В морских часах №4, как и в часах №2 и 3, применено устройство для стабилизации импульса с промежуточными пружинами, подзаводящие часы через каждые 71/ с. С изобретением хронометрового хода вскоре после Гаррисона отпала необходимость в применении стабилизации импульса, на создание которого Гаррисон затратил так много сил и времени.
Для температурной компенсации баланса в часах № 4 было применено такое же устройство, как и в морских часах №3 .
После окончания корректировки хода четвертых часов Д. Гаррисон получил распоряжение от Бюро долготы произвести их испытание в соответствии с постановлением парламента. Б путешествие с этим хронометром на Ямайку отправился не сам Гаррисон, а ,его сын Уильям. Он отплыл из Портсмута 18 ноября 1761 г. на корабле «Дептфорд».
После 18-дневного путешествия сказалось различие в определении долготы по часам Гаррисона с тем, как оно определялось тогда на корабле. По обычным вычислениям корабль дол жен был находиться западнее Портсмута на 13°50′ долготы, а по показаниям часов Гаррисона — на 15°19′. Это оказалось до статочным для того, чтобы сделать скороспелый вывод о непригодности часов для определения долготы. Вопреки этому Уильям Гаррисон утверждал, что, если Мадера правильно обозначена на карте, она будет видна на следующий день, и на этом он настаивал так упорно, что капитан согласился идти по указанному им курсу, и действительно остров показался на следующий день. Точно так же Уильям Гаррисон, руководствуясь своими часами, предсказывал время, когда судно поравняется со всеми острова ми, лежащими на их пути в Ямайку. Когда он прибыл в Порт- Ройал после 61-дневного путешествия, часы №4 отставали приблизительно на 9 с.
Корабль «Дептфорд» отправился из Ямайки в обратный путь 28 января 1762 г. и прибыл в Портсмут 26 марта 1762 г. Часы №4 за это время отстали на 1 мин 5 с, что соответствовало по грешности в 18 миль, которая была намного меньше 30 миль — погрешности, допускавшейся постановлением парламента на получение премии в 20 тыс. фунтов стерлингов. Однако даже успех в испытании на море часов №4 не убедил Бюро долготы в верности их хода и в безусловном преимуществе часов как средства определения долготы перед астрономическими методами.
Английский король Георг III назначил комиссию для ознакомления с устройством часов №4. В нее вошло 11 человек. Кроме англичан, туда входили Камус, Берту и Лаланд, приглашенные из Парижской академии наук. После ознакомления с часами члены комиссии предложили ряд рекомендаций, выполнение которых не входило в обязанности Гаррисона по биллю парламента 1714 г.
После удачно проведенного испытания на море часов №4 и ознакомления с их устройством уже не могло быть сомнения в возможности определения долготы с помощью часов, но оставалось неясным, насколько он лучше метода определения долго ты с помощью «лунных таблиц», одобренных Гринвичской обсерваторией и пользовавшихся большой популярностью среди английских астрономов 1. Защитником астрономического метода определения долготы был королевский астроном Невиль Маске- лайн, составивший сильную оппозицию Гаррисону.
Ввиду сделанных возражений со стороны членов комиссии и атаки со стороны Маекелайна Гаррисон решился на второе испытание своих часов на море.
В декабре 1763 г. была организована предварительная проверка хода этих часов с участием 12. ученых. Она происходила в доме оптика и астронома Джемса Шорта. Решено было ежедневно сравнивать ход часов Гаррисона с ходом астрономических маятниковых часов Грагама, установленных в том же доме. Часы Грагама проверялись путем наблюдения за прохождением Солнца в полдень. За восемь дней было констатировано опережение часов №4 на 9,6 с по сравнению с ходом эталонных часов. Ход часов проверялся также при различных температурах для определения зависимости его от изменения температуры.
28 марта 1764 г. сын изобретателя Уильям с часами №4 и в сопровождении представителя Бюро долготы на военном корабле «Тартар» отправился в Барбадос, куда прибыл 13 мая. Там было обнаружено, что хронометр ушел вперед на 43 с; в об ратный путь Гаррисон отправился 4 июня на корабле «Новая Ели завета». Он прибыл в Лондон и высадился около дома Шорта 18 июля — через 136 дней после своего отъезда. Часы №4 снова 1 Эти таблицы составил геттингский астроном Томас Майер на основе гравитационной теории движения Луны, предложенной Л. Эйлером. были сравнены с часами Грагама. Последние были только что выверены и установлены на точное время с помощью меридиан ной трубы. Ход часов был подсчитан с учетом возможных отклонений при проведенных испытаниях и с учетом температуры, записывавшейся ежедневно. Часы показали на 15 с менее среднего солнечного времени. Следовательно, вновь найденное время на четверть минуты расходилось с часами, установленными пять месяцев тому назад. Произведенные Шортом расчеты и сравнения хода часов Грагама с часами №4 показали, что последние за время второго путешествия Уильяма Гаррисона ушли вперед на 54 с. О полученных выводах и положительной оценке часов Гаррисона Шорт в 1763 г. опубликовал брошюру, где так же приведен ряд собранных им документов о работе Гаррисона над часами.
Результаты второго испытания на море часов №4 оказались вполне удачными, но не привели к исполнению надежды Гаррисона на получение награды в 10 тыс. фунтов стерлингов сверх 10 тыс. фунтов, полученных им после первого путешествия на Ямайку.
22 августа 1765 г. Бюро долготы вновь назначило специальную комиссию в составе семи человек для подробного ознакомления с конструкцией часов №4. В эту комиссию входили такие знаменитые часовщики, как Томас Мюдж, Ларкум Кендаль и др. Гаррисон подробно ознакомил комиссию с конструкцией и технологией изготовления своих часов. Члены комиссии, отметив несомненные достоинства исследуемых часов, добавили требование, чтобы их конструкция была удобна для изготовления другими часовщиками. Одному из членов комиссии, Кендалю, потом было дано поручение сделать дубликат часов №4 Гаррисона. Члены комисии после детального ознакомления с устройством часов № 4 сочли нужным опубликовать брошюру «The Princip les of the Harrison’s Timekeeper with Plates of the Same» (Lon don, 1767). В ней приведены данные об устройстве часов №4, которые были получены комиссией от Гаррисона вместе с некоторыми чертежами. После этой публикаций широкие круги заинтересованных могли ознакомиться с устройством часов, уже снискавших большую известность.
Во время плавания правильность хода часов №4 не могла подвергаться ежедневной проверке из-за отсутствия эталонных часов. Поэтому Бюро долготы в мае 1760 г. поручило Маскелай- ну провести в Гринвичской обсерватории проверку суточного хо да часов,
Маскелайн прежде всего организовал проверку изменения су точного хода при перемене одного горизонтального положения на другое — циферблатом вверх и циферблатом вниз, а также при наклонении часов на 20° в сторону цифр XII, III, VI и IX. Эти испытания заняли два месяца, после чего часы испытывались в горизонтальном положении с циферблатом вверх в течение 10 месяцев (с июля 1766 г. по май 1767 г.). За все время испытаний часы показали уход на 1 ч 10 мин 27,5 с, среднесуточный уход составил 14,2 с. Нестабильность хода часов № 4 вызывалась неудовлетворительной температурной компенсацией и наличием изохронной погрешности. Наибольший уход суточного хода составлял 30 с при температуре 60° по Фаренгейту в вертикальном положении. Наибольшее отставание за сутки составляло 6,5 мин с термометром на точке замерзания и при горизонтальном положении часов с циферблатом вверх.
Полный отчет о результатах испытания часов №4 был обнародован Бюро долготы с предисловием Нивеля Маскелайна. В нем отмечалось, что часы Гаррисона не обладают той стабильностью и точностью хода, какая нужна для определения долготы в пределах даже 1° при путешествии в Вест-Индию в течение 6 недель. С точностью до полуградуса долгота может быть определена с помощью этих часов только в двухнедельном путешествии и при непременном условии, что температура будет выше точки замерзания. Эти выводы оказались в явном противоречии с результатами испытания хода часов №4 на море во время двух путешествий Уильяма Гаррисона.
Джон Гаррисон настойчиво добивался получения заслужен ной им премии. Его морскими часами в 1772—1775 гг. пользовался Джеймс Кук во время путешествия на корабле «Резольюшен». Они показали долготу с точностью, требуемой парламентом, и Гаррисон незадолго до смерти получил, наконец, полную премию.
Оценивая достижения Гаррисона с современной точки зрения, приходится признать, что из всех его изобретений только двойной храповой механизм для завода часов на ходу без остановки механизма часов сохранил до сих пор свое значение; все же остальные его изобретения (ход «кузнечик», биметаллический градусник, связанные между собой балансы, его деревянные палеты и колеса, седлообразные устройства для получения изохронизма, устройства для уменьшения трения и для исключения необходимости применения смазки и, наконец, устройство для стабилизации) имеют теперь только историческое значение. И тем не менее его заслуги перед хронометрией исключительно велики. По существу Гаррисон практически решил в рамках своего времени все те вопросы, которые потом стали предметом особой разработки уже его младшими современниками, а затем и после дующими продолжателями. Они сосредоточили свое внимание на разработке вопросов, касающихся изохронизации и стабилизации колебания системы баланс —спирали, уменьшения трения в кинематической цепи механизма часов, температурной компенсации системы баланс—спирали и т. д. Только после того, как последователям Гаррисона и Пьера Леруа удалось прийти к вполне успешному решению этих проблем хронометрии, стало возможным создавать хронометр наших дней.
Выдающиеся часовщики Ларкум Кендаль (1721— 1795) и Тома с Мюдж (1715—1794) в усовершенствовании конструкции морских часов не отходили далеко от принципа устройства часов № 4 Гаррисона. Они ограничились лишь введением или изъятием некоторых деталей из часов Гаррисона. Кен- даль прилагал старания, чтобы изъять некоторые части из механизма часов Гаррисона и упростить их устройство. Мюдж, наоборот, стремился добавить сложные и усовершенствованные детали, чтобы добиться дальнейшего повышения точности хода морских часов №4. Несмотря на все старания, результаты их труда в деле совершенствования устройства морских часов не могут идти в сравнение с достижениями таких их современников, как Леруа, Берту, Арнольд и Ирншау.
Кендаль по заданию Бюро долготы изготовил дубликат часов №4 Гаррисона, которые известны как часы К-1 Кендаля. На выполнение этого задания ушло более трех лет, изготовление дубликата было закончено в 1769 г. На хронометре была выгравирована надпись: «Larcum Kendall 1769».
Бюро долготы было заинтересовано в расширении производства морских часов и, естественно, хотело знать: смогут ли изготовлять часы №4 Гаррисона другие часовщики, кроме Кенда ля? Этот вопрос и был задан Кендалю, который ответил, что часы Гаррисона малодоступны для широкого изготовления, по тому что на это требуется несколько лет труда и большие средства, достигающие 200 фунтов стерлингов.
По мнению Кендаля, конструкция часов №4 до начала их производства должна быть упрощена. Бюро долготы, приняв это во внимание, предложило Кендалю изготовить морские часы упрощенной конструкции, предоставив ему возможность изъять любые несущественные части из морских часов Гаррисона. Во исполнение этого задания Кендаль изготовил морские часы К-2, которые закончил в 1772 г. Третьи часы (К-3) были им закончены в 1774 г. За изготовление часов К-2 Бюро долготы выдало Кендалю 200 фунтов стерлингов, а за изготовление часов К-3 — 100 фунтов стерлингов.
Часы К-2 практически представляли собой больше карманные часы обычного образца. Они имели шпиндельный ход с рубиновыми палетами. Подзавод с промежуточными пружинами отсутствовал, но было сохранено компенсационное устройство и храповой механизм для обеспечения завода часов без остановки механизма (или на ходу), которые имелись в часах №4 Гаррисона.
Конструкция часов К-3 мало чем отличалась от часов К-2; отличие было лишь в устройстве спускового механизма: имелось не одно, а два коронных колеса на общей оси; их зубцы сцеплялись с единственными рубиновыми палетами, расположенными между ними. Три маленьких циферблата показывали часы, минуты и секунды.
По своему достоинству часы К-2 и К-3 безусловно уступали часам К-1. Все они были испытаны во время продолжительного океанического плавания и дали неплохие результаты.
Часы К-1 после испытания в Гринвиче были взяты в плавание капитаном Куком на корабль «Резольюшен». Это было второе из трех путешествий Кука, когда он совершил кругосветное плавание вокруг южнополярной области и пересек антарктический круг с его мертвой зыбью, либо с неистовыми штормами, тропической жарой или лютым холодом. Испытание морских часов проходило, следовательно, в весьма суровых условиях, и тем не менее часы выдерживали испытания. Кук оставался до волен их ходом в течение всех трех лет плавания.
Был отмечен лишь один их недостаток — они несколько спешили, но всегда с известным постоянством. Часы К-1 были испытаны на борту корабля во время северной полярной экспедиции, а затем использовались в течение нескольких лет на северо-американских станциях. «Либо Кендаль,— пишет Гоулд,— был обескуражен своей неспособностью превзойти Гаррисона, либо тем фактом, что Бюро долготы цены на его часы уменьшало прямо в геометрической прогрессии; я не могу сказать, но он достиг успехов не более Гаррисона».
В 1765 г. Т. Мюдж был приглашен в члены комиссии, назначенной Бюро долготы для составления доклада о механизме часов №4 Гаррисона. С согласия Королевского общества он опубликовал небольшой трактат, содержащий важнейшие данные об устройстве часов Гаррисона наряду с некоторыми собственными идеями о возможных дальнейших усовершенствованиях хронометра. Здесь, в частности, уже была высказана хотя еще и не вполне зрелая мысль о создании хода с постоянной силой. Этот небольшой трактат давал возможность часовщикам ознакомиться с деталями устройства столь нашумевших часов Гаррисона.
Участие в экспертизе часов № 4 стало поворотным пунктом в жизни Мюджа; с этого времени он все свое внимание обращает на усовершенствование морских часов. Он решил изготовить часы более совершенные, чем часы Гаррисона, движимый к этому отчасти наградой в сумме 10 или 15 тыс. фунтов стерлингов, объявленной Королевским актом, но еще никем не по лученной.
В 1771 г., передав дела компаньону, Мюдж переселяется из Лондона в Плимут, чтобы всецело отдаться экспериментальным исследованиям по созданию хронометра и быть ближе к брату, известному физику. Первый свой хронометр Мюдж закончил в 1774 г.— в тот самый год, когда, против всякого ожидания, бы ла отменена награда в 15 тыс. фунтов стерлингов, а условия для получения награды в 10 тыс. фунтов стерлингов были сделаны еще более жесткими.
Морские часы Мюджа по устройству превосходили часы № 4 Гаррисона. Завод часов № 4 однодневный, а у часов Мюджа —- восьмидневный. Часы № 4 имели единственную балансовую пружину и биметаллический градусник, Мюдж установил две балансовые пружины и два биметаллических градусника. Вспомогательный подзавод в часах Гаррисона заводил промежуточную пружину 8 раз в минуту, а в часах Мюджа заводились две промежуточные пружины, каждая из них—150 раз в минуту. Наконец, выполнение и отделка механизма часов № 4 была хорошая, а у Мюджа — превосходная.