Laivo padėties apskaičiavimo naudojant astronomiją metodai
Tobulėjant GPS ir skaitmeniniams navigacijos įrenginiams, laivo padėties apskaičiavimo naudojant astronomiją (astronominė navigacija arba dangaus navigacija) technika išlieka aktuali. Šis įgūdis buvo ne tik romantiška praeities jūreivių pramoga, bet ir gyvybiškai svarbi atsarginė priemonė, kai sutrinka elektroninės sistemos, dingsta signalai arba sugenda įranga. Naudodamasis dangaus kūnais – Saule, Mėnuliu, planetomis ir žvaigždėmis – navigatorius gali savarankiškai nustatyti laivo padėtį atviroje jūroje. Šiame straipsnyje aptariami pagrindiniai laivo padėties apskaičiavimo naudojant astronomiją principai, naudojami įrankiai ir praktiniai žingsniai.
1. Pagrindiniai astronominės navigacijos principai
Astronominė navigacija pagrįsta dangaus kūno aukščio (aukščio) kampo horizonto atžvilgiu matavimu tam tikru laiku. Jei žinome:
1) labai tikslus stebėjimo laikas,
2) dangaus kūnų padėtis tuo metu (remiantis astronominiais duomenimis) ir
3) išmatuotas dangaus kūno aukščio kampas,
Tada žemėlapyje galime nubrėžti padėties liniją (LOP). Sujungdami dvi ar daugiau LOP, gautas stebint skirtingus dangaus kūnus, gauname susikirtimo tašką, kuris tampa numatoma laivo padėtimi (fiksuotu tašku).
Konceptualiai, kai žvaigždė yra tam tikrame aukštyje virš horizonto, laivas yra ant didelio apskritimo Žemės paviršiuje, vadinamo vienodo aukščio apskritimu. Kadangi šis apskritimas jūriniame žemėlapyje yra toks didelis, maža jo dalis gali būti laikoma tiesia linija: tai yra lygiagretusis apskritimas (LOP).
2. Reikalinga įranga
Norint atlikti astronominius laivo padėties skaičiavimus, pagrindinė įranga apima:
– Sekstantas: įrankis kampui tarp dangaus kūnų ir horizonto (dangaus kūnų aukščio) matuoti.
– Chronometras: tikslus laivo laikrodis, nustatytas pagal standartinį laiką (dažniausiai UTC/GMT).
– Jūrų kalendorius: jame pateikiami valandiniai dangaus kūnų padėties duomenys (su minučių/sekundžių pataisomis).
– Redukcinės lentelės arba skaičiavimo metodai: pavyzdžiui, regėjimo redukcijos lentelės (HO 249/HO 229) arba rankiniai trigonometriniai skaičiavimai.
– Jūriniai žemėlapiai, pieštukas, liniuotė ir braižytuvas: LOP nubrėžimui ir koordinačių nustatymui.
– Kompasas ir greičio dienoraštis (nebūtina, bet naudinga): pradinei padėčiai prieš astronominį nustatymą įvertinti.
Nors dabar yra skaičiuotuvų ir programėlių, pagrindinis principas išlieka tas pats: sekstanto matavimas + tikslus laikas + kalendorius + redukcija + grafikas.
3. Matavimas sekstantu: „regėjimo“ paėmimas
Pirmas žingsnis – atlikti stebėjimą (žvilgsnį). Pavyzdžiui, Saulei:
1) Pasirinkite objektą: saulė dažnai naudojama, nes ji lengvai matoma; žvaigždės naudojamos sutemus/auštant; taip pat galima naudoti planetas ir mėnulį.
2) Išmatuokite dangaus objekto aukštį (Hs): nukreipkite sekstantą tol, kol dangaus objekto atvaizdas „palies“ horizonto liniją.
3) UTC laiką užrašykite sekundžių tikslumu: kadangi dangaus kūnų padėtys keičiasi greitai, 4 sekundžių neatitikimas laikui gali reikšti maždaug 1 jūrmylę ilgumos (maždaug todėl, kad Žemė sukasi 15° per valandą).
4) Pakartokite kelis kartus: atlikite kelis matavimus ir išskaičiuokite vidurkį, kad sumažintumėte paklaidas.
Žvaigždžių stebėjimai paprastai atliekami, kai horizontas dar aiškiai matomas: civilinėje prieblandoje. Dienos metu stebint Saulę, įprastas metodas yra išmatuoti aukštį virš jūros lygio, kad būtų gauta stipriosios pozicijos linija (LOP), taip pat nustatyta meridiano praėjimo (kulminacijos) platuma.
4. Sekstanto korekcija: nuo Hs iki Ho
Sekstanto nuskaitytas kampas (Hs) nėra paruoštas naudoti. Jis turi būti pataisytas pagal stebimą aukštį (Ho) naudojant kelias standartines pataisas:
– Indekso paklaida (IE): nulinė sekstanto paklaida. Kompensuojama indekso korekcija.
– Nuolydis (horizonto korekcija): kadangi stebėtojas yra virš jūros lygio, horizontas atrodo „kritęs“. Nuolydis priklauso nuo akies aukščio nuo paviršiaus.
– Refrakcija (atmosferos refrakcija): atmosfera lenkia šviesą taip, kad objektai atrodytų aukštesni.
– Saulės / Mėnulio korekcija: Saulei ir Mėnuliui taikomos papildomos korekcijos, pvz., pusskersmuo (viršutinio / apatinio krašto matavimas) ir paralaksas (ypač Mėnulio).
Pritaikius visas korekcijas, gaunamas Ho. Ši Ho vertė naudojama redukcijos procese, siekiant gauti LOP.
5. Nustatykite duomenis apie dangaus objektus iš Almanacho
Iš Jūrų kalendoriaus navigatorius ištraukė:
– GHA (Grinvičo valandos kampas): dangaus kūno valandos kampas Grinvičo meridiano atžvilgiu, susijęs su ilguma.
– Deklinacija (Dec): objekto „dangiškoji platuma“, šiaurė (+) arba pietūs (-).
Kadangi kalendoriuose paprastai pateikiamos valandinės vertės, interpoliacija atliekama stebėjimo laiko minutėms ir sekundėms. Interpoliacijos tikslumas yra svarbus, ypač greitai judančiam Mėnuliui.
6. Perėmimo metodas (Marcq St. Hilaire)
Dažniausias šiuolaikinio LOP skaičiavimo metodas yra perėmimo metodas. Iš esmės mes palyginame „tariamos padėties“ aukštį nuo tariamos padėties (AP) su faktiniu stebimu aukščiu (Ho).
Greiti žingsniai yra šie:
1) Nustatykite numatomą buvimo vietą (DR/EP): pagal tiesioginį skaičiavimą (kursas ir nuvažiuotas atstumas) arba numatomą paskutinę buvimo vietą.
2) Pasirinkite Numatoma padėtis (AP): suapvalinta, kad būtų lengviau skaičiuoti (pvz., suapvalinta platuma ir suapvalinta LHA).
3) Apskaičiuokite LHA (vietinį valandos kampą):
LHA = GHA ± ilguma (ženklai pakoreguoti: rytų ilguma paprastai atimama, vakarų ilguma pridedama – priklausomai nuo naudojamos lentelės konvencijos).
4) Apskaičiuokite AP aritmetinį aukštį (Hc) ir azimutą (Zn) naudodami HO lentelę arba sferinės trigonometrijos formulę.
5) Palyginkite Ho su Hc:
Interceptas = Ho − Hc (lanko minutėmis; 1′ ≈ 1 jūrmylė).
– Jei Ho > Hc: „link“ (laivas yra arčiau dangaus kūno nei AP)
– Jei Ho < Hc: „toli“ 6) Nubraižykite LOP: nuo AP nubrėžkite azimuto liniją link Zn, tada išmatuokite sankirtos tašką link/toli, padėkite tašką. Iš to taško nubrėžkite statmeną liniją azimutui – tai yra LOP. Vienu stebėjimu gauname vieną padėties liniją. Nustatymui reikalingos bent dvi padėties linijos iš dviejų dangaus kūnų (arba dviejų skirtingų laikų). 7. Nustatymo gavimas: dviejų ar trijų LOP derinimas Yra keli būdai, kaip nustatyti padėtį: - Du skirtingi dangaus kūnai artimu laiku (pvz., dvi žvaigždės prieblandoje). - Saulė du kartus su intervalu (bėgantis nustatymas): pirmasis LOP yra „perkeliamas“ pagal laivo judėjimą iki antrojo LOP laiko. - Trys dangaus kūnai: suteikia tikslesnį nustatymą ir leidžia aptikti klaidas (LOP sudaro mažą trikampį). Prieblandoje navigatoriai dažnai paima 3–5 žvaigždes, nes: 1) žvaigždžių azimutai skiriasi (žvaigždžių horizonto linijos susikerta gerais kampais), 2) stebėjimo laikas trumpas, 3) horizontas vis dar giedras. Geriausi rezultatai paprastai gaunami, kai du horizonto linijos susikerta arti 90°, nes matavimo neapibrėžtumas lemia mažesnę paklaidos sritį. 8. Platumos apskaičiavimas pagal Saulės kulminaciją (vidurdienio stebėjimas) Be perėmimo metodo, labai naudingas klasikinis metodas yra vidurdienio stebėjimas platumai nustatyti. Kai Saulė pasiekia aukščiausią paros tašką (meridiano praėjimą), Saulės kryptis yra tiksliai šiaurė/pietūs, o platumos apskaičiavimas tampa paprastesnis:
