Константин Иванович Константинов – пионер российской электроавтоматики и измерительной техники

Константин Иванович Константинов — пионер российской электроавтоматики и измерительной техники
(к 200-летию со дня рождения)

Опубликовано в номере:
Константин Иванович Константинов хорошо известен как один из создателей российской ракетной техники. Ему отведена отдельная экспозиция в Музее артиллерии Санкт-Петербурга, и его именем назван кратер на обратной стороне Луны. Менее известен его вклад в отечественную электроавтоматику и измерительную технику, которому посвящена данная статья.
Александр Микеров, д. т. н., проф. каф. систем автоматического управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

Александр Микеров,
д. т. н., проф. каф.
систем автоматического управления
СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

Долгое время происхождение создателя русского ракетного оружия Константина Ивановича Константинова (рис. 1) было окутано тайной, поскольку он был внебрачным ребенком великого князя Константина — сына императора Павла I, а также брата и наместника императора Александра I в Царстве Польском. Документы, подтверждающие дату рождения Константинова, до сих пор не найдены, поэтому разные источники называют время от 1817 до 1819 г., однако наиболее достоверной датой сейчас считается 6 апреля 1818 г. [1]. По обычаям того времени он был наречен именем Константина Константинова, к которому впоследствии добавилось отчество Иванович в честь его воспитателя, князя Ивана Александровича Голицына, адъютанта великого князя Константина.

Генерал-лейтенант К. И. Константинов (1818 —1871)

Рис. 1. Генерал-лейтенант К. И. Константинов (1818 —1871)

Получив великолепное домашнее образование во дворце великого князя в Варшаве, а затем в Петербурге, в 15 лет Константинов был отдан по воле покойного отца в Михайловское артиллерийское училище (затем ставшее академией), где учился за казенный счет, так как был приписан к купеческому сословию [1]. Окончив училище с отличием в 1838 г., Константинов посвятил всю дальнейшую жизнь военной службе, начав с преподавания в фейерверочной школе, а затем попав и в лабораторную команду Охтинского порохового завода в Петербурге.

На заводе ему было поручено найти способ измерять скорость полета артиллерийского снаряда с целью улучшения характеристик артиллерийских систем. Для этого в 1840 г. Константинова командировали на четыре года в наиболее развитые европейские страны «для собрания полезных сведений, до артиллерии относящихся». В 1842 г., находясь в Лондоне, он обратился за помощью к известному ученому и владельцу приборной мастерской Чарльзу Уитстону (Charles Wheatstone) [1–4]. Тот изготовил установку, показанную на рис. 2 [3], с использованием прибора измерения коротких промежутков времени — хроноскопа, принцип действия которого описан в [2]. Хроноскоп (1) запускается при отключении электромагнита (2), соединенного с батареей (3) через проволочку (4), которая установлена в дуле пушки (5), и нормально разомкнутый контакт (6) на мишени. При выстреле проволочка разрывается, включая хроноскоп. Снаряд, попадая в мишень, замыкает контакт (6) и тем самым останавливает хроноскоп.

Установка Уитстона

Рис. 2. Установка Уитстона

Однако Константинову нужно было не только измерять скорость снаряда, но и записывать время на последовательных этапах полета (до 40) [4]. Кроме того, его не устраивала точность метода Уитстона, оцениваемая тогда в 2 мс [3].

Поэтому он разработал свою схему и заказал ее реализацию в парижской мастерской потомственного часовщика Луи Бреге (Louis Bréguet) — внука того самого Абрахама-Луи Бреге (или Брегета), часы которого, судя по поэме Пушкина «Евгений Онегин», были столь популярны в России: «Пока недремлющий брегет не прозвонит ему обед». Установка была изготовлена в Париже, а собрана и испытана на артиллерийском полигоне в Петербурге в 1844 г. Вид установки, а точнее, ее записывающей части, показан на рис. 3 [1, 5].

Баллистическая установка Константинова

Рис. 3. Баллистическая установка Константинова

По образующей быстро вращающегося медного барабана (1) по рельсу (2) под действием груза (3) равномерно перемещается тележка (4), оснащенная электромагнитом с пером (5), оставляющим на барабане отметки при отключении электромагнита. Первая отметка делается при разрыве проволочки в дуле орудия при выстреле, а вторая — при разрыве проволочки мишени. На поверхность цилиндра нанесены метки времени, что позволяет сразу же считывать время полета. Таким образом, прибор Константинова являлся уже не хроноскопом, а хронографом. Примерно в это же время подобные хронографы были предложены Джозефом Генри и Вернером Сименсом, однако у них для нанесения меток на барабан использовался искровой разряд [1, 4, 6].

Жидкостный регулятор Константинова

Рис. 4. Жидкостный регулятор

Для обеспечения равномерности движения Константинов оснастил барабан аэродинамическим демпфером (6), а тележку (4) — жидкостным регулятором, показанным на рис. 4 [1, 7]. Груз (3) помещали в резервуар (7) с водой, скорость понижения уровня которой оставалась постоянной за счет специального профиля стенок резервуара.

Для последовательного подключения к хронографу нескольких мишеней Константинов изобрел оригинальный автоматический переключатель, который представлен на рис. 5 (для случая семи мишеней с проволочными сетками, обозначенными цифрами 1–7 [1, 5, 7]).

Здесь 8 — барабан переключателя (справа показан его вид сбоку), приводимый во вращение грузом (9), с подвижным контактом (10), соединенным через ось барабана с клеммой (11). Вращение барабана сдерживается тормозным рычагом (12) с пружиной (13), притягивающимся к электромагниту (14) в случае нахождения его под током (как показано на рисунке). Между клеммой (11) и выводом (15) обмотки электромагнита (14) подключены не представленные на рисунке гальваническая батарея и реле управления пером тележки.

Таким образом, электромагнит (14) включен в цепь гальванической батареи через одну из сеток (в данном случае через сетку 1). При попадании снаряда в первую мишень сетка 1 разрывает цепь электромагнитов переключателя и пера тележки. В результате чего перо делает на барабане отметку времени, пружина (13) переключателя освобождает тормозной рычаг (12) и барабан (8) под действием груза поворачивается по часовой стрелке до замыкания цепи следующей сетки (2), что приводит к повторному срабатыванию тормозного рычага. Так переключатель осуществляет последовательное подключение хронографа к цепям сеток мишени. При этом точность измерения промежутков времени, судя по [1, 7], составляла 0,06 мс.

Рис. 5. Автоматический переключатель

Установка успешно прошла испытания в Петербурге, и о ней было доложено на заседании французской Академии наук. Уитстон и Бреге также претендовали на авторство, однако при содействии видных российских, английских и французских ученых были составлены акты, подписанные в том числе Уитстоном и Бреге, которые подтверждали новизну технических решений Константинова [3, 5]. За создание установки Константинов получил от российского императора орден Святого Владимира и большую денежную премию [1].

Телеграфный аппарат Константинова

Рис. 6. Телеграфный аппарат Константинова

Для оперативной связи испытательной команды, разбросанной по большой территории артиллерийского полигона, в 1843 г. Константинов предложил электромагнитный стрелочный телеграф собственной конструкции, подобный телеграфу Сименса (1847 г.) [6]. Он содержал два идентичных аппарата, вид которых представлен на рис. 6 [1, 7].

Каждый из них имеет циферблат (1) с двенадцатью делениями, стрелку (2), ключ (3), ртутный контакт (4) и не показанные на рисунке реле и батарею. В качестве обратного провода используется земля. При нажатии на ключ (3) стрелка поворачивается на одно деление, одновременно замыкая цепь реле приемного аппарата, что приводит к повороту его стрелки на такое же деление. Таким образом, с помощью кодированных таблиц можно было передавать различные команды и получать ответы с приемного аппарата. Этот телеграф получил известность, и Константинов вошел в состав комиссии по устроению электромагнитных телеграфов в России, хотя в итоге была реализована система Сименса [1, 6].

Однако наибольшую славу Константинову принесла деятельность по совершенствованию, организации производства и внедрению ракетного оружия, которой он стал непосредственно заниматься с 1850 г., возглавив Петербургское ракетное заведение [1].

Здесь он тоже использовал научный подход. Самым знаменитым его изобретением стала установка для записи тяги ракеты, созданная в 1847 г. (рис. 7) [1, 7]. Она содержит маятник (1) с закрепленной на нем испытуемой ракетой (2) и записывающий цилиндр (3), который приводится в непрерывное вращение ручным приводом (4), снабженным устройствами (5 и 6) контроля скорости вращения. На маятнике закреплено перо, двигающееся по поверхности цилиндра (3). При пуске ракеты маятник отклоняется на угол, определяющийся силой тяги ракеты, при этом на поверхности вращающегося цилиндра выписывается кривая, напоминающая синусоиду, которую (7) можно увидеть на рис. 7 справа. Обработка этой записи позволяла построить прямую зависимость величины тяги от времени горения топлива. Устройство 5 содержит колокольчики, а устройство 6 — электрический хроноскоп, сигналы которых давали рабочему возможность поддерживать равномерность вращения барабана.

Ракетный баллистический маятник

Рис. 7. Ракетный баллистический маятник

Датчик скорости Константинова

Рис. 8. Датчик скорости

Понимая, что ручное регулирование не обеспечивает необходимую точность, Константинов в 1854 г. разработал автоматический регулятор с датчиком скорости, показанным на рис. 8 [1, 7].

Этот датчик содержит U-образную трубку (1) с ртутью, подключенную к батарее с напряжением + Uп и вращающуюся относительно оси правого колена, вследствие чего в левом колене ртуть поднимается, а в правом опускается. В трубки введены два контакта (2 и 3), высота которых установлена следующим образом:

  • при заданной скорости вращения оба контакта разомкнуты (как показано на рис. 8) и выходные напряжения на контактах отсутствуют: U= 0, U3 = 0;
  • при скорости больше заданной замыкается левый контакт (2): U2 > 0, U3 = 0;
  • при скорости меньше заданной замыкается правый контакт (3): U2 = 0, U3 > 0.

Колесо (скорость которого нужно регулировать) оснащено двумя тормозами — их включение управляется напряжениями на контактах. При заданной скорости включен только один тормоз. При скорости больше заданной включается второй тормоз, обеспечивая замедление колеса, а при скорости меньше заданной оба тормоза отключаются, вызывая его разгон. Таким образом, выполняется трехпозиционное релейное поддержание скорости. Описанная установка позволила успешно отрабатывать характеристики всех проектируемых ракет. Также прибор можно было использовать для регулирования скорости паровых машин [7].

В 1861 г. Константинов опубликовал сначала во Франции, а затем и в России курс лекций «О боевых ракетах», прочитанный им в Михайловской академии и ставший на многие годы основным пособием по ракетному делу [1].

Константинов постоянно искал и гражданские области применения своих знаний, разработав спасательные, осветительные и фейерверочные ракеты. Он особо отличился при организации в 1856 г. грандиозного салюта в честь коронации Александра II с использованием боевых ракет и стрельбы из пушек, синхронизируемых электрической связью [1]. За это он был произведен сначала в полковники, а затем и в генерал-майоры с пожалованием потомственного дворянства. Спасательные ракеты предназначались для переброски каната на расстояние до 500 м на терпящее бедствие судно либо с него на берег. Разработанная Константиновым конструкция, на которую была получена привилегия, применялась не только в России, но и за рубежом, в частности в США. На побережье Балтийского моря были оборудованы специальные спасательные станции [1]. Также Константинов размышлял об использовании ракет для движения аэростатов.

Вершиной деятельности Константинова стало проектирование, строительство и оборудование Николаевского ракетного завода, открытого в 1871 г. — к сожалению, уже после его смерти [1]. Для этого завода он создал много технологического и испытательного оборудования с автоматическими устройствами. По иронии судьбы, в конце XIX в. ракеты стали повсеместно вытесняться более эффективной нарезной артиллерией, в 1910 г. завод был закрыт, и ракетное дело возродилось только спустя полвека, перед войной 1941 г.


Константин Иванович Константинов — крупный ученый, конструктор и организатор артиллерийского дела, был одним из первых деятелей автоматизации XIX в. в России.

  • Во времена крепостного права ему удалось создать уникальные установки по измерению скорости полета снаряда, тяги ракетного двигателя и другие системы, оснащенные регуляторами и элементами автоматики.

  • Однако он постоянно искал и мирное применение своим изобретениям, убежденный в том, что «Война сама по себе есть одно из самых величайших бедствий, что она противна всем человеческим чувствам» [1].

Литература
  1. Мазинг Г. Ю., Качур П. И. Константин Иванович Константинов, 1818–1871. М.: Наука. 1995. 
  2. Микеров А. Г. Зарождение электроавтоматики // Control Engineering Россия. 2017. №5 (71).
  3. Henning Shmidgen.
  4. A Memorial of Joseph Henry. U.S. Government Printing Office. 1880.
  5. Храмой А. В. К истории электроавтоматики в России в XIX веке // Автоматика и телемеханика. 1951. Том 12. № 2.
  6. Микеров А. Г. Вернер Сименс — основатель европейской электроиндустрии (к 200-летию со дня рождения) // Control Engineering Россия. 2016. №6 (66).
  7. Храмой А. В. Константин Иванович Константинов.М.— Л.: Госэнергоиздат. 1951.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *