Кіріспе

Навигацияға көмек көрсету үшін жарық шығаруға арналған құрылым. Маяк – шамдар мен линзалар жүйесінен жарық шығарып, теңізде немесе ішкі су жолдарында кеме жүргізушілерге бағыт беруге арналған мұнара, ғимарат немесе басқа да физикалық құрылым. Маяктар қауіпті жағалауларды, қауіпті аймақтарды, рифтерді, жартастарды және порттарға қауіпсіз кіру жолдарын көрсетеді; сондай-ақ, әуедегі навигацияға да көмектеседі. Бұрын кеңінен қолданылған, бірақ күтімге кететін шығынның көптігі және одан әлдеқайда арзан, жетілдірілген және тиімді электрондық навигациялық жүйелердің пайда болуына байланысты пайдаланудағы маяктардың саны азайды.

Ежелгі маяктар

Порттардың нақты анықталғаннан бұрын дамуына дейін теңізшілер жол табу үшін төбелерге жақылған оттарға сенді. Отты биікке көтеру көрінуді жақсартатындықтан, отты платформаға орналастыру практикаға айналып, маяктардың пайда болуына әкелді. Көне заманда маяктар, көптеген қазіргі маяктар сияқты рифтер мен мүйістерге ескерту беру үшін емес, порттарға кіру белгісі ретінде жұмыс істеді. Көне дәуірдегі ең танымал маяк құрылысы – Мысырдың Александриядағы Фарос маяғы, ол 956 және 1323 жылдар аралығындағы жер сілкіністерінен құлап кетті. Испанияның А-Корунья қаласындағы Геркулес мұнарасы көне маяктардың құрылысы туралы мәлімет береді; маяктар туралы басқа да куәліктер монеталар мен мозаикалардағы бейнелерде сақталған, олардың көпшілігі Остиядағы маяқты көрсетеді. Александрия, Остия және Сириядағы Лаодикея қалаларынан да монеталар табылды.

Қазіргі заманғы құрылыс

Қазіргі заманғы маяктар дәуірі 18-шы ғасырдың басында басталды, себебі трансатлантикалық сауданың күрт өсуіне байланысты салынатын маяктардың саны едәуір артты. Құрылыс инженерлігіндегі жетістіктер және жаңа, тиімді жарықтандыру жабдықтары іріктемелі және қуатты маяктарды, тіпті теңізге ашық жатқандарын салуға мүмкіндік берді. Маяктардың функциясы кемелерге порттарды көрсетуден, кеме қатынасы үшін қауіпті – тас немесе риф сияқты нәрселерге ескерту беруге дейін өзгерді. Эддистон жартастары Англия арнасы арқылы өтетін кемелер үшін үлкен қауіп төндіретін. Он бес жартасқа 12 темір тіреулермен бекітілген сегізбұрышты ағаш конструкциясы алғашқы салынған маяк болды және ол 1696 жылдан 1698 жылға дейін Генри Уинстанли салды. Оның маяк мұнарасы әлемдегі алғашқы мұнара болып, толығымен ашық теңізге шығарылды. Азаматтық инженер Джон Смитон 1756 жылдан 1759 жылға дейін маякты қайта салды; оның мұнарасы маяктардың дизайнындағы маңызды қадам болды және 1877 жылға дейін қолданыста болды. Ол өзінің маяк мұнарасын гранит блоктарын пайдаланып, емен ағашының пішініне ұқсатып жасады. Ол римдіктер су астында бекітілетін бетонның бір түрі болған «гидравликалық әк» дегенді қайта ашты және қолданды. Оның маяғы заманауи маяктардың прототипі болды және барлық келешек инженерлерге әсер етті. Осындай әсер еткендердің бірі Роберт Стивенсон болды, ол маяктардың дизайны мен құрылысын дамытуда маңызды рөл атқарды. Оның ең үлкен жетістігі – 1810 жылы салынған Белл-Рок маяғы, сол дәуірдегі ең әсерлі инженерлік жетістіктердің бірі. Бұл құрылым Смитонның жобасына негізделген, бірақ бірнеше жақсартылған ерекшеліктері болды, мысалы, қызыл және ақ түстерді ауыстырып, айналмалы жарықтарды қосу. Стивенсон Солтүстік маяк басқармасында жартылай ғасырға жуық жұмыс істеді. Оның құрылысы кейінірек басталса да, Ланкаширдегі Флитвудтағы Уайр маяғы алғаш рет (1840 жылы) жарық берді. Арган лампасы отын ретінде балық майын, рапс майын, зәйтүн майын немесе басқа өсімдік майларын пайдаланды, ол шамның үстіне орнатылған резервуардан гравитациялық түрде берілді. Бұл лампаны алғаш рет 1784 жылы Мэтью Болтон Арганмен бірлесіп жасады және ол бір ғасырдан астам уақыт бойы маяктар үшін стандартқа айналды. Оңтүстік Форленд маяғы 1875 жылы электр жарығын сәтті қолданған алғашқы мұнара болды. Маяк мұнарасының көміртекті доғалы шамдары бумен жұмыс істейтін магнитпен қуаттыланды. Джон Ричардсон Уигам маяктарды газбен жарықтандыру жүйесін алғаш рет әзірледі. Ол Дублинге жақын орналасқан Бейли маяғында газбен жағатын «крокус» лампасын жетілдірді, ол сол кездегі ең жарқын жарықтан 13 есе күшті болды. Буланған майды жағу құрылғысын 1901 жылы Артур Китсон ойлап тапты және Тринити Хауста Дэвид Худ жетілдірді. Отын жоғары қысыммен буланып, мантияны қыздыру үшін жанып, дәстүрлі май шамдарынан алты еседен астам жарық берді. Газды жарықтандыру көзі ретінде швед инженері Густав Даленнің Дален лампасын ойлап тапқаннан кейін кеңінен қолданыла бастады. Ол газды сіңіру үшін Агамасанды (Ага) қолданды, бұл газды сақтауға және қауіпсіз пайдалануға мүмкіндік берді. Дален сонымен қатар күндіз жарықты автоматты түрде реттейтін және сөндіретін «күн клапанын» ойлап тапты. Бұл технология 1900 жылдардан 1960 жылдарға дейін, электр жарығы басым болғанға дейін маяктардағы басты жарық көзі болды.

Оптика жүйелері

Арган лампасының тұрақты жарықтандыруын дамытумен, жарық интенсивтілігін арттыру және шоғырландыру үшін оптикалық линзаларды қолдану практикалық мүмкіндікке айналды. Уильям Хатчинсон 1763 жылы катоптриялық жүйе деп аталатын алғашқы практикалық оптикалық жүйені жасады. Бұл қарапайым жүйе шығарылған жарықты шоғырланған сәулеге айналдырып, жарықтың көрінуін күрт арттырды. Жарықты шоғырландыру мүмкіндігі алғашқы айналмалы маяк сәулелеріне әкелді, онда жарық теңізшілерге үзіліспен жыпылықтайтын серия ретінде көрінетін. Сондай-ақ, жарық жыпылықтары арқылы күрделі сигналдарды беруге мүмкіндік туды. Француз физигі және инженеры Огюстен Жан Френель маяктарда қолдануға арналған көп бөліктен тұратын Френель линзасын жасады. Оның дизайны дәстүрлі линзаларға қажетті материалдың массасы мен көлемінсіз, үлкен апертурасы және қысқа фокустық қашықтығы бар линзаларды жасауға мүмкіндік берді. Френель линзасы салыстырмалы дәстүрлі линзалардан әлдеқайда жұқа болуы мүмкін, кейде тік төртбұрышты жамылғы түрінде кездеседі. Френель линзасы жарық көзінен көбірек бұрыштағы жарықты ұстай алады, осылайша оған орнатылған маяқтың жарығын көбірек қашықтықтан көруге болады. Бірінші Френель линзасы 1823 жылы Жиронда сағасының аузында орналасқан Кордуан маяғында қолданылды; оның жарығы 32 км-ден астам қашықтықтан көрінетін. Френельдің өнертабысы маяк шамдарының жарық қуатын төрт есе арттырды және оның жүйесі бүгінгі күнге дейін кеңінен қолданылуда.

Қазіргі заманғы маяктар

Электрмен жабдықтау және шамдарды автоматты түрде ауыстыру енгізілуі маяк сақшыларын қажетсіз етіп бастады. Көп жылдар бойы маяктарда сақшылар қызмет етіп келді, себебі қажет болған жағдайда олар құтқару қызметін де атқара алатын. Теңіздік навигация мен қауіпсіздікті жақсарту, мысалы, Global Positioning System (GPS) жүйесі, әлем бойынша автоматтандырылмаған маяктарды жоюға алып келді. Канадада бұл үрдіс тоқтатылды және әлі де 50 штаттық жарық станциясы бар, олардың 27-сі батыс жағалауда орналасқан. Қалған қазіргі заманғы маяктар көбінесе күнмен зарядталатын батареялармен қуатталатын және болаттан жасалған мұнараға орнатылған бір тұрақты, жыпылықтайтын шаммен жарықтандырылады.

Белгілі маяк салушылар

Джон Смитон үшінші және ең танымал Эддистон маяк үйін жобалағандығымен ерекшеленеді, бірақ кейбір құрылысшылар бірнеше маяк салу жұмыстарымен әйгілі. Стивенсон отбасы (Роберт, Алан, Дэвид, Томас, Дэвид Алан және Чарльз) үш буын бойы Шотландияда маяк салуды кәсіп етті. Ричард Генри Брантон Мейдзи дәуірінде Жапонияда 26 жапон маяктарын жобалап, салдырды, олар Брантонның "балалары" деп аталды. Көзі көрмейтін ирланд Александр Митчелл бірнеше бұранда қазыққа орнатылған маяктарды ойлап тапты және салды. Англиялық Джеймс Дуглас төртінші Эддистон маяк үйіндегі жұмысы үшін рыцарь атағына ие болды. Америка Құрама Штаттары Армиялық инженерлер корпусының лейтенанты Джордж Мид Атлантика және Мексика шығанағының жағалауында көптеген маяктар салғаннан кейін Геттисбург шайқасында жеңіске жеткен генерал ретінде танымал болды. Полковник Орландо М. По, Атлантаны қоршауда генерал Уильям Тэкумсе Шерманның инженері, АҚШ-тың Ұлы көлдеріндегі ең қиын жерлердегі ең ерекше маяқтарды жобалап, салдырды. Француз сауда флотының офицері Мариус Мишель Паша Қырым соғысынан (1853–1856) кейін жиырма жыл ішінде Осман империясының жағалауында жүзге жуық маяк салдырды.

Технология

Маяқтың жарық көзі "шам" деп аталады (электрлік немесе маймен жұмыс істейтін) және қажет болған жағдайда жарық "линза" немесе "оптика" арқылы шоғырландырылады. 20-шы және 21-ші ғасырлардағы маяктардың қуат көздері әртүрлі болып келеді.

Қуат

Бастапқыда ашық отпен, кейіннен шамдармен жарықтандырылған, Арганды қуыс шыбық шамдары мен параболалық шағылыстырғыштар 18-шы ғасырдың соңында пайда болды. Қыттар майы да шамдардың жарық көзі ретінде фитильдермен бірге қолданылды. Керосин 1870 жылдары кең таралды, ал кальций карбидінен алынатын электр энергиясы мен ацетилен газы 20-шы ғасырдың басында керосинге балама ретінде қолданыла бастады. Уақыт өте келе Ресейдегі радиоизотоптық термоэлектрлік генераторлардың (РИТГ) жағдайы нашарлап, олардың көптегені вандализм мен металл ұрыларының құрбаны болды, олардың қауіпті радиоактивті мазмұнынан хабары болмауы мүмкін. Энергияны тиімді пайдаланатын LED шамдарын күн панельдерімен, дизель генераторының орнына аккумуляторлар арқылы қуаттандыруға болады.

Лазерлік жарық

Лазерлік жарықтардың тәжірибелік орнатулары, аспанда "жарық жолын" жасау үшін жоғары қуатты немесе теңізшілерге бағытталған төмен қуатты түрде қолданылғанда, орнату мен күтіп ұстаудағы қиындықтарды, сондай-ақ жоғары қуат талаптарын анықтады. 1971 жылы Квинсленд штатындағы Пойнт-Дэнджер маяғында орнатылған алғашқы практикалық қондырғы, сәулесінің тым тар болуына байланысты, оны көру қиын болғандықтан төрт жылдан кейін дәстүрлі жарыққа алмастырылды.

Жарық сипаттамалары

Осы модельдердің кез келгенінде бақылаушы үздіксіз әлсіз жарықты көрудің орнына, қысқа мерзімдерде жарқыраған жарықты көреді. Осы жарқыраған сәттер маяқтың ерекше жарық сипаттамасын немесе белгілі бір үлгісін құру үшін реттеледі. Мысалы, Схевенинген маяғы 2,5 және 7,5 секунд сайын жыпылықтайды. Кейбір маяктарда белгілі бір түсті секторлар болады (әдетте фонарьдағы түрлі-түсті шынылар арқылы жасалады), бұл қауіпсіз су аймақтарын қауіпті сайлардан ажыратуға мүмкіндік береді. Заманауи маяктарда көбінесе ерекше рефлекторлар немесе ракон транспондерлері болады, сондықтан маяқтың радарлық сигналы да бірегей болады.

Линза

Қазіргі стробоскоптық шамдар пайда болғанға дейін линзалар үздіксіз жарық көзінен жарықты шоғырландыру үшін қолданылатын. Шамның тік жарық сәулелері көлденең жазықтықта қайта бағытталады, ал көлденең жарық бір уақытта бір немесе бірнеше бағытта шоғырландырылады, жарық сәулесі айналып тұрады. Нәтижесінде, жарық сәулесінің қабырғасын көруден басқа, жарық үлкен қашықтықтан тікелей көрінеді және оны анықтайтын ерекше жарық сипаттамасына ие болады. Бұл жарықты шоғырландыру айналмалы линзалар жиынтығы арқылы жүзеге асырылады. Ертедегі маяктарда жарық көзі керосин шамдары немесе одан бұрын жануар немесе өсімдік майымен жанатын Арган шамдары болды, ал линзалар маякшылармен оралған сағаттық механизмдермен айналдырылды, кейде екі сағат сайын. Линза жиынтығы кейде үйкелісті азайту үшін сұйық сынапқа батырылатын. Көбірек заманауи маяктарда электр шамдары мен моторлы жетектер қолданылды, олар көбінесе дизельдік электр генераторларымен қуаттандырылды. Бұл генераторлар маякшыларға да электр қуатын жеткізді. Бір-біріне жақын орналасқан және пішіні ұқсас маяктар көбінесе ерекше үлгімен боялады, осылайша күндіз оларды оңай тануға болады, мұндай белгіні күн белгісі деп атайды. Кейп-Хаттерас маяғының қара және ақ спиральды бояуы – осыған бір мысал. Батыс Канададағы Race Rocks маяғы көкжиекке қарсы көріну үшін көлденең қара және ақ жолақтармен боялған.

Дизайн

Тиімділік үшін шам кемедегі теңізші қауіпті жағаға жеткенге дейін көрінетіндей биік болуы керек. Ең төменгі биіктік тригонометрия арқылы есептеледі (көшеден қашықтыққа қараңыз) H – судан жоғары биіктік, ал D – маяктан көшеге дейінгі қашықтық, маяк аумағы. Қауіпті асып тосқан жартастар жазық құмды жағажайдан алыс орналасқан жерде, биік тас қабырғалы жағалау маяғы теңізден келген кемені жағаға дұрыс бағыттап отыруға көмектеседі. Көбінесе олар желдің әсерін азайту үшін, мысалы, Cape May Light сияқты цилиндр пішіндес болады. Бұл дизайнның кішірек нұсқалары портқа кіруді белгілеу үшін порт шамдары ретінде қолданылады, мысалы, New London Harbor Light. Биік жарлық бар жерде, мысалы Horton Point Light сияқты, кішігірім құрылым жоғары орналастырылуы мүмкін. Кейде мұндай жер тым биік болуы мүмкін, мысалы, АҚШ-тың батыс жағалауында, жиі төменгі бұлттар шамды жасырып тастауы мүмкін. Мұндай жағдайларда маяктар жардың төменгі бөлігінде орналастырылады, олар тұман немесе төменгі бұлттар кезінде, мысалы Point Reyes маяғында, жер бетінен көрінетінін қамтамасыз ету үшін. Тағы бір мысал Сан-Диегода (Калифорния): Old Point Loma маяғы тым биік және көбінесе тұманмен жасырылады, сондықтан оны 1891 жылы төменгі маякпен, New Point Loma маяғымен ауыстырды. Технология дамыған сайын, 20 ғасырда салынған маяктар үшін алдын ала дайындалған темір немесе болаттан жасалған қаңқалы құрылымдар қолданылды. Бұлардың көбінесе Finns Point Range Light сияқты ашық торлы тіреулермен қоршалған тар цилиндрлі өзегі болады. Кейде судың ішінде маяк салу қажет болады. Толқындармен шайылатын маяқтар – судың әсеріне төтеп беру үшін салынған тас құрылымдар, мысалы, Ұлыбританиядағы Eddystone маяғы және Калифорниядағы St. George Reef Light. Сайып келгенде, бұрандалы қазық маяктарының темір конструкциялары теңіз түбіне бұралады және Thomas Point Shoal Lighthouse сияқты ашық құрылымның үстінде төменгі ағаш құрылым орналастырылады. Бұрандалы қазықтарды мұз бұзуы мүмкін болғандықтан, Orient Point Light сияқты болаттан жасалған кассиондық маяқтар суық климатта қолданылады. Orient Long Beach Bar Light (Bug Light) – мұздың зақымдауы қаупіне байланысты кассиондық шамға айналған бұрандалы қазық шамның қоспасы. Флорида рифінде Флорида кілтінің бойында 1852 жылы Carysfort Reef Light-пен басталған, бұрандалы қазық негіздері бар қаңқалы темір мұнаралар салынды. Әдеттегі құрылысқа тым терең суларда маяк орнына жарық кемесі пайдаланылуы мүмкін, мысалы, бұрынғы жарық кемесі Columbia. Олардың көпшілігі қазір теңіздегі мұнай іздеу үшін қолданылатын платформаларға ұқсас тұрақты жарық платформаларымен (мысалы, Ambrose Light) ауыстырылды.

Қашықтықтан жарық беретін шамдар

Құрлықтағы екі бекітілген нүктенің арасын дұрыс бағыттау кеме жүргізушіге Солтүстік Америкада "диапазон" деп, ал Ұлыбританияда "транзит" деп аталатын позициялық сызық береді. Диапазонды өзен сияқты тар арнада кемені дәл бағыттау үшін қолдануға болады. Диапазонның белгілі нүктелері тұрақты маяктармен жарықтандырылса, түнгі уақытта навигация жасау мүмкін болады. Мұндай жұп маяктар Солтүстік Америкада "диапазондық жарықтар", ал Ұлыбританияда "алдыңғы жарықтар" деп аталады. Жақын жарық "маяк" немесе "алдыңғы диапазон", ал алыс жарық "артқы диапазон" деп аталады. Артқы диапазондық жарық көбінесе алдыңғысынан биік болады. Кеме дұрыс бағытта болғанда екі жарық тік сызықта орналасады, ал бақылаушы дұрыс емес бағытта болса, жарықтардың арасындағы бұрыштың өзгеруі бағытты түзетуге қажетті қозғалыс бағытын көрсетеді.

Орналасқан жері

Жарық үйлердің екі түрі бар: құрлықта орналасқандары және теңізде орналасқандары. Теңіздегі маяктар – құрлыққа жақын емес маяктар. Мұндай маяктарды салудың әртүрлі себептері болуы мүмкін. Құрлықтан бірнеше шақырым қашықтықта сай, риф немесе су астындағы арал болуы мүмкін. Қазіргі Кордуан маяғы 1611 жылы кішкентай аралдың жағасында аяқталды, бірақ ол 880 жылдарға дейін сонатын бұрынғы маяқтың орнына салынған және Франциядағы ең көне сақталған маяк болып табылады. Ол құрлықпен жол арқылы жалғасқан. Солтүстік теңізде, Шотландия жағалауындағы ең көне теңіз маяғы – Белл-Рок маяғы.

Азия және Океания

Австралияда маяктарды Австралия теңіз қауіпсіздігі басқармасы басқарады. Үндістанда маяктарды Порттар, кеме қатынасы және су жолдары министрлігінің маяктар мен шам кемелері бас басқармасы күтіп-ұстайды.

Еуропа

Бұрынғы Кеңес үкіметі Ресейдің солтүстік бөлігіндегі шалғай жерлерде радиоизотопты термоэлектрлік генераторлармен жұмыс істейтін бірнеше автоматтандырылған маяқтарды салды. Олар ұзақ уақыт бойы сыртқы қолдаусыз өте сенімді жұмыс істеді. Бірақ көптеген нысандар тозып, ұрланып немесе қиратылды. Кейбіреулерін нашар есепке алу салдарынан табу мүмкін емес. Ұлыбритания мен Ирландия Республикасының үш мекемесі бар: Англия мен Уэльстің жағалауындағы маяқтарды Тринити Хаус, Шотландия мен Мэн аралындағыларын Солтүстік маяқтар кеңесі, ал Ирландия айналасындағыларын Ирландия шамдарының комиссарлары (Commissioners of Irish Lights) басқарады.

Солтүстік Америка

Канадада маяктарды Канаданың жағалау күзеті басқарады. Америка Құрама Штаттарында маяктарды Америка Құрама Штаттарының жағалау күзеті ұстайды, ол 1939 жылы Америка Құрама Штаттарының маяк қызметімен біріктірілді. Әлем бойынша маяктарды қалпына келтіру және сақтап қалу үшін көптеген ұйымдар құрылды, оның ішінде Дүниежүзілік маяқ қоғамы және Америка Құрама Штаттарының маяқ қоғамы, сондай-ақ әлемдегі шалқыған маяктарды сақтауды жариялау үшін әуесқой радио операторларын жіберетін Әуесқой радио маяқ қоғамы.