Часы марсианского тракториста: система и механизмы измерения времени в космосе

Время в космосе. Звучит так, как будто сейчас последуют рассуждения о теории относительности, как устроено время по Эйнштейну. Однако нет, все одновременно и проще, и сложнее. Надо лишь разобраться, когда и зачем человеку может понадобиться система измерения времени, отличающаяся от той, которой мы давно привыкли пользоваться здесь, на Земле

Чтобы понять, как все должно быть устроено там, давайте попробуем выяснить, как это работает здесь. В основе нашей системы измерения времени, включая календарь, лежат три основных цикла: смены дня и ночи, эволюции фазы Луны и смены сезонов. Измерение времени в часах, минутах и секундах построено на шестидесятеричном счислении, которое, как считается, было изобретено шумерами еще в 3-м тысячелетии до н. э. Оно весьма удобно на практике: 60 минут легко и без остатка делятся на 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20 и 30. Столь же удобны с такой точки зрения и 24-часовые сутки, состоящие из 12 дневных и 12 ночных часов, ими пользовались в Древнем Египте и Вавилоне также с 3-го тысячелетия до н. э., далее эта система распространилась по всему миру.

За удобство мы платим произвольно выбранной продолжительностью часа, за которую принята 1/24 длительности средних солнечных суток. Увы, при расчете больших величин измерения времени — месяцев и лет — с простотой пришлось попрощаться. Действительно, лунный месяц длительностью примерно в 29,5 суток (29,5306 суток, если точнее) с течением времени преобразовался в календарный месяц общепринятого нынче григорианского календаря. В нем длительность месяца составляет 28, 29, 30 или 31 день, или в среднем примерно 30,437 дня.

Можно распределить дни по месяцам иначе, но все равно просто не получится, так как год, длящийся 365,242 суток, следует разделить на 12 месяцев, причем каждый из них должен состоять из целого числа дней. Зато уже с месяцами и годами обходиться несложно: год состоит из 12 месяцев, которые удобно разделяются по четырем сезонам.

Фото №2 - Часы марсианского тракториста: система и механизмы измерения времени в космосе
Древнейшим инструментом для определения времени на Земле является гномон: изменение длины его тени указывает время суток

В итоге мы живем по довольно-таки рациональной системе измерения времени с удобным счетом небольших (дни, часы, минуты и секунды) и крупных (месяцы и годы) единиц измерения времени, тогда как все проблемы несогласованности (в смысле целочисленного деления) единиц измерения времени сведены к хитроумному способу счета продолжительности месяцев в днях.

Рецепт есть, он проверен, обкатан веками и устраивает всех. Почему бы им не пользоваться и в космическую эпоху?

Марсианские хроники

Любознательные ученые и писатели-фантасты уже довольно давно, не дожидаясь начала космической эры, — как минимум с конца XIX века — задумывались над проблемой измерения времени на других планетах. Похоже, первым эту тему в романе «По ту сторону от Зодиака», напечатанном в 1880 году, затронул английский писатель Перси Грег, предположивший, что у придуманных им обитателей Марса действует двенадцатеричная система счета времени: марсианские сутки делятся на 12 частей (часов), которые далее делятся также на 12, и так четыре раза вплоть до мельчайшей доли в 5/24 земной секунды. Марсианский год в его интерпретации состоит из 668 и 2/3 марсианских суток и не делится на месяцы — видимо, автор надеялся на выдающуюся память марсиан, способных руководствоваться одним лишь счетом дней в очень длинном марсианском году. Кстати, Перси Грега, по-видимому, следует считать изобретателем слова «астронавт» (Astronaut) — именно так назывался космический корабль, на котором герой романа прибыл на Марс.

Фото №3 - Часы марсианского тракториста: система и механизмы измерения времени в космосе
В романе «Сдвиг времени по-марсиански», опубликованном в 1964 году, американский фантаст Филип К. Дик описывает часы и календарь первой колонии на Марсе

Впоследствии было создано великое множество систем измерения времени на Марсе, включая весьма экзотическую идею с часом-компенсатором, придуманную, возможно, американским фантастом Филипом Диком. В романе «Сдвиг времени по-марсиански», созданном в 1962 году, описывается счет времени на колонизированном человечеством Марсе с земными часами, минутами и секундами, так что в марсианских сутках для синхронизации с действительной длительностью суток вводился компенсирующий час — первый час после полуночи, длившийся по земному времени 1 час 39,5 минуты. Счет марсианских месяцев, по Филипу Дику, также производился по аналогии с земными месяцами, просто их было вдвое больше и именовались они как «первый январь», «второй январь» и т. д.

Фото №4 - Часы марсианского тракториста: система и механизмы измерения времени в космосе
Роман «Сдвиг времени по-марсиански», Филип К. Дик

Первые механизмы

Интересно отметить, что подобные рассуждения — вполне умозрительные во все времена вплоть до нынешних — подтолкнули одного астронома, увлеченного темой межпланетных путешествий, к разработке концепции и конструкции часов, показывающих марсианское время и обладающих марсианским календарем. Этим астрономом был американец Исраэль Монро Левитт, и он смог заразить своим энтузиазмом часовую фирму Hamilton Watch Company , которая согласилась изготовить несколько действующих прототипов. В довольно-таки крупных электромеханических настольных часах (40×40×35 см, так что вряд ли стоило планировать доставку их на Марс) имелись стрелки индикации времени и даты на Земле и на Марсе, причем базовая длительность марсианского месяца составляла 56 марсианских суток (их называют солами) и, соответственно, марсианский год длился 12 марсианских месяцев. Часы Hamilton Space Clock Mars были изготовлены в 1954 году, когда оставалось еще три года до официального старта космической эры, отмеченного запуском Советским Союзом в космос первого искусственного спутника Земли.

Фото №5 - Часы марсианского тракториста: система и механизмы измерения времени в космосе
Исраэль Монро Левитт, директор Филадельфийского планетария, разработал ряд космических устройств, включая часы марсианского времени
Фото №6 - Часы марсианского тракториста: система и механизмы измерения времени в космосе
Часы марсианского времени выпущенны в 1954 году Hamilton Watch & Co

Впрочем, начало космической эры никак не повлияло на процесс технической разработки систем измерения космического времени, в том смысле, что после Левитта никаких попыток разработки специальных часов не предпринималось. Дело в том, что подавляющее большинство пилотируемых экспедиций действует на околоземных орбитах (за исключением нескольких лунных миссий конца 1960-х — начала 1970-х), где космонавты и астронавты живут по земному времени. Несколько попыток ввести космические сутки, отличающиеся от земных, которые предпринимались, например, на борту «Союза-9», на станции «Салют-4» и в некоторых миссиях «Аполлон» для лучшей синхронизации с периодами радиосвязи с ЦУПом, были признаны неудачными: космонавты начинали чувствовать себя плохо, биологические ритмы требовали нормальных земных суток. Поэтому, например, орбитальная станция «Мир» работала по московскому времени, а на МКС действует время гринвичского (нулевого) меридиана.

Коварные частицы

Что касается биоритмов, то перспективы экспедиций на Марс и организации там поселений выглядят оптимистичными: сол длиннее земных суток всего на 39,5 минуты (по земному времени). Переход в таком случае на местное время представляется разумным еще и потому, что длительность прохождения радио- или светового сигнала от Земли к Марсу составляет от 3 до 22 минут, так что можно даже не помышлять об оперативной связи между планетами и желательной для нее синхронизации времени.

Первым о реалистичности колонизации Марса заговорил Илон Маск, глава компании SpaceX . В частности, этому было посвящено его выступление на Международном конгрессе астронавтики в Аделаиде в сентябре 2017 года. Дальние космические путешествия вдруг оказались делом завтрашнего дня, и создание техники изменения внеземного времени перешло из теоретической плоскости в практическую. Очевидно, модификация соответствующих компьютерных программ или разработка приложений для гаджетов на индикацию марсианского времени не представляют особенных трудностей.

Однако имеются все основания полагать, что во время пути к Марсу, да и на его поверхности, техника будет подвергаться воздействию высокоэнергетических космических частиц, от которого на околоземных орбитах частично предохраняет магнитное поле Земли. Для электронной техники это означает возможность сбоев. В частности, информация о текущем времени на ней может оказаться стертой или измененной. На опасность таких ситуаций обратил внимание советский космонавт Владимир Джанибеков: «Дело в том, что космический аппарат постоянно пронизывают частицы с высокой энергией. Если такая частица пролетает сквозь микросхему, то выводит ее из строя. В одном из полетов у нас с напарником были электронные часы, у меня советские, у него японские, они тогда еще только появились. И те и другие через месяц перестали работать».

Фото №7 - Часы марсианского тракториста: система и механизмы измерения времени в космосе

С ним согласен российский часовщик Константин Чайкин. Осенью 2017 года под действием выступления Маска он решил сконструировать полностью механические часы, которые могли бы оказаться полезными для будущих колонизаторов Марса как минимум потому, что на работу часовой механики космические частицы влияния не оказывают. Он даже придумал подходящее название для марсианских часов: Mars Conqueror , или «Покоритель Марса». Чайкин считает, что без механических часов с разработанной для этой планеты системой измерения времени на Марс отправляться не стоит.

Фото №8 - Часы марсианского тракториста: система и механизмы измерения времени в космосе
В 2020 году Константин Чайкин представил модель с земным и марсианским временем Mars Conqueror Mk 3 Fighter. А сейчас работает над модулем указателя расстояния между Марсом и Землей

Понятно, что в эпоху компьютерной техники механические часы могут рассматриваться лишь как резервное средство измерения времени. И это не пустая предосторожность: широко известна ситуация, когда из-за аварии во время полета на Луну на корабле «Аполлон-13» астронавты при управлении ракетным двигателем пользовались механическим хронографом фирмы Omega .

Фото №9 - Часы марсианского тракториста: система и механизмы измерения времени в космосе

Марсианское время

Удивительно, но ведущие часовые бренды мира пока не предпринимают попыток разработать часы для Марса, притом что Константин Чайкин за истекшее с осени 2017 года время уже изобрел и изготовил не одну, а две модели. Вместе с тем он полагает, что тема далеко не раскрыта и для изобретательного часовщика есть множество возможностей создать что-то новое. С этой целью он запустил собственную программу «Марсианское время», прежде всего затем, чтобы изобрести новые для часового дела космические функции механических часов, задуманные с учетом специфики измерения времени на Марсе и заодно на других планетах.

Фото №10 - Часы марсианского тракториста: система и механизмы измерения времени в космосе
Страницы из рабочего дневника Константина Чайкина с расчетами механизмов марсианского времени

Пока что он посвящает все свое внимание Марсу. Первым его открытием в этой области была разработка специальной марсианской колесной передачи, которая позволяет максимально просто (а где просто, там и надежно) осуществлять синхронную индикацию земного и марсианского времени на основе одного стандартного часового механизма, изготовленного для работы с земным временем. Затем он сконструировал миниатюрный указатель взаимного расположения Солнца, Земли и Марса. Этот индикатор получился удивительно многофункциональным: помимо того что выглядит как маленький планетарий, он показывает периоды противостояний и великих противостояний, позволяет приблизительно определить дату как на Марсе, так и на Земле, а также его можно использовать как градуированный в солах таймер миссии.

Фото №11 - Часы марсианского тракториста: система и механизмы измерения времени в космосе
Страницы из рабочего дневника Константина Чайкина с расчетами механизмов марсианского времени

В традиционном механическом часовом деле есть такая функция — вечный календарь. Она предназначена для автоматического учета длительности месяцев по алгоритму юлианского календаря. И хотя пока еще непонятно, какая именно календарная система будет выбрана для Марса (рано или поздно это придется сделать), Константин Чайкин решил разработать настоящий марсианский вечный календарь. Для реализации этой идеи он взял так называемый дарийский календарь с 24 месяцами по 28 или 27 дней и шестью високосными годами за десятилетний период, разработанный американским аэрокосмическим инженером Томасом Гэнгейлом в 1985 году и названный в честь сына изобретателя Дариуса. Марсианский вечный календарь Чайкина пока ждет своей реализации в металле, но его конструкция уже запатентована.

Пожалуй, наиболее сложная из марсианских разработок российского часовщика — механический указатель расстояния между Марсом и Землей. Он также позволяет определять время прохождения радиосигнала — весьма уместная функция в компьютерную эпоху. Ввиду значительного эксцентриситета орбиты Марса математическое моделирование устройства оказалось неожиданно сложным, в результате на эту стадию разработки Константин Чайкин потратил около двух лет. В часовой механике до него никто ничего похожего не делал. Поэтому, прежде чем изготовить новые марсианские часы с такой функцией, мастер на основании своих расчетов изготовил макет устройства в увеличенном масштабе, чтобы убедиться в его безукоризненном действии. Макет работает, как и было задумано, а значит, скоро появятся новые марсианские часы российского мастера, которого без преувеличения можно назвать основателем марсианского часового дела.

Фото: ISTOCKPHOTO (1); KONSTANTIN CHAYKIN / Константин Чайкин

Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 3, апрель 2021