Навигация - наука о вождении судов, самолетов, космических аппаратов.
Для судна, направляющегося из одного порта в другой, важно выбрать
наиболее выгодный путь и держаться его, постоянно контролируя свое
местонахождение. В этом людям и помогает навигация.
Древние мореходы старались плавать вблизи берегов и местонахождение
судна определяли по береговым ориентирам. Смелые финикийцы и викинги,
плавая вдали от берегов, ориентировались по солнцу и звездам. В XI в.
появился компас, но магнитная стрелка в высоких широтах показывала не на
географический север, а на магнитный полюс, не совпадающий с северным
полюсом. Значит, чем выше были широты, в которых плавали суда, тем
большей погрешностью отличались показания компаса. Компас являлся далеко
не универсальным средством ориентации. В середине XVI в.' выдающийся
фламандский картограф Г. Мерка-тор вычислил координаты магнитного
полюса, предложил новый принцип составления карт в равноугольной
цилиндрической проекции. С тех пор в этой проекции составляются все
морские карты.
В настоящее время направление движения судна определяют по магнитному
компасу (с учетом магнитного склонения) или по гирокомпасу. Гирокомпас
устроен по принципу волчка и вращается двигателем с частотой 300 ООО
оборотов в минуту. Как и всякий волчок, он обладает свойством сохранять
в пространстве заданное положение оси, например направление с севера на
юг.
Когда судно находится в открытом море, то его курс и пройденное
расстояние постоянно наносят на карту. Такой учет курса называется
счислением, а курс - счислимым. Результат работы штурмана называют
прокладкой (курса судна по карте).
Только поблизости от берега по маяку или по пеленгатору (прибору для
определения угловых направлений на внешние ориентиры: береговые или
плавучие объекты, небесные светила и др.) штурман может точно назвать
координаты судна. Он определяет направление на два ориентира, положение
которых известно по карте. От этих ориентиров на картепроводят линии, а точкой их пересечения и будет местонахождение
судна в море.
Вдали от берега штурман пользуется навигационными приборами. Скорость
судна и пройденное расстояние измеряются с помощью лага. Лаги бывают
гидродинамическими и гидростатическими. Гидродинамический лаг - это
вертушка (винт), которую на тросе тянут за кормой судна. Обычно лаг
соединяют со счетчиком оборотов, установленным на днище судна. Чем
быстрее идет судно, тем быстрее вращается лаг, и счетчик показывает
большее число оборотов, а на его циферблате указывается значение
скорости судна.
Гидростатический лаг воспринимает силу давления воды. В воду опущена
трубка, согнутая на конце. Отверстие трубки обращено вперед. Поток
набегающей на судно воды создает давление. Чем больше скорость, тем
больше давление. По значению давления и определяется скорость судна.
Измерение скорости судна в узлах связано с применением первого
простейшего лага, похожего на поплавок. Его сбрасывали с судна на
веревке, разделенной на части узлами. Число <выбежавших> за полминуты с
судна узлов соответствовало числу пройденных судном морских миль (1,852
км) в час.
Однако лаг не дает очень точного представления о скорости судна, потому
что с его помощью нельзя учесть скорости и направления течений, ветра, а
также факторов, влияющих на снос судна. Морякам нужен не счислимый, а
истинный курс судна, поэтому счислимый курс корректируется
астрономическими наблюдениями с использованием секстанта (или секстана)
- угломерного зеркально-отражательного инструмента для измерения высот
небесных светил над горизонтомили углов между
видимыми на берегу предметами. Устройство секстанта таково: к бронзовому
сектору, составляющему примерно '/в часть круга (название прибора и
произошло от латинского слова sextantis - <шестой>), прикреплены
зрительная труба и два зеркала (для отражения лучей света от небесного
светила). На секторе нанесены деления - градусы и минуты - для угловых
измерений.
Навигационные приборы. Основной прибор
гироскопического компаса; репитер - указатель истинного направления
стран света.
При определении местонахождения корабля или самолета по солнцу или
звездам с помощью секстанта обычно измеряют высоты нескольких небесных
светил над линией видимого горизонта. Затем вносят в полученный
результат ряд поправок, учитывающих, например, понижение видимого
горизонта и др. И наконец, определяют (чаще всего графически) поправки к
счислимым координатам, пользуясь формулами мореходной и авиационной
астрономии.
С развитием радиотехники радиосвязь пришла на помощь судовой навигации.
Радиомаяки, местоположение которых точно известно, непрерывно посылают
радиосигналы. Их
принимает судовой радиопеленгатор - специальный радиоприемник, при
помощи которого определяют пеленг - угол между меридианом, на котором
находится судно, и направлением на источник радиоволн. При определении
местоположения судна учитывают пеленги двух радиостанций (радиомаяков).
В интересах навигации используют и радиолокатор (см. Радиолокация),
позволяющий <видеть> в темноте и тумане, определять расстояние и пеленг
до берега или до судна, с которым нужно разойтись в море.
Место судна можно уточнить и по рельефу дна, изображенному на карте. Для
этого применяют ультразвуковой прибор - эхолот (см. Акустика,
акустическая техника). Измеряя время прохождения ультразвукового
импульса до морского дна и обратно, прибор определяет глубину, и
автосамописец вычерчивает кривую глубин - рельеф дна. Штурман сравнивает
изображение на карте с показаниями эхолотов.
Важную роль играет навигационная техника в авиации, помогая водить
самолеты. Перед пилотом на приборной доске среди множества различных
приборов есть и навигационные. Это высотомер, устройство которого
основано на тех же принципах, что и барометра, реагирующего на изменение
давления. Давление с высотой уменьшается, и штурман сравнивает давление
на земле с показаниями высотомера. Так можно узнать примерную высоту
полета. Истинная высота полета определяется радиовысотомером - малым
радиолокатором. Он посылает радиоимпульсы к земле и принимает их
обратно. Скорость радиоволны известна - 300 ООО км/с, и прибор
определяет высоту полета по времени с момента посылки и до возвращения
импульса. Измерителем скорости на высоте служит манометр, измеряющий
давление встречного потока воздуха. С высотой оно уменьшается, и прибор
показывает меньшую скорость. Но указатель скорости автоматически
учитывает это изменение, и в результате его стрелка указывает на
истинную скорость полета. О направлении полета можно судить по
показаниям гирокомпаса.
Экран радиолокатора
Рубка речного судна с навигационными приборами
Навигационный прибор
штурмана самолета
Как судно морскими течениями, самолет сносит воздушными течениями.
Здесь на помощь штурману приходит авиасекстант, измеряющий высоту
светила над горизонтом. Зная угловую высоту светила и точное время ее
определения, рассчитывают линию положения самолета. По двум светилам
находят две линии положения, а точка их пересечения определяет
местоположение самолета. Лететь точно по курсу помогают радиомаяки и
радиолокаторы.
С началом космической эры появилась и космическая навигация (см.
Управление космическим аппаратом в полете). Искусственные спутники Земли
(ИСЗ) служат ориентирами судам. Создается глобальная система
навигационных ИСЗ. Чтобы взять пеленг и определить точное место судна,
спутников должно быть не менее двух. Результаты измерений в сочетании с
известными географическими координатами спутников помогают определить
место судна с точностью до 50-100 м.
