Текст книги "Яхтинг: Полное руководство"

Автор книги: Джефф Тогхилл

сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 16 страниц)

Секстант

Секстант, основной инструмент в традиционной океанской навигации, измеряет угол Солнца (звезд, планет или Луны) над горизонтом. С помощью двух зеркал, используя принцип расщепления изображения, секстант опускает Солнце в одном зеркале до горизонта, который виден в другом зеркале, и указывает величину угла на транспортире.

Большое зеркало, подвижная часть секстанта, прикреплено к алидаде. Солнце проходит через фильтры, благодаря которым оно выглядит как диск, и отражается от этого зеркала в малое зеркало, вертикально разделенное пополам, его наружная половина состоит из прозрачного стекла.

Солнце опускается в зеркальную половину, с помощью микрометрического винта изображение настраивается так, чтобы оно «сидело» на горизонте, что видно через стекло.

Принцип работы секстанта не изменился с тех пор, как его изобрел Исаак Ньютон в XVIII веке, он по-прежнему служит главным прибором для всех астронавигаторов

Угол Солнца над горизонтом (высота) определяется наблюдением Солнца и горизонта в телескоп. Когда они выровнены на одной линии, на транспортире снимается значение высоты

Корректировка секстанта

Зеркала являются важной и чувствительной частью секстанта, их настройка может нарушиться из-за малейшего толчка, жары или влажности. При повреждении или смещении зеркал относительно правильного положения в показаниях появляются ошибки.

Поэтому важно проверять правильную настройку зеркал каждый день перед первым измерением. Ниже рассмотрены основные ошибки и методы их устранения.

Индексная ошибка

Она наблюдается, когда два зеркала расположены не параллельно. Это обнаруживается при установке секстанта на абсолютный ноль и рассматривании горизонта в зрительную трубу.

Искажений быть не должно, отражение горизонта и его реальный вид должны представлять собой прямую линию. Если это так, значит, индексной ошибки нет, если же они не совпадают, то ошибка есть.

Оба горизонта выравниваются по одной линии вращением микрометрического винта, значение индексной ошибки снимается по шкале транспортира и затем применяется ко всем последующим показаниям секстанта.

Эта ошибка редко удаляется с помощью настройки зеркал; если она небольшая, она просто записывается и делается поправка ко всем снимаемым показаниям. Ее также можно определить ночью, используя звезду вместо горизонта.

Индексная ошибка: когда секстант установлен на ноль, истинный и отраженный горизонты должны образовывать непрерывную прямую линию. Если это правило не соблюдается (как видно на фотографии), значит, присутствует индексная ошибка

Боковая ошибка

Такая ошибка встречается, когда малое зеркало не перпендикулярно к самому секстанту. Она обнаруживается при установке прибора на абсолютный ноль и рассматривании горизонта. Затем секстант наклоняют в одну сторону под углом примерно 45°.

Если горизонт и его отражение смещаются друг относительно друга, значит, присутствует боковая ошибка, и ее нужно удалить с помощью небольшого винта за малым зеркалом. Винт при этом устанавливается в самое дальнее от корпуса инструмента положение.

Боковая ошибка: если линия горизонта ломается при наклоне секстанта в сторону (как видно на фотографии), значит, при сутствует боковая ошибка

Перпендикулярность

Эту ошибку трудно исправить. Она возникает из-за того, что большое зеркало установлено не перпендикулярно к корпусу инструмента. Чтобы проверить это, нужно поворачивать секстант до тех пор, пока транспортир не отразится в большом зеркале при взгляде сверху вниз под косым углом. Если отражение транспортира в зеркале совпадает с ним самим, видным за зеркалом, то перпендикулярности нет. Если дуги смещены друг относительно друга, ошибку следует устранить, поворачивая маленький винт позади большого зеркала.

Пользование секстантом

После проверки секстанта на погрешности его можно использовать для определения угла Солнца (или другого небесного тела) над горизонтом.

Рассматривать горизонт в зрительную трубу и опускать солнце с помощью подгонки дуги транс -портира может быть неудобно. Вместо этого широко применяется другой метод. Нужно установить секстант на ноль, поставить на место светофильтры и направить инструмент прямо на Солнце. Будут видны два Солнца – реальное и его отражение. Теперь следует постепенно опускать секстант, одновременно настраивая алидаду, чтобы удержать отражение Солнца в зеркале; так можно опускать Солнце, пока в прозрачном стекле малого зеркала не появится горизонт. Теперь остается осуществить тонкую настройку, чтобы подготовить прибор к проведению измерений.

Правильно измерить угол солнца над горизонтом можно только в том случае, если вы держите секстант строго вертикально. Если инструмент отклонен от вертикального положения, его показания будут неправильными.

Чтобы убедиться в том, что секстант расположен вертикально, его раскачивают из стороны в сторону, что вызывает поднятие и опускание изображения Солнца при его прохождении через горизонт (аналогично пузырьку воздуха на поверхности спирта). Секстант расположен вертикально, когда Солнце находится в нижней точке своей кривой, и тогда можно снимать показания. Раскачивать секстант нужно, если вы хотите получить правильные значения высоты.

Выбор времени

Время играет важную роль в астрономической навигации.

Местоположение лодки изначально определяется относительно положения Солнца (или другого тела) во время снятия показаний. Положение всех небесных тел в каждый час, минуту и секунду можно найти в «Морском астрономическом ежегоднике», поэтому точное определение времени проведения измерений является важным, если предстоит рассчитать местоположение судна.

Во времена, когда радио еще не было, а корабли находились в море в течение многих месяцев без какой бы то ни было связи с землей, на борту пользовались чрезвычайно точными хронометрами; в наши дни точное время можно узнать по радио непосредственно перед проведением измерений; хорошие наручные часы также могут помочь при выборе времени для снятия показаний.

Сигналы точного времени можно получать разными способами. Радиостанции регулярно сообщают время, любые суда в море могут следить за этими передачами. Два официальных издания, «Адмиралтейский перечень радиосигналов» (Великобритания) и «Пособие по радионавигации» (США), содержат подробную информацию о радиостанциях мира и их частотах. В навигации используется универсальное время (УВ), раньше оно называлось средним временем по Гринвичу.

Режим рабочего дня навигатора

Для контроля продвижения судна по океану многие навигаторы придерживаются определенного режима, при котором, если позволяют погодные условия, местоположение яхты проверяется регулярным наблюдением за небесными телами – иногда до пяти раз в день. Утреннее проведение измерений с использованием трех или четырех звезд проводится на рассвете, когда уже светло и горизонт виден отчетливо, но еще достаточно темно, чтобы можно было видеть звезды. Следующее измерение проводится по Солнцу вскоре после завтрака, так же как и полуденное, когда Солнце пересекает меридиан. Следующее измерение по Солнцу проводится после обеда; последнее выполняется по звезде в сумерках. Измерения не осуществляются ночью, потому что горизонт не виден.

Измерения по Солнцу, Луне, планетам и звездам проводятся одинаково, с той разницей, что при снятии показаний по Солнцу его нижний край всегда нужно опускать на горизонт. На яхтах и небольших судах Луной пользуются редко, в значительной степени потому, что измерения и расчеты в этом случае сложнее. Звезды и планеты также бывает трудно удерживать в поле зрения секстанта, когда судно движется по морю, поэтому Солнце остается главным ориентиром при измерениях на яхтах. Ниже даны рекомендации о том, как проводить измерения по Солнцу.

При выполнении измерений Солнце опускается к линии горизонта в малом зеркале, как описывалось выше. Оно или поднимается, или опускается (кроме полудня), поэтому нужна подгонка с помощью микрометрического винта, чтобы удерживать его на горизонте.

В момент снятия показаний помощник записывает время с точностью до секунды. Большинство навигаторов делают два измерения, чтобы уменьшить вероятность ошибки.

Снятие показания в полдень осуществляется, когда Солнце пересекает меридиан. Это означает, что оно поднимается, достигает пика и затем начинает опускаться. Момент пересечения меридиана, когда Солнце достигает пика, служит значением, используемым для расчетов полуденной широты.

Вычисления

Существует несколько способов обработки результатов измерений. Самым простым из них является метод сокращения. Для таких выкладок требуются две таблицы, а именно «Морской астрономический ежегодник» и «Таблицы сокращения», которые можно найти в любом книжном магазине, в отделе морских справочников. В «Морском астрономическом ежегоднике» перечислены положения солнца, луны, планет и звезд в каждую секунду каждого дня. «Таблицы сокращения» содержат данные для вычислений.

В задачу этой книги не входит изложение методики таких сложных расчетов, поэтому мы ограничимся только основными, но тем не менее точными вычислениями для обработки полученных значений: определением широты по высоте меридиана, или полуденного значения (см. с. 138).

Коррекция высоты

Угол Солнца над горизонтом называется высотой, она необходима для начала расчетов. Помимо погрешностей зеркал, описанных выше, в значениях высоты также возможен ряд ошибок, которые нужно устранить до их использования.

Поправки, учитывающие эти ошибки, в основном связанные с атмосферой Земли, размером Солнца, горизонтом и другими факторами, перечислены в «Морском астрономическом ежегоднике» в двух таблицах, обычно расположенных на форзаце или отдельной удобной вкладке.

Одна таблица дает значения Dip, ошибки, возникающей из-за кривизны земной поверхности. Другая, таблица поправок высоты, содержит одну общую поправку для учета всех остальных ошибок.

Отклонение является результатом опускания Солнца (в секстанте) на ложный горизонт, возникающий по причине изгиба земли (А). Истинный горизонт соответствует уровню глаз наблюдателя (В). Поправка на кривизну и есть отклонение

Отклонение изображения Солнца по причине атмосферного преломления является одной из составляющих в поправке на высоту

Небесная сфера

Все небесные тела располагаются на воображаемой небесной сфере, окружающей Землю. Для определения положения звезд и планет на небе используется сетка, идентичная картографической, состоящей из меридианов и параллелей на Земле. На небесной сфере широта называется отклонением (dec), а долгота – Гринвичским часовым углом (ГЧУ).

Отклонение, так же как широта, достигает значений 90° на севере и юге от небесного экватора к полюсам; но ГЧУ, в отличие от долготы, которая достигает значений 180° на западе и востоке, обходит весь земной шар в западном направлении, его значения увеличиваются до 360° от исходного меридиана. Таким образом, эквивалентом 90° западной долготы на Земле будет 90° ГЧУ на небесной сфере, но эквивалентом 90° восточной долготы будет 270° ГЧУ.

Когда Солнце стоит прямо над головой в полдень (пересечение меридиана), у него ГЧУ будет таким же, как долгота в координатах судна (западная).

Местный часовой угол и долгота

Часовой угол показывает, сколько градусов и минут лежит между двумя меридианами. Так, ГЧУ есть угол между первым меридианом и Солнцем, измеряемый в западном направлении.

Местный часовой угол (МЧУ) – это угол между двумя любыми меридианами (например, яхты и солнца), его можно измерять и в восточном, и в западном направлении. Если, скажем, судно находится на меридиане 90° западной долготы, а солнце поднимается на 60° ГЧУ, тогда восточный МЧУ будет равен 30°.

Это приводит к формуле, широко применяемой в навигации:

Долгота = ГЧУ+/– МЧУ.

Теоретически этим можно пользоваться непосредственно для определения местоположения судна. Показание времени записывается, когда Солнце пересекает меридиан судна; оно проверяется по «Морскому астрономическому ежегоднику», в котором приводится перечень положений Солнца в каждую секунду каждого дня. По времени (УВ) высоты меридиана можно вычислить ГЧУ Солнца и найти долготу следующим образом: Долгота = ГЧУ+/– МЧУ.

Так как значение МЧУ равно нулю (потому что Солнце находится на меридиане), то Долгота = ГЧУ.

Это не обычный способ определения долготы в полдень, поскольку не так просто точно определить момент пересечения Солнцем меридиана, но он дает возможность оценить долготу приблизительно; потом можно найти точку ее пересечения с широтой (двигаясь по меридиану), что укажет продвижение яхты.

На маленьких судах высокая точность астрономических расчетов часто бывает недостижима из-за трудностей, связанных со снятием показаний по секстанту. Однако во время пересечения Солнцем экватора можно определить примерное местоположение, а это лучше, чем полагаться на результаты определения счисли-мого местоположения. Более распространенный и более точный метод состоит в пересечении широты (ее снятого значения) с сокращением долготы, перенесенной с утреннего измерения, но здесь мы его не рассматриваем.

Небесная сфера фактически является продолжением земного шара в пространстве. Отклонение и ГЧУ служат эквивалентами земных понятий широты и долготы, хотя ГЧУ измеряется в западном направлении и имеет значения от 0° до 360°, а долгота измеряется и в западном, и в восточном направлении и может иметь значения от 0° до 180°

Гринвичский часовой угол

Соотношение между местным часовым углом (МЧУ), ГЧУ и долготой. МЧУ может быть восточным 30° или западным 330°

Определение местоположения в полдень (широта при пересечении меридиана)

Секрет точности такого определения местоположения заключается в том, что показания нужно снимать четко в момент, когда Солнце достигает пика в зеркалах секстанта, потому что именно в этот момент оно достигает зенита. Чтобы сделать все тщательно, нужны два человека: один контролирует время, а другой смотрит в зрительную трубу секстанта, не отрываясь.

По мере того как Солнце поднимается, в секстанте будет казаться, что оно смешается вверх с горизонта; затем, по мере приближения к меридиану, оно замедлит движение и замрет на мгновение, прежде чем начнет опускаться. Засечь максимальную высоту в секстанте легко, труднее установить точное время, когда Солнце достигает зенита.

Другие способы вычисления координат

Описанный выше метод определения широты во время прохождения меридиана является простейшим среди способов, использующих небесные тела; существует много других методов снятия показаний секстанта и вычисления координат, использующих Солнце, а также более сложные варианты, в которых участвуют звезды, планеты и Луна.

Мы уже говорили (см.: «Режим рабочего дня навигатора», с. 135) о том, что в море полезно проводить целый ряд измерений в течение одного дня: широту определять во время прохождения меридиана (определение местоположения в полдень); утром и после обеда определять долготу по Солнцу; по звездам можно определить обе координаты – широту и долготу.

Для определения широты при прохождении меридиана (в полдень) ее нужно рассчитывать по показаниям секстанта следующим образом:

Если Солнце находится к северу, РЗ будет южным (то есть яхта находится к югу от Солнца), и наоборот.

1. Внесите индексную поправку в значение высоты по секстанту. В результате получится наблюдаемая высота.

2. Вычтите поправку Dip из «Морского астрономического ежегодника», чтобы получить видимую высоту.

3. Найдите поправку высоты в «Морском астрономическом ежегоднике» и учтите ее, чтобы получить истинную высоту.

4. Вычтите истинную высоту из 90°, чтобы найти расстояние зенита РЗ.

5. В «Морском астрономическом ежегоднике» найдите отклонение Солнца (dec) для времени проведения измерений и учтите его для РЗ (складывайте одинаковые названия, вычитайте разные).

6. В результате вы получите точную широту, которую можно обозначить на карте. Пересечение ее линии с долготой, полученной ранее (см. с. 137), дает местоположение яхты.

Океанские переходы

При планировании перехода через океан следует учитывать ряд факторов. Среди них, кроме очевидных, вроде достаточного запаса воды и пищи, а также подготовки судна к возможным трудным условиям плавания, есть и ряд специфических, которые не учитываются при передвижении в прибрежных и внутренних водах.

Уже говорилось об использовании секстанта для определения местоположения лодки. Кроме этого, нужно учитывать океанские течения, кривизну земной поверхности и преобладающие ветра.

Океанские течения

Вблизи берега во всех океанах течения направлены против часовой стрелки (Южное полушарие) и по часовой стрелке (Северное полушарие). Это общая тенденция, исключений очень мало.

В некоторых местах течения весьма сильны. К примеру, когда течение Агульхас у восточного побережья Южной Африки набирает силу, парусное судно не может двигаться против основного потока. Экваториальное течение в тропических районах сносит яхту с курса, когда в экваториальной штилевой полосе она не может наполнить паруса ветром. А Гольфстрим осуществляет мощное перемещение теплой воды через Северную Атлантику к берегам, которые без него просто замерзли бы.

Сильные течения оказывают заметное влияние – благотворное либо неблагоприятное – на суда малой мощности, такие, как яхты. При планировании переходов следует принимать течения во внимание.

При подготовке океанского перехода особенно полезны карты течений, ведь в них указано, как можно воспользоваться одними течениями, а другие обойти стороной. Иногда бывает разумно сделать большой крюк, чтобы дойти до попутного течения или избежать того, которое помешает движению. Скорость некоторых течений в открытом океане достигает 5 узлов при движении против ветра, поэтому яхтам, развивающим скорость только 4-5 узлов, лучше избегать таких мест!

Использование или уход от таких течений является, в основном, вопросом здравого смысла, поскольку направление течений устойчиво, но их скорость может изменяться. Работа с картой течений поможет найти наилучший маршрут, а заметное изменение температуры воды покажет, что судно входит в течение или уходит из него.

Преобладающие ветра

Многое из вышесказанного относится и к ветрам, дующим на земном шаре; одни из них благоприятны, другие – нет; часто значительное отклонение от прямого пути оказывается самым коротким маршрутом.

Во времена парусников суда, плывущие из Австралии в Европу, предпочитали опасный восточный маршрут вокруг страшного мыса Горн сильным западным ветрам, постоянно дующим в южных широтах.

Исследование ветров на земном шаре показывает, какое направление стоит выбрать, так как большинство ветров дует постоянно круглый год, с незначительными отклонениями. Единственный регион, где ветра непредсказуемы, – это тропики, экваториальная штилевая полоса.

Хождение под парусом по большому кругу

ЕСЛИ провести линию между двумя точками на земной поверхности, а затем выпрямить поверхность так, чтобы получилась карта, то прямая линия станет кривой, потому что изначально она была проведена на изогнутой поверхности. Поэтому на поверхности глобуса большой круг повторяет кривизну Земли, его проекция проходит через центр Земли, он является кратчайшим расстоянием между двумя точками на земной поверхности.

Хотя проекция Меркатора довольно точна на небольших участках открытого моря, она не годится для вычерчивания маршрута через целый океан, особенно если путь пролегает через высокие широты или с востока на запад. Для этих случаев используется методика, называемая хождением под парусом по большому кругу.

Меридианы суть большие круги, поэтому на картах они изображаются прямыми линиями, как и экватор. Все остальные линии на карте, включая параллели, повторяют кривизну поверхности Земли. Изгиб (выпуклость) направлен в сторону полюса

Большие круги – это меридианы и экватор. При движении вдоль них под парусом не потребуется никакая особая методика, можно пользоваться проекцией Меркатора. На других дальних маршрутах пользуются гномонической картой (см. с. 131), специально предназначенной для компенсации кривизны земной поверхности. Любой проложенный на ней курс придерживается большого круга – прямой линии на карте и кратчайшего пути по поверхности Земли.

Существует навигационная техника для перенесения большого круга с гномонической карты на проекцию Меркатора. Планируя ходить под парусом в высоких широтах в течение какого-то времени, стоит овладеть этой методикой.

На проекции Меркатора кратчайшее расстояние показывается в виде кривой. Несмотря на то что румбовая, или прямая, линия имеет примерно такую же длину, во время дальних океанских переходов маршрут по изогнутой линии всегда будет короче