Феодосий Федченко

Годы жизни

1911 — 1989

Род занятий

Прецизионные приборы для измерения времени

Создатель самых точных в мире маятниковых часов

Биография

Предметы и документы

Библиография

Выдающийся инженер Феодосий Михайлович Федченко (16.04.1911 — 14.10.1989) всю свою жизнь посвятил одному делу — созданию прецизионных приборов времени. Советский конструктор поставил последнюю точку в эволюции маятниковых часов, берущей начало еще в XVII веке[1]. Можно сказать, что маятниковые часы развивались от Галилея до Федченко!

Феодосий Михайлович Федченко родился 16 апреля 1911 года в селе Боровица Чигиринского района Киевской области [2] в семье крестьянина-бедняка. Дальше был обычный путь многих советских граждан, желающих выбиться «в люди» — сельская семилетняя школа, сельскохозяйственный техникум, учитель начальных классов. В 1930 году Ф.М. Федченко поступил на физико-математический факультет Криворожского педагогического института, который закончил в 1934 году. Молодого учителя направили в село Медведовка Киевской области, где он преподавал физику и математику с 1934 по 1940 годы. Можно сказать, что именно в этой небогатой сельской школе Ф.М. Федченко начал свою изобретательскую деятельность. Простой учитель вынужден был самостоятельно конструировать сложные демонстрационные установки для объяснения любознательным детям основополагающих законов природы.

В 1940 г. Ф.М. Федченко был призван на срочную службу в Рабоче-Крестьянскую Красную армию. Его дивизия, находившаяся в Львовской области, приняла на себя первые удары фашистов. Целый месяц, с 21 сентября 1941 года по 20 октября 1941 года, Ф.М. Федченко был в плену. Из плена он бежал, прятался у отца в селе Боровица и до освобождения района в 1943 году нигде не работал. В 1944 году он снова вернулся в строй, был направлен в армию, где служил до демобилизации 1946 года, прошел в составе Шестой танковой армии Румынию, Венгрию, Чехословакию, Китай, имел 5 правительственных наград: «За взятие Будапешта», «За освобождение Вены», «За освобождение Праги», «За победу над Германией», «За победу над Японией». В армии Ф.М. Федченко работал по обслуживанию офицерского состава, был часовым мастером. Талант изобретателя пригодился и здесь. Бывший учитель физики стал незаурядным механиком точных танковых приборов, научился ощущать «вес» микрона, приобрел спокойную уверенность, что если кто-то смог сделать тот или иной механизм, значит и он, Федченко, сможет.

В мае 1946 года талантливого механика направили на работу в Харьковский государственный институт мер и измерительных приборов на должность научного сотрудника электрофизической лаборатории. После нескольких повышений по службе в 1949 году Ф.М. Федченко перевели инженером в лабораторию времени, где среди научных тем была записана и такая: «Изыскание возможности увеличения точности хода часов со свободным маятником типа «Шорт»». Его настольной книгой стал «Трактат о часах» Христиана Гюйгенса. Так заочно познакомился Ф.М. Федченко со своими знаменитыми предшественниками Христианом Гюйгенсом и Вильгельмом X. Шортом.

Прежде чем сделать обзор изобретательской деятельности Ф.М. Федченко, коротко напомним об основных вехах в эволюции маятниковых часов.

В 1583 году молодой девятнадцатилетний Галилей изучал философию и медицину в Пизе. Однажды в Пизанском соборе любознательный юноша не столько слушал проповедь, сколько любовался движением люстр. Наблюдения за светильниками показались ему интересными, и, вернувшись домой, он изготовил опытную установку для исследований колебаний маятников — свинцовых шариков, укрепленных на тонких нитях. Собственный пульс служил ему хорошим секундомером. Так, экспериментальным путем, Галилео Галилей открыл законы колебания маятника, которые сегодня изучают в каждой школе. Но Галилей в то время был слишком юн, чтобы думать о внедрении в жизнь своего изобретения. И только в конце жизни — старый, больной и почти слепой старик — вспомнил о своих юношеских опытах. И его осенило: приставить к маятнику счетчик колебаний — и получатся точные часы! Ведь механические часы с билянцем XI — начала XVII веков, давали погрешность ± 1 час в сутки! А точные часы так необходимы. Эпоха Великих географических открытий выдвинула проблему определения долготы в открытом море. Главное, способ расчета долготы был уже известен с XVI века. Испанец Санто Круз предложил метод перевозки часов для определения долготы. Это так просто. Выходя из порта, определите свое местное время по Солнцу, установите часы, далее, в море, их только подзаводите. Таким образом, на корабле вы возите «время» пункта с известной географической долготой. Когда вам необходимо будет определить долготу того пункта, где вы находитесь, определите свое местное время по Солнцу[3] и сравните со временем порта, откуда вы вышли. Например, у вас в море полдень, а корабельные часы показывают, что в этот момент в порту 11 часов дня. 1 час соответствует 15° долготы. Следовательно, к долготе порта прибавьте 15°, и вы узнаете долготу места в море, где вы находитесь. Любой, даже не очень образованный человек, мог в те времена пользоваться этой методикой при условии, что на корабле имеются очень точные часы, способные работать в условиях качки и перепадов температуры, влажности и давления. Такие часы, впоследствии названные морским хронометром, предстояло еще создать.

Стремясь помочь морякам, а заодно и выиграть один из долготных призов [4], Галилео Галилей в 1641 году, за год до смерти, приступил к созданию маятниковых часов. Но силы были уже не те, ученый смог сделать только чертеж, завершил работу его сын Винченцо. Поскольку следовало хранить тайну, то широкой огласки создание маятниковых часов Галилеем и его сыном не получило. Впоследствии Христиану Гюйгенсу всю жизнь необходимо было доказывать, что именно ему принадлежит честь создания первых маятниковых часов. По этому поводу в 1673 году он писал: «Некоторые утверждают, что Галилей пытался сделать это изобретение, но не довел дело до конца; эти лица скорее уменьшают славу Галилея, чем мою, так как выходит, что я с большим успехом, чем он, выполнил ту же задачу». Христиан Гюйгенс не просто изготовил очередной тип часов, он создал науку ХРОНОМЕТРИЮ. С этого времени в деле конструирования часов был наведен порядок. «Лошадь» (практика) уже не бежала впереди «паровоза» (теории). Идеи X. Гюйгенса воплощал в жизнь парижский часовой мастер Исаак Тюре. Так увидели свет часы с различными конструкциями маятников, изобретенных Гюйгенсом, — циклоидальными, коническими…

Сколько изобретений с тех пор было сделано как известными учеными, так и безвестными «самоучками». И вот настал XX век, англичанин Шорт создал астрономические электромеханические часы с аналогичным названием — часы Шорта с двумя маятниками — «рабочим» и «свободным». Это электрочасовая система, где «свободному» маятнику созданы все условия для точной работы, его даже поместили в колбу с разряженной атмосферой (почти вакуум). Второй же маятник, «рабочий», — связан со всеми устройствами механизма часов, стрелочной индикацией, но «заставляет» его совершать вынужденные колебания «свободный» маятник, от которого и зависит точность системы. Часы Шорта по тем временам давали поразительную точность ± 1 секунду за три, а отдельные экземпляры — за пять лет! Думали, что точнее маятниковые часы сделать невозможно, и решили в 20-е годы XX века, что эволюция маятниковых приборов времени завершена. Каждая обсерватория не считалась достаточно оснащенной, если не имела астрономических часов Шорта, но платить за них приходилось золотом. Один экземпляр часов Шорта приобрела Пулковская обсерватория. Английская фирма, установившая хранитель времени, запрещала к ним даже прикасаться, иначе снимала с себя всякую ответственность за настройку хитрого механизма. В 1930-е годы Главной палате мер и весов в Ленинграде поручили разгадать секрет часов Шорта и начать изготавливать подобные устройства собственными силами. Талантливый метролог И.И. Кванберг долго разглядывал механизм часов через герметическое стекло цилиндра и по­пытался, не имея чертежей, изготовить копию. Копия была достаточно хорошей, но не идеальной. Всех английских тонкостей через стекло разглядеть было невозможно. Тем не менее, до войны на заводе «Эталон» было выпущено несколько экземпляров часов Кванберга.

Вот такую «простенькую» тему — изготовить часы точнее, чем это сделал Шорт, — и поручили новичку Ф.М. Федченко, пришедшему после войны в харьковский институт.

Харьковский умелец установил, что еще в 1673 году Христиан Гюйгенс в «Трактате о часах» практически все сказал о том, как делать маятниковые часы. Оказывается, для того чтобы часы были точными, необходимо, чтобы центр тяжести маятника в пространстве описывал не дугу окружности, а часть циклоиды: кривой, по которой движется точка контура колеса, катящегося по дороге. В этом случае колебания маятника будут изохронными, не зависящими от амплитуды. Сам Гюйгенс теоретически все обосновавший, пытался достичь цели, делая тысячи изобретений, но к идеалу не приблизился. Последователи Гюйгенса, в том числе и Шорт, добивались точности другим путем — максимально изолировали маятник от внешних влияний, помещая точные часы глубоко в подвал, в вакуум, где минимально изменяется виб­рация, температура, влажность.

Федченко же захотел осуществить мечту Гюйгенса и создать изохронный маятник. Говорят, что все идеальное — просто. Так и Федченко всего навсего подвесил маятник на три пружины: две длинные — по бокам и одну короткую — в середине. Казалось бы, ничего особенного, но на пути к открытию проведены тысячи опытов. Были перепробованы пружины толстые и тонкие, длинные и короткие, плоские и с переменным сечением. Пять долгих лет терпеливой и кропотливой работы, неверие коллег, на него уже просто перестали обращать внимание — и вдруг счастливый случай, благодаря элементарной ошибке в сборке подвеса. Несколько вин­тов плохо закрутили, и подвес повел себя так, что маятник начал совершать изохронные колебания. Опыты проверяли и перепроверяли, все оставалось по-прежнему. Трехпружинный подвес маятника решал задачу Гюйгенса — при изменении амплитуды колебания период оставался неизменным. На изобретенный Ф.М. Федченко трехпружинный подвес маятника 18 марта 1955 года выдано Авторское свидетельство № 100085.

Зачем же нужен изохронизирующий подвес? Дело в том, что период колебания маятника меняется с изменением величины амплитуды и, естественно, часы при этом не могут быть очень точными. Подвес Федченко состоит из трех пружин, средняя из которых более длинная. Маятник на таком подвесе при свободном затухании в довольно широком интервале амплитуд совершает изохронные колебания. Это происходит потому, что нагрузка длинной пружины при отклонении маятника постепенно перекладывается на короткие пружины, укорачивая их длину, в результате чего с увеличением амплитуды период колебания маятника уменьшается. После соответствующей настройки подвес сохраняет свои свойства навсегда.

1957 год в жизни Ф.М. Федченко был знаменателен двумя событиями: во-первых, он наконец получил Авторское свидетельство на изобретение электромеханических астрономических часов за №104293, во-вторых, молодого и перспективного ученого перевели во Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ), расположенный в подмосковном поселке Менделееве. В этом всемирно известном институте «живет» точное время страны — Государственный эталон времени и частоты, атомные цезиевые часы. Здесь была продолжена работа по совершенствованию маятниковых хранителей времени. Уже через два года, в 1959 году, Ф.М. Федченко получил Удостоверение о регистрации нового типа маятниковых астрономических часов за № 13201. Так появились на свет сначала часы АЧФ-1, затем АЧФ-2 и, наконец, 22 ноября 1962 г. впервые в официальных документах появилось название АЧФ-3. В удостоверении о регистрации № 32770 была отмечена работа под наименованием «Исследование раздельного влияния на ход часов АЧФ-3 изохронизирующего подвеса и импульсного механизма». Решением Совета ВНИИ метрологии им. Д.И. Менделеева от 24 ноября 1966 г. Федченко Феодосию Михайловичу была присуждена ученая степень кандидата технических наук.

Часы Федченко состоят из двухсекундного инварного маятника, подвешенного на кронштейне в стальной барокамере. Источником питания часов служит окиснортутный элемент, обеспечивающий непрерывную работу часов в течение трех лет. Феодосий Михайлович создал также бесконтактный импульсный механизм электромагнитного действия, состоящий из двух частей: подвижной и неподвижной. Подвижная часть крепится к нижнему концу стержня маятника и состоит из замкнутого симметричного магнитопровода и двух постоянных магнитов призматической формы. Неподвижная часть импульсного механизма крепится на нижнем конце инварной штанги такого же размера, как и стержень маятника, которая верхним концом неподвижно укреплена на кронштейне. Неподвижная часть механизма состоит из прямоугольной катушки и электронной схемы. Катушка имеет две обмотки, расположенные одна на другой. Нижняя обмотка — возбуждающая, верхняя — импульсная.

Магнитопровод подвижной части импульсного механизма разборный — его нижняя часть заводится в неподвижную катушку и затем соединяется с верхней частью. Открытая часть катушки устанавливается при неподвижном маятнике между полюсами магнитов с одинаковым зазором. Когда маятник колеблется, то взаимодействие магнитного поля катушки с полем постоянных магнитов создает необходимый подталкивающий импульс. Сначала появляется импульс в нижней, возбуждающей, обмотке, который подается на вход усилителя, а с выхода последнего усиленный импульс подается в верхнюю, импульсную обмотку катушки. Оба импульса заканчиваются одновременно. Механизм срабатывает только при движении маятника в одном направлении, то есть заводные импульсы односторонние.

Контактное устройство часов АЧФ-3 предназначено для выдачи секундных сигналов при сравнении часов или, если это необхо­димо, для срабатывания контактов реле часового механизма. Неподвижная часть контактного устройства находится на кронштейне, а подвижная — в верхней части изохронизирующего подвеса. Для устранения трения между подвижной и неподвижной частями контактного устройства оси вращения контакта и маятника совмещены. Во время работы часов контакт полпериода (1 сек) разомкнут, полпериода замкнут.

Ф.М. Федченко создал не только совершенный маятниковый хранитель времени, но и указатель времени — вторичные часы нового типа с симметричным анкерным приводом (Авторское свидетельство № 3583 от 15 мая 1970 г.). Эти часы отличаются повышенной надежностью. Они обеспечивают равномерность срабатывания электромагнитного механизма и, соответственно, устройства перемещения часовой, минутной и секундной стрелок.

Часы Федченко получили всероссийскую и всемирную известность и признание, их экспонировали на различных всесоюзных и всемирных выставках. Ф.М. Федченко за заслуги в области разработки и создания новых конструкций приборов времени был награжден Золотой медалью ВДНХ в 1962 и 1965 гг., орденом «Знак Почета» в 1967 г., Серебряной медалью ВДНХ за 1976 г.

Что же это такое — часы «АЧФ-3»? А вы включите телевизор, дождитесь новостей по любой программе, и перед информационным выпуском нам покажут часы с секундной стрелкой — это и есть вторичные часы Федченко. Они подключены к первичным часам «АЧФ- 3», дающим сигнал точного времени на все каналы Останкинской башни. В 1964 году в Службу времени ВНИИФТРИ поступила заявка от Московского телевизионного центра на проведение работы по организации на Телецентре службы точного времени с первичными и вторичными часами Федченко. Электрочасовая система единого времени с часами Федченко может быть расположена на любом предприятии, нуждающемся в высокоточном, согласованном, синхронном действии всех служб, например, для военных, космических, информационных организаций. Часы Федченко надежны и неприхотливы в эксплуатации, и проверять их надо не очень часто — система гарантирует точность ± 1 секунду за 15 лет.

В собрании Политехнического музея представлены документальные материалы, свидетельствующие о востребованности высокоточных часов АЧФ-3 как внутри страны, так и за рубежом. Патенты на изобретения Ф.М. Федченко приобрели ведущие страны мира: Великобритания, США, Япония, Швецария, Германия.

Но документы, переданные в дар Политехническому музею приемной дочерью великого изобретателя, показывают и другую сторону нашей отечественной жизни — отношение чиновников от науки, зачастую мало в ней понимающих, к своим талантливым конструкторам. В 1963 году Государственный комитет стандартов, мер и измерительных приборов СССР под руководством В.В. Бойцова представил работу Федченко Ф.М. «Новые маятниковые аст­рономические часы» на соискание Ленинской премии в области науки и техники за 1964 год. Ленинскую премию Ф.М. Федченко не получил. Следующая эпопея произошла в 1972−73 гг. В Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР обратились директор Главной астрономической обсерватории АН СССР и заведующий отделом Службы времени в Пулково с предложением присудить Ф.М. Федченко звание «Заслуженного изобретателя страны» с выплатой специального вознаграждения в 11000 рублей за освоение и внедрение своих изобретений. При этом подчеркивалось, что за аналогичные и менее точные приборы времени наша страна платит большие деньги за границей. В этом послании также была просьба к руководителям ВНИИФТРИ создать Ф.М. Федченко все необходимые условия для работы. Однако в Управлении Госстандарта СССР решили иначе. На основании заключения старшего эксперта ВНИИС Д. Соколова было признано, что «Положительный эффект, полученный в результате внедрения указанных изобретений, состоит в создании в стране впервые отечественных астрономических часов для народного хозяйства, освобождающих от необходимости импорта таких часов. Однако точность хода часов АЧФ-3 ниже, чем точность кварцевых или атомных астрономических часов». В результате подобного «научного» заключения премию выдающемуся мастеру снизили до 1500 рублей. Между тем, точность часов Федченко действительно ниже, чем атомных приборов времени. Но эти приборы нельзя сравнивать. Это то же самое, что сравнивать скорость автомобиля со скоростью космического корабля. Часы Федченко возможно сравнивать только с аналогичными им маятниковыми часами, выполняющими функцию хранителей времени, и здесь часам АЧФ-3 нет равных, но чиновники от науки в таких тонкостях разбираться не стали. Они в 1970-е годы, наверное, и не предполагали, что в начале XXI века за часами Федченко будут охотиться все аукционы мира.

Можно ли сделать маятниковые часы еще точнее? Наверное, можно, но зачем? В то же время, когда Федченко разрабатывал свои часы, начали появляться приборы времени принципиально новых конструкций — кварцевые, молекулярные, атомные, а затем и лазерные. Точность этих хронометрических систем на несколько порядков выше любых электромеханических часов. Так что именно Феодосий Михайлович Федченко поставил последнюю точку в эволюции маятниковых часов. Таким образом, от Галилея и Гюгенса до Федченко — около трехсот лет развивались и совершенствовались часы с маятником.

Подготовлено по:

Т.А. Фокина. Феодосий Михайлович Федченко. Создатель самых точных в мире маятниковых часов. // Проблемы культурного наследия в области инженерной деятельности: [сб. ст.] Вып.4 / Политехн. музей; сост. Т.Ф. Зеленер; науч. ред. Г.Г. Григорян. – М.: Информ-знание, 2003. – С.122−134. – Библиогр. в конце ст.


[1] Федченко, часы высокоточные маятниковые, часы с изохронизирующим подвесом и электромагнитным возбуждением колебаний маятника. Маятник часов с медным грузом на инварной штанге помещен в вакуумную барокамеру. Изохронизм обеспечивается подвесом, конструкция которого обусловливает уменьшение длины маятника при увеличении амплитуды его колебаний. Колебания маятника поддерживаются короткими электромагнитными импульсами, сообщаемыми ему в моменты равновесия. Форма медного груза и место его упора выбраны так, что температурные изменения размеров груза не влияют на период колебаний маятника. Термокомпенсирующие элементы маятника размещены на подвесе и ниже груза, что обеспечивает термокомпенсацию при переменном градиенте температуры. Ф. ч. отличаются наивысшей для маятниковых часов точностью и надежностью. Вариация их хода составляет 0,2−0,3 мс/сут. Ф. ч. применяются в качестве хранителей времени и для изучения вариаций силы тяжести. Появились в конце 50-х — начале 60-х гг. Названы по имени их изобретателя Ф.М. Федченко {Федченко часы//БСЭ. — М.: Сов. энцикл., 1977. — Т. 27. — С. 264}.

[2] Чигиринский район в 1911 году входил в состав Киевской губернии, затем в 1939 г. Чигиринский район отошел к Кировоградской области, а в 1954 г. — был введен в Черкасскую область, поэтому в документах Федченко Ф.М. встречаются все три названия областей Чигиринского района.

[3] Солнце в высшей части небосвода — значит, у вас полдень.

[4] В XVI — XVII веках правительства стран Испании, Франции, Англии назначали громадные призы за разработку метода определения долготы в открытом море.