Компания «ТАГ Хойер» (TAG Heuer), разрабатывая концептуальные хронографы быстрее быстрого, заставляет вспоминать об истории часового дела. В мире сверхскоростных механических устройств становится тесно. Не прекратились еще дискуссии касательно прошлогодней премьеры «ТАГ Хойер» – способного отмерять тысячные доли секунды наручного хронографа Mikrotimer Flying 1000, и уже в самом начале этого года «Хойер» преподносит нам очередной сюрприз: механический хронограф Mikrogirder («Микрогёрдер» – именно так, с буквой «ё»), способный работать вдвое быстрее относительно прошлогоднего рекорда. Опубликовано в журнале Revolution №22 летом 2012 года.

Президент TAG Heuer Жан-Кристоф Бабен и Ги Семон представляют новый концептуальный хронограф Mikrogirder.

«ТАГ Хойер» всеми силами хочет сохранить лидерство в области концептуальных хронографов: конкуренты дышат в спину. Если фирму «Бреге» с ее концептом Type XXII, функционирующим с шагом в 0,05 секунды, можно пока спокойно не считать за соперника в этой области, то новинка этого года от «Монблан» (часы TimeWriter II Chronographe Bi-Frequence) и высокоскоростной ход, о разработке которого было недавно объявлено «Де Бетюном» (проект Résonique, работающий на частоте 926 Гц), могут заставить нервничать кого угодно. Кого угодно, но только не «ТАГ Хойер». Технический голова марки Ги Семон обладает свойством копать избранную тему до тех пор… Стоп. Похоже, границ для него не существует, разве что он упрется в конце концов в принцип неопределенности Гейзенберга – основное препятствие реализации в нашем мире божественной сущности. Но до того далеко.

Представленный «ТАГ Хойером» новый концептуальный хронограф «Микрогёрдер», сконструированный, впрочем, на основе принципа двойного механизма, который уже отлично зарекомендовал себя в предыдущих вариантах сверхскоростных хойеровских хронографов, несомненно, стал одной из главных часовых новостей этого года. Только на сей раз Ги Семон, который ранее добрался до пределов возможностей модифицированного им с учетом работы с высокой частотой анкерного хода со спиралью, решил испытать другую систему – без спирали, но с резонирующими мини-стержнями.

«Авангард» и «классика»: тагхойеровский высокочастотный ход с резонирующими мини-стержнями и обычный анкерный ход, и тот, и другой применены в часах Mikrogirder.

Абсолютно новая регулирующая система часов «Микрогёрдер» пока предназначена для функционирования на частоте 1000 Гц (или 2000 полуколебаний в секунду – если набрать эту величину в стандартном для часового дела обозначении в пк / ч, получится слишком много нулей). Как утверждает Ги Семон, может и быстрее.

Центральная хронографическая секундная стрелка «Микрогёрдера» рекордно быстра – она делает оборот за 0,05 секунды, или двадцать оборотов за секунду. Счетчик в положении «3 часа» считает до трех секунд с шагом в 0,05 секунды, а счетчик в положении «12 часов» – до 90 секунд с шагом в 3 секунды. В циферблате сделан фигурный вырез, открывающий высокочастотный осциллятор «Микрогёрдера». Необычному циферблату впору корпус нетривиальной конструкции, правда, можно посчитать его ссылкой на давние скоростные карманные секундомеры Эдуарда Хойера, основателя марки: в карманных хронографах с корпусом типа «Лепен» (Lepine) заводная головка установлена сверху, а кнопки – рядом с ней.

Корпус Mikrogirder нетривиальной конструкции можно воспринимать как ссылку на давние скоростные карманные секундомеры Эдуарда Хойера, основателя компании TAG Heuer

Есть еще одна ссылка на историю часового дела, правда, не столь очевидная. Заглядывать в историю нужно далеко – в те времена, когда Гюйгенс еще не изобрел спираль. В некоторых ранних карманных часах со шпиндельным ходом уже применялось то, что современным языком можно было бы назвать плоским осциллятором – обычно то была жесткая свиная щетина, которая своей упругостью помогала балансу начинать обратный ход. Разумеется, эти исторические часы безумно далеки от «Микрогёрдера». 

Теперь стоит дать слово Ги Семону, изобретателю концептуальных хронографов «ТАГ Хойер», который объяснил причины отказа от стандартной колебательной системы с балансом и спиралью:

Ги Семон

Представим себе, что вы хотите измерять время с точностью до секунды, а частота баланса у вас – 1 пк / с. В этом случае величина погрешности как раз и составляет секунду, то есть 100 % точности измерения. Это очень серьезная погрешность. Теперь представим себе, что частоту подняли до 10 пк / с, – значит, погрешность будет выражаться в десятых долях секунды. А при частоте 500 Гц, как в «Микротаймере», хронометр оперирует тысячными долями секунды. Чтобы добиться такой скорости, мы убрали из осциллятора хронографа балансовое колесо, а спираль сделали очень короткой и жесткой.

Но если мы хотим измерять тысячные доли секунды с запасом точности, нам необходимо перейти на разряд дальше, к десятитысячным. А для этого требуется частота 5000 Гц. Тут возникает загвоздка: для спирали физический предел – 500–600 Гц. Сделать ее еще короче и жестче невозможно, это уже не спираль получится. Для этих частот система «баланс-спираль» не годится. Это как с автомобилями: из обычного двигателя внутреннего сгорания можно выжать 1000 л. с., может быть, 1200 л. с., но никак не 5000 л. с. Если нужна такая мощность, придется ставить реактор или турбину. Вот и с часовыми регуляторами то же самое.

Стало быть, нужен принципиально новый осциллятор. Систему «баланс-спираль» изобрел Гюйгенс три с лишним века назад. Я, конечно, не Гюйгенс, но у меня есть компьютер. На самом деле все очень просто. Я начал со стандартного уравнения колебания, то есть дифференциального уравнения Д’Аламбера. Жан Лерон Д’Аламбер был знаменитый французский математик XVIII в. Он известен тем, что вместе с Дидро возглавлял работу над французской «Энциклопедией». Но кроме того, его считают отцом физики колебаний. И вот я решил применить его уравнение к расчету колебаний стержня.

Что представляет собой простейшую колебательную систему? Стержень. Длинный кусочек металла, лезвие или та же струна на гитаре. Возможно точно рассчитать параметры стержня (длину, сечение, материал), необходимые для достижения заданной первой гармоники. И я рассчитал параметры так, чтобы стержень (на модели он показан синим цветом) колебался с частотой 1000 Гц. Почему тысяча Герц? Это в два раза быстрее, чем «Микротаймер», и, по‑моему, на осцилляторе с такой частотой будет удобно отлаживать новую конструкцию. То есть, получается, я как бы разрезал тысячную долю секунды на две половинки, на двухтысячные доли. Это наш первый подход к точному измерению тысячных. Только представьте: два года назад пределом точности для механических часов была одна десятая секунды, а теперь мы увеличили этот показатель в десять раз. Правда, впечатляет?

Но этого мало. Допустим, мы получили стержень, вибрирующий с частотой 1000 Гц. Если сравнить его со струной, то нужен еще палец. Где в часах взять энергию для «пальца»? На конце трансмиссии, где располагается спусковое колесо. Спусковое колесо обеспечивает кинетическую энергию. Но как ее превратить в вибрацию? Вот для чего нам понадобился еще один стержень, возбудительный (белый на модели), – он представляет собой единое целое с анкером (мимоходом замечу, что форму анкера пришлось радикально изменить, но речь сейчас не об этом).

Стержни сделаны из кремния?Может, в будущем и обратимся к кремнию, но пока все три стержня изготавливаются из титанового сплава.

Итак, с помощью возбудительного стержня вращение спускового колеса преобразуется в вибрацию. Но и это еще не все (ну и работенка у меня!): мы получили колебания в возбудительном стержне, но как перенаправить их к колебательному стержню? Для этих целей мы ввели в конструкцию передаточный стержень. Зачем нам понадобился еще один стержень? Почему не подвести возбудительный стержень напрямую к колебательному? Дело в том, что на конце возбудительного стержня закреплен небольшой грузик – для регулировки частоты.

Возбудительный стержень через соединительный передает энергию на колебательный, но и сам испытывает воздействие вибрации, за счет чего перемещается в пространстве анкер. Как видите, принцип очень прост, и колебательная система получилась очень точная.

Первые часы, в которых мы ее применили, – это «Микрогёрдер». Через вырез на циферблате хорошо просматривается все, о чем я только что рассказывал: спусковое колесо и три стержня. Напомню, частота его работы – 1000 Гц, или 2000 пк / с. Если в «Микротаймере» стрелка секундомера совершала за секунду 10 оборотов по циферблату, то здесь – 20 оборотов. Впрочем, самое главное – это не скорость стрелки, а частота работы регулятора.

Как можно оценить частоту этого спуска по сравнению с акустическими часами конца 60‑х?Это совсем другая система, совсем другой порядок цифр. Я объясню.

Вот принципиальная схема часового механизма: заводной барабан, который обеспечивает энергию, основная колесная система, спуск со спусковым колесом и регулятор. Регулятор «запрашивает» определенную энергию у спуска, а спуск «запрашивает» определенную энергию у колесной системы. Пока механизм работает со средней частотой, все нормально: трансмиссия поспевает за ритмом регулятора. Но стоит поднять частоту за 550 Гц, трансмиссия поспевать перестает. Почему? Потому что она инерционна. Потому что необходимо приводить в движение множество колес, осей и стрелок. А как сократить инерцию? Да никак.

Обычное спусковое колесо жестко сопряжено со своим трибом, зацепленным с трансмиссией. Мы же «развязали» колесо и триб: их в «Микрогёрдере» соединяет очень мощная пружина. Так что спираль, которую вы видите под спусковым колесом, служит не для регулировки, а для накопления энергии.

Когда спусковое колесо заблокировано анкером, трансмиссия напирает на триб и взводит пружину, так что, когда колесо высвобождается, ускорение ему придает не сама передаточная система, а пружина. Благодаря такой схеме частоту спускового колеса можно увеличить до 1000–3000 движений в секунду. Это очень много.

Высокая скорость вращения нужна для того, чтобы повысить мощность импульса на зубцах спускового колеса. Но тут возникает еще одна проблема: скорость вращения спускового колеса непостоянна. Почему? Потому что непостоянна энергия в заводном барабане. Обычно часовщики обращают внимание только на первые несколько часов после завода, а крутящий момент ходовой пружины резко падает часов через пятнадцать. И, в общем, для среднестатистических часов тут нет ничего страшного. Но в часах сверхточных игнорировать это обстоятельство нельзя.

Итак, скажем, в первые три минуты крутящий момент максимален, спусковое колесо вращается предельно быстро и точка контакта между зубом спускового колеса и анкером близка к выходной палете. Но по истечении трех минут эта точка смещается назад, ближе к входной палете. Вот почему нам пришлось рассчитать особую геометрию анкера, чтобы перемещение точки импульса компенсировало снижение скорости спускового колеса. Таким образом, поток энергии, которая поступает на колебательный стержень, остается неизменным.В ходе работы над этой колебательной системой мы подали заявки на восемь патентов.

А почему нельзя было просто использовать плоскую пружину с грузом?То, что я вам показал, – это пока первый прототип. В следующем поколении часов колебательная система будет представлять собой всего один стержень, но весьма свое­образной формы. Пока мы делаем лишь первые шаги. У нас еще все впереди. Впрочем, и этот прототип, пусть даже далекий от совершенства, ходит, и довольно точно. «Микрогёрдер» – эпохальное событие в истории хронометрии. Это первый принципиально новый регулятор со времен Гюйгенса. Более того, впервые с помощью механической колебательной системы удалось дойти до точности измерений, выражающейся десятитысячными долями секунды. Причем эта система может работать в широком диапазоне частот: от 50 Гц до… я даже не знаю. Предположительно до 5000 Гц. Кстати, у меня в лаборатории есть подобное устройство, выдающее 3000 Гц (не в часах, конечно, а в качестве настольной модели). И знаете, что еще хорошо? Стержневой регулятор при той же частоте потребляет примерно в два раза меньше энергии, чем обычный баланс. Почему? Потому что здесь всего‑то три стерженька: инерции практически нет, амплитуда крайне мала (не более 5°). Сравните это с традиционным осциллятором, где есть спираль, балансовое колесо, ось и прочая, и прочая. Наш двигатель гораздо легче.

Каким образом хронограф запускается и останавливается?Очень хороший вопрос. Для этого предусмотрен небольшой рычаг-толкатель (если смотреть на циферблат часов, он расположен вертикально, под тем местом, где возбудительный стержень сочленен с передаточным). Для запуска, как и для останова, необходимо толкнуть стержни этим рычагом.

Почему вы решили изготовить стержни из титанового сплава? Ведь, как известно, у закаленной стали акустические характеристики гораздо лучше.Да, верно. Но дело в том, что сейчас мы работаем над новым семейством титановых сплавов, они называются «резиновые металлы» (можете поискать в Интернете). У них поразительные свойства, в том числе невероятно низкий модуль продольной упругости.

Что вы думаете об инновационных материалах, таких как углеволокно?Мы, конечно, работаем в этом направлении, но, видите ли, мы применяем новый материал только в том случае, если он удобнее для часовщиков или обладает ценностью в глазах покупателя. Просто ради рекламы «ТАГ Хойер» на новое кидаться не будет. Я понимаю, что некоторые мыслят иначе, но у нас своя позиция.

Не планируете ли вы совместить стержневую систему с магнитными технологиями? По идее, это должно облегчить настройку. Мы продолжаем работать над проектом Pendulum, он вот-вот перейдет в стадию коммерческого продукта. Но данная система – это совсем другое. Она должна остаться как можно более механической. А потом, добиться от магнитных устройств высокой точности не так легко, как кажется. Опубликовано в журнале Revolution №22 летом 2012 года.