Приветствую Вас Гость | RSS

Астродамус

Суббота, 29.04.2017, 00:40

На суше и на море

Как мы уже показали в предыдущих главах, для астрономического определения географических координат точки местонахождения наблюдателя требуется знать высоту двух небесных светил (с необходимыми поправками) и точное время наблюдения. В теории никакой разницы между астрономическим определением на суше и на море нет. На практике эта разница огромна. На суше у нас всегда есть под ногами твердая устойчивая поверхность, на суше наше местоположение во время наблюдений остается неизменным. Даже если рельеф местности не позволяет нам видеть линию горизонта, для измерения высот светил она, в общем-то, и не особо нужна — поскольку мы всегда можем воспользоваться искусственным горизонтом того или иного рода (например, отвесом, пузырьковым уровнем или ртутным зеркалом). Измерение высот относительно искусственного горизонта, в частности, имеет важное преимущество — при этом вообще не требуется учитывать высотную (вторую) поправку. В случае же астроопределения в океане ситуация намного сложнее — вместо точного альт-азимута приходится использовать менее точный секстант, работать с отвесом или уровнем нет никакой возможности (из-за качки судна), поэтому все высоты приходится измерять только относительно видимой линии горизонта; наконец, при определении по двум светилам судно (обычно) продолжает свое движение, то есть точка местонахождения наблюдателя перемещается, и это обстоятельство необходимо учитывать при нанесении линий положения на карту (точность определения при этом, само собой, существенно снижается).

Эта иллюзорная медлительность

Насколько быстро изменяется высота светил со временем? Обычно нам кажется, что это происходит очень медленно, однако подобная медлительность весьма обманчива. Например, за 1 (часовую) минуту Солнце проходит половину своего поперечника, за 2 минуты — смещается на целый поперечник. Если светило расположено на Востоке или на Западе по направлению от наблюдателя (или, как говорят астрономы, «вблизи первого вертикала»), скорость изменения высоты светила может достигать десятков угловых секунд за часовую секунду — таким образом, движение светила будет легко заметным даже в визир секстанта, не говоря уже об универсальном инструменте. «Взять» высоту такого светила, в особенности с палубы судна, будет весьма непросто.

Вблизи верхней или нижней кульминации (вблизи местного меридиана) скорость изменения высоты светила, напротив, существенно уменьшается — и при прохождении через меридиан существует краткий промежуток времени (порядка 1 минуты), в который светило как бы «зависает» на одной и той же высоте. Таким образом, измерить высоту светила вблизи верхней/нижней кульминации будет существенно легче. Однако для максимально точного определения координат желательно, чтобы линии положения на карте пересеклись под углом, близким к 90º; это означает, что разница по часовому углу/прямому восхождению между наблюдаемыми светилами также должна быть близкой к 90º; то есть, если мы даже найдем одно «хорошее» светило на Юге (т. е. вблизи верхней кульминации), второе светило у нас в этом случае обязательно будет «плохим» (т. е. оно находится вблизи первого вертикала).

И снова погрешности

Однако на этом сложности не заканчиваются. Дело в том, что для получения точных координат места наблюдения должна быть не только максимально точно замерена высота светила — максимально точно должен быть «взят» сам момент измерения высоты. Как мы уже упоминали, за каждую часовую секунду точка географического положения светила смещается по поверхности земного шара на 15 угловых секунд; четыре секунды — это уже угловая минута, или морская миля по карте. Привычная в быту «пустяковая» погрешность в 1 часовую минуту при астрономическом определении будет стоить нам погрешности по расстоянию ±15 морских миль — на карте это можно будет изобразить как квадрат со стороной 28 км и, соответственно, площадью почти 800 квадратных километров. Представьте себе, насколько непростой может оказаться, скажем, задача для поисково-спасательной бригады: отыскать место крушения самолёта в квадрате 28 х 28 километров — для наглядности я нанес квадрат такого размера на карту окрестностей Саратова. Как видите, в него целиком попал не только город, но и все пригороды почти до самого Татищева.

Ход часов

Как вы уже поняли, нам нужно научиться не только точно измерять высоты светил, но и определять время с точностью до секунды. Если бы у нас были идеально точные часы, то с этим никаких проблем не возникало бы, однако идеальных часов, к сожалению, не существует. Обычно в быту если наши часы спешат или отстают, мы просто подводим стрелки на нужное время — но в этом случае мы сможем установить время только с точностью до 1 минуты (в лучшем случае), а мы только что говорили о том, что точность в 1 минуту по времени для астроопределения неприемлема. Поэтому на практике используется другой метод — с помощью сигналов точного времени замеряется так называемый суточный ход часов, то есть их ошибка за 1 сутки. Если ход положительный, то часы спешат; если ход отрицательный, то часы отстают. В дальнейшем при каждом измерении времени суточный ход умножается на количество суток работы часов.

Пример: Экспедиционный хронометр был запущен ровно в полночь по сигналам точного времени. Спустя ровно одни сутки на шестом сигнале точного времени хронометр показал 0 часов 0 минут 4 секунды — следовательно, суточный ход хронометра составляет +04с. На 12 сутки экспедиции поправка на ход составит 12 х 4 = 48 секунд; таким образом, на 12 сутки экспедиции, сняв по хронометру время 13ч 20 м 23с, следует отнять поправку на ход и получить точное время 13ч 19м 35с. При наличии радио всегда следует отслеживать сигналы точного времени, сверять их с показаниями хронометра и записывать текущее значение поправки в журнал.

Процедура измерения

Замер высоты светила удобнее всего производить вдвоем — наблюдатель работает с угломерным инструментом (альт-азимутом, секстантом), его помощник следит за показаниями часов (хронометра). В момент замера высоты светила наблюдатель отдает команду «ноль!», помощник снимает показания часов — причем для большей точности записывает сперва секунды, и только потом — минуты и часы. Далее в точности так же происходит процедура замера высоты второго светила — наблюдатель записывает высоту, помощник — время. Отняв поправку на ход хронометра, в итоге мы получим два момента времени, которые и будут использоваться в дальнейших расчетах и построениях.

Если приходится измерять высоты и время в одиночку, задача усложняется еще больше. Не побоюсь сравнить действия штурмана/астронома с исключительно серьезной акробатикой — в особенности если процедура происходит на палубе судна хотя бы при небольшом волнении. В данной ситуации помимо угломерного прибора и хронометра потребуется еще и секундомер. Ловим в визир светило, фиксируем значение и одновременно пускаем секундомер. Снимаем значение высоты со шкалы, записываем в блокнот. Идем в рубку к хронометру, останавливаем секундомер и одновременно снимаем показания хронометра (в порядке секунды > минуты > часы). Отнимаем от показаний хронометра показания секундомера, затем отнимаем поправку на ход хронометра, полученное значение времени записываем напротив взятой высоты. Возвращаемся на палубу, сбрасываем секундомер в «0», ловим в визир второе светило, фиксируем значение, пускаем секундомер и повторяем всю описанную выше последовательность действий от начала до конца.

Плюс движение

Вычислив все необходимые поправки для высот, нанесем на карту первую линию положения. Вторую линию положения можно наносить сразу только в том случае, если мы производили измерения на суше и не изменяли своей точки положения. Если речь идет о движущемся судне, нам потребуется еще и учесть его перемещение, или, говоря другим языком, привести оба наблюдения к одному зениту. Для этого нам требуется знать истинный курс судна и его скорость, то есть показания компаса и лага плюс значение поправки из таблицы магнитных склонений. Определив для второго светила азимут и величину переноса, построим линию на карте, а затем построим линию, параллельную ей, на расстоянии, равном пройденному пути по направлению, противоположному курсу судна (расстояние S в милях будет равно разнице по времени t2 – t1, умноженной на скорость судна в узлах). Вот эта вторая линия и будет линией положения на момент взятия высоты первого светила, и полученную точку пересечения следует отметить как точку положения судна на тот момент. После этого прокладываем от полученной точки курс судна и откладываем по этой линии расстояние, пройденное с момента взятия высоты первого светила. Полученная в итоге точка и будет приблизительной точкой местонахождения судна.

Посмотрите на иллюстрации. Итак, у нас есть судно, которое движется выбранным курсом; предполагаемую точку местонахождения судна мы возьмем в качестве вспомогательной точки AP.

Если бы наше судно покоилось, мы бы измерили высоты двух светил, посчитали азимуты и переносы (dh1 и dh2) и нанесли бы на карту линии положения LOP1 и LOP2. Точка их пересечения CP в этом случае была бы приблизительной точкой местонахождения судна.

Однако наше судно, как мы уже говорили, движется — соответственно, за время, прошедшее между измерениями светил, оно успело пройти некоторое расстояние S. Следовательно, мы должны перенести вторую линию положения параллельно исходной на то же самое расстояние S в направлении, противоположном курсу судна. Таким образом, наша точка CP перемещается в новое место:

Что представляет собой наша точка CP? Она представляет собой местонахождение судна в момент определения высоты первого светила. Поэтому для получения текущего местонахождения следует проложить через полученную точку CP линию курса и отложить от нее пройденное расстояние S. Эта точка будет точкой местонахождения судна на момент определения высоты второго светила.

P.S. Нетрудно заметить, что с точно таким же успехом мы могли бы сдвинуть линию положений LOP1 на расстояние S в направлении, совпадающем с курсом судна. В этом случае мы бы получили наши две точки в обратном порядке: сперва положение на момент определения высоты второго светила, а затем, отложив пройденное расстояние в обратном направлении, положение на момент измерения высоты первого светила.

P.P.S. Не следует забывать, что все наши линии положения и линии курса являются приближенными и не учитывают кривизну поверхности Земли. В связи с этим описанный выше метод дает относительно невысокие погрешности только в том случае, если пройденное судном расстояние S составляет менее 50 морских миль.

Следующая глава...