Техники за пресметување на позицијата на бродот со помош на астрономијата
И покрај напредокот во GPS и дигиталните навигациски уреди, техниката на пресметување на позицијата на бродот со помош на астрономијата (астрономска навигација или небесна навигација) останува релевантна. Повеќе од само романтична забава за морнарите од минатото, оваа вештина служи како витална резерва кога електронските системи се нарушени, сигналите се губат или опремата откажува. Со користење на небесни тела - Сонцето, Месечината, планетите и ѕвездите - навигаторот може независно да ја одреди позицијата на бродот на отворено море. Оваа статија ги разгледува основните принципи, алатките што се користат и практичните чекори за пресметување на позицијата на бродот со помош на астрономијата.
1. Основни принципи на астрономската навигација
Астрономската навигација се базира на мерење на аголот на елевација (висина) на небесното тело во однос на хоризонтот во дадено време. Ако знаеме:
1) многу точно време на набљудување,
2) положбата на небесните тела во тоа време (од астрономски податоци) и
3) измерениот агол на елевација на небесното тело,
Потоа можеме да нацртаме линија на позиција (LOP) на картата. Со комбинирање на две или повеќе LOP-и од набљудувања на различни небесни тела, добиваме пресечна точка што станува проценетата позиција (фикс) на бродот.
Концептуално, кога ѕвездата е на одредена висина над хоризонтот, бродот се наоѓа на голем круг на површината на Земјата наречен круг со еднаква надморска височина. Бидејќи кругот е толку голем на поморската карта , мал дел од него може да се смета за права линија: тоа е LOP.
2. Потребна опрема
За извршување на астрономски пресметки на позициите на бродовите, главната опрема вклучува:
– Секстант: алатка за мерење на аголот помеѓу небесните тела и хоризонтот (висина на небесните тела).
– Хронометар: точен бродски часовник, поставен на стандардно време (обично UTC/GMT).
– Наутички алманах: содржи часовни податоци за позициите на небесните тела (и корекции во минута/секунда).
– Табели за редукција или методи за пресметка: на пример Табели за редукција со вид (HO 249/HO 229) или рачни тригонометриски пресметки.
– Наутички карти, молив, линијар и плотер: за цртање LOP и добивање поправки.
– Дневник на компас и брзина (опционално, но корисно): за да се процени почетната позиција пред астрономската фиксација.
Иако сега постојат калкулатори и апликации, основниот принцип останува ист: мерење со секстант + точно време + алманах + редукција + графикон.
3. Мерење со секстант: „Виждање“
Првиот чекор е да се направи набљудување (видување). На пример, за Сонцето:
1) Изберете објект: Сонцето често се користи бидејќи е лесно видливо; ѕвездите се користат во самрак/зора; планетите и месечината исто така можат да се користат.
2) Измерете ја висината на небесниот објект (Hs): насочете го секстантот сè додека сликата на небесниот објект не ја „допре“ линијата на хоризонтот.
3) Запишете го UTC времето со прецизност од секунди: бидејќи поместувањето на позициите на небесните тела се менува брзо, времето што е поинакво за 4 секунди може да значи околу 1 наутичка милја во географска должина (приближно, бидејќи Земјата ротира 15° на час).
4) Повторете неколку пати: земете неколку мерења и земете го просекот за да ги намалите грешките.
За ѕвездите, набљудувањата обично се прават кога хоризонтот е сè уште јасно видлив: граѓански самрак. За дневното Сонце, вообичаена техника е да се измери надморската височина за да се добие линијата на силна позиција (LOP), а исто така да се најде и географската ширина на меридијанскиот премин (кулминација).
4. Секстантна корекција: Од Hs до Ho
Аголот што го чита секстантот (Hs) не е подготвен за употреба. Мора да се корегира на набљудуваната надморска височина (Ho) со помош на неколку стандардни корекции:
– Грешка во индексот (IE): нулта грешка во секстантот. Компензирана со корекција на индексот.
– Корекција на хоризонтот (наклон): бидејќи набљудувачот е над нивото на морето, хоризонтот изгледа како да „паѓа“. Наклонот зависи од висината на окото од површината.
– Рефракција (атмосферска рефракција): атмосферата ја свиткува светлината така што предметите изгледаат повисоко.
– Корекција на Сонце/Месечина: за Сонцето и Месечината има дополнителни корекции како што се полудијаметар (мерење на горниот/долниот раб) и паралакса (особено Месечината).
Откако ќе се применат сите корекции, се добива Ho. Оваа вредност на Ho се користи во процесот на редукција за да се добие LOP.
5. Одредување на податоци за небесните објекти од Алманахот
Од Наутичкиот алманах, навигаторот зел:
– GHA (Гринички часовен агол): часовниот агол на небесното тело во однос на Гриничкиот меридијан, поврзан со географската должина.
– Деклинација (Dec): „небесната географска ширина“ на објектот, северна (+) или јужна (-).
Бидејќи алманахот обично дава часовни вредности, интерполацијата се врши за минутите и секундите од времето на набљудување. Точноста на интерполацијата е важна, особено за брзо движечката Месечина.
6. Метод на пресретнување (Marcq St. Hilaire)
Најчестиот метод за пресметување на современата LOP е методот на пресретнување. Во суштина, ја споредуваме надморската височина на „претпоставената позиција“ од претпоставената позиција (AP) со фактичката набљудувана надморска височина (Ho).
Брзите чекори се:
1) Определете ја проценетата позиција (DR/EP): од моментална пресметка (курс и поминато растојание) или проценета последна позиција.
2) Изберете претпоставена позиција (AP): заоблено за полесно пресметување (на пр. заоблена географска ширина и заоблена LHA).
3) Пресметајте го LHA (локален часовен агол):
LHA = GHA ± географска должина (знаците се прилагодуваат: источната географска должина обично се одзема, а западната географска должина се додава - во зависност од употребената табеларна конвенција).
4) Пресметајте ја аритметичката висина (Hc) и азимутот (Zn) на AP користејќи ја HO табелата или формулата за сферична тригонометрија.
5) Споредете Ho со Hc:
Пресек = Ho − Hc (во лачни минути; 1′ ≈ 1 наутичка милја).
– Ако Ho > Hc: „кон“ (бродот е поблиску до небесното тело отколку AP)
– Ако Ho < Hc: „далеку“
6) Нацртајте ја граничната точка на движење (LOP): Од точката AP, повлечете азимутна линија кон Zn, потоа измерете го пресекот кон/оддалечувајќи се, поставете точка. Од таа точка, повлечете нормална линија на азимутот - тоа е граничната точка на движење (LOP).
Со едно набљудување, добиваме една линија на позиција. За фиксирање се потребни минимум две линии на позиција од две небесни тела (или две различни времиња).
7. Добивање на решение: Комбинирање на два или три LOP-а
Постојат неколку начини да се изгради поправка:
– Два различни небесни објекти во блиски времиња (на пример, две ѕвезди во самрак).
– Сонце двапати со временски интервал (тековна поправка): првата LOP се „поместува“ според движењето на бродот до втората LOP време.
– Три небесни тела: обезбедуваат посилна фиксација и овозможуваат детекција на грешки (LOP формира мал триаголник).
Во самрак, навигаторите често земаат 3–5 ѕвездички затоа што:
1) ѕвездата произведува различни азимути (LOP сече под добар агол),
2) кратко време на набљудување,
3) Хоризонтот е сè уште јасен.
Најдобри резултати обично се постигнуваат кога двата LOP се сечат близу 90°, бидејќи неизвесноста на мерењето резултира со помала област на грешка.
8. Пресметување на географската ширина од кулминацијата на сонцето (пладневен поглед)
Освен методот на пресретнување, многу корисна класична техника е пладневното набљудување за географска ширина. Кога Сонцето ќе ја достигне својата највисока дневна точка (меридијански премин), насоката на Сонцето е директно север/југ, а пресметката на географската ширина станува поедноставна:
Општо земено:
– Географска ширина ≈ 90° − Ho + Dec , при што знакот зависи од тоа дали Сонцето и набљудувачот се наоѓаат на истата хемисфера (С/Ј).
Навигаторот сè уште мора да ја примени корекцијата Hs → Ho, да го земе Dec од алманахот при локална кулминација и да забележи дали Сонцето е северно или јужно од зенитот на набљудувачот. Пладневниот поглед обезбедува добра географска ширина, но географската должина сè уште бара други техники (на пр., утрински/вечерен поглед или метод на време).
9. Извори на грешки и како да се намалат
Астрономската навигација бара прецизност, но е исто така толерантна ако се прави правилно. Честите грешки вклучуваат:
– Временска неточност: некорегирано поместување на хронометарот.
– Нејасен хоризонт: високи бранови, магла или отсјај.
– Грешката во индексот е погрешна: секстантот не е калибриран.
– Грешка при идентификација на ѕвезди.
– Грешка при цртање: грешка при цртање на пресекот и LOP.
Ублажување:
– проверете го индексот на грешка пред набљудување,
– земете неколку нишани и просечете ги,
– користете лесно препознатливи ѕвезди,
– уредно правете пресметки и графикони,
– споредете со DR/EP за да ги направите резултатите разумни.
10. Зошто сè уште треба да учите?
Иако GPS е многу точен, астрономската навигација нуди три главни придобивки:
1) Итна резервна копија: кога има проблем со електричната енергија, антената или сигналот.
2) Независна верификација: осигурување дека електронската позиција не е заведувачка.
3) Поцелосно разбирање на навигацијата: подобрување на дисциплината, набљудувањето и аналитичките вештини на навигаторот.
Морнар кој може астрономски да ја пресмета својата позиција има поголема самодоверба кога е далеку од копно и комуникациски услуги.
Затворање
Техниката за пресметување на позицијата на бродот со помош на астрономијата комбинира набљудување, мерење на времето, алманахски податоци и пресметки на сферна геометрија за да се добијат линии на позиција и фиксни точки. Од мерења со секстант, корекција на Hs во Ho, земање на GHA и деклинација од алманах, до пресретнување и исцртување на LOP - сето ова создава самостоен навигациски систем кој го издржал тестот на времето стотици години. Во модерната ера, овие вештини остануваат вредни како сигурна резервна копија и поморско научно наследство достојно за зачувување.
Ако сакате, можам да додадам едноставен пример за пресметка (со броеви) за еден поглед на Сонцето или пример за фиксна ѕвезда за време на самрак за да го направам процесот попрактичен.
