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第一臺(tái)航海鐘 ——《航海天文鐘：連載八》
添加日期：2021/11/30    訪問 1503 次   
在接下來的六年里，哈里森一直在努力做他的航海計(jì)時(shí)器。已完成的航海鐘不僅外觀非凡，而且在概念上完全獨(dú)創(chuàng)，是一件非凡的創(chuàng)意作品。
 
在這第一臺(tái)航海鐘里（后來被稱為“H1”），哈里森從他的校準(zhǔn)鐘那里獲得許多靈感。他用兩個(gè)啞鈴形的平衡桿代替了在海上毫無用處的鐘擺，每個(gè)重約五磅。它們以相反的方向擺動(dòng)，通過一個(gè)巧妙的金屬絲系統(tǒng)連接在一起。平衡擺在滾軸軸承中轉(zhuǎn)動(dòng)，幾乎沒有摩擦；從鐘兩邊伸出的四個(gè)負(fù)重臂是軸承臂的平衡物。


H1航海鐘


平衡擺是由他在校準(zhǔn)鐘里使用的蚱蜢擒縱機(jī)構(gòu)的一種改進(jìn)形式所驅(qū)動(dòng)。擺輪上下兩端有四個(gè)螺旋彈簧控制計(jì)時(shí)。為了補(bǔ)償溫度變化引起的彈性變化，哈里森使用了一種格柵補(bǔ)償方式來自動(dòng)補(bǔ)償改變的彈簧強(qiáng)度。盡管這座鐘大部分是由黃銅和鋼制成的，但哈里森繼續(xù)使用木材來制造許多齒輪，這些齒輪都是在減小摩擦力的軸承運(yùn)行的。與均力圓錐輪（平衡彈簧的功率輸出變化的裝置）相連的兩個(gè)主發(fā)條使時(shí)鐘上一次發(fā)條可運(yùn)行38小時(shí)。
 
為了防止時(shí)鐘在上發(fā)條的時(shí)候停下來，哈里森還發(fā)明了一種被稱為“動(dòng)力儲(chǔ)備”的裝置，這種裝置能夠在主發(fā)條上發(fā)條的時(shí)候自動(dòng)啟動(dòng)一個(gè)短發(fā)條，使時(shí)鐘保持運(yùn)轉(zhuǎn)。這是他最不朽的發(fā)明之一，并被廣泛用于發(fā)條驅(qū)動(dòng)的鐘表里。
 
哈里森的滾柱軸承
平衡擺的支點(diǎn)在平衡臂末端的兩條弧線上，這些弧線就像是大型滾軸的一部分。滾動(dòng)的動(dòng)作將摩擦和磨損減少到最低限度。


 
H1平衡擺
在他的第一座航海鐘里，哈里森使用了雙平衡擺，由金屬絲連接在一起。它們是由他的改進(jìn)型的“蚱蜢”擒縱機(jī)構(gòu)提供脈沖（圖中未顯示）。而雙平衡擺的互動(dòng)是用來補(bǔ)償船只顛簸所產(chǎn)生的慣性。


H1整體重達(dá)34公斤。上面有四個(gè)刻度盤顯示秒、分、時(shí)和日期。時(shí)鐘懸掛在常平架上，在船只顛簸時(shí)保持水平。計(jì)時(shí)器裝在木箱中，木箱四角用彈簧懸掛起來。
 
這臺(tái)機(jī)器于1735年完成，在亨伯河上的一艘駁船上成功測試后，哈里森準(zhǔn)備將它運(yùn)往倫敦，并向經(jīng)度委員會(huì)提出正式申請(qǐng)，安排海上試航。七年后，喬治·格雷厄姆看到他的徒弟和他的杰作非常高興，于是他立即安排向英國皇家學(xué)會(huì)介紹這臺(tái)鐘，哈里森在那里受到熱烈歡迎。格雷厄姆有一張哈雷和委員會(huì)其他三位重要會(huì)員簽署的證書：
 
約翰 · 哈里森，付出了巨大的勞動(dòng)和金錢代價(jià)，設(shè)計(jì)并制造了一臺(tái)在海上測量時(shí)間的機(jī)器，基于這樣的原則，在我們看來，他們保證了非常高的精確度。我們認(rèn)為，為了徹底的改進(jìn)和完善，以避免那些因不同程度的冷熱溫度、潮濕和干燥的空氣、以及船只的顛簸而自然產(chǎn)生的時(shí)間的不精確性，它非常值得公眾的鼓勵(lì)。
 
盡管有這么多的支持，哈里森還是不得不等到第二年的五月份，才能開始對(duì)他的鐘進(jìn)行海上試驗(yàn)。即便如此，海軍部也沒有按照法令的規(guī)定，將航海鐘送往西印度群島，而是指示哈里森將他的航海鐘送上開往里斯本的百夫長號(hào)。第一海軍大臣查爾斯?韋格爵士（Sir Charles Wager）給百夫長號(hào)的普羅克特（Proctor）船長寫了一封信：

1736年5月14日，海軍部
閣下，
這臺(tái)放在你船上的儀器，已經(jīng)被城里所有見過它的數(shù)學(xué)家（還有一些沒見過的）認(rèn)可為測量時(shí)間的最佳儀器；它是否能在海上取得成功，將交由你來評(píng)判；我已經(jīng)寫信給約翰·諾里斯爵士，希望他在下一艘回英國的船上，把這臺(tái)儀器和它的制造者（就是和你們同船的那個(gè)人）送回家。據(jù)最了解他的人說，他是一個(gè)非常聰明而冷靜的人，如果他能夠得到鼓勵(lì)，他能夠發(fā)明出更多的東西，因此，我希望你能和他禮貌交談，盡你所能地善待他。
 
普羅克特船長回復(fù)：
百夫長號(hào)，1736年5月17日，于斯皮特黑德（Spithead）
 
我很榮幸見到你于14日的來信，關(guān)于我所攜帶的儀器，及其制造者：儀器會(huì)被放在我的船長艙里，方便他能夠更仔細(xì)地觀察，我發(fā)現(xiàn)他是一個(gè)非常冷靜、非常勤奮、非常謙虛的人，這讓我無法不去好好地照顧他；但是測量時(shí)間的確困難，在頻繁顛簸的情況下，讓我關(guān)心這個(gè)誠實(shí)的人，也讓我擔(dān)心他正嘗試不可能的任務(wù)；但是先生，我會(huì)在我的職權(quán)范圍內(nèi)盡我所能地善待他，幫助他，并且我會(huì)轉(zhuǎn)告他您對(duì)他成功的期待，以及您對(duì)他應(yīng)該得到良好待遇的關(guān)心。
 


百夫長號(hào)的模型
 
普羅克特船長言出必行，哈里森和他的時(shí)鐘被安置在他的船長艙里。按照十八世紀(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，到里斯本的航程很快，只用了一個(gè)星期；然而，百夫長號(hào)遇到的強(qiáng)風(fēng)和洶涌的海浪，并不適合像哈里森這樣的陸地居民。船長在他的航海日志中寫道，時(shí)鐘的表現(xiàn)比他的乘客還好，“乘客都生病了，但他還是滿意船只的顛簸絲毫沒有影響它計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性”。然而，航行日志顯示，這座鐘并沒有像哈里森在出航時(shí)所期望的那樣表現(xiàn)良好。不幸的是，普羅克特船長，一個(gè)在出發(fā)前就虛弱的人，在里斯本去世了，哈里森被轉(zhuǎn)移到奧福德號(hào)，準(zhǔn)備返航。奧福德號(hào)的船長，羅杰·威爾斯，記錄了這次整整一個(gè)月的航程，“回程中夾雜了大風(fēng)和風(fēng)平浪靜”。在這次航行中，時(shí)鐘的表現(xiàn)好多了，當(dāng)他們看到陸地時(shí)，他用它來糾正船只位置上的一個(gè)重大錯(cuò)誤，給哈里森帶來了一場顯著的勝利。威爾斯和他所有的軍官都認(rèn)為他們到達(dá)了達(dá)特茅斯港附近的起點(diǎn)角；但哈里森堅(jiān)持認(rèn)為實(shí)際上是在距離起點(diǎn)60英里的利澤德島（Lizard），幸運(yùn)的是威爾斯很明智地采取了回避行動(dòng)，避免了將船舶置于極度危險(xiǎn)的境地；后來，他給了哈里森一張證書，記錄了整個(gè)過程。
 
1737年6月30日，經(jīng)度委員會(huì)召開會(huì)議，審視這革命性的航海鐘及海試結(jié)果。會(huì)議記錄表明：
 
約翰·哈里森先生發(fā)明了一種新機(jī)器，本質(zhì)上是臺(tái)鐘，據(jù)稱這臺(tái)儀器比迄今為止所有其他儀器都更能精確地在海上計(jì)時(shí)。。。并建議在兩年內(nèi)制造另一臺(tái)尺寸較小的機(jī)器，他將努力修正他在這臺(tái)機(jī)器中發(fā)現(xiàn)的一些缺陷，以便使它變得更加完美。。。
 
盡管計(jì)時(shí)器有不足之處，委員會(huì)還是對(duì)哈里森和他的發(fā)明印象深刻，給了他一筆 ￡250的撥款，以便繼續(xù)進(jìn)行他的實(shí)驗(yàn)，并承諾在第二臺(tái)經(jīng)過批準(zhǔn)的機(jī)器完工后，再給他￡250。他承諾在兩年內(nèi)，將向委員會(huì)提供一臺(tái)更小巧、更精確的機(jī)器，它將在前往西印度群島的航行中進(jìn)行試驗(yàn)。與此同時(shí)，哈里森把這臺(tái)著名的機(jī)器借給了他的朋友喬治·格雷厄姆，他把這臺(tái)機(jī)器放在自己的店里供公眾欣賞。
 
因此 H1被載入史冊(cè)。跟大多數(shù)原型機(jī)一樣——工作在進(jìn)行中，這是哈里森畢生尋找經(jīng)度問題答案的第一步。盡管 H 1沒有取得最終的成功，但它已經(jīng)獲得了標(biāo)志性的地位，理所當(dāng)然地成為哈里森機(jī)器在格林威治國家航海博物館精彩展覽中的明星。

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