航海钟的变迁

《钟表》2013年第5期文_杜恒彦、唐西平编辑_梁璐

航海钟又称航海天文钟或精密钟，是高精度、可携带的机械计时仪表。可以用来指示时刻、测量时间间隔、航海定位和野外天文观测。随着科技进步、电子技术的发展及晶体振荡器的普遍应用，走时准确的石英航海钟逐渐取代了机械式航海钟。但现代工艺航海钟因其独特蚱蜢时计的造型和赋予的历史文化价值，已成为现代贵重的工艺收藏品。航海钟发明近三百年来，历经了古代航海钟、现代机械、石英航海钟、现代工艺航海钟的变迁。

古代航海钟的发明与发展

远洋航海中，为了确定船在海面的准确位置及航向，必须测定经纬度。

通过观测太阳或者北极星的高度可以确定纬度，没有任何天体能够用来直观地显示经度的差异。因此航海家们只能依靠测量航速来估算自己的相对位置。从科学上讲，经度问题可以换算为时间。地球每天（24小时）转动一周是360度，每小时的时差就相当于经度15（360除以24）。因此，只要知道两地的时间差异，就可以知道两者之间的经度差了。

1656年，荷兰科学家惠更斯制作出世界上第一台摆钟，并于两年后出版了一本描述摆钟原理的专著《时钟》。他曾经专门为航海而制作了两台航海钟，并曾经出海进行过检验。可是，钟摆只能在平静的海面上使用，一旦出现风浪，摆钟就不准了。为此惠更斯发明了螺旋平衡弹簧，代替钟摆，试图利用这个弹簧，制造一种能够在海上使用的摆钟，但做出来的样品钟准确度仍然太低，海员们不可能依靠它来确定经度。因此科学界都认为只能依靠天文学家，通过观测星相的办法测出当地时间，但并未能达到有效精度，而且用起来也很麻烦。由于没有准确的钟表来测定精度，经常发生航船迷航遇险的事情。

1707年，一支英国舰队在战胜了法国舰队之后胜利返航，却在途中遭遇大雾，迷失了方向，造成4艘战舰撞上了海岛沉没，1500多名水手丧命的惨重损失。这件事再一次让英国政府意识到寻找经度的重要性。1714年，随着英国政府海上霸主地位的确立，解决航海经度的难题迫在眉睫，英国国会通过了《经度法案》(Longitude Act)，规定任何人只要能找出在海上测量经度的方法，便可以拿到2万英镑的奖金。荷兰、西班牙、法国也已悬出类似的巨额奖金。

一位名叫“约翰·哈里森”(John Harrison)的英国钟表匠，为了得到这笔

2万英镑奖金，通过自己掌握的制造钟表的原理和技能，充满信心开始研究制造航海钟。他经过多年研制，1736年终于造出了第一台航海钟，后人把它命名为H1。这台1米见方、重达42公斤的庞然大物采用了哈里森发明的“蚂蚱腿”装置，即用两根弹簧把两个金属钟摆的两头连在一起，使钟摆的摆动频率摆脱了海浪颠簸的影响。哈里森带着H l进行了一次短途航海旅行，结果证明用它来测量经度比当时所有的方法都要准确。但是，哈里森发现一些不足之处，想出了自己能改进的方法，1741年又制作了一台H2。可还没等H2完工，哈里森又发现了一个致命缺点，便又开始制作H3。H3花了他19年时间， H1、H2和H3都是庞然大物，因为当时的钟表界都认为只有大的钟表才会准确。一个偶然事件终于让哈里森意识到，小型高频振子才是避免受环境影响的最佳办法。他毅然决定推倒重来，开始制作H4。1759年，哈里森终于造出了一块直径为13厘米，重1.45千克的比怀表大一点的航海表。这H4携带方便，准确性也大大提高了。“经度委员会”让哈里森的儿子带着H4远征牙买加，经过8l天的海上航行，H4只慢了5秒钟，大致相当于3公里，其误差率远小于“经度委员会”制定的最大限度。在国王的支持下，哈里森终于在80岁时候拿到了全额奖金。

1769年，另一位钟表匠拉克姆·肯德尔在哈里森H4的设计结构原理上制作出H4复制品，被称为肯德尔K1，他又继续制造出K2、K3，进一步完善了航海钟，并都经受住了长时间的航海考验，得到推广应用。为了表彰英国天文学家在这个领域里的功绩，1884年国际天文学界召开会议，正式把格林尼治皇家天文台所在地定为本初子午线，也就是零

经度。从此，地球被分成了东西两个半球。如今普通人都可以很轻松地拥有卫星全球定位系统，哈里森的4台钟表，以及肯德尔的K1，现在都被格林尼治天文台博物馆收藏展出。

国内舰船钟的研发与更新

我国是一个拥有漫长的海岸线和广阔的海洋国土，有过有海无防而遭受帝国主义列强侵略的屈辱历史。在全国解放前夕，为适应当时沿海军事斗争形势的需要，着眼于履行国家统一、保卫国家主权和海洋权益的使命，中共中央作出了组建人民海军的战略决策。1949年4月23日，中国人民解放军的第一支海军——华东军区海军在江苏省泰州白马庙

宣告成立，人民海军从此诞生。建国初期，为了有效地保卫领海，向苏联购买现成舰艇和通过转让方式引进技术进行仿制，就成了新生的人民海军建设的主要途径。通过购买了大批苏联海军装备，加上中国建造、改造的船艇，到1955年底，中国海军已经初具规模，为中国海军的发展打下了一定的物质基础。舰船用航海钟全靠从苏联及东欧国家进口。

1、机械航海钟的研发与生产

1957年初，根据国际形势变化和国防建设的需要，烟台钟表厂遵照国家轻工业部的指示，开始研制国防急需的舰船用航海钟。要求当年内试制完成产品，其技术指标要达到国外产品标准。航海钟的精度指标和制造水平与当时烟台钟表厂生产的民用大钟、闹钟差别非常大。从设计技术人员、加工设备、生产技术等都提出全新的要求。面对紧迫的任务、困难的条件、军队国防的急需，钟表厂技术人员毅然决然接受了研制任

务。在试制过程中，研制人员参照苏联和匈牙利的船钟样机想方设法、创造条件、刻苦攻关，终于比预定时间提前完成任务，1957年10月国内第一台舰船航海钟试制成功。经过海军舰艇安装试用，其走时精度、防震、防水等指标均达到设计标准，填补国产舰船航海钟国内空白。在样机的基础上，通过设计改进、工装量具的更新以及关键技术设备的反复试制、攻关，1959年国庆节前试制成功第二批舰船航海钟，为建国十周年献了一份厚礼。随之将舰船航海钟列入了军工生产计划，国家投资140多万元，钟表厂进行专用设备仪器的技术改造，扩大了产品的生产能力，1960年10月将产品按军工品统一编号定型为104型航海钟。之后又试制了106、107、109等航海钟。104航海钟在1963年6月16日通过了由海军装备部、轻工业部、三机部联合组织的技术鉴定，1964

年获得国家经委颁发的军工新产品奖。1964年12月，山东烟台钟表厂试制的108潜水艇航海钟通过山东省轻工业厅技术鉴定。

根据国家调整工业布局及三线建设方针，1966年6月29日，山东省经委决定将山东烟台钟表厂生产航海钟的军工车间迁往聊城，筹建山东烟台钟表厂聊城分厂。1967年9月开工投产，专业从事军用航海钟生产。1970年更名为聊城钟表厂。至2000年累计生产9万只，最高年产量是1977年生产了7637只，为国家海军建设做出重要贡献。1978年104、108航海钟获全国科学大会奖。1980年5月山东聊城钟表厂生产的104、108航海钟安装在参加我国发射运载火箭实验的远洋舰只上，圆满完成任务，受到中共中央、国务院和中央军委的通令嘉奖。1985年12月104航海钟先后获山东省优质产品和轻工业部优质产品。