كرونومتر بحري

بعد اختراعه لساعة البندول عام 1656، قام كريستيان هويغنز بأول محاولة لصنع كرونومتر بحري عام 1673 في فرنسا ، برعاية جان بابتيست كولبير . ^{[ 5 ] [ 6 ]} وفي عام 1675، اخترع هويغنز، الذي كان يتقاضى معاشًا من لويس الرابع عشر ، كرونومترًا يستخدم عجلة توازن ونابضًا حلزونيًا للضبط، بدلًا من البندول، مما مهد الطريق للكرونومترات البحرية وساعات الجيب وساعات اليد الحديثة. حصل على براءة اختراع لاختراعه من كولبير، لكن ساعته ظلت غير دقيقة في البحر. ^{[ 7 ]} حفزت محاولة هويغنز عام 1675 للحصول على براءة اختراع إنجليزية من تشارلز الثاني روبرت هوك ، الذي ادعى أنه ابتكر ساعة تعمل بنابض قبل سنوات، على محاولة إنتاج واحدة والحصول على براءة اختراع لها. خلال عام 1675، قدّم كلٌّ من هيغنز وهوك جهازين من هذا النوع إلى تشارلز، لكن لم ينجح أيٌّ منهما، ولم يحصل أيٌّ منهما على براءة اختراع إنجليزية. وخلال هذا العمل، صاغ هوك قانون هوك . ^{[ 8 ]}

أول استخدام منشور لمصطلح "كرونومتر" كان عام 1684 في كتاب "أركانوم نافارشيكوم" ، وهو عمل نظري للأستاذ ماتياس واسموث من جامعة كيل. تبع ذلك وصف نظري آخر للكرونومتر في أعمال نشرها العالم الإنجليزي ويليام ديرهام عام 1713. كما اقترح ديرهام في عمله الرئيسي، "فيزيكو-ثيولوجي، أو برهان على وجود الله وصفاته من خلال أعمال خلقه" ، استخدام تقنية التغليف الفراغي لضمان دقة أكبر في عمل الساعات. ^{[ 9 ]} بدأ جيريمي ثاكر محاولات بناء كرونومتر بحري عملي في إنجلترا عام 1714، ثم هنري سولي في فرنسا بعد ذلك بعامين. نشر سولي عمله عام 1726 بعنوان " أون هورلوج إنفينتيه إي إكسكيوتيه بار سولي" ، لكن لم يتمكن أي من نموذجيه، لا هو ولا نموذج ثاكر، من مقاومة أمواج البحر والحفاظ على دقة الوقت في ظروف السفينة. ^{[ 10 ]}

في عام ١٧١٤، رصدت الحكومة البريطانية جائزةً لتحديد خطوط الطول في البحر، وتراوحت قيمة الجوائز بين ١٠,٠٠٠ و٢٠,٠٠٠ جنيه إسترليني (ما يعادل مليوني إلى أربعة ملايين جنيه إسترليني في عام ٢٠٢٦ ) تبعًا لدقة النتائج. قدّم جون هاريسون ، وهو نجار من يوركشاير، مشروعًا في عام ١٧٣٠، وفي عام ١٧٣٥ أنجز ساعةً تعتمد على زوج من العوارض المتأرجحة المتعاكسة والمتصلة بنوابض، بحيث لا تتأثر حركتها بالجاذبية أو حركة السفينة. استخدم هاريسون هذا النظام في أول ساعتين بحريتين له، H1 وH2 (أُنجزتا عام ١٧٤١)، لكنه أدرك لاحقًا حساسيتهما الشديدة لقوة الطرد المركزي ، مما يعني استحالة تحقيقهما الدقة الكافية في البحر. شمل بناء آلته الثالثة، H3، عام ١٧٥٩، موازين دائرية مبتكرة، واختراع الشريط ثنائي المعدن ومحامل الأسطوانات المغلفة ، وهي اختراعات لا تزال تُستخدم على نطاق واسع. ومع ذلك، أثبتت موازين H3 الدائرية أنها غير دقيقة للغاية، وفي النهاية تخلى عن الآلات الكبيرة. ^{[ 12 ]}

حلّ هاريسون مشاكل الدقة بتصميمه الأصغر حجمًا لساعة H4 عام 1761. كانت H4 تشبه إلى حد كبير  ساعة جيب كبيرة قطرها خمس بوصات (12 سم). في العام نفسه، قدّم هاريسون ساعة H4 للمنافسة على جائزة خط الطول البالغة 20,000 جنيه إسترليني. اعتمد تصميمه على عجلة توازن سريعة الخفقان يتم التحكم بها بواسطة زنبرك حلزوني مُعاوَض حراريًا. استمر استخدام هذه الميزات حتى سمحت المذبذبات الإلكترونية المستقرة بصنع ساعات محمولة دقيقة للغاية بتكلفة معقولة. في عام 1767، نشر مجلس خط الطول وصفًا لعمله في كتاب "مبادئ ساعة السيد هاريسون" . ^{[ 13 ]} وفي العام نفسه ، أجرت بعثة فرنسية بقيادة شارل فرانسوا سيزار لو تيليه دو مونتميراي أول قياس لخط الطول باستخدام ساعات بحرية على متن سفينة أورور. ^{[ 14 ]}

في فرنسا عام ١٧٤٨، اخترع بيير لو روي آلية التوازن ذات القفل، وهي السمة المميزة للكرونومترات الحديثة. ^{[ ١٥ ]} وفي عام ١٧٦٦، ابتكر كرونومترًا ثوريًا يضم آلية التوازن ذات القفل ، وميزانًا مُعوضًا لدرجة الحرارة، ونابضًا متزامنًا . ^{[ ١٦ ]} أثبت هاريسون إمكانية امتلاك كرونومتر موثوق في البحر، لكن روبرت غولد يعتبر هذه التطورات التي حققها لو روي أساسًا للكرونومتر الحديث. ^{[ ١٦ ]} جعلت ابتكارات لو روي الكرونومتر أكثر دقة بكثير مما كان متوقعًا. ^{[ ١٧ ]}

نجح كلٌ من فرديناند بيرثود في فرنسا، وتوماس مودج في بريطانيا، في إنتاج ساعات بحرية. ^{[ 15 ]} ورغم أن أياً منها لم يكن بسيطاً، فقد أثبتت هذه الساعات أن تصميم هاريسون لم يكن الحل الوحيد للمشكلة. وجاءت أهم التطورات نحو التطبيق العملي على يد توماس إيرنشو وجون أرنولد ، اللذين طورا في عام 1780 آلية ميزان مبسطة ومنفصلة ذات "زنبرك تثبيت" وحصلا على براءة اختراع لها ، ^{[ 18 ] [ 19 ]} ونقلا تعويض درجة الحرارة إلى الميزان، وحسّنا تصميم وتصنيع زنبركات الميزان . وشكّل هذا المزيج من الابتكارات أساس الساعات البحرية حتى ظهور العصر الإلكتروني.

كانت التقنية الجديدة في البداية باهظة الثمن لدرجة أن بعض السفن لم تكن تحمل ساعات كرونومتر، كما يتضح من الرحلة الأخيرة المشؤومة لسفينة شركة الهند الشرقية " أرنيستون" ، التي غرقت وراح ضحيتها 372 شخصًا. ^{[ 20 ]} ومع ذلك، بحلول عام 1825، بدأت البحرية الملكية بتزويد سفنها بساعات كرونومتر بشكل روتيني. ^{[ 21 ]}

ابتداءً من عام 1820، اختبر المرصد الملكي البريطاني في غرينتش الساعات البحرية ضمن برنامج تجريبي أو "مسابقة ساعات" أطلقته الأميرالية بهدف تشجيع تطويرها. وفي عام 1840، بدأ الفلكي الملكي السابع، جورج بيدل إيري، سلسلة جديدة من التجارب بصيغة مختلفة . واستمرت هذه التجارب على نفس المنوال تقريبًا حتى اندلاع الحرب العالمية الأولى عام 1914، حيث تم تعليقها. ورغم توقف التجارب الرسمية، إلا أن اختبار الساعات لصالح البحرية الملكية لم يتوقف. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

استعان صانعو الساعات البحرية بمجموعة من المراصد الفلكية في أوروبا الغربية لإجراء تقييمات دقة ساعاتهم. وبمجرد أن بلغت دقة حركات الساعات الميكانيكية مستوىً كافيًا يسمح بالملاحة البحرية بدقة عالية، تطورت هذه التقييمات المستقلة من جهات خارجية إلى ما عُرف بـ"مسابقات الكرونومتر" في المراصد الفلكية في أوروبا الغربية. ويُعد مرصد نوشاتيل ، ومرصد جنيف ، ومرصد بيزانسون ، ومرصد كيو ، والمرصد البحري الألماني في هامبورغ ، ومرصد غلاشوت ، أمثلة بارزة على المراصد التي اعتمدت دقة الساعات الميكانيكية. وكانت مدة اختبارات المرصد تتراوح عادةً بين 30 و50 يومًا، وتضمنت معايير دقة أكثر صرامة وصعوبة من المعايير الحديثة، مثل تلك التي وضعها المكتب السويسري الرسمي لمراقبة الكرونومتر (COSC) . عندما اجتازت آلية ما اختبار المرصد، تم اعتمادها ككرونومتر مرصد وحصلت على نشرة عمل من المرصد، تنص على أداء الآلية.

كان من الشائع آنذاك أن تراقب السفن كرة التوقيت ، مثل تلك الموجودة في المرصد الملكي في غرينتش ، للتحقق من دقة ساعاتها قبل الإبحار في رحلة طويلة. ففي كل يوم، كانت السفن ترسو لفترة وجيزة في نهر التايمز في غرينتش، بانتظار هبوط الكرة في المرصد عند الساعة الواحدة ظهرًا بالضبط. ^{[ 24 ]} وقد ساهمت هذه الممارسة، ولو جزئيًا، في اعتماد توقيت غرينتش كمعيار دولي لاحقًا. ^{[ 25 ]} (أصبحت كرات التوقيت غير ضرورية حوالي عام 1920 مع ظهور إشارات التوقيت اللاسلكية ، والتي حلت محلها إلى حد كبير تقنية تحديد المواقع العالمية GPS ). إضافةً إلى ضبط الوقت قبل الإبحار، كانت ساعات السفن تُفحص بدقة أثناء وجودها في البحر من خلال إجراء رصد قمري ^{[ 26 ]} أو شمسي. ^{[ 27 ]} وفي الاستخدام المعتاد، كانت ساعة السفينة تُثبّت في مكان محمي أسفل سطح السفينة لتجنب التلف والتعرض للعوامل الجوية. كان البحارة يستخدمون الكرونومتر لضبط ما يُسمى بساعة الضبط ، والتي كانوا يحملونها على سطح السفينة لإجراء الرصد الفلكي. ورغم أنها أقل دقة (وأقل تكلفة) من الكرونومتر، إلا أن ساعة الضبط كانت كافية لفترة قصيرة بعد ضبطها (أي لفترة كافية لإجراء الرصد).

على الرغم من أن أساليب الإنتاج الصناعي بدأت تُحدث ثورة في صناعة الساعات في منتصف القرن التاسع عشر، إلا أن صناعة الكرونومتر ظلت حرفية لفترة أطول بكثير، وهيمنت عليها الشركات البريطانية والسويسرية. ومع مطلع القرن العشرين، حققت شركات سويسرية مثل أوليس ناردين تقدماً كبيراً نحو دمج أساليب الإنتاج الحديثة واستخدام قطع غيار قابلة للتبديل بالكامل، ولكن لم تُتقن شركة هاميلتون للساعات في الولايات المتحدة عملية الإنتاج الضخم إلا مع اندلاع الحرب العالمية الثانية ، مما مكّنها من إنتاج آلاف الساعات من طرازي هاميلتون 21 و22 كرونومتر ابتداءً من عام 1942 لفروع الجيش الأمريكي والبحرية التجارية، بالإضافة إلى قوات الحلفاء الأخرى خلال الحرب العالمية الثانية. كانت ساعة هاميلتون 21 مارين كرونومتر مزودة بآلية سلسلة ، وكان عقرب الثواني يتحرك بزيادات قدرها نصف ثانية على ميناء فرعي مُدرّج للثواني الستين. في ألمانيا، حيث كانت تُستورد الساعات البحرية أو تُستخدم فيها مكونات أجنبية، طُوِّرَت ساعة "دراي-فايلر فيرك إينهيتشيرونومتر " (ساعة موحدة بثلاثة أعمدة) بالتعاون بين شركتي "ويمبي كرونوميتويرك" و "إيه. لانج أند زون" بهدف زيادة كفاءة الإنتاج. وكان تطوير ساعة "إينهيتشيرونومتر" دقيقة وغير مكلفة مبادرةً أطلقتها قيادة البحرية الألمانية ووزارة الطيران عام 1939. وبدأ الإنتاج التسلسلي عام 1942. صُنعت جميع الأجزاء في ألمانيا وكانت قابلة للتبديل. ^{[ 28 ]} وخلال الحرب العالمية الثانية، أُجريت تعديلاتٌ ضروريةٌ نتيجةً لندرة المواد الخام، وأصبح العمل إلزاميًا، وأحيانًا طوعيًا، بين مختلف المصنّعين الألمان لتسريع الإنتاج. استمر إنتاج الكرونومترات الألمانية ذات التصميم الموحد ومكوناتها المتناسقة لفترة طويلة بعد الحرب العالمية الثانية في ألمانيا والاتحاد السوفيتي، اللذين صادرا الرسومات الفنية الأصلية لكرونومتر "إينهيتشيرونومتر" ، وأنشأا خط إنتاج في موسكو عام 1949 أنتج أول كرونومترات "إم إكس 6" السوفيتية التي تحتوي على حركات ألمانية الصنع. ^{[ 29 ]} من عام 1952 وحتى عام 1997، تم إنتاج كرونومترات "إم إكس 6" مع تعديلات طفيفة من ابتكار معهد "تشاسبروم" (معهد تشاسبروم لعلم الساعات في الحقبة السوفيتية) باستخدام مكونات جميعها من صنع الاتحاد السوفيتي. ^{[ 30 ]} أما كرونومتر "إينهيتشيرونومتر" الألمانيأصبح هذا التصميم في نهاية المطاف تصميم ساعة الملاحة البحرية الميكانيكية الأكثر إنتاجًا، حيث بلغ إنتاجه حوالي 58,000 وحدة. من بينها، تم إنتاج أقل من 3,000 وحدة خلال الحرب العالمية الثانية، وحوالي 5,000 وحدة بعد الحرب في ألمانيا الغربية والشرقية، وحوالي 50,000 وحدة في الاتحاد السوفيتي ولاحقًا في روسيا ما بعد الحقبة السوفيتية. ^{[ 31 ]} أما ساعة هاميلتون 21 البحرية، فقد تم إنتاج حوالي 13,000 وحدة منها خلال الحرب العالمية الثانية وبعدها. وعلى الرغم من نجاح ساعة Einheitschronometer وهاميلتون، لم تختفِ ساعات الكرونومتر المصنوعة بالطريقة التقليدية من السوق خلال عصر ساعات الملاحة الميكانيكية. وكانت شركة Thomas Mercer Chronometers من بين الشركات التي استمرت في تصنيعها.

كانت الساعات البحرية المحمولة أدق الساعات الميكانيكية المحمولة على الإطلاق، وفي بيئة ثابتة، لم يتفوق عليها سوى ساعات البندول الدقيقة غير المحمولة المستخدمة في المراصد. وقد استُخدمت هذه الساعات، إلى جانب السدس، لتحديد مواقع السفن في البحر. استثمرت الدول البحرية بكثافة في تطوير هذه الأدوات الدقيقة، إذ أن تحديد الموقع بدقة في البحر منحها ميزة بحرية حاسمة. ولولا دقتها، ودقة عمليات الملاحة التي أتاحتها الساعات البحرية، لكان من الممكن القول إن صعود البحرية الملكية ، وبالتالي صعود الإمبراطورية البريطانية ، ربما لم يكن ليحدث بهذه القوة الساحقة؛ فقد تشكلت الإمبراطورية من خلال الحروب وغزو المستعمرات في الخارج في فترة تمتعت فيها السفن البريطانية بملاحة موثوقة بفضل الساعات البحرية المحمولة، بينما لم يكن الأمر كذلك بالنسبة لخصومها البرتغاليين والهولنديين والفرنسيين. ^{[ 32 ]} على سبيل المثال: كان الفرنسيون راسخين في الهند وأماكن أخرى قبل بريطانيا، لكنهم هُزموا على يد القوات البحرية في حرب السنوات السبع .

كان تقييم وصيانة الساعات البحرية أمرًا بالغ الأهمية حتى مطلع القرن العشرين، فبعد الحرب العالمية الأولى، اقتصر عمل قسم الساعات في المرصد الملكي البريطاني إلى حد كبير على تقييم الساعات التي كانت بحوزة الأميرالية وإجراء اختبارات القبول. ^{[ 22 ] [ 23 ]} وفي عام 1937، أنشأ قسم التوقيت ورشة عمل لأول مرة لإصلاح وضبط الساعات التي كانت تصدرها القوات المسلحة البريطانية. وكانت هذه الأعمال تُعهد سابقًا إلى ورش عمل تجارية. ^{[ 33 ]}

ابتداءً من ستينيات القرن العشرين تقريبًا، استُبدلت الساعات البحرية الميكانيكية ذات آلية التثبيت الزنبركية تدريجيًا بساعات تعتمد على تقنيات الهندسة الكهربائية. ^{[ 34 ]} في عام 1985، دعت وزارة الدفاع البريطانية إلى تقديم عروض للتخلص من ساعات هاميلتون البحرية الميكانيكية طراز 21. أبقت البحرية الأمريكية ساعات هاميلتون البحرية طراز 21 في الخدمة كنسخ احتياطية لنظام الملاحة الراديوية لوران -سي حتى عام 1988، عندما اعتُمد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) كمعيار موثوق. في نهاية القرن العشرين، انخفض إنتاج الساعات البحرية الميكانيكية إلى درجة أنه لم يتبق سوى عدد قليل منها يُصنع حسب الطلب من قِبل مصنع الساعات الأول في موسكو "كيروف" ( بولجوت ) في روسيا، وشركة ويمبي في ألمانيا، وشركة ميرسر في إنجلترا. ^{[ 35 ]}

توجد المجموعة الدولية الأكثر اكتمالاً من الساعات البحرية، بما في ذلك ساعات هاريسون من H1 إلى H4، في المرصد الملكي في غرينتش، لندن ، المملكة المتحدة.