 |
Nawigacja jest dziedziną nauki o bezpiecznym prowadzeniu żeglugi i
sposobach określania pozycji statku na morzu.
|
Można wyróżnić nawigację:
terrestryczną stosowaną w zasięgu widoczności lądu, prowadzoną przy pomocy stałych i pływających znaków
nawigacyjnych (latarni morskich, latarniowców, nabieżników, pław, staw, itp.),
astronomiczną (astronawigację) posługującą się obliczeniami matematycznymi, opartymi na obserwacji położenia
ciał niebieskich; znajomość ruchu tych ciał na niebie pozwala (wg danych zawartych w rocznikach astronomicznych) określić ściśle w
jakim miejscu i o jakiej porze słońce, księżyc, czy też inna obserwowana gwiazda może być widziana pod określonym kątem; namierzenie
odbywa się za pomocą sekstantu,
inercyjną polegającą na wykorzystaniu sił bezwładności; tutaj do oznaczenia pozycji jachtu stosuje się pomiary
wielkości i kierunku przyspieszeń określone przez dwa przyspieszeniomierze (dla kierunku południkowego i równoleżnikowego),
satelitarną,
radionawigację.
Podstawowe pojęcia nawigacyjne:
Oś Ziemi - średnica Ziemi, wokół której obraca się ona w ruchu dobowym.
Bieguny Ziemi - końce osi obrotu Ziemi wyznaczające na jej powierzchni bieguny ziemskie - północny BN
i południowy BS.
Południk ziemski - połowa obwodu koła zawartego pomiędzy dwoma biegunami. Południk zerowy przechodzi przez
miejscowość Greenwich leżącą w pobliżu Londynu.
Równik - ślad na powierzchni kuli ziemskiej powstały na skutek przecięcia osi obrotu Ziemi (w jej środku)
prostopadłą płaszczyzną. Dzieli on Ziemię na dwie półkule: północną i południową. Równik przecina południki pod kątem prostym i
dzieli każdy z nich na dwa równe łuki o długości 90O każdy.
Równoleżnik ziemski - to ślad przecięcia powierzchni kuli ziemskiej płaszczyzną prostopadłą do osi obrotu Ziemi.
Płaszczyzna ta jest równoległa do płaszczyzny równika.
Na powierzchni kuli ziemskiej można przeprowadzić nieskończoną ilość południków i równoleżników.
Jeżeli przeprowadzimy je w określonych odstępach od siebie to otrzymamy siatkę linii przecinających się pod kątem prostym zwaną:
siatką współrzędnych geograficznych. Taka sama siatka wykreślona na papierze nosi nazwę siatki
kartograficznej i służy jako osnowa mapy.
Punkt przecięcia się południka zerowego z równikiem wyznacza początek (zero) układu
współrzędnych geograficznych na powierzchni kuli ziemskiej. Współrzędnymi tego układu są: długość i szerokość geograficzna.
Określenie pozycji jachtu na morzu polega na ustaleniu jej współrzędnych geograficznych.
Przy założeniu kulistości Ziemi można przyjąć, że szerokość geograficzna
jest to kąt środkowy zawarty między płaszczyzną równika a prostą łączącą środek Ziemi z równoleżnikiem pozycji
jachtu.
W nawigacji przyjęto, że szerokość geograficzna jest długością łuku południka wyrażoną w mierze kątowej. I w takim przypadku szerokością
geograficzną nazywamy długość łuku południka przechodzącego przez pozycję jachtu, mierzoną od równika do równoleżnika pozycji. Szerokość
geograficzną mierzymy od równika w kierunku północnym i południowym od 0O do 90O.
Szerokość północną zapisujemy ze znakiem algebraicznym dodatnim (+), albo symbolem N (North).
Szerokość południową zapisujemy ze znakiem algebraicznym ujemnym (-), lub symbolem S (South).
Wszystkie punkty znajdujące się na tym samym równoleżniku mają tę samą szerokość geograficzną.
Długość geograficzna - kąt dwuścienny zawarty między płaszczyzną południka
zerowego a płaszczyzną południka pozycji jachtu.
Długość geograficzną można także określić długością łuku równika wyrażoną w mierze kątowej. W tym przypadku długością geograficzną
nazywamy długość łuku równoleżnika zawartą między południkiem zerowym a południkiem pozycji jachtu. Długość geograficzną mierzymy od
południka zerowego na wschód i na zachód: wynosi ona od 0O do 180O.
Długość geograficzną wschodnią zapisujemy ze znakiem algebraicznym dodatnim (+), lub symbolem E (East).
Długość geograficzną zachodnią zapisujemy ze znakiem algebraicznym ujemnym (-), lub symbolem W (West).
Południk zerowy i południk 180O W równy 180O E, dzielą kulę ziemską na półkulę wschodnią i zachodnią.
Wszystkie punkty znajdujące się na tym samym południku mają tę samą długość geograficzną.
Długość geograficzna i szerokość geograficzna w sposób jednoznaczny określają położenie
dowolnego obiektu na powierzchni Ziemi, to znaczy wyznaczają zawsze punkt przecięcia się południka z równoleżnikiem danego obiektu.
Mierzy się je w stopniach, minutach i sekundach.
Stosowaną w nawigacji miarą odległości jest mila morska(Mm) równa
1852 m. Jej dziesiąta część to kabel (kbl) równy 185,2 m. Miarą prędkości jest natomiast węzeł (w)
równy 1 Mm/godz.
Róża wiatrów (kompasowa) - obraz horyzontu z podziałem na kierunki. Dzieli się na 360 stopni; od zera do 359,
przez wschód 90, południe 180, zachód 270 stopni. Jest to tzw. podział pełny róży kompasowej, stosuje się też podziały:
- połówkowy - od zera do stu osiemdziesięciu przez wschód - połówka NE - i od zera do 180 przez
zachód - połówka NW. Można też liczyć odpowiednio od południa i wówczas będziemy mieli połówki SE i SW. Np. kierunek 275 stopni
w systemie pełnym, w systemie połówkowym oznaczymy jako N 85 W lub S 95 W.
- ćwiartkowy - od zera do 90 dla poszczególnych ćwiartek. Liczymy zawsze od północy, bądź od południa.
Np. kierunek 80 stopni w systemie pełnym oznaczymy jako N 80 E, natomiast kierunek 100 stopni w systemie pełnym, po przeliczeniu na
ćwiartkowy zostanie oznaczony jako S 80 E.
Nie używa się już róży wiatrów w systemach ćwiartkowych i połówkowych. Obecnie systemy te mają
jednak jeszcze zastosowanie w tablicach nawigacyjnych ułatwiających rozmaite obserwacje i obliczenia - zwłaszcza w astronawigacji.
Zachował się również w użyciu najstarszy system podziału róży kompasowej na 32 rumby. Jest to swoista
odmiana systemu ćwiartkowego - czy może raczej system ćwiartkowy się z niego wywodzi. Każdy rumb ma swoją nazwę w swojego rodzaju
układzie, powtarzającym się w każdej ćwiartce, przy czym tutaj też nazywamy kierunki zawsze licząc od północy bądź od południa.
Przeliczanie rumbów na stopnie, nie ma w zasadzie zastosowania (chociaż oczywiście można - 1 rumb to 11,25 stopnia), natomiast
spotkamy się z nimi przy określaniu kierunku, z którego wieje wiatr. Przy czym, na ogół, ograniczamy się wówczas do 16 kierunków
głównych.
Kierunki kardynalne (zasadnicze): północ (N), południe (S), wschód (E), zachód (W). Kierunki te
naniesione na koło dzielą go na cztery ćwiartki. Dwusieczne poprowadzone ze środka koła przez każdą z ćwiartek wyznaczą kierunki
interkardynalne: NE, SE, SW, NW.
Południk magnetyczny. Namagnesowana igła z żelaza, mająca swobodę ruchu w płaszczyźnie poziomej,
czyli mogąca się swobodnie obracać, ustawia się w kierunku północ-południe (N-S). Pionowa płaszczyzna przeprowadzona przez swobodną igłę
magnetyczną nazywa się płaszczyzną południka magnetycznego, zaś przecięcie tej płaszczyzny z powierzchnią kuli ziemskiej - południkiem
magnetycznym.
Biegun magnetyczny. Kula ziemska to wielki magnes, a raczej ciało o właściwościach magnesu.
Takie miejsce na kuli ziemskiej, gdzie linie sił pola magnetycznego mają kierunek prostopadły do powierzchni Ziemi nazywa się biegunem
magnetycznym. Położenie biegunów magnetycznych jest zmienne i nie pokrywa się zazwyczaj z położeniem biegunów geograficznych.
Deklinacja - odchylenie igły magnetycznej od południka geograficznego (rzeczywistego).
Deklinacja to kąt zawarty pomiędzy południkiem geograficznym danego miejsca na Ziemi, a południkiem magnetycznym. Ściślej: kąt między
płaszczyznami tych południków. Deklinacja różni się wielkością w różnych punktach Ziemi i jest zmienna w czasie i to w różnoraki sposób,
zarówno w cyklach dziennym, miesięcznym, czy rocznym, jak i losowo. Dla potrzeb nawigacji morskiej istotne są zmiany wiekowe, czyli
powolny dryft biegunów magnetycznych, powodujący, że dla naszych obszarów zmienia się ona mniej więcej 0,1 stopnia rocznie w kierunku na
wschód (czyli rośnie). Zmiany wiekowe są odnotowywane na mapach, przy czym przyjmuje się, że roczny przyrost lub ubytek ma postać funkcji
liniowej; dla różnych obszarów jest różnie, ale należy pamiętać, że jest to przybliżenie prawdziwe mniej więcej przez okres pięcioletni,
później należy nabyć nową mapę, bądź też upewnić się, że deklinacja dla danego obszaru się istotnie nie zmieniła. W wyjątkowych
przypadkach losowych, np. silna burza magnetyczna wartość kąta deklinacji może się zmieniać w ciągu kilku godzin nawet do +/- 2 i
więcej stopni. Burza magnetyczna jest jednak niewykrywalna środkami dostępnymi na statku, więc z konieczności zmiany te, w praktyce
musimy pominąć. Deklinacja w związku ze swoimi zmianami wyznaczana jest na bieżąco dla każdego miejsca na świecie. Zajmuje się tym
ogólnoświatowa sieć obserwatoriów zrzeszonych w IAGA (International Agency of Geomagnetism and Aeronomy). Natomiast admiralicje
zamieszczają na wydawanych przez siebie mapach nawigacyjnych odpowiednie o niej konotacje w postaci: róż kompasowych z zaznaczonymi
kierunkami geograficznymi i magnetycznymi, ramek z wpisanymi wartościami lub też nadrukowanych izogon, czyli linii łączących miejsca
o takiej samej wartości deklinacji magnetycznej.
Jeżeli rzuty biegunów; magnetycznego i geograficznego na płaszczyznę prostopadłą do pionu i styczną do powierzchni Ziemi w punkcie
obserwatora, leżą w jednej linii z tym punktem, czyli południk geograficzny pokrywa się z południkiem magnetycznym, wówczas deklinacja
wyniesie zero.
Deklinacja wschodnia występuje, gdy ostrze igły magnetycznej, zwrócone ku północy, odchyla się od południka geograficznego w prawo,
na wschód. Oznaczamy ją (E) i przyjmujemy jako dodatnią (+).
Deklinacja zachodnia - gdy ostrze igły magnetycznej, zwrócone ku północy, odchyla się od południka geograficznego w lewo, na zachód.
Oznaczamy ją (W) i przyjmujemy jako ujemną (-).
Niestety igła magnetyczna podlega wpływom nie tylko magnetyzmu ziemskiego, ale też wpływom
magnetyzmu przedmiotów żelaznych znajdujących się w pobliżu. Jeżeli igłę magnetyczną ustawimy na stalowym statku, to pod wpływem stali
igła odchyli się o pewien kąt w prawo czy w lewo od płaszczyzny południka magnetycznego. Przecięcie się płaszczyzny pionowej,
przechodzącej przez ową igłę magnetyczną na stalowym statku, z powierzchnią kuli ziemskiej, nazywamy południkiem kompasowym.
Dewiacja - odchylenie igły magnetycznej od południka magnetycznego. Jest to kąt między
płaszczyznami południka magnetycznego i kompasowego. Dewiacja, tak jak deklinacja, może być wschodnia i zachodnia, zależnie od wychylenia
w prawo czy w lewo igły od południka magnetycznego. Wartość dewiacji ulega zmianom. Dla poszczególnych jednostek pływających wydaje się
"tablice dewiacji" mające za zadanie ułatwić branie poprawek na owe wychylenia. Tabele te sporządzane są przez zawodowego
dewiatora (w Urzędzie Morskim) lub doświadczonego nawigatora i powinny podlegać częstej kontroli. Dewiator przeprowadzi jacht na dalabę
dewiacyjną, czyli taką, która umożliwi mu dowolne zacumowanie dziobem lub rufą w wybranym kierunku rzeczywistym. Poprzez porównanie
wskazań kompasu uwzględniających znaną deklinację bez problemu znajdzie błędy wskazań kompasu, które, w zasadzie, są szukaną poprawką
dewiacyjną. Dla kadłuba laminatowego, drewnianego i aluminiowego nie powinna ona w żadnym wypadku przekraczać 2 stopni. Jeśli jest
większa, dewiator sprowadzi ją do tego poziomu odpowiednio manipulując magnesami korekcyjnymi. Dla kadłubów stalowych można przyjąć
dopuszczalne, nieskorygowane, odchylenie do 4 stopni. Po przeprowadzonych próbach, teoretycznie co 10 stopni, praktycznie na ośmiu
kierunkach, dewiator zostawi opieczętowaną tabelę, którą należy umieścić w widocznym miejscu, najlepiej w pobliżu stołu nawigacyjnego.
Generalnie dewiacja jachtowa ma charakter półokrężny, tzn. przebieg sinusoidalny z przejściem przez zero co 180 stopni. Znaki poprawek
są takie by spełniały warunek:
kierunek rzeczywisty = kierunek kompasowy + (+/- deklinacja) +(+/- dewiacja)
KR = KK + (+/- d) + (+/- s)
przy czym:
KK + (+/- d) = kierunek magnetyczny [KM]
zaś:
(+/- d) + (+/- s) = całkowita poprawka magnetyczna [cp]
zatem:
KR = KK + cp
Tę całkowitą poprawkę należy sobie od czasu do czasu ustalić, by przez cały sezon nie polegać
tylko na dewiacyjnej tabelce. Można to zrobić ustawiając się w nabieżniku i sprawdzić sobie ze dwa kursy czy się zgadzają z tabelą. Można
też wykorzystać do tego GPS, biorąc np. cztery pozycje co piętnaście minut i starając się przez godzinę utrzymać zadany kurs. Wszelkie
odstępstwa powyżej 2 stopni należy potraktować alarmująco.
Kursy i namiary. Dla ich wykreślenia na mapie winniśmy posługiwać się kątomierzem. Każda mapa
nawigacyjna podaje wszystkie kierunki jako rzeczywiste. Czyli każdy kierunek musi być mierzony od południka geograficznego. Jeśli więc
od jakiegoś punktu na mapie chcemy wykreślić kurs jachtu lub namiar, ustawiamy kątomierz na najbliższym południku na podany kurs lub
namiar, a następnie przesuwamy ten kątomierz równolegle aż do podanego punktu i wykreślmy kierunek kursu lub namiaru. Odwrotnie - przy
odczytywaniu wykreślonego kursu lub namiaru - środek kątomierza musi leżeć na południku, a przeciwprostokątna musi być równoległa do
kursu lub namiaru. Odpowiednią wartość kąta wskazuje na kątomierzu linia południka.
Mierzenie odległości na mapie. Do pomiarów używamy podziałki szerokości geograficznej z bocznej
ramki mapy. Jedna minuta wzięta z tej podziałki odpowiada jednej mili morskiej. Natomiast minuta z podziałki długości geograficznej
nie będzie milą morską. Odległości mierzone na mapie odkłada się i przenosi cyrklem. A jeżeli rozwartość cyrkla nie wystarcza,
odległość wymierza się odcinkami.
|
