировка поменялась местами-красный цвет при возвращении в гавань соответствует правому борту, а зеленый-левому.

Кардинальные буи указывают на самую глубокую воду в районе или самую безопасную сторону вокруг опасности. Они имеют простой корпус с решетчатой или трубчатой надстройкой, которая увенчана характерным «верхним знаком».- Есть четыре возможных верхних знака, соответствующих четырем сторонам света, то есть северу, югу, востоку и Западу. Самая безопасная судоходная вода находится сбоку от буя, обозначенного его верхней отметкой. Метки состоят из пары конусов, расположенных один над другим в следующих конфигурациях: обе точки вверх (север), обе точки вниз (юг), основание к основанию (Восток) и точка к точке (Запад). Конусы окрашены в черный цвет, а буи окрашены сверху до ватерлинии двумя или тремя горизонтальными полосами черного и желтого цветов.

Буи, указывающие на изолированную опасность с безопасной водой вокруг, несут две разделенные сферы и окрашены чередующимися горизонтальными красными и черными полосами. Буи безопасной воды, обозначающие зону безопасной воды, несут одну красную сферу и вертикальные красные и белые полосы.

Специальные знаки-это буи, которые обозначают другие области или объекты, такие как трубопроводы, запрещенные зоны или зоны отдыха. Эти буи все желтые, с Х-образной верхней отметкой и желтым светом. Они также могут иметь форму корпуса, указывающую на безопасную сторону прохода.

Системы маяков

Списки огней

Все морские страны публикуют списки маяков, которые представляют собой исчерпывающие каталоги характеристик и местоположения всех маяков, буев и маяков, находящихся под их контролем. В Соединенном Королевстве они выдаются гидрографическим Управлением при Адмиралтействе, а в Соединенных Штатах-Береговой охраной США при Федеральном министерстве транспорта. Изменения в статусе распространяются уведомлениями для моряков, которые обновляют списки огней и карты. Срочная информация транслируется в назначенное время по выделенным радиоканалам или спутниковой линии связи. Вся эта информация публикуется в стандартном формате, рекомендованном Международной гидрографической организацией, базирующейся в Монако.

Администрация маяка

В большинстве стран управление маяками подчиняется департаменту центрального правительства. Она обычно финансируется за счет общих налогов, но иногда она финансируется за счет налога на судоходство, который иногда может быть дополнен центральным правительством. Этот вид финансирования применяется к огням, предназначенным для общей навигации. Огни, предоставляемые портами и гаванями специально для судов, использующих порт, оплачиваются отдельно портовыми и портовыми сборами.

В Англии и Уэльсе управление маяками осуществляет корпорация «Тринити-Хаус» — автономное неправительственное учреждение. Тринити-Хаус развился из Королевской хартии, предоставленной в 1514 году средневековой гильдии или братству лоцманов реки Темзы, базирующемуся в приходе Дептфорд-Стронд. Позже его устав был распространен на предоставление морских знаков. В то время большинство светильников эксплуатировалось частными владельцами, которые в соответствии с концессиями, купленными у Короны, имели необходимые полномочия для сбора платежей в виде световых сборов. Из-за растущего недовольства уровнем сборов и плохим обслуживанием, по акту парламента в 1836 году все частные огни в Англии и Уэльсе были куплены и переданы в Тринити-Хаус. Морские знаки Шотландии были переданы под управление Совета северного маяка в Эдинбурге, а ирландские морские знаки были переданы под управление уполномоченных по ирландским огням в Дублине. Эти три ведомства, которые сегодня управляют в общей сложности 1100 маяками, маяками, буями и маяками, по-прежнему разделяют общие сборы пользователей, известные как общий фонд маяков, для всех Британских островов.