С вопросом «куда?» люди научились разбираться еще в первом тысячелетии (или даже раньше) с помощью магнитного компаса, а с начала ХХ в. и гирокомпаса. Но мало знать направление: чем дальше в открытое море уходили корабли, тем сложнее было определить их местоположение вдали от видимых береговых объектов. Тогда человек обратил свой взор к небу, и возникла мореходная астрономия.
Работа со звездами
По угловой высоте небесного светила над линией горизонта в результате вычислений определялась линия положения (линия на поверхности Земли, на которой находится судно). Точка пересечения двух, а лучше трех или даже четырех линий — для уменьшения погрешности — и есть место корабля. Поначалу астрономические инструменты были довольно примитивными. Одним из первых приборов для определения в море высоты светил был градшток (посох Якова) — деревянная рейка со шкалой градусных делений и закрепленной под прямым углом подвижной поперечиной. На концах поперечины имелись отверстия, на конце рейки — мушка, и, чтобы измерить угол между направлением на два каких-либо объекта, надо было добиться видимости обоих через отверстия на концах крестовины.
Другим, более сложным, инструментом стала астролябия — металлический диск, подвешиваемый за специальное ушко. На поверхности диска находились вертикальная и горизонтальная линии, были нанесены градусы и закреплено визирное устройство (алидада). Для работы требовались три человека: один держал диск, другой наводил алидаду, третий производил отсчет. Но даже малейшая качка делала эти операции трудновыполнимыми.
Потом появился октант — сложный прибор со зрительной трубой и системой зеркал, а за ним — секстан, который до сих пор является штатным навигационным прибором на судах водоизмещением 300 т и выше. Для измерения высоты светила, наблюдаемого в зрительную трубу, его изображение с помощью двух встроенных зеркал совмещается с линией горизонта.
Одновременно с развитием наблюдательных приборов двигалась вперед и собственно мореходная астрономия. Был определен перечень так называемых навигационных светил из примерно двухсот наиболее легко наблюдаемых астрономических объектов, включая Солнце, Луну, некоторые планеты и звезды. Систематизированы и сведены в специальные периодически переиздаваемые альманахи (Морские астрономические ежегодники) данные по этим светилам, а также созданы таблицы высот и азимутов светил для упрощения расчетов. Все это позволило сократить время определения положения судна.
Искусственные спутники
Тем не менее определение места судна с помощью секстана остается довольно трудоемким и даже у опытного судоводителя занимает 15–20 минут. Кроме того, для измерений нужен помощник, фиксирующий точное время и результаты каждого наблюдения.
Запуск искусственных спутников Земли дал новое направление навигационной мысли. В середине XX в. появились первые планы по использованию искусственных астрономических объектов для определения местоположения судов в море. Уже в 1970-х гг. заработала американская система Navstar, позднее переименованная в GPS (Global Positioning System), а еще десятилетие спустя — российская ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система). К началу нового тысячелетия GPS и ГЛОНАСС стали активно внедрять в гражданское мореплавание, а затем и в нашу повседневную жизнь. Сейчас GPS/ГЛОНАСС-модули установлены во многих устройствах и позволяют постоянно определять с высокой точностью их местонахождение.
Однако, как и всегда в нашей жизни, удобство в одном вылилось в проблемы в другом. Если еще 20–30 лет назад, несмотря на наличие средств радионавигации Loran, Decca, МАРС, каждый судоводитель был вынужден периодически (и не только во время инспекционных проверок) использовать методы мореходной астрономии, а значит, поддерживать навыки работы с секстаном, то сейчас эти навыки в большой мере утрачены. Но ведь недаром на борту каждого судна обязателен секстан! В океанском плавании возможны ситуации, когда прием спутниковых сигналов по ряду причин затруднен или невозможен. Неожиданная потеря сигнала от спутников или береговых референц-станций, выдающих поправки на определенные районы, плавание в зонах слабого спутникового покрытия или в высоких широтах, где прием сигналов спутников, находящихся на геостационарных орбитах, затруднен — во всех этих случаях секстан позволит получить ответ на вопрос: «Где я?» и, соответственно, понять, куда идти. Но тратить с этим прибором 20, а то и 40 минут на определение места судна, да еще привлекать для этого помощника крайне неэффективно.
Новое решение
А что, если соединить классический секстан с электронно-вычислительным блоком и минимизировать время, потребное на расчеты?
Немецкая фирма Cassens & Plath, более века производящая секстаны и магнитные компасы, и компания «МОРСКИЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ», почти 30 лет работающая на российском рынке морской электроники, объединили усилия по созданию такого прибора.
На секстан Cassens & Plath закрепляются электронные датчики, позволяющие снимать и передавать в вычислительный блок угловые величины измеренных высот светил. Компактный электронный блок со специально разработанной программой ведет учет Всемирного времени, хранит в памяти информацию по 50–60 навигационным светилам (с возможностью ее актуализации по Морскому астрономическому ежегоднику) и вычисляет линии положения.
Прототип электронного навигационного секстана
Алгоритм определения места с использованием секстана существенно упрощается. Судоводитель заранее по таблицам или по звездному глобусу выбирает навигационные светила. Далее в удобном меню на дисплее электронного блока выбирает по очереди эти светила и выполняет последовательные измерения. Простое нажатие кнопки позволяет зафиксировать время, измерить угловую величину высоты светила и вычислить линию положения по зафиксированным данным. После определения двух-трех линий положения электронный блок рассчитывает место судна, выдавая информацию сразу в географических координатах.
Классический секстан, столетиями служивший судоводителю и строгим выверенным дизайном радовавший глаз, стоит на пороге радикального обновления. Не исключено, что следующим шагом в развитии электронной компоненты будет использование в качестве электронно-вычислительного блока обычного смартфона с загруженным программным приложением. Но это в будущем, а пока на подходе первый электронный секстан. И хорошо, что судоводители не забывают мореходную астрономию и хотя бы иногда обращают свой взор к небу.
