Технике за израчунавање положаја брода помоћу астрономије
Усред напретка ГПС-а и дигиталних навигационих уређаја, техника израчунавања положаја брода помоћу астрономије (астрономска навигација или небеска навигација) остаје релевантна. Више од романтичне забаве за морнаре прошлости, ова вештина служи као витална резерва када дође до поремећаја електронских система, губитка сигнала или отказа опреме. Коришћењем небеских тела - Сунца, Месеца, планета и звезда - навигатор може самостално одредити положај брода на отвореном мору. Овај чланак разматра основне принципе, алате који се користе и практичне кораке за израчунавање положаја брода помоћу астрономије.
1. Основни принципи астрономске навигације
Астрономска навигација се заснива на мерењу угла елевације (надморске висине) небеског тела у односу на хоризонт у датом тренутку. Ако знамо:
1) веома прецизно време посматрања,
2) положај небеских тела у то време (из астрономских података), и
3) измерени угао елевације небеског тела,
Затим можемо нацртати линију положаја (LOP) на мапи. Комбиновањем две или више LOP-ова из посматрања различитих небеских тела, добијамо тачку пресека која постаје процењени положај (фиксна позиција) брода.
Концептуално, када се звезда налази на одређеној висини изнад хоризонта, брод се налази на великом кругу на површини Земље који се назива круг једнаке висине. Пошто је круг толико велики на наутичкој карти , мали део њега може се сматрати правом линијом: то је LOP (ниво висине над хоризонтом).
2. Потребна опрема
За извођење астрономских прорачуна положаја бродова, главна опрема укључује:
– Секстант: алат за мерење угла између небеских тела и хоризонта (висине небеских тела).
– Хронометар: тачан бродски сат, подешен на стандардно време (обично UTC/GMT).
– Наутички алманах: садржи податке о положајима небеских тела на сваких сат времена (и минутне/секундне корекције).
– Табеле редукције или методе израчунавања: на пример Табеле редукције вида (HO 249/HO 229) или ручни тригонометријски прорачуни.
– Наутичке карте, оловка, лењир и плотер: за цртање LOP-а и добијање тачака опоравка.
– Компас и дневник брзине (опционо, али корисно): за процену почетне позиције пре астрономске тачке.
Иако сада постоје калкулатори и апликације, основни принцип остаје исти: мерење секстанта + тачно време + алманах + редукција + графикон.
3. Мерење секстантом: „Визир“
Први корак је посматрање (виђење). На пример, за Сунце:
1) Изаберите објекат: Сунце се често користи јер је лако видљиво; звезде се користе у сумрак/зору; планете и месец се такође могу користити.
2) Измерите висину небеског објекта (Hs): усмерите секстант док слика небеског објекта не „додирне“ линију хоризонта.
3) Забележите UTC време са прецизношћу од неколико секунди: пошто се померање положаја небеских тела брзо мења, време које је погрешно за 4 секунде може значити око 1 наутичку миљу по географској дужини (отприлике, зато што се Земља ротира 15° на сат).
4) Поновите неколико пута: извршите неколико мерења и узмите просек да бисте смањили грешке.
За звезде, посматрања се обично врше када је хоризонт још увек јасно видљив: грађански сумрак. За дневно Сунце, уобичајена техника је мерење надморске висине како би се добила линија јаког положаја (LOP), а такође и пронашла географска ширина пролаза меридијана (кулминација).
4. Корекција секстанта: Од Hs до Ho
Угао који очита секстант (Hs) није спреман за употребу. Мора се кориговати на посматрану надморску висину (Ho) коришћењем неколико стандардних корекција:
– Индексна грешка (IE): нулта грешка у секстанту. Компензује се корекцијом индекса.
– Нагиб (корекција хоризонта): пошто је посматрач изнад нивоа мора, хоризонт изгледа као да „пада“. Нагиб зависи од висине ока од површине.
– Рефракција (атмосферска рефракција): атмосфера прелама светлост тако да објекти изгледају виши.
– Корекција Сунца/Месеца: за Сунце и Месец постоје додатне корекције као што су полупречник (мерење горње/доње ивице) и паралакса (посебно Месец).
Након што се примене све корекције, добија се Ho. Ова вредност Ho се користи у процесу редукције да би се добила LOP.
5. Утврдите податке о небеским објектима из Алманаха
Из Наутичког алманаха, навигатор је преузео:
– GHA (Гринвички сатни угао): сатни угао небеског тела у односу на Гринички меридијан, повезан са географском дужином.
– Деклинација (Dec): „небеска географска ширина“ објекта, северна (+) или јужна (-).
Пошто алманаси обично дају вредности на сатном нивоу, интерполација се врши за минуте и секунде времена посматрања. Тачност интерполације је важна, посебно за брзо крећући се Месец.
6. Метод пресретања (Марцк Ст. Хилаире)
Најчешћа метода за израчунавање модерне LOP је метода пресецања. У суштини, упоређујемо висину „претпостављене позиције“ од претпостављене позиције (AP) са стварном посматраном висином (Ho).
Брзи кораци су:
1) Одредити процењену позицију (DR/EP): на основу процене путање (курс и пређена удаљеност) или процењене последње позиције.
2) Изаберите Претпостављена позиција (AP): заокружено ради лакшег израчунавања (нпр. заокружити географску ширину и заокружити LHA).
3) Израчунајте LHA (локални сатни угао):
LHA = GHA ± географска дужина (знаци прилагођени: источна географска дужина се обично одузима, западна географска дужина се додаје — у зависности од коришћене табеларне конвенције).
4) Израчунајте аритметичку висину (Hc) и азимут (Zn) AP користећи HO табелу или формулу сферне тригонометрије.
5) Упоредите Ho са Hc:
Пресек = Ho − Hc (у лучним минутима; 1′ ≈ 1 наутичка миља).
– Ако је Ho > Hc: „према“ (брод је ближи небеском телу него AP)
– Ако је Ho < Hc: „далеко“
6) Нацртајте LOP: Од AP, нацртајте азимутску линију према Zn, затим измерите пресечну тачку према/даље, поставите тачку. Из те тачке, нацртајте нормалну линију на азимут - то је LOP.
Једним посматрањем добијамо једну линију положаја. За фиксирање су потребне најмање две линије положаја са два небеска тела (или два различита времена).
7. Решавање проблема: Комбиновање два или три LOP-а
Постоји неколико начина за изградњу поправке:
– Два различита небеска објекта у блиским временима (на пример, две звезде у сумрак).
– Сунце два пута са временским интервалом (текућа исправка): прва LOP се „помера“ у складу са кретањем брода до другог LOP времена.
– Три небеска тела: пружају јачу фиксацију и омогућавају детекцију грешака (LOP формира мали троугао).
У сумрак, навигатори често узимају 3–5 звездица јер:
1) звезда производи различите азимуте (LOP сече под добрим углом),
2) кратко време посматрања,
3) хоризонт је још увек јасан.
Најбољи резултати су обично када се две LOP тачке секу близу угла од 90°, јер несигурност мерења резултира мањом површином грешке.
8. Израчунавање географске ширине из кулминације Сунца (подневног вида)
Поред методе пресецања, веома корисна класична техника је подневно мерење географске ширине. Када Сунце достигне своју дневну највишу тачку (пролазак меридијаном), правац Сунца је директно север/југ, а израчунавање географске ширине постаје једноставније:
Генерално:
– Географска ширина ≈ 90° − Хо + Дец , при чему знак зависи од тога да ли се Сунце и посматрач налазе на истој хемисфери (С/Ј).
Навигатор и даље мора да примени корекцију Hs → Ho, узме Dec из алманаха на локалној кулминацији и забележи да ли је Сунце северно или јужно од зенита посматрача. Подневна мерна скала пружа добру географску ширину, али географска дужина и даље захтева друге технике (нпр. јутарња/вечерња мерна скала или метод времена).
9. Извори грешака и како их смањити
Астрономска навигација захтева прецизност, али је и толерантна ако се правилно уради. Уобичајене грешке укључују:
– Нетачност времена: некориговано померање хронометра.
– Нејасан хоризонт: високи таласи, магла или одсјај.
– Грешка индекса је погрешна: секстант није калибрисан.
– Грешка у идентификацији звезде.
– Грешка при цртању: грешка при цртању пресека и LOP-а.
Ублажавање:
– проверите индекс грешке пре посматрања,
– направите неколико снимака и усредните их,
– користите лако препознатљиве звезде,
– уредно израчунава и црта,
– упоредите са DR/EP како би резултати били разумни.
10. Зашто још увек треба да учимо?
Иако је GPS веома прецизан, астрономска навигација пружа три главне предности:
1) Резервна копија у случају нужде: када постоји проблем са струјом, антеном или сигналом.
2) Независна верификација: осигуравање да електронски став није обмањујући.
3) Потпуније разумевање навигације: побољшање дисциплине, вештина запажања и аналитичких вештина навигатора.
Морнар који може астрономски израчунати своју позицију има веће самопоуздање када је далеко од копна и комуникационих услуга.
Пенутуп
Техника израчунавања положаја брода помоћу астрономије комбинује посматрање, мерење времена, податке из алманаха и прорачуне сферне геометрије како би се добиле линије положаја и фиксне тачке. Од мерења секстаната, корекције Hs у Ho, узимања GHA и деклинације из алманаха, до пресретања и цртања LOP-ова — све то ствара самостални навигациони систем који је издржао тест времена стотинама година. У модерном добу, ове вештине остају вредне као поуздана резерва и поморско научно наслеђе вредно очувања.
Ако желите, могу додати једноставан пример израчунавања (са бројевима) за један поглед на Сунце или пример фиксне звезде током сумрака како би процес био практичнији.
