Морской прибор для определения координат по звездам

Секстан (Секстант) — прибор астрономической навигации

Для решения навигационных задач широкое применение находит изобретенный еще в XVIII в. секстан. С одной стороны, он используется для прямого измерения вертикального угла между горизонтом и выбранным для определения местонахождения судна небесным телом, а с другой стороны — для измерения горизонтального угла при решении наземных навигационных задач. Если, например, пеленгуется Солнце, штурман с помощью телескопа благодаря маленькому, до половины прозрачному зеркалу, нивелирует вначале горизонт. Затем он поворачивает большое зеркало с алидадой до тех пор, пока не получит на проекции нижний край Солнца, лучи которого, отражаясь от большого зеркала к маленькому, с помощью телескопа становятся видимыми для штурмана. По градусной шкале лимба он определяетмгновенную высоту Солнца над горизонтом в градусах. Расстояние до зенита Солнца вычисляется как разность между высотой зенита, которая всегда составляет 90°, и измеренной высотой.

Секстан

1 — зенитное расстояние; 2 — высота зенита 90°; 3 — большое зеркала; 4 — телескоп; 5 — лимб; 6 — алидада; 7— маленькое зеркало; 8 — высота.

Большое значение для определения местонахождения судна имеет угол зенитного расстояния, поскольку он совпадает с углом в центре Земли, который получается между точкой наблюдения и так называемой точкой изображения. Точка изображения представляет собой место на поверхности Земли, в котором она пересекается с воображаемой соединительной линией центр Земли — небесное тело. На Земле можно всегда найти такую точку, по отношению к которой небесное тело будет точно перпендикулярно, т. е. иметь высоту 90°, соответственно зенитное расстояние 0°. От любой другой точки, если смотреть с дневной стороны Земли, Солнце в зависимости от времени года и суток имеет определенное зенитное расстояние, которое, как и точку изображения, можно определить по Морскому астрономическому ежегоднику. Если, например, штурман по пути на Кубу в Атлантическом океане с помощью секстана берет пеленг Солнца и получает относительно своего местонахождения зенитное расстояние 25°36′, то, учитывая, что каждой угловой минуте на большом круге поверхности Земли соответствует расстояние в 1 морскую милю, он может определить, что находится на окружности радиусом 25X60=1536 морских миль. Для установления местонахождения судна на этой окружности, которая благодаря своему диаметру в месте наблюдения имеет вид прямой линии, штурман выбирает предполагаемую точку, вблизи которой, как он рассчитывает, находится судно. По морским (навигационным) таблицам он определяет, что точка изображения находится от предполагаемой в северном направлении под углом 112°. Под этим углом штурман проводит прямую через точку предполагаемого местонахождения корабля до точки изображения, которая является радиусом, перпендикулярным к окружности предполагаемого, а также и истинного местонахождения. Однако перпендикулярными к линии под углом 112° являются прямые предполагаемого и истинного местонахождения судна. По навигационным таблицам можно определить, что Солнце к моменту времени наблюдения имеет в предполагаемом месте зенитное расстояние 25°48′, т. е. на 12° больше, чем в месте наблюдения. Таким образом, судно оказывается на 12 миль ближе к точке изображения, чем предполагалось.

Определение местонахождения по Солнцу

1 — зенит предполагаемого места; 2 — зенит места наблюдения; 3 — зенитное расстояние в предполагаемом месте; 4 — зенитное расстояние в месте наблюдения; 5 — пеленг точки изображения; 6 — точка изображения; 7 — солнечные лучи; 8 — окружность места наблюдения; 9 — окружность предполагаемого места; 10 — центр Земли; 11 — точка наблюдения; 12 — зенитное расстояние, предполагаемое место — точка наблюдения; 13 — предполагаемое место; 14 — направление на Север.

Источник

Как мореплаватели определяли место судна по звездам? Что такое секстант и с чем его едят?

Сегодня мне хотелось бы рассказать вам про такой штурманский инструмент как секстант.

Прокладывай курс по звездам, а не по огням проходящих мимо кораблей.

Секстант был изобретён еще в 1730 году, а принцип измерения высоты светила при помощи парных зеркал и двойного отражения и того раньше, в 1699 году небезызвестным Исааком Ньютоном. А вот создатели секстана Джон Хендли и Томас Годфри не сыскали подобной славы, но их вклад в мореплавание был колоссальным, несмотря на то, что один был математиком, а второй изобретателем.

Секстант Джона Хендли и Тамоса Годфри вышел настолько хорош, что не претерпел практически никаких изменений с 1730 года по наши дни. Форма, принцип работы остались неизменными.

До появления секстанта, на флоте пользовались таким инструментом как астролябия. Но должную конкуренцию секстанту астролябия составить не смогла, поэтому вскоре была вытеснена секстантом. Главное преимущество секстанта перед астролябией была высокая точность.

«Так в чем разница? Почему секстант точнее?»

Хороший вопрос. Ведь что астролябия, что секстант измеряют высоту светила, но кардинальное отличие в том, что секстант позволял измерить высоту светила относительно горизонта, а не относительно самого инструмента, как при пользовании астролябии.

Еще одно огромное преимущество секстанта перед астролябией это система с двумя зеркалами, позволяющая вести наблюдение и за горизонтом, и за светилом. Сопоставляя их вместе мы получаем неподвижную картинку, даже в случае сильной качки на судне, в отличие от астролябии.

Хватит на пока истории, пойдемте посмотрим на современный секстант в деталях.

Секстант на судах хранится в, нашем случае, деревянном кейсе. В кейсе у нас имеется:

1. Секстант
2. Оптика
3. Отвертка для разбора и регулирования секстанта,
4. Шестигранник для настройки зеркал
5. Масло для смазки подвижных частей механизма.

Давайте обратим свое внимание непосредственно к секстанту.

Алидада — это подвижная часть рамы секстанта, благодаря которой мы можем наклонять верхнее зеркало, для сопоставления светил с горизонтом.

На раме можно заметить разметку. Эта разметка обозначает градусы угла между светилом и горизонтом.

Так же на алидаде имеется колок, позволяющий более точно измерить высоту светила, его разметка обозначает минуты.

Так как секстантом можно измерить не только высоту звезд или планет, а еще и высоту солнца. Для того чтобы не ослепнуть, снимая эту высоту, у секстанта предусмотрены по набору светофильтров на каждое зеркало.

Теперь посмотрим на пару зеркал. Зеркало, закрепленное на алидаде большого интереса не представляет, а вот зеркало, закрепленное на раме секстанта, лишь на одну наполовину зеркало, на вторую прозрачное стекло. Благодаря такой системе мы можем через стекло смотреть на горизонт, а с помощью пары зеркал «опустить» светило до горизонта и замерить его высоту.

Следом идет оптика. На ней долго останавливаться не будет, так как ничего особенного тут нет. Хочу добавить только одно, раньше вместо простой оптики использовали подзорную трубу.

Вот из чего состоит современный секстант, согласитесь можно сказать, что разницы между секстантом 1920 года, что я показывал ранее и этим нет. Теперь вкратце расскажу про способы определения места судна.

Есть 3 основных способа определения местоположения судна при помощи секстанта это:

1. Разновременное определение по солнцу.

Такой способ заключается в том, чтобы измерить солнце до полудня и после. Высчитать пройденное расстояние, построить линии положения, благодаря замерам сделанным ранее и определить координаты.

Такой способ занимает несколько часов, но его можно использовать днем, в отличие от способа определения по звездам или планетам.

2. Определение места судна по солнцу и луне.

В этом способе главное подгадать момент когда на небе будут оба эти светила. Замер высот и расчеты точно такие же, как и у разновременного определения по солнцу.

Основное отличие заключается в том, что для определения места не надо ждать несколько часов, пока солнце пройдет зенит и окажется с другой стороны, достаточно снять высоты со светил и можно сразу посредством расчетов определить место судна.

3. Определение места судна по звездам и/или планетам.

Я объединил два пункта в один, потому что суть их заключается в одном. Дождаться навигационных сумерек и сделать замеры. В отличие от первых двух способов, способом определения места судна по звездам и планетам можно воспользоваться только во время навигационных сумерек. В это время еще достаточно светло, чтобы было видно горизонт, но и достаточно темно, чтобы было видно звезды.

Время навигационных сумерек заранее просчитывается при помощи астрономического ежегодника и длятся эти сумерки буквально 5-7 минут. Поэтому штурману в этот момент надо, как можно точнее и быстрее снять, как можно большее количество светил.

Так же секстантом можно не только высоты светил определять. Секстант еще используется и в навигации. С его помощью можно определять горизонтальные углы между ориентирами, высоту самого ориентира и тем самым определять местоположение судна.

Надеюсь вам понравилось. Очень благодарен за ваши комментарии и лайки. Если остались вопросы задавайте обязательно обсудим. А пока можете почитать и другие мои статьи:

Источник

Устройство секстанта и правила использования

В древности не было даже представления о спутниках, постоянно находящихся над Землей, передающих сигналы нахождения объектов, Но людям необходимы были механизмы для определения ориентиров движения. Многочисленные руководства, учебники, пособия по навигации описывают их технические характеристики, как использовать секстант и другие средства измерения.

История создания

Первое упоминание о примитивных прообразах такого угломерного средства измерения встречается в старинных манускриптах, рассказывающих о путешествиях, открытии новых стран, звезд, мореплавании.

Из-за своего устройства инструмент получил название «sextans» (перевод с латинского означает шестой).

Сначала был изобретен компас для определения направления движения. При помощи часов высчитывали долготу, астролябии — широту, но они не давали точных результатов.

Ученые многих стран занимались усовершенствованием угломерных изделий. Но история сохранила только два имени тех, кто изобрел секстант одновременно, используя научный потенциал того времени. Это Джон Хэдли из Англии, Томас Годфрис из США.

Независимо друг от друга в 30-е годы XVIII столетия они разработали структуру октанта, сократив шкалу измерения до одной восьмой окружности, а капитан Камбел в 1757 году усовершенствовал изделие, уменьшив лимб до шестой части круга.

Это изделие стали называть морским секстаном, ставшим прародителем современных угломерных инструментов для навигации.

Принцип его действия, как предшествующего октанта, основан на принципе двойного отражения, изобретенным в 1699 году Исааком Ньютоном.

Отражательная оптическая система, состоящая из двух зеркальных поверхностей или призм, позволяет быстро, с точностью выполнять угловые измерения.

• строением рамы,
• алидадой с осью,
• отсчетным устройством.

Сначала использовали только верньер – пластинку, где деления были короче, чем на главной шкале лимба. Современные производители оснащают изделия микрометрическими винтами, отсчетными барабанами, зубчатыми рейками.

Эти модели позволяют осуществлять угловой отсчет угла быстрее, но требуют специальной методики наблюдений, более тщательного ухода.

Сегодня для кораблей морского флота выпускают модели приборов с искусственным горизонтом ИМС, ИМС, изделия СНО, СНО-2М, СНО- М, перископические, новейшую конструкцию с осветителем секстанта СНО-Т тропикоустойчивого варианта.

Некоторые морские суда оснащаются немецкими моделями VEB и «Плат».

Отличительная черта секстанта в том, что с его помощью высота небесных объектов измеряется по отношению к горизонту, а не по отношению к конструкции средства измерения. Это дает более точные координаты, чем предшествующие угломеры.

Астрономический инструмент

Потребность ориентирования у человечества росла вместе с освоением животноводства, земледелия, мореплавания. Для этого люди изучали движение звезд, Солнца и Луны, создавали механизмы систематизации светил и планет.

С возникновением эклиптики, разбитой на 12 частей, появились названия формируемых созвездий и создавались центры, подобные обсерватории Улугбека в Самарканде, которые оснащались астрономическими инструментами:

От квадранта и октанта прибор секстант отличается тем, что у него 6 долей окружности, а не 4 и 8 соответственно. В остальном принцип измерения этими угломерами одинаков.

По конструкции древнейшие средства измерения представляли собой дугу, разделенную на одноградусные деления для определения положения планет.

Восточный математик и астроном Аль-Худжанди в IX – X веке создал один из крупнейших инструментов.

Он представлял собой фреску, расположенную на 60-градусном отрезке дуги длиной 43 метра внутри здания. Каждое одноградусное деление было ювелирно точно разделено на 360 частей. Над дугой располагался потолок в виде купола с отверстием посередине, через которое лучи солнца попадали на древний угломер.

Устройство

Конструктивно прибор состоит из

• рамы,
• лимба,
• алидады,
• зрительной трубки,
• большого и малого зеркала,
• светофильтров,
• лупы,
• рычагов зажима алидады,
• отсчетного элемента,
• винтов для поправок измерений.

Детали, циферблат секстанта смонтированы на раме. Лимб образован двумя радиусами, дугой. Зеркало меньшего размера с прозрачной половиной и светофильтры крепко смонтированы на радиусе слева.

На вершине рамы смонтирован двигающийся радиус, называемый алидадой. На его одном конце закреплено зеркало большого размера, а другом – отсчетное устройство, разделенное на 60-минутные частички. Визирная трубка прикреплена к специальной стойке.

Принцип получения координат, используя устройство секстанта, остался таким же, как в прошлые века. Конструкция на поверхности одного зеркала спускает Солнце до линии горизонта, которая видна на поверхности другого зеркала, и указывает угловое отклонение на отсчетной детали.

Производители комплектуют современные модели отсчетно-стопорными устройствами, состоящими из микрометрического винта, отсчетного барабана, зубчатой рейки. Так как эти конструкции требуют специального метода наблюдений, современные изготовители предлагают модели с автоматическим съемом, дистанционной передачей данных для записи, дальнейшей компьютерной обработки.

Подробно о том, как работает такой секстант, описывает инструкция, прилагаемая к прибору.

Технические характеристики

Все виды секстантов очень похожи. Они различаются только отдельными деталями. Значение угла показывается в градусах индексом алидады, а минуты — отсчетным барабаном. Штрихи лимба и барабана покрыты светящимся красителем.

Каждый прибор для навигации снабжается формуляром с техническими характеристиками, результатами определения инструментальных поправок в лаборатории предприятия. Приводится также мертвый ход морского секстанта, указывается срок действия поправок, после которого необходимо провести переаттестацию инструмента.

При использовании на водных объектах рекомендуется контроль параллельности трубы и лимба один раз в квартал, перпендикулярности зеркал — еженедельно.

Следует учитывать, что 60-градусный сектор, давший название инструменту, реально отражает углы в диапазоне от 0 до 120 градусов, а из-за использования зеркал «шкала» «сужается» точно вдвое.

Правильное использование – гарантия точности

Секстант как угломерный инструмент считается самым точным из «классических» приборов. С одной стороны, им определяется вертикальный угол между горизонтом и небесным объектом, выбранным для расчета координат нахождения морского судна.

С другой стороны — для определения горизонтального угла при наземных измерениях.

Для получения правильных значений высоты, необходимо четкое наложение изображений в поворотном зеркале.

Модели угломеров типа тропикоустойчивого секстанта сно т оснащаются жидкостным уровнем или гироскопом, благодаря чему можно применять прибор без наблюдения естественной линии горизонта.

Его можно использовать на кораблях неограниченного региона плавания. Как правильно настроить и использовать секстант производители описывают в паспорте изделия.

Регулировка

Точно измерить угол светила можно только при правильной установке угломерного прибора. Чтобы убедиться в том, что секстант расположен вертикально, конструкцию перемещают из стороны в сторону. Это вызывает колебания изображения. Прибор установлен правильно, когда светило находится внизу кривой.

Из-за высокой чувствительности конструкции легко сбивается его настройка, поэтому необходима частая корректировка.

С ее помощью можно устранить ошибки:

• большого и малого зеркала,
• параллельности,
• индекса.

Преимущества:

• визирование объектов осуществляется одновременно,
• простота, быстрота определения географических координат,
• точное позиционирование на уровне горизонта и контроль наклона.

Как сделать секстант самостоятельно

Для того, чтобы сделать простейший секстант своими руками, нужно склеить небольшую трубку — окуляр. Лучше из картона. Из него же сделать объектив – трубку побольше диаметром. Вставленный в него окуляр при движении не должен качаться.

Из фанерного листа изготовить сектор и алидаду. К нижней дуге сектора приклеить Шкалу из бумаги приклеить к нижней дуге сектора, отметив на конце черту. Нанести разметку, разделив на 120 частей 60-градусный угол.

Соединить алидаду с сектором, закрепить болтиком в середине. С другой стороны, сделать рукоятку.

По центру вращения закрепить маленькое зеркало отражающей поверхностью к наблюдателю.

Зеркало размером больше и с очищенной от амальгамы верхней половиной закрепить у переднего выступа сектора. Его поверхность должна быть параллельна поверхности маленького зеркала, когда алидадная черта совпадает с нулевой отметкой.

Для измерений необходимы знания астрономии, геометрии, тригонометрии.

Источник