Определение местоположения судна. Определение судна: методы

С тех пор как корабли - творения рук человеческих - начали бороздить моря и океаны, перед навигаторами стояла задача определения собственного местонахождения. Огромные волны, шквалы и необходимость маневрировать галсами, держа встречный ветру курс, усложняли многодневные плавания, и одного лишь компаса стародавним мореходам не хватало. Сегодня, когда определение местоположения судна производится автоматически благодаря спутниковым системам ГЛОНАСС, трудно представить себе положение капитана, имеющего в своем распоряжении только нехитрые приспособления для ориентации по звездам. Тем не менее и сегодня выпускники профильных средних и высших специализированных учебных заведений владеют всеми этими приборами.

Основные методы морской локации

Двухкоординатное определение судна в трехмерном пространстве (локация) производится семью видами способов, в числе которых:

• Самый древний - визуальный.
• Более поздний, но ненамного - астрономический.
• Топографическо-вычислительный, то есть метод нанесения на карту полного пути судна с указанием точек изменения курса и расчета пройденного расстояния через перемножение скорости на время. Изобретен примерно в то же время, что и астрономический способ, и часто применяется вместе с двумя предыдущими. Сегодня рутинную работу выполняют автоматические счислители;
• Радиолокационный, позволяющий совмещать картину на экране радара с морской картой.
• Радиопеленговый. Доступен в тех случаях, когда на берегу есть источники сигнала.
• Радионавигационный, с использованием средств связи, по которым штурман получает нужную ему информацию.
• Спутнико-навигационный метод.

Все методы, кроме первых трех, стали следствием технологической революции, произошедшей в XX веке. Они были бы невозможны без открытий и изобретений, сделанных человечеством в области радиотехники, электроники, кибернетики и прорыва в космической сфере. Сейчас совсем несложно вычислить точку в океане, в которой находится судно, определение его координат занимает считанные секунды, и, как правило, они отслеживаются в непрерывном режиме. Примерно эти же технологии применяются в авиационной навигации и даже в такой «приземленной» области, как вождение автомобиля.

Широта

Как известно, земля не плоская, она имеет форму несколько сплюснутого шара. Точки на объемной фигуре, казалось бы, должны описываться тремя эвклидовыми координатами, но географам и штурманам вполне хватает и двух. Для того чтобы произвести топографическое определение судна, нужно назвать всего две цифры, сопровождаемые словами «северной» (или «южной») широты (сокращенно с.ш. или ю.ш.) и западной или «восточной» долготы (иначе – з.д. или в.д.). Значения эти измеряются в градусах. Все очень просто. Широты считаются от экватора (0°) до полюсов (90°) с указанием, в какую сторону: если ближе к Антарктиде, то указывается южная широта, а если к Арктике, то северная. Точки одной и той же широты образуют окружности, называемые параллелями. Каждая из них имеет разный диаметр - от самого большого на экваторе (примерно 40 тыс. километров) до нулевого на полюсе.

Долгота и меры длины

Определение места судна невозможно по одной координате, поэтому есть и вторая. Долгота представляет собой условный номер меридиана с указанием опять же стороны, в которую ведется отсчет. Круг делится на 360°, две его половины, соответственно, равны 180. Нулевым считается Гринвичский меридиан, проходящий через знаменитую британскую обсерваторию. С другой стороны планеты расположен его антипод – 180-й. Обе эти координаты (0° и 180°) указываются без названия направления долготы.

Кроме градусов есть еще и минуты - они указывают положение предметов с большей в 60 раз точностью. Так как все меридианы имеют равную длину, именно они стали мерой длины у моряков. Одна миля (морская) соответствует одной минуте любого меридиана и равна 1,852 км. Метрическую систему ввели намного позже, поэтому штурманы судов используют старую добрую английскую милю. Также применимы такие единицы, как кабельтов - он равен 1/10 мили. Что удивительно, ведь раньше англичане чаще считали дюжинами, чем десятками.

Визуальный способ

Как ясно из названия, метод основан на том, что видят штурман и капитан, а также другие члены команды, находящиеся на палубе или снастях. Раньше, во времена парусных флотов, была должность вперед смотрящего, пост этого матроса размещался на самом верху, в специально отгороженном месте грот-мачты - клотике. Оттуда видно было лучше. Определение места судна по береговым предметам подобно самому простому методу пешехода, знающего, что нужен ему, например, дом по улице Старопортофранковской под номером 12, а для точности есть еще один критерий поиска - аптека, расположенная напротив. У моряков, правда, ориентирами служат другие объекты: маяки, горы, острова или какие-либо другие заметные детали ландшафта, но принцип тот же. Нужно замерить два или более азимута (это угол между стрелкой компаса и направлением на ориентир), нанести их на карту и в точке их пересечения получить свои координаты. Ясное дело, такое географическое определение судна, а вернее его местоположения, применимо только в зоне прибрежной видимости, и то в ясную погоду. В туман можно ориентироваться по звуку сирены маяка, а за неимением надводных примет - обратиться к мелям на мелководье, замеряя лотом глубину.

Астрономия на морской службе

Самый романтический метод локации. Примерно в XVIII веке моряки вместе с астрономами изобрели секстан (иногда его называют секстантом, так тоже правильно) - прибор, с помощью которого можно производить довольно точное двухкоординатное определение судна по положению на небе светил. Устройство его на первый взгляд сложное, но на деле научиться пользоваться им можно довольно быстро. В его конструкции есть оптическая система, которую следует навести на Солнце или какую-либо звезду, предварительно установив прибор строго горизонтально. Для точного наведения предусмотрены два зеркала (большое и малое), а по шкалам определяется угловое возвышение светила. Направление прибора задается компасом.

Создатели прибора учли многовековой опыт древних судоводителей, ориентировавшихся только на свет звезд, луны и солнца, но создали систему, упрощающую как обучение навигации, так и сам процесс локации.

Вычисление

Зная координаты исходной точки (порта выхода), время движения и скорость, можно прокладывать на карте всю траекторию, отмечая, когда и на сколько градусов был изменен курс. Этот метод мог бы быть идеальным в случае, когда направление и скорость не зависят от течения и ветра. Неравномерность хода и погрешности показателя лага (измерителя скорости) также влияют на точность получаемых координат. В распоряжении штурмана находится особая линейка для прокладки параллельных линий на карте. Определение маневренных элементов морского судна производится с помощью компаса. Обычно в точке смены направления определяется истинное положение с применением других доступных методов, а так как оно, как правило, не совпадает с вычисленным, то между двумя точками рисуется своеобразная закорючка, отдаленно напоминающая улитку и называемая «невязкой».

В настоящее время на борту большинства судов установлены автоматические приборы-вычислители, которые с учетом вводимой скорости и направления производят интегрирование по переменной времени.

С использованием радара

Сейчас на морских картах белых пятен не осталось, и опытный штурман, видя очертания берега, может сразу сказать, где находится вверенное его заботе плавсредство. Например, заметив на горизонте даже в туман свет маяка и услышав приглушенный звук его сирены, он тут же скажет что-нибудь вроде: «Мы на траверсе огня Воронцовский, дистанция две мили». Это означает, что судно находится на указанном расстоянии на линии, соединяющей под прямым углом курс и перпендикулярное направление на маяк, координаты которого известны.

Но часто бывает, что до берега далеко, и видимых ориентиров нет. Раньше, во времена парусного флота, корабль «клали в дрейф», собирая паруса, иногда, если был известен капризный характер доминирующих ветров и непредсказуемость дна (рифы, мели и т. д.), то ставили на якорь и «ждали в море погоды», то есть прояснения. Сейчас нет необходимости в такой потере времени, а береговую линию штурман может увидеть, глядя на экран локатора. Определение судна с помощью РЛС – задача несложная при наличии квалификации. Достаточно совместить изображение на навигационном приборе и карту соответствующего района, и сразу все станет ясно.

Пеленгование и радионавигационный метод

Есть такая радиолюбительская игра - «Охота на лис». С помощью самодельных приборов ее участники ищут спрятавшуюся в кустах или за деревьями «лису» - игрока, у которого есть работающая радиостанция малой мощности. Таким же образом, т. е. пеленгуя, контрразведывательные службы вычисляют резидентов иностранных разведок (по крайней мере, раньше так было) в момент отправки ими шпионских донесений. Для локации требуется не менее двух направлений, пересекающихся в точке местоположения, но чаще всего их больше. Так как всегда существуют некоторые разбросы показаний, и абсолютной точности добиться невозможно, пеленги сходятся не в одной точке, а образуют некую многостороннюю фигуру, в геометрическом центре которой и следует с высокой степенью вероятности предполагать свое местоположение. Ориентирами могут служить специально создаваемые на берегу лоцманские сигналы (например, на маяках) или излучения радиостанций, координаты которых известны (они нанесены на карту).

Также широко применима береговая корректировка курса с использованием средств радиосвязи.

По спутникам

Сегодня заблудиться в океане или море практически невозможно. За перемещением движущихся объектов на море, в воздухе и на суше наблюдают навигационно-спасательные системы, российская "Коспас" и международная Sarsat. Работают они по допплеровскому принципу. На судно необходимо установить особый радиобуй, но безопасность и уверенность в благополучном исходе рейса стоят затрачиваемых на него средств. Пеленгаторы размещены на геостационарных («висящих» над фиксированной точкой земной поверхности) спутниках, составляющих систему. Услуга эта предоставляется бесплатно и, помимо спасательной функции, выполняет навигационный поиск точки нахождения судна. Спутнико-навигационный метод дает самые точные координаты, его применение не вызывает сложностей, и штурманы в наш технологический век его используют чаще всего.

Дополнительный параметр – загрузка

На судоходные качества судна и его возможный курс существенно влияет его осадка. Как правило, чем большая часть корпуса погружена в воду, тем выше уровень его гидродинамического сопротивления. Бывают, впрочем, и исключения, например, у атомных субмарин подводный ход превышает надводный, а особая носовая «бульба» в случае ее полной утопленности создает эффект лучшей обтекаемости. Так или иначе, но на скорость движения (ход) влияет масса груза (карго) в трюмах или танках. Для оценки этой величины моряки используют особые метки с рисками на носовой, кормовой и бортовых частях корпуса (шкал не менее шести). Наносятся эти знаки индивидуально, у каждого судна они свои, единого стандарта нет. Методика определения веса груза на борту судна, получившая наименование «драфт сюрвей», основана на использовании «марок осадки» и применяется для многих целей, в частности навигационных. Глубина дна не всегда позволяет кораблю проходить по конкретному фарватеру, и штурман обязан учитывать этот фактор.

Остается лишь пожелать как минимум семь футов под килем тем, кто отправляется в плаванье.