Cronómetro marino

Christiaan Huygens , tras su invención del reloj de péndulo en 1656, realizó el primer intento de cronómetro marino en 1673 en Francia , bajo el patrocinio de Jean-Baptiste Colbert . ^{[ 5 ] [ 6 ]} En 1675, Huygens, que recibía una pensión de Luis XIV , inventó un cronómetro que empleaba un volante y un muelle espiral para la regulación, en lugar de un péndulo, abriendo el camino a los cronómetros marinos y a los modernos relojes de bolsillo y de pulsera. Obtuvo una patente para su invención de Colbert, pero su reloj seguía siendo impreciso en el mar. ^{[ 7 ]} El intento de Huygens en 1675 de obtener una patente inglesa de Carlos II estimuló a Robert Hooke , quien afirmaba haber concebido un reloj accionado por resorte años antes, a intentar producir uno y patentarlo. Durante 1675, Huygens y Hooke entregaron cada uno dos dispositivos de este tipo a Charles, pero ninguno funcionó correctamente y ni Huygens ni Hooke recibieron una patente inglesa. Fue durante este trabajo que Hooke formuló la ley de Hooke . ^{[ 8 ]}

El primer uso publicado del término cronómetro data de 1684 en Arcanum Navarchicum , una obra teórica del profesor de Kiel Matthias Wasmuth. Posteriormente, en 1713, el científico inglés William Derham publicó una descripción teórica adicional de un cronómetro . Su obra principal, Physico-theology, or a proof of the being and attributes of God from his works of creation , también proponía el uso del sellado al vacío para garantizar una mayor precisión en el funcionamiento de los relojes. ^{[ 9 ]} En 1714, Jeremy Thacker, en Inglaterra, y Henry Sully, en Francia, iniciaron intentos de construir un cronómetro marino funcional. Sully publicó su obra en 1726, Une Horloge inventée et executée par M. Sulli , pero ni su modelo ni el de Thacker lograron resistir el oleaje ni mantener una hora precisa a bordo de un barco. ^{[ 10 ]}

En 1714, el gobierno británico ofreció un premio por un método para determinar la longitud en el mar, con premios que oscilaban entre 10.000 y 20.000 libras esterlinas (equivalentes a entre 2 y 4 millones de libras esterlinas en 2026 ), dependiendo de la precisión. John Harrison , un carpintero de Yorkshire, presentó un proyecto en 1730 y, en 1735, completó un reloj basado en un par de vigas pesadas que oscilaban en sentido contrario, conectadas por resortes, cuyo movimiento no se veía afectado por la gravedad ni por el movimiento del barco. Sus dos primeros relojes de mar, H1 y H2 (terminados en 1741), utilizaban este sistema, pero Harrison se percató de que tenían una sensibilidad fundamental a la fuerza centrífuga , lo que significaba que nunca podrían ser lo suficientemente precisos en el mar. La construcción de su tercera máquina, denominada H3, en 1759, incluyó novedosos volantes circulares y la invención de la tira bimetálica y los rodamientos de rodillos enjaulados , inventos que aún se utilizan ampliamente. Sin embargo, las balanzas circulares de H3 seguían siendo demasiado imprecisas y finalmente abandonó las grandes máquinas. ^{[ 12 ]}

Harrison resolvió los problemas de precisión con su diseño de cronómetro H4, mucho más pequeño , en 1761. El H4 se parecía mucho a un gran reloj de bolsillo de cinco pulgadas (12  cm) de diámetro. En 1761, Harrison presentó el H4 para el premio de longitud de 20 000 libras esterlinas. Su diseño utilizaba un volante de oscilación rápida controlado por un resorte espiral compensado por temperatura. Estas características se mantuvieron en uso hasta que los osciladores electrónicos estables permitieron fabricar relojes portátiles muy precisos a un costo asequible. En 1767, la Junta de Longitud publicó una descripción de su trabajo en Los principios del cronómetro del Sr. Harrison . ^{[ 13 ]} Una expedición francesa dirigida por Charles-François-César Le Tellier de Montmirail realizó la primera medición de longitud utilizando cronómetros marinos a bordo del Aurore en 1767. ^{[ 14 ]}

En Francia, en 1748, Pierre Le Roy inventó el escape de retención característico de los cronómetros modernos. ^{[ 15 ]} En 1766, creó un cronómetro revolucionario que incorporaba un escape de retención , el volante compensado por temperatura y el muelle de volante isócrono : ^{[ 16 ]} Harrison demostró la posibilidad de tener un cronómetro fiable en el mar, pero estos desarrollos de Le Roy son considerados por Rupert Gould como la base del cronómetro moderno. ^{[ 16 ]} Las innovaciones de Le Roy hicieron del cronómetro una pieza mucho más precisa de lo que se había previsto. ^{[ 17 ]}

Ferdinand Berthoud en Francia, así como Thomas Mudge en Gran Bretaña, también produjeron con éxito cronómetros marinos. ^{[ 15 ]} Aunque ninguno era sencillo, demostraron que el diseño de Harrison no era la única solución al problema. Los mayores avances hacia la practicidad se lograron gracias a Thomas Earnshaw y John Arnold , quienes en 1780 desarrollaron y patentaron escapes de resorte simplificados y separados , ^{[ 18 ] [ 19 ]} trasladaron la compensación de temperatura al volante y mejoraron el diseño y la fabricación de los resortes del volante . Esta combinación de innovaciones sirvió de base para los cronómetros marinos hasta la era electrónica.

La nueva tecnología era inicialmente tan costosa que no todos los barcos llevaban cronómetros, como lo ilustra el fatídico último viaje del barco mercante Arniston , que naufragó con la pérdida de 372 vidas. ^{[ 20 ]} Sin embargo, en 1825, la Marina Real había comenzado a equipar rutinariamente a sus buques con cronómetros. ^{[ 21 ]}

A partir de 1820, el Real Observatorio Británico de Greenwich probó cronómetros marinos en un programa de ensayos o "competición de cronómetros" instigado por el Almirantazgo, con el objetivo de fomentar la mejora de estos instrumentos. En 1840, el séptimo Astrónomo Real, George Biddell Airy , inició una nueva serie de ensayos con un formato diferente. Estos ensayos continuaron prácticamente con el mismo formato hasta el estallido de la Primera Guerra Mundial en 1914, momento en el que se suspendieron. Si bien los ensayos formales cesaron, las pruebas de cronómetros para la Marina Real continuaron. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

Los fabricantes de cronómetros marinos recurrían a una serie de observatorios astronómicos ubicados en Europa Occidental para realizar evaluaciones de precisión de sus relojes. Una vez que los movimientos mecánicos de los relojes alcanzaron la precisión suficiente para permitir una navegación marítima adecuada, estas evaluaciones independientes de terceros se convirtieron en lo que se conoció como "competiciones de cronómetros" en los observatorios astronómicos de Europa Occidental. El Observatorio de Neuchâtel , el Observatorio de Ginebra , el Observatorio de Besançon , el Observatorio de Kew , el Observatorio Naval Alemán de Hamburgo y el Observatorio de Glashütte son ejemplos destacados de observatorios que certificaban la precisión de los relojes mecánicos. El régimen de pruebas del observatorio solía durar entre 30 y 50 días y contenía estándares de precisión mucho más rigurosos y exigentes que los estándares modernos, como los establecidos por el Contrôle Officiel Suisse des Chronomètres (COSC) . Cuando un movimiento superaba la prueba del observatorio, se certificaba como cronómetro de observatorio y recibía un Bulletin de Marche del observatorio, que estipulaba el rendimiento del movimiento.

Era común que los barcos de la época observaran una bola horaria , como la del Real Observatorio de Greenwich , para comprobar sus cronómetros antes de zarpar en un largo viaje. Todos los días, los barcos fondeaban brevemente en el río Támesis en Greenwich, esperando a que la bola del observatorio descendiera exactamente a la 1 p. m. ^{[ 24 ]} Esta práctica contribuyó en parte a la posterior adopción de la hora media de Greenwich como estándar internacional. ^{[ 25 ]} (Las bolas horarias se volvieron obsoletas alrededor de 1920 con la introducción de las señales horarias por radio , que a su vez han sido reemplazadas en gran medida por la hora GPS ). Además de ajustar su hora antes de zarpar en un viaje, los cronómetros de los barcos también se comprobaban rutinariamente para verificar su precisión en alta mar mediante observaciones lunares ^{[ 26 ]} o solares. ^{[ 27 ]} Normalmente, el cronómetro se montaba en un lugar protegido bajo cubierta para evitar daños y la exposición a la intemperie. Los marineros utilizaban el cronómetro para ajustar un reloj de cuenta atrás , que llevaban en cubierta para realizar las observaciones astronómicas. Aunque mucho menos preciso (y menos costoso) que el cronómetro, este reloj era suficiente durante un breve periodo de tiempo después de ajustarlo (es decir, el tiempo necesario para realizar las observaciones).

Aunque los métodos de producción industrial comenzaron a revolucionar la relojería a mediados del siglo XIX, la fabricación de cronómetros siguió siendo artesanal durante mucho más tiempo y estuvo dominada por fabricantes británicos y suizos. Hacia principios del siglo XX, fabricantes suizos como Ulysse Nardin dieron grandes pasos hacia la incorporación de métodos de producción modernos y el uso de piezas totalmente intercambiables, pero no fue hasta el inicio de la Segunda Guerra Mundial que la Hamilton Watch Company en Estados Unidos perfeccionó el proceso de producción en masa , lo que le permitió producir miles de sus cronómetros Hamilton Modelo 21 y Modelo 22 a partir de 1942 para las ramas de las fuerzas armadas y la marina mercante de Estados Unidos , así como para otras fuerzas aliadas durante la Segunda Guerra Mundial. El Hamilton 21 Marine Chronometer tenía un mecanismo de cadena y su segundero avanzaba en incrementos de 1/2 segundo sobre una subesfera marcada con 60 segundos. En Alemania, donde los cronómetros marinos se importaban o utilizaban componentes clave extranjeros, se desarrolló un cronómetro unificado de tres pilares ( Drei-Pfeiler Werk Einheitschronometer ) mediante una colaboración entre las empresas Wempe Chronometerwerke y A. Lange & Söhne para hacer posible una producción más eficiente. El desarrollo de un cronómetro unificado preciso y económico fue una iniciativa impulsada en 1939 por el mando naval alemán y el Ministerio de Aviación . La producción en serie comenzó en 1942. Todas las piezas se fabricaban en Alemania y eran intercambiables. ^{[ 28 ]} Durante el transcurso de la Segunda Guerra Mundial, se aplicaron las modificaciones necesarias debido a la escasez de materias primas y el trabajo fue obligatorio y, en ocasiones, compartido voluntariamente entre varios fabricantes alemanes para acelerar la producción. La producción de cronómetros alemanes de diseño unificado con sus componentes armonizados continuó hasta mucho después de la Segunda Guerra Mundial en Alemania y la Unión Soviética, que confiscó los planos técnicos originales del Einheitschronometer y estableció una línea de producción en Moscú en 1949 que produjo los primeros cronómetros soviéticos MX6 con movimientos de fabricación alemana. ^{[ 29 ]} Desde 1952 hasta 1997, se produjeron cronómetros MX6 con pequeñas modificaciones ideadas por el NII Chasprom (Instituto de Relojería de la era soviética) a partir de componentes fabricados en la Unión Soviética. ^{[ 30 ]} El Einheitschronometer alemánFinalmente, se convirtió en el diseño de cronómetro marino mecánico de mayor producción, con aproximadamente 58 000 unidades fabricadas. De estas, menos de 3000 se produjeron durante la Segunda Guerra Mundial, alrededor de 5000 después de la guerra en Alemania Occidental y Oriental, y aproximadamente 50 000 en la Unión Soviética y posteriormente en la Rusia postsoviética. ^{[ 31 ]} Del Cronómetro Marino Hamilton 21 se produjeron aproximadamente 13 000 unidades durante y después de la Segunda Guerra Mundial. A pesar del éxito del Einheitschronometer y de Hamilton, los cronómetros fabricados a la antigua usanza nunca desaparecieron del mercado durante la era de los cronómetros mecánicos. Thomas Mercer Chronometers fue una de las empresas que continuó fabricándolos.

Los cronómetros marinos de los barcos fueron los relojes mecánicos portátiles más exactos jamás producidos y, en un entorno estático, solo eran superados por los relojes de péndulo de precisión no portátiles para observatorios. Servían, junto con el sextante, para determinar la ubicación de los barcos en el mar. Las naciones marítimas invirtieron grandes sumas en el desarrollo de estos instrumentos de precisión, ya que determinar la ubicación en el mar proporcionaba una ventaja naval decisiva. Sin su precisión y la precisión de las hazañas de navegación que permitieron los cronómetros marinos, es discutible que el ascenso de la Royal Navy , y por extensión el del Imperio Británico , no hubiera sido tan abrumador; la formación del imperio mediante guerras y conquistas de colonias en el extranjero tuvo lugar en un período en el que los buques británicos contaban con una navegación fiable gracias al cronómetro, mientras que sus oponentes portugueses, holandeses y franceses no. ^{[ 32 ]} Por ejemplo: los franceses estaban bien establecidos en la India y otros lugares antes que Gran Bretaña, pero fueron derrotados por las fuerzas navales en la Guerra de los Siete Años .

La calibración y el mantenimiento de los cronómetros marinos se consideraron importantes hasta bien entrado el siglo XX, ya que, tras la Primera Guerra Mundial, el trabajo del Departamento de Cronómetros del Real Observatorio Británico se limitó en gran medida a la calibración de los cronómetros y relojes que ya poseía el Almirantazgo y a la realización de pruebas de aceptación. ^{[ 22 ] [ 23 ]} En 1937, el Departamento de Tiempo estableció por primera vez un taller para la reparación y el ajuste de los cronómetros y relojes suministrados a las fuerzas armadas británicas. Estas actividades de mantenimiento se habían subcontratado anteriormente a talleres comerciales. ^{[ 33 ]}

Desde aproximadamente la década de 1960 en adelante, los cronómetros marinos mecánicos con detención de resorte fueron reemplazados gradualmente por cronómetros basados ​​en técnicas y tecnologías de ingeniería eléctrica. ^{[ 34 ]} En 1985, el Ministerio de Defensa británico convocó una licitación para la venta de sus cronómetros marinos mecánicos Hamilton Modelo 21. La Armada de los Estados Unidos mantuvo sus cronómetros marinos Hamilton Modelo 21 en servicio como respaldo del sistema de radionavegación hiperbólica Loran-C hasta 1988, cuando el sistema global de navegación por satélite GPS fue aprobado como confiable. A finales del siglo XX, la producción de cronómetros marinos mecánicos había disminuido hasta el punto de que solo se fabricaban unos pocos por encargo especial por la Primera Fábrica de Relojes de Moscú 'Kirov' ( Poljot ) en Rusia, Wempe en Alemania y Mercer en Inglaterra. ^{[ 35 ]}

La colección internacional más completa de cronómetros marinos, incluidos los modelos H1 a H4 de Harrison, se encuentra en el Real Observatorio de Greenwich , en Londres , Reino Unido.