Як раніше мореплавці визначали свої координати. Як визначали місцезнаходження корабля

Задовго до появи супутників і комп'ютерів морякам допомагали борознити простори океанів різні "хитрі" прилади. Один з найдавніших – астролябія – був запозичений у арабських астрономів і спрощений для роботи з ним на морі.

За допомогою дисків та стрілок цього приладу можна було вимірювати кути між горизонтом та сонцем чи іншими небесними тілами. А потім ці кути переводили на значення земної широти. Поступово астролябію витіснили простіші та точніші прилади. Це винайдені між Середньовіччями та епохою Відродження поперечна рейка, квадрант та секстант. Компаси з нанесеними на них поділами і майже сучасний вигляд ще в 11-му столітті дозволяли мореплавцям вести корабель прямо за наміченим курсом.

На початку 15-го століття стали користуватися і "сліпим числом". Для цього кидали за борт лаги, прив'язані до цих мотузок - ліній. На мотузках через певну відстань були нав'язані вузлики. По сонячному годиннику відзначали час розмотування линя. Ділили довжину на якийсь час і отримували, звичайно дуже неточно, швидкість руху судна.

Відлік широти

У середні віки моряки визначали своє становище щодо екватора, тобто широту, дивлячись на сонце чи зірки. Кут нахилення небесного тіла знаходили за допомогою астролябії або квадранту (малюнки нижче). Потім вони відкривали свою таблицю, яка називалася ефемерис, і визначали положення корабля.

Вимірювання висоти небесних тіл

Для вимірювання висоти небесного тіла мореплавець повинен був наставити металеву рейку на тіло, дивлячись на тіло, водити по рейці поперечки різної довжини до виходу на лінію горизонту. На рейці було нанесено позначки зі значеннями висот над горизонтом, тобто над рівнем моря.

Визначення довготи

Мореплавці намагалися робити це за допомогою сонячного годинника і линя - товстої мотузки з нав'язаними вузликами. За кількістю висипаного в годиннику піску визначали минулий час, а за довжиною викинутого за борт ліня, намотаного на корабельну хлипку, визначали швидкість руху. Помножуючи час добового переходу на швидкість, отримували пройдену відстань. Знаючи, звідки корабель почав свій шлях, у якому напрямку і скільки він пройшов за день, можна було приблизно уявити переміщення у напрямку схід-захід, тобто зміна довготи.

Корабель, зображений унизу, - це "Вікторія". На ньому Магеллан та його команда здійснили першу у світі кругосвітню подорож і повернулися додому, до Португалії, у 1522 році. Їхній маршрут показаний хвилястою лінією зліва на карті, випущеної в 1543 році.

Мистецтво керування судна найкоротшим шляхом від порту до порту називається навігацією. Іншими словами, навігація - це спосіб прокладання курсу судна від місця відправлення до місця призначення, контролю курсу, а за необхідності його коригування.

На ходовому містку знаходяться прилади та пристрої, необхідні для керування судном. Навігаційні прилади - компаси, гіроазимути, автопрокладники, лаги, лоти, ехолоти, секстани та інші пристрої, призначені для визначення розташування судна та вимірювання окремих елементів його руху судна.

Компаси

Компас – основний навігаційний прилад, який служить визначення курсу судна, визначення напрямів (пеленгів) різні об'єкти. На судах застосовуються магнітні та гіроскопічні компаси.

Магнітні компаси використовуються як резервні та контрольні прилади. За призначенням магнітні компаси поділяються на основні та дорожні.

Головний компас встановлюють на верхньому містку в діаметральній площині судна, щоб забезпечити хороший огляд по всьому горизонту (рис. 3.1). Зображення шкали картки за допомогою оптичної системи проектується на дзеркальний відбивач, встановлений перед кермовим (рис. 3.2).

Рис. 3.1. Головний магнітний компас

Шляховий магнітний компас встановлюють у рульовій рубці. Якщо головний компас має телескопічну передачу відліку до кермового посту, то колійний компас не встановлюють.

Рис. 3.2. Дзеркальний відбивач магнітного компасу

На магнітну стрілку на судні діє суднове магнітне поле. Воно є сукупністю двох магнітних полів: поля Землі та поля суднового заліза. Цим пояснюється, що вісь магнітної стрілки розташовується за магнітному меридіану, а площині компасного меридіана. Кут між площинами магнітного та компасного меридіанів називається девіацією.

У комплект компасу входять: котелок з картушкою, нактоуз, девіаційний прилад, оптична система та пеленгатор.

На рятувальних шлюпках використовується легкий, невеликий компас, не закріплений стаціонарно (мал. 3.3).

Рис. 3.3. Шлюпковий магнітний компас

Гірокомпас – механічний покажчик напрямку істинного (географічного) меридіана, призначений для визначення курсу об'єкта, а також азимуту (пеленгу) орієнтованого напряму (рис. 3.4 – 3.5). Принцип дії гірокомпасу заснований на використанні властивостей гіроскопа та добового обертання Землі.

Рис. 3.4. Сучасний гірокомпас

Гірокомпаси мають дві переваги перед магнітними компасами:

вони показують напрямок на істинний полюс, тобто. ту точку, якою проходить вісь обертання Землі, тоді як магнітний компас вказує напрямок на магнітний полюс;
вони набагато менш чутливі до зовнішніх магнітних полів, наприклад, тих полів, які створюються феромагнітними деталями корпусу судна.

Найпростіший гірокомпас складається з гіроскопа, підвішеного всередині порожньої кулі, що плаває в рідині; вага кулі з гіроскопом такий, що його центр тяжіння розташовується на осі кулі в нижній частині, коли вісь обертання гіроскопа горизонтальна.

Рис. 3.5. Репітер гірокомпасу з пеленгатором, встановлений на пелорусі

Гірокомпас може видавати помилки виміру. Наприклад, різка зміна курсу чи швидкості викликають девіацію, і вона існуватиме доти, доки гіроскоп не відпрацює таку зміну. На більшості сучасних судів є системи супутникової навігації (типу GPS) та/або інші навігаційні засоби, які передають у вбудований комп'ютер гірокомпасу виправлення. Сучасні конструкції лазерних гіроскопів не видають таких помилок, оскільки замість механічних елементів у них використовується принцип різниці оптичного шляху.

Електронний компас побудований за принципом визначення координат через супутникові системи навігації (рис. 3.6). Принцип дії компасу:

на підставі сигналів із супутників визначаються координати приймача системи супутникової навігації;
засікається момент часу, коли було зроблено визначення координат;
вичікується деякий інтервал часу;
повторно визначається місце розташування об'єкта;
на підставі координат двох точок та розміру часового інтервалу обчислюється вектор швидкості руху:
- напрямок руху;
- швидкість руху.

Рис. 3.6. Електронні компаси

Ехолот

Навігаційний ехолот призначений для надійного виміру, наочного уявлення, реєстрації та передачі в інші системи даних про глибину під кілем судна (рис. 3.7). Ехолот повинен функціонувати на всіх швидкостях судна від 0 до 30 вузлів, в умовах сильної аерації води, крижаної та снігової шуги, колотого і битого льоду, в районах з різко мінливим рельєфом дна, скелястим, піщаним або мулистим грунтом.

Рис. 3.7. Покажчик ехолота

На суднах встановлюються гідроакустичні ехолоти. Принцип їх роботи полягає в наступному: механічні коливання, що збуджуються у вібраторі-випромінювачі, поширюються у вигляді короткого ультразвукового імпульсу, доходять до дна і, відбившись від нього, приймаються вібратором-приймачем.

Ехолоти автоматично вказують глибину моря, яку визначають за швидкістю поширення звуку у воді та проміжком часу від моменту посилення імпульсу до моменту його прийому (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Принцип роботи ехолота

Ехолот повинен забезпечувати вимірювання глибин під кілем у діапазоні від 1 до 200 метрів. Покажчик глибин має бути встановлений у рульовій рубці, а самописець – у рульовій або штурманській рубці.

Для вимірювання глибин застосовується також ручний лот у разі посадки судна на мілину, проміру глибин біля борту під час стоянки біля причалу тощо.

Ручний лот (рис. 3.9) складається зі свинцевої або чавунної гирі та лотлина. Гиря виконується у формі конуса заввишки 25-30 см і вагою від 3 до 5 кг. У нижній широкій підставі гирі робиться виїмка, яка перед виміром глибини змащується солідолом. При торканні лотом морського дна частинки ґрунту прилипають до солідолу, і після підйому лота з них можна будувати висновки про характер грунту.

Рис. 3.9. Ручний лот

Розбивка лотлина проводиться в метричних одиницях і позначається за наступною системою: на десятках метрів вплітаються флагдуки різних кольорів; кожна кількість метрів, що закінчується цифрою 5, позначаються шкіряною маркою з сокирами.

У кожній п'ятірці перший метр позначається шкіряною маркою з одним зубцем, другий – маркою з двома зубцями, третій – з трьома зубцями та четвертий – з чотирма.

Лаг

Приблизно з кінця XV ст. отримав популярність простий вимірювач швидкості - ручний лаг. Він складався з дерев'яної дощечки зі свинцевим вантажем формою в 1/1 кола, до якої прикріплювався легкий трос, що має вузли через рівні проміжки (найчастіше 7 м). Для вимірювання швидкості вітрильних суден, що плавали в ті часи, лаг, як приблизно постійна позначка на поверхні води, кидали за борт і повертали пісочний годинник, що відміряли певну тривалість часу (14 с). За час, поки сипався пісок, матрос вважав кількість вузлів, що проходили його руки. Число вузлів, отриманих за цей час, давало в перерахунку швидкість судна в морських милях на годину. Цей спосіб вимірювання швидкості пояснює виникнення виразу "вузол".

Лаг - навігаційний прилад для вимірювання швидкості судна та пройденої ним відстані. На морських судах застосовуються механічні, геомагнітні, гідроакустичні, індукційні та радіодоплерівські лаги. Розрізняють:

відносні лаги, що вимірюють швидкість щодо води; і
абсолютні лаги, що вимірюють швидкість щодо дна.

Гідродинамічний лаг - відносний лаг, дія якого ґрунтується на вимірі різниці тиску, що залежить від швидкості судна. Основу гідродинамічного лага становлять дві трубки, виведені під днище судна: вихідний отвір однієї трубки направлений до носової частини судна; а вихідний отвір іншої трубки знаходиться врівень з обшивкою. Динамічне тиск визначається по різниці висот води в трубках і перетворюється механізмами лага на показання швидкості судна у вузлах. Окрім швидкості, гідродинамічні лаги показують пройдену судном відстань у милях.

Індукційний лаг - відносний лаг, принцип дії якого заснований на залежності між відносною швидкістю провідника в магнітному полі і електрорушійною силою, що наводиться в цьому провіднику (ЕРС). Магнітне поле створюється електромагнітом лага, а провідником є морська вода. Коли судно рухається, магнітне поле перетинає нерухомі ділянки водного середовища, причому у воді індукується ЕРС, пропорційна швидкості переміщення судна. З електродів ЕРС надходить у спеціальний пристрій, який обчислює швидкість судна та пройдену відстань.

Гідроакустичний лаг – абсолютний лаг, що працює на принципі ехолота. Розрізняють доплерівські та кореляційні гідроакустичні лаги.

Геомагнітний лаг – абсолютний лаг, заснований на використанні властивостей магнітного поля Землі.

Радіолог - лаг, принцип дії якого заснований на використанні законів поширення радіохвиль.

Насправді відліки лага помічають початку кожної години і з різниці відліків отримують плавання S милях і швидкість судна V у вузлах. Лаги мають похибку, яка враховується виправленням лага.

Радіонавігаційні прилади

Суднова станція радіолокації (РЛС) призначена для виявлення надводних об'єктів і берега, визначення місця судна, забезпечення плавання у вузьках, попередження зіткнення суден (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Екран РЛС

У РЛС використовується явище відображення радіохвиль від різних об'єктів, розташованих на шляху їхнього поширення, таким чином, у радіолокації використовується явище луни. РЛС містить передавач, приймач, антенно-хвильовий пристрій, індикатор з екраном для візуального спостереження ехо-сигналів.

Принцип роботи РЛС є наступним. Передавач станції виробляє потужні високочастотні імпульси електромагнітної енергії, які за допомогою антени надсилаються в простір вузьким променем. Відбиті від будь-якого об'єкта (судна, високого берега тощо) радіоімпульси повертаються як ехо-сигналів до антени і надходять у приймач. За напрямком вузького променя радіолокації, який в даний момент відбився від об'єкта, можна визначити пеленг або курсовий кут об'єкта. Вимірявши проміжок часу між посилкою імпульсу і прийомом відбитого сигналу, можна отримати відстань до об'єкта. Так як при роботі РЛС антена обертається, імпульсні коливання, що випромінюються, охоплюють весь горизонт. Тому на екрані індикатора суднової РЛС створюється зображення обстановки, що оточує судно. Центральна точка, що світиться, на екрані індикатора РЛС відзначає місце судна, а лінія, що йде від цієї точки, показує курс судна.

Зображення різних об'єктів на екрані радара може бути орієнтоване щодо діаметральної площини судна (стабілізація за курсом) або справжнього меридіана (стабілізація по норду). Дальність «видимості» РЛС досягає кілька десятків миль і залежить від відбивної здатності об'єктів та гідрометеорологічних факторів.

Суднові РЛС дозволяють за короткий проміжок часу визначити курс та швидкість зустрічного судна та уникнути таким чином зіткнення.

Рис. 3.11. Екран САРП

Всі судна повинні забезпечувати прокладку радіолокації на екрані РЛС, для цього їх обладнують системою автоматичної радіолокаційної прокладки (САРП). САРП виконує обробку радіолокаційної інформації та дозволяє проводити (рис. 3.11):

ручне та автоматичне захоплення цілей та їх супровід;
відображення на екрані індикатора векторів відносного або істинного переміщення цілей;
виділення цілей, що небезпечно зближаються;
індикацію на табло параметрів руху та елементів зближення цілей;
програвання маневру курсом та швидкістю для безпечної розбіжності;
автоматизоване вирішення навігаційних завдань;
відображення елементів утримання навігаційних карт;
визначення координат розташування судна на основі радіолокаційних вимірювань.

Автоматична інформаційна система (АІС) є морською навігаційною системою, що використовує взаємний обмін між суднами, а також між судном і береговою службою для передачі інформації про позивне та найменування судна для його розпізнавання, координати, відомостей про судно (розміри, вантаж, осад і ін. ) та його рейсі, параметрах руху (курс, швидкість та ін.) з метою вирішення завдань щодо попередження зіткнень судів, контролю за дотриманням режиму плавання та моніторингу суден у морі.

Електронні картографічні навігаційні інформаційні системи (ЕКНІС) є ефективним засобом навігації, що істотно скорочує навантаження на вахтового помічника і дозволяє приділяти максимум часу спостереженню за навколишнім оточенням та виробленню обґрунтованих рішень з управління судном (рис. 3.12).

Рис. 3.12. ЕКНІС

Основні можливості та властивості ЕКНІС:

проведення попередньої прокладки;
перевірка маршруту на безпеку;
ведення виконавчої прокладки;
автоматичне керування судном;
відображення "небезпечної ізобати" та "небезпечної глибини";
запис інформації в електронний журнал із можливістю подальшого програвання;
ручна та автоматична (через Internet) коректура;
подача сигналу тривоги при наближенні до заданої ізобати або глибини;
денна, нічна, ранкова та сутінкова палітри;
електронна лінійка та нерухомі мітки;
базове, стандартне та повне навантаження дисплея;
велика і доповнювана база морських об'єктів;
база припливів більш ніж 3000 точок Світового Океану.

Супутникова система навігації - це система, що складається з наземного та космічного обладнання, призначена для визначення розташування (географічних координат), а також параметрів руху (швидкості та напрямки руху тощо) для наземних, водних та повітряних об'єктів (рис. 3.13) .

Рис. 3.13. Індикатор GPS

GPS - це глобальна навігаційна супутникова система позиціонування Global Position System. Система включає угруповання низькоорбітальних навігаційних супутників, наземні засоби стеження та управління та найрізноманітніші, що служать для визначення координат. Принцип визначення свого місця на земній поверхні в глобальній системі позиціонування полягає в одночасному вимірі відстані до кількох навігаційних супутників (не менше трьох) - з відомими параметрами їх орбіт на кожний момент часу, та обчисленні за зміненими відстанями своїх координат.

Навігаційні інструменти

Навігаційний секстан – кутомірний інструмент (рис. 3.14), службовець:

в морехідної астрономії – для виміру висот світил над видимим горизонтом;
у навігації – для вимірювання кутів між земними предметами.

Рис. 3.14. Секстан

Слово "секстан" походить від латинського слова "Sextans" - шоста частина кола.

Морський хронометр - високоточний переносний годинник, що дозволяє отримувати в будь-який момент досить точний грінвічський час (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Хронометр

Судновий час визначається за меридіаном місцезнаходження судна і найчастіше коригується вночі вахтовим офіцером. Так, наприклад, при зміні довготи на 15° на схід годинник переводиться на 1 годину вперед, а при зміні довготи на 15° у західному напрямку – на 1 годину тому.

Для того щоб у машинному відділенні, їдальні команди, каютах, салонах, барах, камбузі мати точне і однакове показання часу, встановлюють електричний годинник, корегується від головного годинника, що знаходиться на містку.

Рис. 3.16. Прокладний інструмент

До прокладних інструментів відносяться (рис. 3.16):

вимірювальний циркуль - для вимірювання та відкладання відстаней на карті;
паралельна лінійка - для проведення на карті прямих, а також паралельних заданому напрямку ліній;
навігаційний транспортир - для побудови та вимірювання кутів, курсів та пеленгів на карті.

Крім цього, на містку знаходяться журнали, папки з документацією, навігаційні карти, обов'язкові довідники та посібники та інше (рис. 3.17).

Рис. 3.17. Документація

GPS

астролябія

рейка, квадранті секстан

ліням

Помічники мореплавців

Найголовніше для будь-якого судна це знати своє точне місце розташування в морі. Будь-якої миті часу. Від цього залежить безпека самого судна, вантажу і всього екіпажу. Я не відкрию Америку, якщо скажу, що судном керує комп'ютер. Людина лише контролює цей процес. У цій статті я розповім про помічників мореплавців - про супутникові навігаційні системи, які допомагають судам отримувати точні координати свого розташування. Також розповім, якими приладами користувалися давні мореплавці. Зараз на всіх судах встановлені приймачі GPS – global positioning system. Облітаючи нашу планету, навігаційні супутники безперервно шлють на неї потоки радіосигналів. Ці супутники належать американській військово-морській навігаційній супутниковій системі (ВМНСС), а з недавнього часу і американській глобальній системі знаходження розташування (ПММ або GPS). Обидві системи дозволяють кораблям на морі вдень і вночі з величезною точністю визначати свої координати. Майже до метра.

Принцип дії і ВМНСС і ПММ заснований на тому, що на борту корабля спеціальний GPS-приймач ловить радіохвилі, що надсилаються навігаційними супутниками на певних частотах. Сигнали з приймача безперервно надходять у комп'ютер. Комп'ютер їх обробляє, доповнюючи інформацією про час передачі кожного сигналу та положення навігаційного супутника на орбіті. (Така інформація потрапляє на ВМНСС-супутники від наземних станцій стеження, а ПММ-супутники у себе на борту мають прилади відліку часу та орбіти). Потім навігаційний комп'ютер на кораблі визначає відстань між ними і супутником, що летить у небесах. Ці обчислення комп'ютер повторює через певні проміжки часу і зрештою отримує дані про широту та довготу, тобто свої координати.

А як же давні мореплавці визначали розташування судна в морі? Задовго до появи супутників і комп'ютерів морякам допомагали борознити простори океанів різні «хитрі» прилади. Один з найдавніших астролябія— був запозичений у арабських астрономів та спрощений для роботи з ним на морі. За допомогою дисків та стрілок цього приладу можна було вимірювати кути між горизонтом та сонцем чи іншими небесними тілами. А потім ці кути переводили на значення земної широти.

Поступово астролябію витіснили простіші та точніші прилади. Це винайдені між Середні віки та епохою Відродження поперечна рейка, квадранті секстан. Компаси з нанесеними на них поділами і майже сучасний вигляд ще в 11-му столітті дозволяли мореплавцям вести корабель прямо за наміченим курсом.

На початку 15-го століття стали скористатися і «сліпим численним». Для цього кидали за борт лаги, прив'язані до цих мотузок. ліням. На мотузках через певну відстань були нав'язані вузлики. По сонячному або пісочному годиннику відзначали час розмотування линя. Ділили довжину на якийсь час і отримували, звичайно дуже неточно, швидкість руху судна.

Ось такими нехитрими приладами користувалися моряки минулого. До речі, на нинішніх судах також є секстант. У коробочці, у мастилі. І завжди новенький. Щоправда, цим девайсом рідко хтось користується. GPS системи та комп'ютер замінили старі перевірені навігаційні прилади. З одного боку, це нормальне явище. Прогрес. А з іншого... Улюблена фраза у деяких капітанів: «А що ви робитимете, товариші судноламати, коли супутники вийдуть з ладу і вся GPS система крякне»? Будемо наново освоювати секстант. Але сподіваюся, що такого неподобства не станеться. Бо дуже не хотілося б одного некрасивого ранку опинитися в замість, наприклад, .

P.S. Фото належать їхнім законним власникам. Дякую, добрі люди.

Сторінка 2 з 2

То чи були достовірними відомості, які у портуланах? Думаю, що це залежало від покладених на них завдань. Аби вирішити «місцевих» прикладних завдань - влучення з точки А до точки Б - вони цілком підходили. Навігація Середземним морем була досить непогано вивчена, оскільки постійно підтримувалася великими лоцманськими школами, такими як генуезька, венеціанська або лагуська. Для пізнання всього світу портулани зовсім не годилися, більше плутаючи дослідників, ніж допомагаючи їм.

Тільки з кінця XIII століття перші спроби океанського плавання, а також ширше використання компаса виявили необхідність реального відображення на плоскому аркуші рельєфу паперу берегів із зазначенням вітрів і основних координат.

Після XIV століття портулани часто супроводжуються приблизними контурними малюнками середземноморського узбережжя та атлантичних берегів Західної Європи. Поступово кораблі, що йдуть в океанські плавання, починають включатися в роботу зі складання точніших портуланів і малюнків.

Десь на початку XV століття з'являються вже справжні навігаційні карти. Вони є вже повний набір відомостей для лоцмана: рельєф берегів, перелік відстаней, вказівки широти і довготи, орієнтири, назви портів та місцевих жителів, вказуються вітри, течії та морські глибини.

Карта, спадкоємиця математичних знань, отриманих стародавніми, дедалі більше точних відомостей про астрономію та тисячолітнього досвіду навігації з порту в порт, стає одним з головних плодів наукової думки першовідкривачів: відтепер під час тривалих плавань потрібно складати звіти, необхідні для повного відображення знань про світ. Більш того, з'явилися перші суднові журнали! Звичайно, морські подорожі описувалися і раніше, але тепер це починає мати регулярний характер. Першим увів обов'язковий судновий журнал для капітанів своїх каравел. Капітани повинні були щодня записувати відомості про береги із зазначенням координат – справа надзвичайно корисна для складання достовірних карток.

Незважаючи на прагнення уточнювати і перевіряти, що рухало найбільш знаменитими картографами (Фра Мауро в 1457 стверджував, що йому не вдалося вмістити в свою карту всіх відомостей, які йому вдалося зібрати), фантазії, легенди, вигадка оточували будь-який картографічний працю якимось «фольклорним» ореолом : на більшості карт, датованих до XVII століття, ми бачимо, як на місці маловідомих або недостатньо досліджених регіонів виникають зображення різних потвор, почерпнутих з античної та ранньохристиянської міфологій.

Досить часто упорядник, описуючи мешканців віддалених куточків, вдавався до домислів. Райони, досліджені та потрапили під владу європейських королів, відзначалися гербами та прапорами. Однак розмальовані великі троянди вітрів не могли принести користі, якщо вони неправильно орієнтовані або розмічені в помилкових лініях «ромбів» (примітивна система орієнтації, що передувала системі меридіанів і паралелей). Часто робота картографа ставала справжнім витвором мистецтва. При дворах королів розглядали планисфери, немов полотна, за ними вгадувалися мореплавці, що пустилися в далекі подорожі, чудовиська викликали тремтіння, пройдені відстані та інтригуючі назви зачаровували. Потрібно було чимало часу, перш ніж звичай робити карту декоративною поступився місцем дійсно корисної картографії, позбавленої всілякого вигадки.

Цим пояснюється та недовірливість, з якою великі мореплавці, й у першу чергу Христофор Колумб, належали до прикрашених карт XV століття. Більшість моряків воліла довірятися своєму знанню вітрів, рельєфу дна, течій та спостереженням за небесною сферою, або відстеженню руху косяків риб чи пташиних зграй, щоб орієнтуватися в безкраїх просторах океану.

Безсумнівно, саме XV столітті завдяки португальським мореплавцям, та був подорожі Колумба і, нарешті, кругосвітній подорожі Магеллана в 1522 року людство змогло практично перевірити розрахунки древніх греків і ставлення до сферичності Землі. Багато мореплавців тепер на практиці отримували конкретні знання, що свідчать про кулястість нашої планети. Крива лінія горизонту, переміщення відносної висоти розташування зірок, зростання температури в міру наближення до екватора, зміна сузір'їв у південній півкулі – все це робило очевидною істину, яка суперечила християнській догмі: Земля – це куля! Залишалося тільки виміряти відстані, які необхідно було подолати у відкритому морі, щоб дістатися до Індії, у південному напрямку, як це зробили португальці у 1498 році, або в західному, як здавалося Колумбу, коли він у 1492 році зустрів на своєму шляху непереборну перешкоду у особі обох Америк.

Колумб був добре знайомий із космографічною літературою того часу. Його брат був картографом у Лісабоні, і він сам спробував побудувати глобус на основі атласів, сучасних і античних трактатів з космографії. Він, правда, припустився, слідом за і його «Імаго Мунді» (1410), грубу помилку в оцінці відстані між Португалією та Азією, занизивши його (є гіпотеза, що він зробив це навмисно). Тим не менш, він прислухався до порад іменитих картографів, таких як (який вірив у морський шлях на захід), (майбутній папа Пій II) і (згодом автора досить точного глобуса).

Починаючи з 1435 португальські та італійські моряки взяли за правило плисти на відстані від африканського берега, щоб уникнути небезпечних зон і мінливості вітрів. Прибережна зона, рясна рифами і мілинами, і справді являла собою очевидну небезпеку аварії корабля.

Однак настільки значне віддалення від берега, що він втрачається на увазі, передбачає вміння орієнтуватися у відкритому морі на плоскому одноманітному просторі без маяків, обмеженому лише лінією горизонту. А морякам XV століття не вистачало теоретичних знань у галузі математики та геометрії, необхідні для точного визначення свого місцезнаходження. Що ж до вимірювальних приладів, з ними справи були ще гірші. До XVI-XVII століть жоден з них не був по-справжньому добрим у справі. На картах, хоч і постійно уточнюваних, були істотні прогалини.

Щоб оцінити надзвичайну мужність мореплавців, які освоювали ближню, а потім і дальню Атлантику, треба згадати, які жалюгідні засоби вони мали в своєму розпорядженні для визначення свого місцезнаходження у відкритому морі. Перелік буде стислий: моряки XV століття, у тому числі і Христофор Колумб, не мали практично нічим, що допомогло б їм вирішити три головні завдання будь-якого мореплавця, що вирушає в дальнє плавання: тримати курс, вимірювати пройдений шлях, знати з точністю своє справжнє розташування.

У моряка XV століття в розпорядженні були лише примітивна бусоль (у різних варіаціях), грубі пісочний годинник, карти, що кишать помилками карти, приблизні таблиці відмінювання світил і, в більшості випадків, помилкові уявлення про розміри і форму Землі! У ті часи будь-яка експедиція океанськими просторами ставала небезпечною авантюрою, часто зі смертельним результатом.

У 1569 році Меркаторсклав першу карту в рівнокутної циліндричної проекції, а голландець Лука Вагенерввів у побут атлас. Це був великий крок у науці навігації та картографії, адже навіть сьогодні, у двадцять першому столітті, сучасні морські карти складені в атласи та виконані у меркаторській проекції!

В 1530 голландський астроном Гемма Фрізій(1508-1555) у своїй праці «Принципи астрономічної космографії» запропонував спосіб визначення довготи за допомогою хронометра, але відсутність досить точного і компактного годинника надовго залишили цей метод чисто теоретичним. Цей спосіб був названий хронометричним. Чому ж спосіб залишався теоретичним, адже годинник з'явився набагато раніше?

Справа в тому, що годинник у ті часи рідко міг іти без зупинки протягом доби, а їх точність не перевищувала 12-15 хвилин на добу. Та й механізми годинників того часу не були пристосовані для роботи в умовах морської хитавиці, високої вологості та різких перепадів температури. Звичайно, крім механічних, у морській практиці довгий час використовувалися пісочний і сонячний годинник, але точність сонячного годинника, час «заводу» пісочного годинника були зовсім недостатніми для реалізації хронометричного методу визначення довготи.

Сьогодні вважається, що перший точний годинник був зібраний в 1735 англійцем Джоном Гаррісоном(1693-1776). Їхня точність становила 4-6 секунд на добу! На той час це була просто фантастична точність! Більш того, годинник був пристосований для морських подорожей!

Батьки наївно вважали, що Земля обертається рівномірно, місячні таблиці грішили неточностями, квадранти та астролябії вносили свою похибку, тому підсумкові помилки у обчисленнях координат становили до 2,5 градусів, а це близько 150 морських миль, тобто майже 250 км!

У 1731 році англійський оптик удосконалив астролябію. Новий прилад, який отримав назву октант, дозволяв вирішити проблему вимірювання широти на судні, що рухається, так як тепер два дзеркала дозволяли одночасно бачити і лінію горизонту і сонце. Але октанту не дісталася слава астролябії: за рік до цього Хадлі сконструював секстант- Прилад, що дозволяв з дуже великою точністю вимірювати розташування судна.

Принципове влаштування секстанта, тобто приладу, що використовує принцип подвійного відображення об'єкта в дзеркалах, було розроблено ще Ньютоном, але було забуто і лише у 1730 року було заново винайдено Хедлі незалежно від Ньютона.

Морський секстант складається із двох дзеркал: вказівного та нерухомого напівпрозорого дзеркала горизонту. Світло від світила (зірки чи планети) падає рухоме дзеркало, відбивається на дзеркало горизонту, у якому одночасно видно і світило і горизонт. Кут нахилу вказівного дзеркала і висота світила.

Оскільки цей сайт з історії, а не з кораблеводіння, то я не буду вдаватися в подробиці та особливості різних навігаційних приладів, але хочу сказати кілька слів про ще два прилади. Це лот () та лаг ().

Насамкінець, мені хотілося б коротко зупинитися на деяких історичних датах в історії розвитку навігації в Росії.

Тисяча сімсот перший рік – це, мабуть, найвизначніша дата у вітчизняній навігації, оскільки цього року імператор Петро Iвидав указ про заснування «Математичних і Навігацьких, тобто морехідних хитро наук науку». Рік народження першої вітчизняної навігаційної школи.

Через два роки, в 1703, викладач цієї школи склав підручник «Арифметика». Третя частина книги зветься «Загально про земне розмірення, і я мореплавству належить».

У 1715 році старші класи школи перетворили на Морську Академію.

1725 - це рік народження Петербурзької Академії Наук, де викладали такі світила науки, як, Михайло Ломоносов(1711-1765). Наприклад, саме астрономічні спостереження та математичний опис руху планет Ейлера лягли в основу високоточних місячних таблиць для визначення довготи. Гідродинамічні дослідження Бернуллі дозволили створити досконалі лаги для точного виміру швидкості судна. Роботи Ломоносова стосувалися питань створення низки нових навігаційних приладів, що послужили прообразами приладів, які використовуються й нині: курсопрокладачі, самописці, лаги, кренометри, барометри, біноклі.

Визначення розташування судна

Поговоримо про кілька найпростіших, але дуже потрібних способів визначення місця розташування яхти в морі. Завдання просте, але вкрай важливе для вашої безпеки. Її можна умовно поділити на два випадки:

1. Ви ведете яхту у видимості берегів та навігаційних знаків, які позначені на вашій карті.
2. Ви ведете яхту у відкритому морі без жодних орієнтирів.

До речі, якщо курс проходить поблизу берега, але в умовах обмеженої видимості (наприклад, вночі або в щільному тумані), то спосіб позиціонування буде ставитися швидше до другого випадку.

Отже, ми здійснюємо прибережне плавання і яхта не втрачає виду сушу (або знаки навігаційної обстановки). Для нас важливо, що в момент визначення нашого місця розташування ми бачимо необхідну кількість орієнтирів, які можемо ідентифікувати на карті.

І ще питання, яке необхідно обговорити. Ми живемо в ХХІ ст., і розвиток електронних засобів навігації досяг фантастичних висот. І якщо покладатися тільки на електроніку, то судноводство виявляється не складніше комп'ютерної гри - потрібно лише вивчення інструкції, що додається до приладу.

Але зверніть увагу на одну обставину: за законами будь-якої країни всі судна, що виходять у море, - торгові, військові та спортивні, вітрильні та моторні - повинні мати на борту повний комплект традиційних засобів навігації: комплект паперових карт, інструмент для прокладки, секстан, лоції та і т.д. Штурмани, шкіпери та капітани повинні вести прокладку на традиційних картах під час будь-якого морського переходу. Маю сказати, що я повністю погоджуюся з цим порядком. Необхідно розуміти, що море – це ворожа людині стихія, і вона перебуває з нею віч-на-віч.

Невже можна беззастережно довірити життя людей на борту, життя та долю яхти невеликої пластикової коробочки з електронною начинкою?! Морське повітря – це дуже агресивне середовище, яке рано чи пізно виведе з ладу тонку мікроелектроніку; рано чи пізно ви забудете взяти на борт запасний комплект батарей для неї; на GPSможуть потрапити морські бризки, дощ; в щоглу може вдарити блискавка і вивести з ладу всю електроніку, - зрештою, з теорії надійності будь-який прилад може вийти з ладу сам собою - і що робити?

Життя показало, що знання навігації та стійкі навички в кораблеводженні традиційними методами просто необхідні будь-якій людині, яка виходить у море як штурман, шкіпер чи капітан.

Тому перейдемо, власне, до способів визначення розташування судна традиційними методами.

1. Обчислення, або Dead Reconing

Уявіть, що яхта йде у відкритому морі і немає жодних видимих орієнтирів. Щоб зрозуміти принцип методу, припустимо, що о 10.00 наша яхта була в точці А, яку ми нанесли на карту. Швидкість яхти 7 вузлів (ми її прочитали з суднового лага), істинний курс 045ºТ (вважали з колійного компасу та врахували магнітне відмінювання). Ми хочемо визначити, де буде яхта об 11.30. Звичайно, за умовами нашого завдання з 10.00 до 11.30 яхта йде, не змінюючи курсу (045ºТ) ( див. рис. 1), з постійною швидкістю (7 knt). Пройдений шлях обчислюємо за елементарною формулою:
D = Sх t, де
D- Шлях, пройдений в милях;
S- Швидкість човна у вузлах;
t- Час у годинах.
D = 7kntх 1,5 = 10,5 n.m.

Рис. 2

Це і є в найпростішому випадку численне розташування нашої яхти (позначається знаком + і літерами DRіз зазначенням часу).

Рис. 3

Але цей спосіб можна застосовувати у тому випадку, коли точно відомі попередні координати яхти ( fix), її швидкість та курс, а також відсутній дрейф, пов'язаний з вітром та течіями.

2.Estimate Position (EP)

Якщо відомий напрямок і швидкість течії, ми можемо простим графічним способом нанести точку розташування яхти на карту. Припустимо, при обчисленні DR п.1 ( див. рис. 4) ми дізналися з атласу приливних течій, що з 10.00 до 11.30 в районі плавання існувало протягом 3 вузла і напрямком 110ºТ. Будь ласка, запам'ятайте, що течія завжди тече «в» вказаному напрямку, на відміну від вітру, який завжди дме «з» вказаного напрямку.

Рис. 4

Отже, використовуючи принцип незалежності рухів, відомий зі шкільного курсу фізики (він говорить про те, що будь-який рух тіла можна як векторну суму простих прямолінійних переміщень), з точки DR 11.30 відкладемо за допомогою прокладача напрямок 110ºТ ( див. рис. 5). Зверніть увагу, що вектор течії позначається саме так, як на малюнку.

Рис. 5

Потім обчислимо довжину вектора, час руху яхти: 1,5 годин = 90 min, швидкість течії - 3 вузла ( knts). Отже, за час руху з 10.00 до 11.30 яхта змістилася у напрямку 110ºТ під впливом течії на: 3 вузли х 1,5 години = 4,5 морських милі. Відкладаємо на відрізку вимірником 4,5 нм. і отримаємо точку EP 11.30 (стандартний символ) ( див. рис. 6). Це і є обчислене становище нашої яхти об 11.30, яка з 10.00 з точки А рухалася курсом 045ºТ зі швидкістю 7 kntпід впливом течії напрямком 110ºТ та швидкістю 3 knt. Подальше прокладання курсу ми маємо робити вже з точки EP 11.30. Також ми виконали завдання – знаємо, де знаходиться яхта.

Рис. 6

3.FIX

Певне місце розташування судна в цей час позначається англійським терміном FIX. Існує багато способів його визначення. Ми розглянемо найбільш застосовуваний і загальний спосіб: знаходження FIX - Aпо двох і більше компасних пеленгах (краще трьох).

Допустимо, наша яхта йде курсом 0? (360?) зі швидкістю 7 knots. Ви проходите ділянку берега, де ясно та чітко бачите маяк А, маяк Ві невеликий острів З. Час 10.15, а остання EPбула визначена о 9.30 ( див. рис. 7).

Рис. 7

Звернувшись до карти району, ви повинні абсолютно безпомилково ідентифікувати вибрані орієнтири А, Ві Зз їх зображенням на карті. (Всі наземні об'єкти, зображені на навігаційній карті, ясно видно з моря (вдень і вночі) і можуть використовуватися для навігації.) На картах завжди зображуються видимі з моря маяки, водонапірні вежі, високі будівлі, що будують окремо, радіощогли і т.д.

За допомогою ручного компаса-пеленгатора візьмемо магнітні пеленги на вибрані орієнтири А, Ві З (див. рис. 8). Ми розуміємо, що для того, щоб нанести на карту магнітний пеленг, ми повинні перетворити його в істинний, використовуючи поправку на магнітне відмінювання.

Рис. 8

Нагадаємо правило: при переході від магнітного пеленгу до справжнього західне відмінювання віднімається, а східне додається.

Давайте припустимо, що після того, як ми взяли пеленги по черзі на маяк А, маяк Ві острів і перерахували їх у справжні пеленги, ми отримали такі значення:

Справжній пеленг на маяк А– 045ºТ
Справжній пеленг на маяк В– 90ºТ
Істинний пеленг на острів З– 135ºТ

За допомогою прокладача відкладемо ці справжні пеленги від наших об'єктів А, В, С,як показано на Рис. 9.

Рис. 9

Як бачимо, пеленги перетнулися над одній точці, а утворили якийсь трикутник ( hat). Це сталося через невеликі помилки у взятті пеленгів. Зате можна сказати, що яхта знаходиться о 10.15 десь усередині цього трикутника. Для наших цілей такої точності цілком достатньо – ми знайшли FIX. Запам'ятайте, будь ласка, кілька правил, яких необхідно дотримуватись для того, щоб FIXвашої яхти було якомога точніше:
1. вибирайте для взяття пеленгів найближчі, чіткіше видимі об'єкти;
2. намагайтеся, щоб кути між об'єктами були не надто гострими або надто тупими (оптимальні кути лежать у діапазоні 30–110º);
3. беріть пеленги якнайточніше;
4. якщо швидкість яхти велика (наприклад, моторна яхта), намагайтеся взяти пеленги за якомога менший проміжок часу, щоб зменшити помилку, спричинену переміщенням яхти за цей час.

Звичайно, існує ще багато способів визначення FIXнаприклад, за допомогою радара, з використанням створних об'єктів, виміряної секстаном висоти об'єктів, астрономічні методи і т.д. Ці способи виходять за межі нашого курсу для «чайників».

Мабуть, необхідно згадати про найпростіший спосіб взяття FIXза допомогою GPS- Ваш GPSпросто покаже вам координати судна – нанесіть правильно на карту і поставте час.

Навігація для "чайників". (Урок 4)

Рятувальний крюйс-пеленг

Один досвідчений яхтсмен якось розповідав мені, що багато років тому на невеликій яхті він потрапив у п'ятиденний шторм у Середземному морі. Електроустаткування яхти вийшло з ладу на другий день шторму через удар блискавки, батареї кишенькового. GPSвичерпали свій ресурс трохи пізніше, небо було затягнуте хмарами, так що можливості отримати фікс, використовуючи астронавігацію, не надавалося, та й як використати секстан на маленькій яхті (32 фути) при висоті хвилі 5-6 метрів?! П'ять днів і ночей вітер силою 8-9 балів лютував і кілька разів змінював свій напрямок, і про місце розташування яхти можна було з упевненістю сказати лише те, що вона десь у Середземному морі.

І ось на п'ятий вечір крізь дощ і бризки хвиль шкіпер помітив блискучий червоний вогонь. Помітивши період вогню, за довідником вогнів шкіпер визначив маяк, а потім, незважаючи на сильне хвилювання, використовуючи метод крюйс-пеленгу, визначив своє місцезнаходження з точністю до однієї морської милі!

Отже, маємо лише один видимий об'єкт, який можемо надійно ідентифікувати на карті. У межах нашої видимості, наприклад, один маяк або знак навігаційної обстановки, або маленький острів, мис, скеля, радіощогла.

У цьому випадку для визначення розташування яхти ми можемо використовувати метод, який називається running fix, або крюйс-пеленг. Метод заснований на тому, що ми беремо два пеленги на один об'єкт у різні моменти часу. Необхідною умовою застосування цього методу є збереження швидкості та курсу яхти принаймні протягом проміжку часу між взяттям першого та другого пеленгу на цей об'єкт.

Давайте подивимося, як це виглядає практично. Припустимо, наша яхта йде дійсним курсом 080 ° Т зі швидкістю 8 вузлів. Ми ясно і чітко бачимо скелю ( rock), позначену на нашій карті. За допомогою компасу пеленгатора ( hand bearing compass) у 0900 беремо пеленг на цю скелю і, враховуючи магнітне відмінювання, перераховуємо його в істинний та наносимо на карту. Зверніть увагу, що курс (080 ° Т) ми прокладаємо на карті в довільному місці, оскільки ми не знаємо, де знаходиться яхта.

Допустимо, перший пеленг, взятий нами в 0900, дорівнює 45°М. Магнітне відмінювання покладемо рівним 07°30"W. Перераховуємо магнітний пеленг в істинний: 045°М - 07°30"W = 37°30"T. Наносимо його на карту. Продовжуємо йти, скажімо, 30 хвилин, намагаючись якомога точніше тримати курс 080 ° Т і зберігаючи швидкість 8 вузлів. У 0930 беремо другий пеленг на цю скелю. Припустимо, він дорівнює 015 ° М. Перераховуємо його в істинний: 015 ° - 07 ° 30 "= 07 ° 30" Т і наносимо на карту - див. рис 1.

Рис. 1

За 30 хвилин (час між взяттям першого та другого пеленгу) наша яхта пройшла 4 морські милі курсом 80°Т. На лінії курсу від точки її перетину з першим пеленгом відкладаємо пройдену відстань (4 морські милі). Переносимо перший пеленг паралельно самому собі у цю точку. Точка перетину пеленгу, взятого в 0930, і перенесеного пеленга і є місце розташування нашої яхти в 0930, або RF 0930 ( running fix), --див. рис. 2і Рис. 3.

Рис. 2

Рис. 3

Точність цього методу залежить від того, наскільки точно ви можете тримати курс, швидкість і, природно, наскільки точно візьмете два пеленги. На відносно спокійній воді та при добре вивіреному лазі цим методом можна отримати фікс практично з точністю GPS.