Старинный навигационный прибор – Навигационные приборы

Навигационные приборы


Современному человеку, пользующемуся навигатором, сложно представить себе путешествие без помощи этого прибора. Навигатор делает саму сложную, черновую работу: высчитывает курс, прокладывает удобный маршрут. Человеку остается только двигаться и следовать ценным указаниям. Такую роскошь могут позволить себе наши современники. Но раньше людям приходилось самим высчитывать курс и строить маршрут. У большинства великих путешественников, чьи имена навеки сохранила история (Магеллан, Колумб) не было даже приблизительных карт тех местностей, в которых они оказывались. Навигация и ориентирование были сложным и очень тонким делом, а любая ошибка могла стоить путешественникам жизни.


Карта Европы Герарда Меркатора. (wikipedia.org)


Колесница, указывающая на юг, считается одним из первых навигационных приборов, созданных человеком. По легенде, она была изобретена в Китае более четырех с половиной тысяч лет назад. Создание колесницы приписывается Хуан ди, который также известен, как Желтый Император. Персонаж этот почти мифический. Это китайский аналог легендарного короля Артура. Хуан-ди считается прародителем всех китайцев и основоположником даосизма.


Легендарный Хуан-ди. (wikipedia.org)


На протяжении долгой истории Китая колесница много раз переизобреталась. Точно известно, что она существовала в 200 году нашей эры. Сложно устроенный механизм работал по очень простому принципу. На колеснице была закреплена фигурка человека с вытянутой рукой, которая всегда указывала на юг. При любом повороте и направлении движения, хозяин колесницы мог определить стороны света. Этот принцип был положен в основу многих других навигационных приборов. Современные компасы, как мы знаем, изначально указывают на север.


Компас


Компас, предположительно, также был изобретен в Китае во времена династии Сун (960−1274 гг). Использовался он в основном при переходах через степи и пустыни. Подробно описан компас был лишь в XII-м веке. В Европе этот прибор появился приблизительно в XI-м столетии, правда, он был не сильно похож на современный компас. Изначально это была магнитная стрелка, закрепленная на пробке. Это нехитрое устройство опускалось в воду. В воде стрелка ориентировалась нужным образом. Существуют предположения, что именно такой компас использовали скандинавские мореплаватели, которые, как мы знаем, около 1000 года впервые пересекли Атлантику и побывали в Америке, которая, впрочем, тогда еще так не называлась. В дальнейшем компас не раз совершенствовался.


Первые корабельные компасы. (wikipedia.org)


Румбы (деления картушки) придумал итальянец Флавио Джойя, живший в XIV-м веке. Он же надел стрелку на шпильку и создал картушку. При этом Джойя использовал деление на 16 румбов. До 32-х это число увеличилось лишь в XVI-м веке. При этом моряки нередко сталкивались с проблемами из-за качки, которая оказывала влияние на работу компаса. Для решения этой проблемы стали использовать карданов подвес. Любопытно, что эта знаменитая опора носит имя человека, который не только не изобретал ее, но даже и не претендовал на авторство. Итальянец Джероламо Кардано просто описал это устройство.


Джероламо Кардано. (wikipedia.org)


Подвес, впрочем, не был универсальной страховкой. «Обмануть» компас мог любой профессиональный моряк. Люди, читавшие «Пятнадцатилетнего капитана», помнят, как Негоро положил под компас топор, заставив корабль сильно отклониться от курса.


Компас компасом, но путешествовать люди начали задолго до его появления. Древние греки ходили по Средиземному и Черному морям. Финикийцы, предположительно, огибали Африку. Ни у тех, ни у других компаса не было. А ориентировались они, очевидно, не только по звездам. Ответ на вопрос, использовались ли греками какие-либо навигационные приборы, был получен в 4 апреля 1900-го года. В этот день группа греческих водолазов обнаружила на затонувшем корабле предмет, который позже стал известен как антикитерский механизм.


Фрагмент Антикитерского механизма. (wikipedia.org)


Дело в том, что затонувший древнеримский корабль, на котором было установлено устройство, был обнаружен возле острова Антикитера. Механизм представлял собою 37 бронзовых шестеренок в деревянном корпусе, на котором были размещены циферблаты. Ученые доказали, что устройство применялось для расчета движения небесных тел. Антикитерский механизм, найденный на корабле, был создан не позднее 85-го года до н. э.


Карты


Карта, конечно, не прибор, но важно понимать, что к идее создания карт человечество пришло далеко не сразу. И до поры до времени это были просто картинки, ориентироваться по которым было почти невозможно. На Средневековых картах мы, непременно, увидим в центре Иерусалим, соединяющий Азию, Африку и Европу. Что любопытно, части света на каждой карте изображались по-своему. Африка могла оказаться на севере, Европа на юго-востоке, а Азия не Северо-западе от Иерусалима.


Карта с Иерусалимом в центре. (wikipedia.org)


Революцию в картографии произвел голландец Герард Меркатор, который первым в Европе стал делать подробные и точные карты. В 1569-м году он начал составлять карты в равноугольной цилиндрической проекции. Сделав их такими, какими мы привыкли видеть их теперь.

Навигационные приборы моряков


Во второй половине XV-го века началась Эпоха Великих географически открытий. Плавания на дальние расстояния (зачастую в совершенно неизвестные края) поставило перед моряками новые задачи. Они были связаны, в первую очередь, с необходимостью точно определить свое местонахождение. А значит, необходимы были приборы для определения широты и долготы. Со времен Древней Греции были известны гномон и астролябия — астрономические инструменты для нахождения широты.


Сферическая астролябия. (wikipedia.org)


Изобретателем астролябии считается женщина — Гипатия Александрийская. Примерная дата создания — 370 год до нашей эры. Причем применяли астролябию в начале в архитектуре для измерения высоты объектов. В Европе ее начали использовать лишь в XII-м веке для определения высоты небесных тел. Позднее, уже в XVIII-м веке был изобретен секстант — более совершенный прибор для определения широты. Принцип определения описал еще Исаак Ньютон. Он, правда, не опубликовал его, так что «отцом» секстанта считается английский математик Джон Хейли.


Секстант Гевелия. (wikipedia.org)


С измерением долготы все обстояло сложнее. Определить ее по углу возвышения Полярной звезды, как широту, возможным не представлялось. В XVII-м веке Англия, Франция и Голландия объявили, что выплатят солидные награды тому, кто найдет способ точного определения долготы. Свои методы предлагали многие ученые, включая Галилео Галилея. Его проект состоял в том, чтобы измерять долготу по положению спутников Юпитер. Метод этот, однако, требовал не только сложнейших вычислений, но и новых астрономических инструментов, которых в то время еще не существовало. Голландец Фризиус Гемме, в конце концов, предложил определять долготу, сравнивая время в точке нахождения со временем в порту отправки. Точные часы, позволявшие воплотить эту идею в жизнь, были созданы в 1749-м году Джоном Харрисоном.


Джон Гаррисон. (wikipedia.org)


Его хронометр вскоре стал неотъемлемой частью любого выходившего в море корабля. Долгота определялась по разнице во времени между точкой нахождения и Гринвичем.

diletant.media

Навигационные приборы и инструменты – Балтийский Ллойд

 

В рулевой рубке каждого торгового судна установлено разнообразное навигационное оборудование, приборы, устройства и инструменты, при помощи которых капитан и штурмана обеспечивают безопасное управление судном.  

Навигационное оборудование— это судовые технические средства, которыми укомплектовано судно для решения задач навигации.

Навигация— процесс принятия решения и управления курсом и скоростью судна при движении из одного пункта в другой, с учетом окружающих условий и интенсивности судоходства.

Навигационное устройство— это судовое техническое средство, предназначенное для решения одной или нескольких задач навигации.

Навигационный инструмент— это судовой навигационный прибор, предназначенный для выполнения работ вручную при решении задач навигации.

Навигационный прибор— это прибор, предназначенный для выполнения отдельных функций по измерению навигационных параметров, обработке, хранению, передаче, отображению и регистрации данных при решении задач навигации на судне.

 

Для лучшего просмотра все фото кликабельны.

 

Судовые часы. По судовым часам фиксируется время всех событий. Судовые часы должны ежедневно сверяться по сигналам точного времени и должны иметь точность не боле одной минуты. Все судовые часы должны быть выставлены по одному часовому поясу. Одни судовые часы должны быть выставлены по Гринвичскому времени или Всемирному координированному времени (Coordinated Universal Time – UTC). 

 

Магнитный компас (Magnetic compass). Самый надежный и незаменимый прибор. Если конечно он исправен и регулярно проверяется в береговой мастерской. По крайней мере раз в два года у магнитного компаса должна под уничтожается девиация, определяться остаточная девиация и составляться таблица девиации (Deviation card). На некоторых судах устанавливают главный магнитный компас и путевой. Если на судне установлен только один компас, то как правило должен иметься один запасной компас. Магнитный компас является запасным источником курсоуказания для авторулевого и ECDIS. Отдельная статья о магнитном компасе находится Здесь. В спасательных и дежурных шлюпках обязательно должны быть магнитные компасы для курсоуказания.

Гирокомпас (Gyro compass). Гирокомпас. Основной источник курсоуказания. Курсоуказание от гирокомпаса поступает на радиолокаторы, АРПА, ЭКНИС, авторулевой, цифровой индикатор курса, репитеры гирокомпаса в рулевой рубке, штурманской рубке, крыльях мостика, румпельном отделении.

 

 

Репитер гирокомпаса с пеленгатором (Gyro repeater with taking bearing device). Устанавливаются на крыльях мостика и служат для взятия визуальных пеленгов. Пеленга маяков и знаков берутся для определения места судна в море в вблизи берегов. Пеленга небесных светил берутся для определения поправки компасов. Пеленга на приближающиеся суда берутся для определения наличия опасности столкновения с ними. На фото изображен простой пеленгатор. Бывают также оптические пеленгаторы, в которых установлены линзы для приближения пеленгуемых объектов. 

 

Цифровой индикатор курса (Transmitting heading device). Устройство цифрового отображения курса судна. Обязательное устройство.

 

 

 

Бинокль (Binocular). Служит для распознания объектов находящихся на некотором расстоянии от судна и плохо различимых невооруженным глазом. Также используется для наблюдения в соответствии с правилом 5 МППСС-72.

 

 

Радиолокатор (Radar). Радиолокатор служит для предупреждения столкновения с другими судами и для навигационных целей – определения места судна по пеленгам и дистанциям береговых ориентиров, измеренных при помощи радиолокатора. Служит для наблюдения за окружающей обстановкой в соответствии с правилом 5 МППСС-72.

АРПА (ARPA). Устройство для предупреждения столкновения с другими судами и плавучими объектами. Служит для наблюдения за окружающей обстановкой в соответствии с правилом 5 МППСС-72. В большинстве современных радиолокаторов реализована функция АРПА и поэтому в виде отдельного прибора АРПА практически не встречается.

Электронно-картографическая навигационно-информационная система – ЭКНИС (Electronic Chart Display and Information System ECDIS). Устройства электронной картографии служат для отображения навигационной карты, навигационной информации и местоположение судна по координатам приемника GPS на дисплеях. На многих судах установлены два комплекта оборудования ЭКНИС и бумажные навигационные карты отсутствуют.

Приемник спутниковой навигации (Global Positioning System – GPS). Служат для определения координат судна при помощи глобальной спутниковой системы. Отображает скорость судна относительно грунта. Пройденное расстояние. Служит для введения координат путевых точек маршрута перехода, составления маршрута перехода, передачи маршрута перехода на радиолокатор. Показывает направление и расстояние до путевых точек, отклонение от маршрута, время прихода в путевые точки.

 

Эхолот (Echo sounder). Устройство для измерения глубины под килем судна.

 

 

 

Лаг (Speed and distance Log). Устройство служит для измерения скорости судна и пройденного судном расстояния. Измеряет скорость судна как относительно воды, так и относительно грунта. Скорость относительно воды необходима для передачи в радиолокатор и АРПА для решения задач по расхождению с другими судами.

 

 

Автоматическая идентификационная система (Automatic Identification System AIS). Служит для приема и передачи данных судна при помощи приемопередатчика УКВ. Отображает данные полученные от других судов на дисплее устройства и передает их на радиолокатор и ЭКНИС. Служит для наблюдения за окружающей обстановкой в соответствии с правилом 5 МППСС-72.

 

Панель навигационных огней (Navigation Lights). Каждое судно должно выставлять огни в соответствии с правилами МППСС-72. На панели навигационных огней предусмотрена световая и звуковая предупредительная сигнализация в случае если какой-либо огонь погаснет.

 

 

Судовой свисток Ships whistle). Судовой свисток служит для подачи предупредительных и туманных сигналов в соответствии с правилами МППСС-72.

Устройство для подачи туманных сигналов судна (Automatic fog signal device). Для подачи туманных сигналов в автоматическом режиме.

 

Система контроля дееспособности вахтенного помощника (Bridge Navigational Watch Alarm SystemBNWAS. Служит для подачи звукового сигнала в случае недееспособности вахтенного помощника капитана. Должна быть включена во все время после отхода судна от причала и до швартовки у причала.

 

 

Авторулевой (Autopilot). Служит для удержания судна на курсе в автоматическом режиме. Если в устройстве имеется режим удержания судна на линии пути, то в этом авторулевой будет сам изменять курс судна, чтобы привести его в следующую путевую точку. При подходе к путевой точке на заданное расстояние устройство подаст звуковой сигнал, если вахтенный помощник нажмет кнопку подтверждения, то устройство переложит руль и выведет судно на следующий заданный курс. 

 

Регистратор данных рейса – VDR Voyage Data Recorder. Черный ящик судна. Устройство регистрации данных навигационных приборов и устройств.

 

 

 

Приемник НАВТЕКС – NAVTEX receiver. Служит для приема различных предупреждений в автоматическом режиме: навигационных, метеорологических, бедствия и других.

 

 

 

Терминал Инмарсат – С (Inmarsat C). Служит для приема и отправки сообщений через систему спутниковой связи.

Система дальней идентификации и контроля местоположения судов – ОСДР (Long Range Identification and Tracking SystemLRIT). Служит для передачи данных судна (координаты, курс, скорость, идентификатор судна) в автоматическом режиме через систему спутниковой связи.

 

Аксиометр перекладки руля (Rudder Angle Indicator). Устройство показывающее направление и угол перекладки руля.

Указатель угловой скорости поворота (Rate of turn indicator). Показывает угловую скорость поворота судна.

Устройство приема и воспроизведения звук (Sound Reception System). Устройство служит для воспроизведения наружных звуков в закрытых мостиках.

Секстан (Sextant). Секстан (Секстант) навигационный применяется для измерения высот небесных светил, которые используются для расчета линий положения и определения места судна астрономическими способами. Также им измеряют высоты береговых и плавучих навигационных знаков, и других объектов. Кроме этого, истинные штурмана-навигаторы, навигационным секстаном измеряют горизонтальные углы между тремя навигационными знаками и по двум горизонтальным углам определяют местоположение судна в море. Но так определяют место судна только очень истовые навигаторы, к сожалению большинство современных штурманов можно отнести к «GPS-навигаторам», то есть к тем, кто кроме как по GPS-у определить положение судна в море уже не в состоянии. Профессиональная деградация однако. О навигационном секстане отдельная статья Здесь

Хронометр (Chronometer). Показывает время на Гринвичском меридиане. До изобретения радио  хронометр являлся единственным источником точного времени на судне. От точности хронометра и знании его суточного хода, зависела точность определения места парусного судна в море. Хронометры выверялись астрономами в обсерваториях, с максимально возможной точностью определялся их суточный ход и перед отплытием судна в море они с величайшей осторожностью доставлялись на борт. После длительного океанского плавания, при первой же возможности хронометры свозились на берег для их проверки и определения суточного хода. На каждом судне имелось несколько хронометров. С появлением радиоприемников появилась возможность принимать радиосигналы точного времени для определения суточного хода хронометров и требования к их точности несколько снизились. С появлением спутниковых средств навигации и значительного ослабления роли астрономических наблюдений в навигации, хронометры почти на всех торговых судах заменили на точные часы. Однако до сих пор отдельные точные часы используемые для хранения времени называют хронометрами. Штурман отвечающий за навигационные приборы обязан вести журнал хронометра в который записывать суточный ход хронометра. 

Секундомер механический (Stopwatch). Служит для фиксирования времени в момент астрономических и навигационных наблюдений, для определения поправки хронометра, для сличения и установки судовых часов. Для определения характеристики огней маяков и других навигационных знаков и буёв. Используется для определения периода бортовой и килевой качки судна и периода волны. 

 

 

Звездный глобус (Star Globe). Используется для решения задач мореходной астрономии. Более подробно об устройстве звездного глобуса можно прочесть Здесь

 

 

Ручной Анемометр (Wind anemometer). Служит для измерения скорости ветра.

 

 

 

Автоматическое устройство измерения скорости и направления ветра (Wind speed and direction indicator). Служит для измерения направления и скорости ветра в автоматическом режиме.

 

 

 

Лампа дневной сигнализации (Daylight Signaling Lamp). Служит для подачи сигналов и сигнализации в дневное и ночное время.

 

 

 

Судовой колокол (Ships Bell). Служит для подачи туманных сигналов в соответствии с правилами МППСС-72. Подробнее о судовом колоколе можно прочесть Здесь

 

 

Судовой гонг Ships gong). Служит для подачи туманных сигналов в соответствии с правилами МППСС-72. Обязателен для всех судов, длиной 100 метров и более. Гонг представляет из себя латунный диск с бортиком. В него в ручную ударяют билом, которое представляет из себя рукоятку с шарообразной ударной частью на конце.

 

 

Сигнальные флаги – МСС (ICS). Флаги служат для подачи сигналов в соответствии с Международным Сводом Сигналов – МСС (International Code of Signal – ICS).

Сигнальные фигуры – шары, цилиндр, ромб (Signaling Shapes). Служат для выставления сигналов в соответствии с правилами МППСС-72.

Штурманский стол для карт (Chart table). Установлен в святая-святых для каждого штурмана – в штурманской рубке. На нем в море раскладывается навигационная карта с выполненной предварительной прокладкой, на ней же ведется исполнительная прокладка с обсервациями места судна. В выдвижных ящиках стола хранятся навигационные карты. В боковых рундуках могут храниться навигационные инструменты.

 

Грузики для карт. Служат для удержания навигационной карты на штурманском столе во время качки судна. Как правило изготавливаются из резины. В качестве утяжелителя, внутри грузика находится свинец. Более подробно о применении грузиков можно ознакомиться в статье «Грузики для навигационных карт».

 

 

Лупа штурманская (magnifier). Служит для увеличения трудно различимых изображений на навигационной карте.

 

 

 

Штурманская параллельная линейка (Navigational ruler). Служит для прокладки, определения места судна и других штурманских задач на навигационной карте.

 

 

 

Штурманский транспортир (Protractor). Служит для прокладки, определения места судна и других штурманских задач на навигационной карте.

 

 

 

Штурманский измеритель (Navigational divider). Служит для прокладки, определения места судна и других штурманских задач на навигационной карте. Измерители изготавливаются из латуни или хромированной стали. Они бывают различного вида и размеров. 

 

 

Штурманский циркуль. Как правило, для штурманских целей используется обычные чертежные циркули разных размеров и типов, главное, чтобы они были удобны в работе на навигационной карте и не наносили карте значительных повреждений.

 

 

Протрактор навигационный. Навигационный инструмент, который служит для определения места судна по двум горизонтальным углам. 

Порядок определения места судна по двум горизонтальным углам Здесь.

 

Кренометр (inclinometer). Служит для определения угла крена судна.

 

 

 

 

Барометр (Barometer). Служит для определения атмосферного давления.

Барограф (Barograph). Служит для определения атмосферного давления и наблюдения за его изменением. Показание барометра записывается на бумажной ленте.

 

Термометр (Thermometer). Служит для измерения температуры окружающего воздуха.

Гигрометр (Hygrometer). Служит для измерения влажности окружающего воздуха.

Компьютер с подключенным спутниковым интернетом. Служит для приема карт погоды и планирования безопасного маршрута с учетом прогнозов погоды. Также служит для передачи и приема оперативной информации для обеспечения безопасной эксплуатации судна.

В зависимости от специального назначения на мостике устанавливаются специальные приборы и устройства, и вахтенный помощник использует их для решения специальных задач.


Автор капитан В.Н. Филимонов

balt-lloyd.ru

Сундук Истории: Средневековые навигационные инструменты

Начавшееся в Средние века повсеместное распространение навигационных
справочников объясняется тем, что моряки теперь посещали значительно больше
портов, чем раньше, и не могли удерживать в памяти всю необходимую информацию,
особенно с появлением компаса. Самые ранние свидетельства того, что европейцы
нашли навигационное применение магнитной иглы, содержится в трудах английского
энциклопедиста Александра Неккама, датируемых приблизительно 1180 годом:

«В пасмурные дни, когда не видно солнца, или ночью, когда мир окутан
мглой и не видно небесных светил, моряки не могут сказать, куда движется их
судно; тогда они подносят магнит к железной игле, которая вращается в круглой
чаше. Когда движение останавливается, острие указывает на север».

Средневековый корабль

Нет никаких свидетельств о китайском происхождении западного компаса, но
слова Неккама очень похожи на описание «указывающей на юг иглы», данное Чжу Юем
в начале того же века. Сначала «иглу и камень» (магнитный железняк или
магнетит) использовали, чтобы найти Полярную звезду, если визуальные наблюдения
были невозможны. Винсент из Бове писал в 1250 году:

«Когда облака закрывают от
моряков солнцеили звезду, они берут иголку, продевают ее в
соломинку и помещают в сосуд с водой. Затем подносят магнитный камень и водят
им по кругу над водой, пока игла, которая следует за ним, не начнет быстро
вращаться. В этот момент камень быстро убирают, и игла останавливается,
указывая острием на
 Stella Maris».

Представление о том, что игла притягивается к Полярной звезде, было
вскоре отвергнуто, однако о существовании магнитного поля Земли не знали еще
несколько веков. И тем не менее «роза компаса» (иначе называемая «розой
ветров») традиционно изображается в виде звезды в соответствии с первоначальным
поверьем о звездной ориентации компаса.

В то же время традиция моряков определять направление движения
относительно ветра нашла отражение в делении круга компаса на тридцать две
части. Хотя астрономы еще с античности делят круг на 360 градусов, моряки
Средиземноморья предпочитали определять направления в терминах восьми ветров,
чем объясняется первоначальное деление круга компаса на восемь румбов: норд,
норд-ост, ост, зюйд-вест и так далее.

С усовершенствованием компаса появились еще восемь «половинных» румбов (норд-норд-ост,
ост-норд-ост, ост-зюйд-ост и т. д.) и шестнадцать «четвертичных» (норд-тень-ост,
норд-ост-тень-норд и т. д.) — в общей сложности тридцать
два румба по 11,25 градуса.

Средневековая карта Т-О

Повсеместное внедрение компаса для прокладывания курса привело к
дальнейшему совершенствованию средневековых портоланов, или схематических
морских карт. Итальянское слово portolano первоначально означало сборник
словесных инструкций для мореплавателей, как, например, самый старый из
дошедших до нас — «Компассо да Навигаре».

Со временем к этим руководствам стали добавляться схематические карты,
на которых с необыкновенным искусством были изображены очертания
средиземноморского побережья. Это стремление к географическому реализму разительно
отличалось от стилизованных средневековых карт Т-О, которые создавались с целью
изобразить упорядоченный мир с Иерусалимом, лежащим в центре, на пересечении
буквы Т. Верхнее полукружие — Азия, левая нижняя четверть — Европа, правая —
Африка. Европу от Африки отделяет Средиземное море, Африку от Азии река Нил,
Европу от Азии — река Дунай. Весь мир окружен Мировым океаном, представленным
буквой О.

Средневековый портолан

Портоланы отличаются от этих карт не только реалистическим изображением
берегов, но наличием на них сразу нескольких роз ветров, с расходящимися до
самых краев карты лучами румбов, создающих впечатление спутанной сети
пересекающихся линий. Согласно установившимся правилам, черные линии
соответствовали восьми основным румбам, зеленые — «половинным» румбам, красные
— «четвертичным» румбам.

Порты обозначались названиями, всегда написанными со стороны суши,
перпендикулярно береговой линии, а в некоторых случаях флагами или другими
эмблемами. Так, например, на карте Анджелино Далорто от 1339 года связь между
Ланцеротто Малочелло и островом Лансароте указана с помощью креста Св. Георгия,
считавшегося святым покровителем его родного города — Генуи.

Морская астролябия

Компас помогает определить направление, но не место. Возможность узнать
свое местоположение относительно порта отплытия или назначения очень важна.
Самый простой способ — «привязаться» к неподвижному ориентиру на суше, но при
отсутствии заметных объектов на горизонте приходится смотреть на небо.
Относительное постоянство перемещения Луны, звезд и планет по небу на протяжении
года позволяет довольно легко узнать широту, то есть смещение на север или юг
от экватора, определив угол между горизонтом и либо Солнцем, либо, в Северном
полушарии, Полярной звездой.

Квадрант

Один из старейших инструментов для определения широты — астролябия,
известная еще с античных времен. Астролябия, которой пользовались астрономы,
была слишком громоздкой и сложной для использования в море (в неоконченной
работе Чосера «Трактат об астролябии», старейшем техническом справочнике на
английском языке, насчитывается почти пятнадцать тысяч слов), но к 1481 году в
Португалии появилась астролябия для моряков. Это упрощенный инструмент
применялся повсеместно, и упоминания о нем встречаются в отчетах о путешествиях
Бартоломеу Диаша, Васко да Гамы и Педру Алвариша Кабрала. Несколько раньше
морской астролябии появился квадрант, впервые упомянутый в письменных источниках
около 1460 года.

Октант
Секстант

Из других инструментов, появившихся уже в Новое время в распоряжении у навигаторов,
необходимо упомянуть поперечный жезл (конец XV века), квадрант Дэвиса (конец
XVI века), октант (1730 г.) и, наконец, секстан (1759 г.), который
оставался стандартным инструментом для навигации вплоть до появления
электронных приборов. Практичных и эффективных методов определения долготы —
смещения на запад или восток относительно конкретного меридиана — придется
ждать вплоть до XVIII века, когда был изобретен точный хронометр.

«Море и
цивилизация. Мировая история в свете развития мореходства», Пейн Л.

sundukistorii.blogspot.com

Навигационные приборы парусного флота. Наваринское морское сражение

Навигационные приборы парусного флота

 Находящийся в открытом море, вне видимости берегов, корабль должен «знать», где он находится, куда и как быстро плывет, сколько футов под килем и каково его расположение относительно земных и небесных тел. Первое, что интересует мореплавателя, это курс его судна. Курс определяется по всем известному прибору — компасу. Он был изобретен китайцами примерно за тысячу лет до нашей эры, и только два тысячелетия спустя о нем узнали в Европе. А до этого основными средствами для определения курса и навигационными ориентирами были Солнце и Полярная звезда. Тем не менее мореходы Ближнего Востока совершали весьма протяженные плавания. Так, примерно в 610 году до н. э. они обогнули Африку. Уже в XVI веке все морские суда плавали с компасами.

Долгое время компас был весьма примитивным прибором. В 1269 году Петр Перегрин усовершенствовал компас, поместив магнитную стрелку на вертикальной шпильке и разделив азимутальный круг на четыре части, разбитые на 90 градусов каждая. Через полтора века с помощью карданова подвеса удалось нейтрализовать влияние морской качки на компас. Позже португальцы предложили делить картушку (диск) компаса на 32 румба, которые есть на компасах и в наши дни. Современную конструкцию морской компас получил в XIX веке.

Важной проблемой для моряков всегда было измерение пройденного и предстоящего пути. С XVI века это стали делать с помощью простого устройства — лага. Он состоял из поплавка в виде дубовой дощечки в форме сектора (четверти круга), сбрасываемой с кормы в воду на тросе (лаглине). На дуге сектора была укреплена свинцовая пластинка, чтобы дощечка могла погружаться в воду на 2/3 своего радиуса и принимать вертикальное положение (1). На лаглине завязывали 25 — 30 узлов с интервалами между ними в 50 футов: в конце первого интервала — один узел, второго — два, и т.д. до семи узлов. Каждый интервал делили метками на четыре части. Лаглинь наматывали на насаженную на оси и свободно вращающуюся катушку. Интервал в 50 футов соответствовал 1/120 мили, а время в 30 секунд составляло 1/120 часа. Если корабль проходил за полминуты один интервал, то за один час — одну милю. В этом случае говорили, что скорость хода корабля равна одному узлу (1852 метров в час). Лаглинь бросали в море и отсчитывали число его узлов, сошедших с катушки за 30 секунд. Это и была скорость судна в узлах. Ручной лаг применялся в мореплавании около 200 лет.

В 1772 году англичанин В. Фоксон запатентовал механический лаг с вертушкой. Ее вращение с помощью лаглиня передавалось счетчику, установленному на корме. Счетчик имел два циферблата: один показывал пройденный путь, другой — скорость.

Глубину воды с судна измеряют лотом. Ручной лот состоял из лотлиня с метками по длине и груза на конце. Такое устройство позволяло измерять глубины при скорости, не превышающей пяти узлов, и не более 200 м. Для измерения больших гчубин в XIX веке не существовало надежных устройств. Описанные приборы давали значительные погрешности при измерениях, поэтому требовались более надежные методы определения географических координат судна. Вдали от берегов с давних времен мореходы ориентировались по небесным светилам. Ночью обычно ориентировались по звездам, днем — по Солнцу. По его положению определяли стороны света, а гораздо позже — широту места. Для определения высоты небесных тел до XVIII века использовали астролябию, а затем сектан (2) — зеркальный оптический прибор для измерения угловых расстояний между небесными светилами. Сектан изобрели в 1731 году английский механик и астроном Джон Гадлей, а в 1732-м — американец Томас Годфрей. Этот прибор применяется в мореплавании по сей день.

Второй географической координатой является долгота места, где находится судно. Ее определение оказалось непростой задачей, которая была решена окончательно в 1735 году, когда англичанин Д. Гаррисон изобрел пружинный хронометр — прибор, показывавший точное гринвичское время на судне при длительном плавании в любой точке Мирового океана. Долгота места судна определяюсь как разность между местный и гринвичским временем.

Таким образом, в XIX веке мореплаватели с помощью сектана и хронометра (3) весьма точно могли определять широту и долготу местонахождения судна.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

military.wikireading.ru

Обзор истории развития навигации

Все начиналось с мореплавателей

Для походов по морю были необходимы не только карты и лоции, но приборы, позволяющие вычислять время и координаты корабля, а для планирования путешествий – компас и измерители скорости.

Компас

Одним из первых в истории навигационных «приборов» можно считать соларстейн (в переводе с древнескандинавского — «солнечный камень»). Он несколько раз упоминается в текстах древних викингов.

Явление магнетизма было подмечено людьми еще в глубокой древности. Сегодня считается, что впервые свойства магнитного железняка описал Фалес Милетский в VI веке до н. э. Первые компасы, изобретенные независимо друг от друга в Азии и в Скандинавии около XI века, представляли собой плавающую в наполненной водой раковине дощечку.

К одному из ее концов был прикреплен кусочек каламита — камня, обладающего природными магнитными свойствами. Такой компас хорошо действовал лишь при незначительной качке на корабле.

В конце XII англичанин Некаме и француз Гио де Провенс впервые описали простейшую буссоль (фр. boussole) — устройство, позволяющее определять магнитный азимут в море.У моряков начала XV века в распоряжении имелись всего лишь примитивная буссоль, грубые песочные часы, кишащие ошибками карты. В те времена любая экспедиция по океанским просторам становилась опасной авантюрой, зачастую со смертельным исходом.

Часы

В 1530 году астроном Гемма Фризий (1508-1555) в своем труде «Принципы астрономической космографии» предложил способ определения долготы с помощью хронометра, но отсутствие достаточно точных часов надолго оставили этот метод чисто теоретическим. Дело в том, что часы в те времена редко могли идти без остановки в течение суток, а их точность не превышала 12–15 минут в сутки. Вплоть до 17 века песочные часы оставались единственным средством измерения времени в море. Песочные часы состояли из двух стеклянных сосудов, соединенных тонким отверстием. Сосуды заполнялись песком и запаивались, а количество песка было таким, чтобы за 1 час он полностью пересыпался из одного сосуда в другой, после чего часы переворачивали. Разумеется, что изменяя количество песка, можно было изменять промежуток времени, за которые песок пересыпался из одного сосуда в другой.Обычно песочные часы были рассчитаны на 1 час, 30 минут и полминуты. На кораблях песочные часы на 1 час использовались для измерения времени суток. 30-минутные песочные часы использовались для замера промежутков записи информации в «лисицу» — прообраз бортового журнала. 30 секундные песочные часы были необходимы для измерения скорости лаглинем. Капитан Джон Смит на своем корабле ввел обычай звонить в судовой колокол, чтобы моряки знали, когда начинается или заканчивается их вахта. Один удар колокола соответствовал 30 минутам, 2 удара – 1 часу и так далее вплоть до 8 ударов, означавших 4 часа. Вскоре этот способ оповещения стал общепринятым на всех кораблях в разных странах.

С появлением механических часов ими стали оснащать все морские суда, причем этот прибор считался настолько важным, что его запрещалось выносить с корабля для корректировки и навигатор брал на берег маленькие переносные часы, выставлял на них точное местное время и уже по их показаниям корректировались корабельные часы.  Сегодня считается, что первые точные часы были собраны в 1735 англичанином Джоном Гаррисоном(1693-1776). Их точность составляла 4–6 секунд в сутки. По тем временам это была просто фантастическая точность.

 
Астролябия

Астролябия предназначалась для определения высоты стояния небесных тел, так как, зная высоту и точное время, можно было определить широту. Астролябия была известна еще в Древней Греции приблизительно в 240 году до нашей эры. На протяжении двух тысячелетий этот научный инструмент оставался практически неизменным.

Начиная со второй половины 19 века, на смену астролябии пришли квадранты, инструмент для измерения высоты звезд и определения широты. Днем (в полдень) широту определяли по длине солнечной тени, ночью — по высоте определенных звезд над горизонтом.

 
 
Появление навигации

Первый прообраз навигатора появился только в 1920 году. Устройство называлось Plus Fours Routefinder и было похоже на обычные часы, в комплекте с которыми шли карты, крутить которые нужно было вручную.

Первый автомобильный навигатор, появился в 1930-м и назывался Iter-Auto Основные его отличия от Plus Fours Routefinder состояли в автоматическом прокручивании карты — при этом скорость, с которой механизм это делал, зависела от скорости движения автомобиля.

 Поворот или возвращение назад в те времена были проблемой — приходилось останавливаться и заправлять в Iter Avto свиток с новой картой местности.

К 1966 получили свое развитие первые электронные навигационные системы, например компанияGeneral Motors представала устройство Driver Aid Information and Routing Система была призвана ассистировать водителя и брать на себя часть функций водителя, чтобы он мог сосредоточиться на управлении автомобилем, а не ориентации на местности. Среди дополнительных новинок того времени — возможность позвонить по радиотелефону! Но только в аварийную или справочную службы. В качестве носителей информации использовались перфокарты: по ним навигатор ориентировался и сообщал об ограничении скорости, направлении и других важных факторах.

С бурным ростом количества автомобилей в стране восходящего солнца тоже начались свои собственные разработки. Так в 1973 году Японское агентство промышленной науки и техники запустило в проект системы контроля трафика Comprehensive Automobile Traffic Control System, который должен был помочь водителям ориентироваться в крупных городах с учетом актуальной дорожной информации.

Экспериментальные автомобили оснащенные специальными радиоприемниками и системами электронного отображения данных начала производить компания Toyota. Установленные на дорогах общего пользования передатчики транслировали на автомобильные приборы данные о заторах и предлагали варианты объезда.

Но фактическое начало новой эпохи спутниковой навигации, сам того не подозревая заложил Советский Союз, когда в 1957 году отправили в космос первый искусственный спутник Земли.

Американские учёные при этом наблюдали сигнал, исходящий от спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Доплера, описанному еще в далеком 1842 году, частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при отдалении. Поэтому, зная свои координаты, можно выяснить положение и скорость спутника, и, зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты. На основе данного явления в 1974 году идея спутниковой навигации была реализована для нужд вооруженных сил США, которые запустили первый из 24 GPS-спутников, необходимых для покрытия всей Земли. Последний из них запустили в 1994 году. На данный момент этих спутников 32.

Первый GPS-приёмник, разработанный для вооруженных сил США, был двухместным и с колёсами. Весил около 122 килограммов.

 Как видны спутники из одной точки земли

Советский Союз тоже вел свои разработки в данной области. Официально систему ГЛОНАСС начали разрабатывать в СССР в 1976 году, но только в 1984 запустили первые два спутника. Для полного покрытия Земли также как и для GPS требуется 24 спутника.

Коммерческие компании, не имеющие доступ к космическим, технологиям шли своим путем. Так в 1981 компанией Honda был выпущен первый коммерческий автомобильный навигатор, который назывался Honda Electro Gyro-Cator

Принцип работы основывался на инерциальной системе. Чтобы сделать прибор точным компания Honda совместно с компаниями Alpine и Stanley Electric разработали систему, которая была подключена к коробке передач, чтобы знать, когда автомобиль тронулся и когда остановился.

Чтобы знать в каком направлении движется автомобиль, был разработан специальный прибор, в котором находился газообразный гелий, на который подавалось электричество.По направлению струи гелия система определяла направление транспортного средства. По сути это своеобразный гироскоп. К каждому навигационному прибору поставлялись различные карты, нанесенные на специальные пластиковые прозрачные пленки. Единственная проблема такого навигатора – это его цена. От 2000 до 3000 долларов, в зависимости от набора карт. Honda Accord, в то время, стоила около 8000 долларов.К 1985 году в США уже появляется первый массовый автомобильный навигатор — The Etak Navigator. В отличии от разработки Honda — навигационной прибор Etak с простейшим монохромным экраном хранил карты на магнитных лентах, которые требовалось периодически менять. На нескольких лентах едва умещались схемы Лос-Анджелеса и окрестностей.

Положение в пространстве устройство определяло при помощи расчетов, основываясь на данных цифрового компаса и датчиков скорости. В течение нескольких лет было продано несколько тысяч таких приборов.

Решение о создании гражданской версии GPS системы было принято в 1983 году, после того, как ВВС СССР сбили самолёт компании Korean Airline вторгшейся в воздушное пространство Советского Союза. Споры о случайном сходе с воздушного коридора или намеренно пересечении границы до сих пор продолжаются. Но факт остается фактом, мир нуждался в более точной ориентации в пространстве. Как в воздухе, так и на земле. Из за своей высокой стоимости и большим габаритам, долгое время спутниковая навигация устанавливалась только на морские и воздушные суда.

С развитием электроники и появлением компактных микросхем размеры устройств уменьшались. И так только в 1994 году в списке опций новейшего BMW 7-Series в кузове E38 появляется GPS-навигатор. Уже в виде полноценного устройства с цветным экраном и отличной по тем временам графикой.

Этот агрегат можно считать полноценной медиасистемой – помимо навигатора в одном корпусе были собраны кассетная дека, радиоприемник, бортовой компьютер и даже телевизионный приемник.В США впервые автомобильная GPS навигация появилась на год позже в 1995 году на автомобилях Oldsmobile 88. Опционально их начали комплектовать системой GuideStar

Цветной дисплей устанавливался на консоль, а в багажнике машины монтировался вычислительный процессор. Карты хранились на сменных картриджах – одного хватало не больше чем на карту Калифорнии.В это же время компанией Ashtech был выпущен первый приёмник, рассчитанный на работу и с ГЛОНАСС, и с GPS одновременно. Разработка была для военных и навигатор не была предназначен для массового рынка.

Одним из первых портативных автомобильных навигаторов был Garmin StreetPilot Основным его преимуществом была стоимость — 600 долларов, что гораздо дешевле, чем любое встроенное в автомобиль устройство.

Garmin StreetPilot крепился к лобовому стеклу или устанавливался на панель, обладал полноценным цветным экраном и хорошо прокладывал маршруты.

До 2000 на всех спутниках при передачи сигнала для гражданских приемников, правительством США искусственно включалась загрубляющая поправка, снижалась точность работы GPS, в результате чего ухудшалась точность определения местоположения. В 2000 году она была отключена, и на рынок начали массово выходить персональные и автомобильные устройства навигации.Так появился первый смартфон с GPS — Benefon ESC, доступный массовому потребителю.

В том же году компания Alpine представила первый в истории навигатор CVA-1005 с CD-приводом. На одном компакт-диске помимо программы умещалось много картографической информации, что давало возможность прокладывать протяженные маршруты.

К 2006 году для записи карт начали использовать жесткие диски вместо сменных CD. Первые такие аппараты были от компании Pioneer модель AVIC-Z1 являлась полноценными мультимедийным центром и работала быстрее встроенных систем.

 В том же году автопроизводители начали осваивать сегмент систем навигации на российском рынке. Пионером стала компания BMW, предложившая диски с картами Москвы и Подмосковья. Навигация обходилась покупателю в дополнительные 3800 евро, использовала транслитерацию вместо кириллицы и в первое время не отличалась выдающейся детализацией.А первый гражданский автонавигатор с поддержкой российской и американской технологий Glospace появился только в 2007 году.

Массовое производство персональной аппаратуры ГЛОНАСС/GPS началось спустя четыре года.
Первый смартфон с поддержкой ГЛОНАСС, поступил в продажу в 2011 году — МТС 945.

Сегодня обе технологии поддерживают около 10% всех навигационных устройств, включая популярные смартфоны.

Популяризация доступа в интернет принесла в автомобили и онлайн-сервисы. Так в 2011 компании начали объединять систему навигации авто с подгружаемыми из сети картами Google Maps, предложив водителю не схематичную карту, а реальный вид местности.

К 2013 году массовое распространение смартфонов привело к появлению новой концепции. Предлагая системы мультимедийных шлюзов, объединяющих возможности мобильного телефона и мультимедийного комплекса: GPS-датчик и программа навигации работают на смартфоне, а за отображение информации отвечает экран на консоли автомобиля.

Будущее — Дополненная реальность и полный автопилот

Десятки профильных и непрофильных компаний занимаются разработкой безпилотных автомобильных систем и адаптацией военных технологий дополненной реальности в мирное русло.

Например, концепция Dynamic & Intuitive Control Experience, получившая свое начало в 2012 году, от компании Mercedes-Benz, не предполагает участия человека в процессе управления автомобилем. Система навигации возьмет управление на себя, оставив пассажиру лишь развлекательные и информационные функции.

Audi тоже не отстает от концерна Daimler и разрабатывает собственные системы автопилотирования

 

А например компания Jaguar сконцентрировалась на системах дополненной реальности — Jaguar Virtual Windscreen Для внедорожников проектируется лобовое стекло позволяющее заглянуть сквозь автомобиль, для оценки дорожного покрытия.

Для спортивных версий — проецирование фантомных соперников и просчет оптимальной траектории входа в поворот.

 

mda-tech.ru

Какие приборы в прошлом помогали плыть кораблям?

Задолго до появления спутников и компьютеров морякам помогали бороздить просторы океанов различные «хитрые» приборы. Один из самых древних — астролябия — был заимствован у арабских астрономов и упрощен для работы с ним на море.

С помощью дисков и стрелок этого прибора можно было измерять углы между горизонтом и солнцем или другими небесными телами. А потом эти углы переводили в значения земной широты. Постепенно астролябию вытеснили более простые и точные приборы. Это изобретенные между Средними веками и эпохой Возрождения поперечная рейка, квадрант и секстант. Компасы с нанесенными на них делениями и получившие почти современный вид еще в 11-м веке позволяли мореплавателям вести корабль прямо по намеченному курсу.

К началу 15-го века стали пользоваться и «слепым счислением». Для этого бросали за борт лаги, привязанные к данным веревкам — линиям. На веревках через определенное расстояние были навязаны узелки. По солнечным часам отмечали время разматывания линя. Делили длину на время и получали, конечно очень неточно, скорость движения судна.

Отсчет широты

В средние века моряки определяли свое положение относительно экватора, то есть широту, глядя на солнце или на звезды. Угол наклонения небесного тела находили с помощью астролябии или квадрантом (рисунки ниже). Затем они открывали свою таблицу, которая называлась эфемерис, и по ней определяли положение корабля.

Измерение высоты небесных тел

Для измерения высоты небесного тела мореплаватель должен был наставить металлическую рейку на это тело, глядя на тело, водить по рейке поперечины разной длины до выхода их на линию горизонта. На рейке были нанесены отметки со значениями высот над горизонтом, то есть над уровнем моря.

Определение долготы

Мореплаватели пытались делать это с помощью солнечных часов и линя — толстой веревки с навязанными узелками. По количеству высыпанного в часах песка определяли прошедшее время, а по длине выброшенного за борт линя, намотанного на корабельную вьюшку, определяли скорость движения. Умножая время суточного перехода на скорость, получали пройденное расстояние. Зная, откуда корабль начал свой путь, в каком направлении и сколько он прошел за день, можно было примерно представить себе перемещение в направлении восток-запад, то есть изменение долготы.

Корабль, изображенный внизу, — это «Виктория». На нем Магеллан и его команда совершили первое в мире кругосветное путешествие и вернулись домой, в Португалию, в 1522 году. Их маршрут показан волнистой линией слева на карте, выпущенной в 1543 году.

information-technology.ru

История развития навигации от MDA-Tech — DRIVE2

Когда-то люди ориентировались по солнцу, звездам и луне. Затем появились первые бумажные карты, астролябии и компасы. Сейчас все гораздо проще — достаточно достать из кармана смартфон.

Все начиналось с мореплавателей
Для походов по морю были необходимы не только карты и лоции, но приборы, позволяющие вычислять время и координаты корабля, а для планирования путешествий – компас и измерители скорости.

Компас
Одним из первых в истории навигационных «приборов» можно считать соларстейн (в переводе с древнескандинавского — «солнечный камень»). Он несколько раз упоминается в текстах древних викингов.
Явление магнетизма было подмечено людьми еще в глубокой древности. Сегодня считается, что впервые свойства магнитного железняка описал Фалес Милетский в VI веке до н. э.
Первые компасы, изобретенные независимо друг от друга в Азии и в Скандинавии около XI века, представляли собой плавающую в наполненной водой раковине дощечку.


К одному из ее концов был прикреплен кусочек каламита — камня, обладающего природными магнитными свойствами. Такой компас хорошо действовал лишь при незначительной качке на корабле.

В конце XII англичанин Некаме и француз Гио де Провенс впервые описали простейшую буссоль (фр. boussole) — устройство, позволяющее определять магнитный азимут в море.

У моряков начала XV века в распоряжении имелись всего лишь примитивная буссоль, грубые песочные часы, кишащие ошибками карты. В те времена любая экспедиция по океанским просторам становилась опасной авантюрой, зачастую со смертельным исходом.

Часы

В 1530 году астроном Гемма Фризий (1508-1555) в своем труде «Принципы астрономической космографии» предложил способ определения долготы с помощью хронометра, но отсутствие достаточно точных часов надолго оставили этот метод чисто теоретическим. Дело в том, что часы в те времена редко могли идти без остановки в течение суток, а их точность не превышала 12–15 минут в сутки. Вплоть до 17 века песочные часы оставались единственным средством измерения времени в море. Песочные часы состояли из двух стеклянных сосудов, соединенных тонким отверстием. Сосуды заполнялись песком и запаивались, а количество песка было таким, чтобы за 1 час он полностью пересыпался из одного сосуда в другой, после чего часы переворачивали. Разумеется, что изменяя количество песка, можно было изменять промежуток времени, за которые песок пересыпался из одного сосуда в другой.

Обычно песочные часы были рассчитаны на 1 час, 30 минут и полминуты. На кораблях песочные часы на 1 час использовались для измерения времени суток. 30-минутные песочные часы использовались для замера промежутков записи информации в «лисицу» — прообраз бортового журнала. 30 секундные песочные часы были необходимы для

www.drive2.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о