Пару месяцев назад мне попалось видео Адама Сэвиджа, он демонстрировал необычные наручные часы с логотипом NASA.

Оказалось, это не серийная модель, а фанатская переделка Casio AE-1200WH. Ну как «обычных»… Для поклонников марки это легендарная кварцевая классика: дешевая, неубиваемая, работающая от одной батарейки годами. Casio выпустила эту модель в начале 2010-х, но за внешнее сходство с Seiko G757 Sports 100, которые носил Бонд в «Осьминожке», владельцы прозвали их Casio Royale. Как по мне, цепочка ассоциаций длинновата, но какая разница.

Важнее другое: эти часы породили целую культуру моддинга. Умельцы меняют корпуса, перекрашивают дисплеи, перепаивают подсветку, ставят более емкие батарейки. Несколько дней я с интересом изучал разные DIY-модификации, пока не наткнулся на видео, где в корпус часов заливают минеральное масло. Но зачем и для чего?

Оказалось это типичная кроличья нора. Чтобы разобраться, придется отправиться в начало XX века и познакомиться с несколькими интересными людьми.

Водка против качки

Одно из первых устройств, куда стали заливать жидкость для улучшения его работы, — морской компас. Как правило, это была довольно простая штука — карточка или пластинка на оси. На качающемся корабле она дрожала и порой даже прилипала к стеклу.

Потребовалось каких-то пять веков, чтобы в начале 1860-х американец Эдвард Сэмюэл Ритчи догадался залить в корпус водку.

Ну ладно, в первых патентах фигурирует рандомная смесь спирта и воды. Лишь бы не замерзала на холоде в высоких широтах. Жидкость гасила колебания стрелки, и показания становились стабильнее. Впоследствии Ритчи добавил эластичную диафрагму, компенсирующую температурное расширение жидкости.

Эти компасы быстро стали стандартом на флоте США, а затем их начали копировать по всему миру. Инженеры смекнули: заполнение приборов жидкостью повышает надежность.

Железный дровосек

На рубеже веков идею подхватили конструкторы подводной техники. В 1915 году изобретатель Гарри Боудойн предложил проект скафандра для больших глубин. Идея заключалась в том, чтобы поместить человека в жесткий панцирь, внутри которого сохраняется атмосферное давление.

Сейчас такие штуки называют Atmospheric Diving Suit, или нормобарический скафандр. А тогда у Боудойна вышла эпическая конструкция то ли силовая броня из Fallout, то ли панцеркляйн из «Операции Silent Storm».

Патентное ведомство, впрочем, это не смутило, и изобретатель получил заветное свидетельство. Думаю, Боудойн был даже не первым с подобной идеей, но главной проблемой таких скафандров оказалась не масса и не материалы, а подвижность.

Чем глубже, тем сильнее давление воды прижимает подвижные детали друг к другу. Поэтому на сколько-нибудь приличной глубине трение намертво блокировало шарниры, и водолаз превращался в железного дровосека.

Но я бы не рассказывал о Боудойне, если бы тот не придумал решение. Для своей «подводной брони» он спроектировал суставы, куда через специальные полости проникала забортная вода. Давление действовало на равные площади с внешней и внутренней стороны сочленения и уравновешивалось.

Вода извне поступает через отверстие под цифрой 15. Она давит на внутреннюю поверхность (11) так называемого балансировочного кольца (7). Чтобы вода не попадала внутрь самого скафандра к водолазу, используется герметичная набивка.

Вопреки источникам, утверждающим, что костюм так и не построили, газеты 1918 года описывают испытания: пустой скафандр опускали на 122 метра, а сам Боудойн ковылял по дну на 61 метре в течение 45 минут. К началу 1930-х Боудойн уже работал под водой до двух с половиной часов.

Изобретатель создал Sub-ocean Salvage Corporation и планировал поднимать затонувшие сокровища, то, чем сейчас промышляет Mel Fisher’s Treasures. Боудойн умер в августе 1935 года, готовясь к очередной экспедиции.

Параллельно, в 1922 году, Виктор Кампос получил патент на скафандр с похожим принципом. Там в суставах были предусмотрены кольцевые углубления с маслом, обеспечивающим герметичность и подвижность, но эта конструкция не была реализована.

Тритония и Джим

Прорыв в этой области совершил британский инженер Джозеф Салим Пересс. В 1922 году он придумал полусферические суставы из магниевого сплава с кольцевой камерой, заполненной водой или другой несжимаемой жидкостью. В 1930 году Пересс представил скафандр Tritonia на их основе.

Испытатель Джим Джарретт погрузился в нем на 123 метра в озере Лох-Несс (чудовища, естественно, не нашел), а в 1934 году Пересс усовершенствовал конструкцию: добавил кольцевой поршень и масляное заполнение.

Сустав состоит из двух частей. «Женская» (a) — двухстенная сферическая чашка; между стенками образуется кольцевая камера. В нее входит «мужская» часть (b) с утолщенным буртиком — поршневой головкой (b²). Гусары, молчать! Буртик работает как кольцевой поршень, а камера заполняется маслом или глицерином.

В октябре 1935 года Джарретт обследовал обломки «Лузитании». Но, несмотря на успех, Королевский флот отверг разработку: «Водолазам ВМФ никогда не потребуется погружаться глубже 90 метров». Ничего не напоминает?

Разочарованный Пересс не стал всю жизнь обивать пороги высоких кабинетов, а занялся пластиковым литьем и сделал состояние на лопатках для газовых авиационных турбин.

Тридцать лет спустя, когда в Северном море началась добыча нефти, о Tritonia вспомнили коммерсанты. Инженеры Майк Хамфри и Майк Борроу из компании UMEL разыскали престарелого изобретателя и выяснили судьбу скафандра. Выяснилось, что все это время прототип валялся на складе старьевщика в Глазго под грудой мусора.

Магниевый корпус и масляные суставы, на удивление, оказались в рабочем состоянии. Исторический анекдот гласит, что когда скафандр почистили, Пересс настоял на том, чтобы лично протестировать его в заводском бассейне. Скафандр не подвел, но 80-летний изобретатель застрял внутри из-за негнущихся ног и 3 часа дожидался освобождения, пока рабочие разбирали костюм на части.

Обновленную версию скафандра назвали JIM suit в честь того самого водолаза, который помогал Перессу тестировать прототип.

Первый экземпляр собрали в ноябре 1971 года. У него было восемь кольцевых масляных шарниров — по одному на каждое плечо, предплечье, бедро и колено. Конструкция из литого магния весила около 500 кг с водолазом внутри, обеспечивала автономность до 72 часов и выдерживала погружение на 460 метров. Эти скафандры стали стандартом нефтяной индустрии 1970-х. Пересс умер 4 июня 1978 года, наконец увидев, как его мечта достигла коммерческого успеха.

Безумный профессор и бензиновый поплавок

Параллельно с несжимаемостью жидкостей экспериментировали в крупных подводных аппаратах. Эта часть истории связана с именем швейцарского физика Огюста Пиккара. Не откажу себе в удовольствии рассказать о нем побольше.

Пиккар вошел в массовую культуру еще при жизни, став прототипом профессора Турнесоля в комиксах «Приключения Тинтина». Высокий рост, долговязая фигура и склонность к абстрактным размышлениям — ни дать ни взять, стереотипный рассеянный ученый. Говорят, Пиккар никогда не выходил из дома без логарифмической линейки и пары наручных часов, а дом украшал призмами, разбрасывающими радужные блики. Но главное, этот ученый не боялся рисковать.

В 1930 году Пиккар задумал стратосферный полет, и уже через год поднялся в воздух в герметичной алюминиевой гондоле собственной конструкции, прикрепленной к гигантскому желтому шару.

Полет прошел на грани катастрофы: экипаж случайно отпустил веревки, и шар взлетел без предупреждения. При попытке выпустить газ для замедления подъема выяснилось, что то ли тяга запуталась, то ли клапан замерз. «Мы были пленниками атмосферы», — писал Пиккар.

На высоте 15 781 метр они стали первыми людьми, увидевшими кривизну Земли, но внутри гондолы температура поднялась до +38°C, так как механизм вращения капсулы, который должен был поворачивать блестящую сторону к солнцу, вышел из строя. Питьевая вода испарилась, и аэронавты слизывали конденсат со стенок гондолы. Затем началась утечка воздуха. Пиккар заделал пробоину паклей и вазелином.

Самым опасным стал случайно разбитый ртутный барометр. Ртуть разлилась по алюминиевому полу, угрожая химической реакцией, которая могла разрушить тонкую алюминиевую оболочку капсулы. На этот раз Пиккар использовал резиновый шланг, подключенный к внешнему клапану, чтобы пониженное давление стратосферы высосало ртуть наружу. Через 17 часов аэронавты приземлились на ледник в Австрии. Поисковая группа, отправленная за их телами, обнаружила их бодро шагающими к цивилизации.

Думаю, Пиккар уже тогда понимал: его концепция герметичной гондолы может сработать и под водой, но с принципиальным отличием. В стратосфере давление снаружи меньше, чем внутри; в океане — наоборот. Тонкие стенки, как у стратостата, здесь будто бы не годились.

Тридцать лет спустя он взялся за батискаф FNRS-2. Вместо водородной оболочки Пиккар использовал другое горючее вещество — бензин. Тот легче воды, обеспечивал плавучесть и одновременно компенсировал давление на стенки балластного бака.

FNRS-2 строился с 1937 по 1948 год — с перерывом на войну. 25 октября 1948 года Пиккар и Моно совершили первое пробное погружение на 25 метров. На третьих испытаниях, кстати, присутствовал Жак-Ив Кусто.

Затем был FNRS-3, и, наконец, батискаф Trieste, спущенный на воду в августе 1953 у Капри. В его поплавке, раскрашенном в полоску как зебра, было 85 000 литров бензина. 23 января 1960 года сын изобретателя Жак Пиккар и лейтенант ВМС США Дон Уолш опустились в нем на дно Марианской впадины, на глубину 10 916 метров.

Спуск в Trieste не был легкой прогулкой. На глубине 9 000 метров капсулу сотряс звук, похожий на пушечный выстрел, треснуло акриловое стекло. Вопреки драматическим пересказам, трещина появилась во внешнем плексигласовом окне входного туннеля — затопляемой шахты для доступа в сферу. Уолш и Пиккар об этом не знали, но продолжили спуск, рассудив, что если бы повреждения были серьезными, они уже были бы мертвы.

Толком рассмотреть дно им не удалось: при посадке батискаф поднял облако ила — «молочный туман», который так и не осел до всплытия. Бензиновые цистерны при погружении сжались всего на 10%, выдержав давление около 1100 атмосфер. Это доказало, что жидкости могут использоваться для балансировки чудовищного давления.

Уолш и Пиккар предполагали, что следующий человек посетит это место через два-три года. Они ошиблись на 52 года, но это уже другая история.

В контексте моего сегодняшнего рассказа интересно вот что: к корпусу Trieste были прикреплены экспериментальные часы Rolex с куполообразным плексигласовым стеклом толщиной почти два сантиметра.

«Мокрые» дайверские часы

Так появилась концепция PBOF (Pressure-Balanced Oil-Filled) — маслонаполненный объем, уравновешенный давлением. По сути, та же идея, что у морского компаса Ритчи. Конструкторы заполняли корпуса приборов маслом и соединяли внутренний объем с внешней средой через гибкую мембрану. Давление внутри и снаружи выравнивалось — толстые стальные стенки становились не нужны.

В глубоководном аппарате Alvin эту технологию применили для укладки кабелей. Аппарат построила компания General Mills (оказывается, они делали не только хлопья для завтраков, но и серьезную электронику). Провода уложили в гибкие шланги, заполненные маслом. Вода не проникала внутрь: давление масла равнялось забортному. Даже при микротрещине она не заливала электронику мгновенно, а лишь смешивалась с маслом. Опыт Alvin показал: масло — отличный диэлектрик и защищает сложные системы от давления и агрессивной среды не хуже стального корпуса.

Большинство дайверских часов в то время ограничивались прочным корпусом и толстыми стеклами, пускай и не такими внушительными, как у Rolex Deep Sea Special, но уже начали появляться механические глубиномеры для аквалангистов, где капсула с чувствительным элементом была заполнена жидким глицерином. Это делалось не только для демпфирования, но и для того, чтобы при быстром перепаде давлений прибор не «отставал».

До появления маслонаполненных часов оставалось всего ничего. Инженерный импульс для этого решения родился из двух проблем.

Первая, как вы уже поняли, — давление, а вторая — плохая читаемость циферблата. Переходы воздух–сапфировое стекло–вода дают множественные отражения, но если пространство под стеклом заполнено жидкостью с близким показателем преломления, то отражения исчезают, и циферблат смотрится словно приклеенным к стеклу. Масло также устраняет проблему запотевания. Вот только механический баланс не работает в жидкости, быстро сбивается с ритма. Так что часовщикам пришлось ждать появления современных полупроводников.

С появлением компактных кварцевых механизмов несколько фирм взялись за разработки. В начале 1990-х французский производитель снаряжения Beuchat одним из первых залил масло в серийные часы — Genesis 4000 HPS.

В конструкции использовалась эластичная мембрана — на нее сквозь отверстия в задней крышке давила вода. В 1996 году немецкая компания Sinn, известная инструментальными часами, представила модель 403 HYDRO.

Инженеры Sinn столкнулись с термическим расширением жидкости. Решением стала подвижная задняя крышка — подпружиненный поршень, который выдвигается наружу при расширении масла. Это позволило заполнять часы «под завязку» и обеспечить работу в диапазоне от −20 до +60 °C.

Правда, владельцы ранних моделей замечали появление пузырька воздуха на циферблате при охлаждении часов. При сильном холоде объем масла уменьшался настолько, что крышка достигала предела своего хода, и внутри образовывался вакуумный пузырек. Со временем в этот вакуум диффундировали газы, делая пузырек постоянным. Пузырек не влиял на работу часов, но Лотар Шмидт, владелец компании, потратил годы, пытаясь от него избавиться.

В конце 1990-х Bell & Ross, партнер Sinn с 1992 по 2002 год, выпустила Hydromax — часы, заполненные фторированным маслом Hydroil. Согласно рекламе их водостойкость достигла рекордных 11 100 метров. Я, правда, сомневаюсь, что хоть один из покупателей это проверил.

А в 2010 году бельгийская компания Ressence, все-таки сделала невозможное маслонаполненные механические часы. Правда, бельгийцы пошли на хитрость...

Конструкция Ressence Type 5 разделена на две камеры: нижняя, сухая, содержит модифицированный механизм ETA 2824-2, а верхняя залита 37,5 миллилитрами масла. Камеры связаны магнитной муфтой — никакого механического соединения, а семь сильфонов компенсируют расширение масла.

Профессиональные дайверы и военные водолазы ценят такие часы, но они остаются нишевыми: замена батареи требует спецоборудования для заполнения маслом без пузырьков. Да и цена кусается. Однако в конце 2000-х технология пошла в народ.

Гидромоддинг

Энтузиасты модифицируют недорогие часы — Casio F91W, G-Shock, дайверские кварцевые модели, превращая их в глубоководные приборы. Обычные дайверские часы вроде Rolex Submariner или Omega Seamaster стоят тысячи долларов. Сложнейшие системы прокладок, гелиевые клапаны, толстенные стекла — все ради того, чтобы не пустить воду внутрь. Предел — 300–1000 метров для большинства моделей.

Пластиковые Casio за $20, залитые маслом, потенциально переживут глубины, на которых Rolex превратится в блин. Да, у гидромоддинга есть жертва — звук. Пьезоэлектрический динамик рассчитан на вибрацию мембраны в воздухе. Вязкое масло гасит колебания, и залитые Casio еле-еле пищат. Но энтузиастов это не останавливает.

Причем никто не заморачивается с мембранами и системами компенсации. При самостоятельном гидромоддинге энтузиасты намеренно оставляют внутри пузырек воздуха, тот самый, от которого старался избавиться Шмидт.

Все герои этой истории — Ритчи с компасами, Боудойн и Кампос со скафандрами, Пересс с Tritonia, Пиккар с батискафами, Шмидт с часами Sinn решали одну задачу: как заставить механизмы работать под разрушительным давлением. И все пришли к одному решению.

Именно так работает история технологий: идеи передаются от человека к человеку, от поколения к поколению, трансформируясь и находя новые применения. Стратосфера над Альпами, Бездна Челленджера, нефтяные платформы Северного моря и мастерские Антверпена, все они связаны невидимой нитью технической мысли, которая началась с простого наблюдения: масло не сжимается.

Бонусные посты из моего ТГ-канала

Невозможный тетраэдр-неваляшка

Первая надувная батарейка построена в Италии

Почему все теории неполны, но не все одинаково неправы?