Часы для определения местоположения корабля. Навигация - определение местоположения судна

В другой, важно выбрать наиболее выгодный путь и держаться его, постоянно контролируя свое местонахождение. В этом людям и помогает навигация.

Древние мореходы старались плавать вблизи берегов и местонахождение судна определяли по береговым ориентирам. Смелые финикийцы и викинги, плавая вдали от берегов, ориентировались по солнцу и звездам. В XI в. появился компас, но магнитная стрелка в высоких широтах показывала не на географический север, а на магнитный полюс, не совпадающий с северным полюсом. Значит, чем выше были широты, в которых плавали суда, тем большей погрешностью отличались показания компаса. Компас являлся далеко не универсальным средством ориентации. В середине XVI в. выдающийся фламандский картограф Г. Меркатор вычислил координаты магнитного полюса, предложил новый принцип составления карт в равноугольной цилиндрической проекции. С тех пор в этой проекции составляются все морские карты.

В настоящее время направление движения судна определяют по магнитному компасу (с учетом магнитного склонения) или по гирокомпасу. Гирокомпас устроен по принципу волчка и вращается двигателем с частотой 300 ООО оборотов в минуту. Как и всякий волчок, он обладает свойством сохранять в пространстве заданное положение оси, например направление с севера на юг.

Когда судно находится в открытом море, то его курс и пройденное расстояние постоянно наносят на карту. Такой учет курса называется счислением, а курс - счислимым. Результат работы штурмана называют прокладкой (курса судна по карте).

Только поблизости от берега по маяку или по пеленгатору (прибору для определения угловых направлений на внешние ориентиры: береговые или плавучие объекты, небесные светила и др.) штурман может точно назвать координаты судна. Он определяет направление на два ориентира, положение которых известно по карте. От этих ориентиров на карте проводят линии, а точкой их пересечения и будет местонахождение судна в море.

Вдали от берега штурман пользуется навигационными приборами. Скорость судна и пройденное расстояние измеряются с помощью лага. Лаги бывают гидродинамическими и гидростатическими. Гидродинамический лаг - это вертушка (винт), которую на тросе тянут за кормой судна. Обычно лаг соединяют со счетчиком оборотов, установленным на днище судна. Чем быстрее идет судно , тем быстрее вращается лаг, и счетчик показывает большее число оборотов, а на его циферблате указывается значение скорости судна.

Гидростатический лаг воспринимает силу давления воды. В воду опущена трубка, согнутая на конце. Отверстие трубки обращено вперед. Поток набегающей на судно воды создает Давление. Чем больше скорость, тем больше давление. По значению давления и определяется скорость судна.

Измерение скорости судна в узлах связано с применением первого простейшего лага, похожего на поплавок. Его сбрасывали с судна на веревке, разделенной на части узлами. Число «выбежавших» за полминуты с судна узлов соответствовало числу пройденных судном морских миль (1111,852 км) в час.

Однако лаг не дает очень точного представления о скорости судна, потому что с его помощью нельзя учесть скорости и направления течений, ветра, а также факторов, влияющих на снос судна. Морякам нужен не счислимый, а истинный курс судна, поэтому счислимый курс корректируется астрономическими наблюдениями с использованием секстанта (или секстана) - угломерного зеркально-отражательного инструмента для измерения высот небесных светил над горизонтом или углов между видимыми на берегу предметами. Устройство секстанта таково: к бронзовому сектору, составляющему примерно 1/6 часть круга (название прибора и произошло от латинского слова sextantis - «шестой»), прикреплены зрительная труба и два зеркала (для отражения лучей света от небесного светила). На секторе нанесены деления - градусы и минуты - для угловых измерений.

При определении местонахождения корабля или самолета по солнцу или звездам с помощью секстанта обычно измеряют высоты нескольких небесных светил над линией видимого горизонта. Затем вносят в полученный результат ряд поправок, учитывающих, например, понижение видимого горизонта и др. И наконец, определяют (чаще всего графически) поправки к счислимым координатам, пользуясь формулами мореходной и авиационной астрономии.

С развитием радиотехники радиосвязь пришла на помощь судовой навигации. Радиомаяки, местоположение которых точно известно, непрерывно посылают радиосигналы. Их принимает судовой радиопеленгатор - специальный радиоприемник , при помощи которого определяют пеленг - угол между меридианом, на котором находится судно, и направлением на источник радиоволн. При определении местоположения судна учитывают пеленги двух радиостанций (радиомаяков).

В интересах навигации используют и радиолокатор (см. Радиолокация), позволяющий «видеть» в темноте и тумане, определять расстояние и пеленг до берега или до судна, с которым нужно разойтись в море.

Место судна можно уточнить и по рельефу дна, изображенному на карте. Для этого применяют ультразвуковой прибор - эхолот (см. Акустика, акустическая техника). Измеряя время прохождения ультразвукового импульса до морского дна и обратно, прибор определяет глубину, и автосамописец вычерчивает кривую глубин - рельеф дна. Штурман сравнивает изображение на карте с показаниями эхолотов.

Важную роль играет навигационная техника в авиации, помогая водить самолеты . Перед пилотом на приборной доске среди множества различных приборов есть и навигационные. Это высотомер, устройство которого основано на тех же принципах, что и барометра, реагирующего на изменение давления. Давление с высотой уменьшается, и штурман сравнивает давление на земле с показаниями высотомера. Так можно узнать примерную высоту полета. Истинная высота полета определяется радиовысотомером - малым радиолокатором. Он посылает радиоимпульсы к земле и принимает их обратно. Скорость радиоволны известна - 300 000 км/с, и прибор определяет высоту полета по времени с момента посылки и до возвращения импульса. Измерителем скорости на высоте служит манометр, измеряющий давление встречного потока воздуха. С высотой оно уменьшается, и прибор показывает меньшую скорость. Но указатель скорости автоматически учитывает это изменение, и в результате его стрелка указывает на истинную скорость полета. О направлении полета можно судить по показаниям гирокомпаса.

Навигация в переводе с латинского означает «мореплавание, судоходство». Это составная часть комплекса морских наук, которая выделилась из них в процессе развития мореходства. Сюда входит лоция - делающая акцент на навигационных пособиях, морская астрономия - которая изучает методы определения координат судна по небесным светилам; и средства судовождения, с помощью которых ведется счисление пути и определение местоположения судна.

Сама история людей неразрывно связана с морем и мореплаванием. Останки людей, которым более 30 тысяч лет, найдены в Северной и Южной Америке, многие из этих древних людей переплыли океан. Как это им удалось? Тур Хейердал во время своих океанских экспедиций на прообразах старинных судов доказал, что это возможно. Первые корабли нам известны по древнеегипетским записям, - это достаточно совершенные суда, на которых египтяне осуществляли оживленную торговлю по Нилу и по морю. Этим записям более 4-х тысяч лет. С этой древней поры уже и возникла надобность в навигации.

Какие вопросы стояли перед древними мореходами? Да такие же, как и в наше время. Это определение своего местоположения и направление пути. Вначале оживленные морские торговые пути шли вдоль берегов, и навигацию осуществляли по береговым ориентирам. Если же предстояло плыть через океан, то перед глазами древних путешественников был лишь один ориентир - звезды. Направления сторон света определяли по движению солнца. А долго наблюдая ночью за звездами, можно выделить среди них и неподвижные объекты. Это Полярная звезда в Северном полушарии и звезды в созвездии Южный крест в Южном. Скорее всего, ориентируясь на эти звезды, древние люди осваивали все новые пространства, заселяли материки и острова. Также древние заметили, что хоть звезды и движутся, но расстояния между ними не изменяются. Перед глазами людей стояла ошеломляющая картина движущейся небесной сферы. Это сейчас мы знаем, что двигается Земля и мы вместе с ней. Но эти наблюдения и положили начало астрономии и астронавигации.

Древний финикийский корабль. Изображение на саркофаге

Первые навигационные карты

Чтобы успешно ориентироваться в пространстве, люди стремились построить модель этого пространства, чтобы знать, где они находились и куда все-таки плыть. Некоторые народности пользовались устной традицией, когда в форме рассказов или песнопений передавалась информация о морских путях. Иногда пользовались и узелковой письменностью. Но даже схематичное изображение, план местности был более нагляден. Так стали появляться карты. У полинезийцев, преодолевших огромный Тихий океан, это были плетеные циновки с обозначением островов и рифов. Египтяне рисовали на тростнике. Однако эти карты, несмотря на большую точность в описаниях конкретных местностей и их особенностей, не давали ответа на главный вопрос - в каком именно месте в данный момент находится мореплаватель? Сколько времени ему идти до выбранного порта? Неподвижная точка отсчета уже была - это звезды. Требовалось придумать и решить, как обозначить свое местоположение на карте. Но первоначальные карты были к сожалению неточными, ведь круглую поверхность Земли трудно нанести на плоскость карты без искажений. Тем более что по древним представлениям земля была плоской, что вносило ещё большую неточность. Однако торговля развивалась, особенно сильно в регионе Средиземного моря. Постепенно были накоплены огромные знания по мореходству, астрономии и другим наукам, в дальнейшем они были собраны в античной Греции. Развитие эти науки получили позднее, во времена римской империи. Греки, пользуясь своими наблюдениями и собранной информацией от предшественников, нанесли на карты очертания известных земель. Для обозначения местоположения этих земель и других объектов на карту нанесли сетку координат. Изобретение этой широко нам известной сетки на картах из параллелей и меридианов тоже принадлежит древним грекам. Понятие широты и долготы для определения своего местоположения возникло опять-таки в Греции в результате постоянных наблюдений за положением и высотой Солнца днем и высотой звезд над горизонтом ночью. Мерой измерения было выбрано изменение положения Солнца. Наблюдая за светилами, ещё халдейцы разделили круг на 360 частей, где одной частью - градусом - было перемещение Солнца на небе на величину его диска. Градус разделили на 60 угловых минут, так как этот народ имел шестидесятиричную систему счисления. Эти знания были усвоены и развиты греками. Постепенно в науку вошли такие понятия, как горизонт, эклиптика, небесный экватор. Без этих астрономических понятий невозможно определение точных координат.

Современная трёхмерная карта звездного неба

Уже в третьем веке до н.э. греческий ученый Эратосфен определил не только то, что Земля круглая, но и очень точно вычислил длину окружности и радиус земной сферы. Он применил в своих картах равнопромежуточную цилиндрическую проекцию, что давало большую точность на картах, показывающих небольшие площади земной поверхности. Другой греческий ученый - Гиппарх - в третьем веке до н.э.покрыл всю землю сеткой меридианов и параллелей. Теперь стало понятно, в какой области карты надо находить свои координаты. Немного позднее римский географ Маринус Тирский составляет точные морские карты. Для некоторых областей он очень точно вычисляет долготу и широту и наносит их на сетку из параллелей и меридианов. Его сведениями в дальнейшем пользовался знаменитый ученый Птолемей в своих трудах. Маринус, как и Эратосфен, даже пытался изобразить полную модель Земли - глобус. Его вычисления и карты были настолько точны, что их приняли за основу в 15 веке португальцы.

Труды же более позднего ученого - Птолемея - дали огромный толчок науке географии и мореходства. Птолемей нарисовал карту мира в конической проекции, с параллелями и меридианами, он обозначил сетку координат, исчисляемых в градусах, где широты измерялись от экватора, а долготы — от самой западной точки известного тогда мира. Он опросил огромное количество купцом и моряков и довольно точно описал побережья и страны, даже те, которые не видел. Он описал огромное количество новых мест и дал их координаты. Помимо точных сведений, он записывал на карты и выдумки людей, поэтому в его картах можно найти, например, земли населенные народом песьеголовцев и прочие чудеса. В дальнейшем, после Птолемея, ничего нового в картографии не было придумано, а после крушения римской империи наступили и вовсе темные времена.

Карта Птолемея в современной обработке. На ней достаточно точно указаны известные в то время грекам земли

Древние навигационные инструменты

Самым первым навигационным инструментом были глаза древнего мореплавателя. Но с развитием мореплавания этого стало недостаточно. Для точного определения угла светил над горизонтом потребовались специальные инструменты. Так появился сначала гномон, который представлял из себя высокий столб, по соотношению длин столба и тени от него определяли время и высоту Солнца над горизонтом. Гномон в виде доски с шестом на нем впервые был использован греческим торговцем и мореплавателем Пифеем для определения широты ещё в 4-ом веке до н.э. Купец нарушил существоваший тогда запрет и вышел за Геркулесовы столбы в открытый Атлантический океан, где провел свои наблюдения. Несмотря на примитивный прибор и волнение, путешественник снял показания с точностью в несколько угловых минут. Позднее для астронавигационных наблюдений использовали квадрант. Квадрант представлял из себя обычную доску, вытесанную из камня или дерева. На ее поверхности были нанесены вертикальная и горизонтальная линии и объединяющая их дуга в 90°, разделенная на градусы и их части. В центре дуги помещали линейку, которая могла перемещаться.

Квадрант

Более совершенным инструментом стала астролябия, которой пользовались начиная со второго века до н.э. вплоть до 18-го. Астролябия была по сути моделью небесной сферы с ее важными точками, кругами, полюсами и осью мира, меридианом, горизонтом, небесным экватором и эклиптикой. Выполнять наблюдения таким прибором было непросто. Наблюдая Солнце, Луну или известные звезды, древний астронавигатор приводил круги сложного инструмента в правильное положение, после чего по градуированным на кругах шкалам вычислял долготу и широту по наблюдаемому светилу. Самый известный дощедший до нас механизм - древнегреческий прибор из 32 шестерен "Антикитера", поднятый со дна моря. По сохранившимся надписям на нем можно сделать вывод, что это астронавигационный прибор. Механизм мог вычислять конфигурации движения Солнца, Луны, Марса, Юпитера, Сатурна, лунные и солнечные затмения. Предположительное время изготовления - период между 100 - 150 годами до н.э.

Древний астронавигационный прибор

Ещё один прибор, без которого не могут обходится современные навигаторы - компас - тоже был изобретен в незапамятные времена. Изобретатели компаса - китайцы, если верить записям в их книгах, начали использовать магнитный компас не только для религиозных нужд, но и для мореходства примерно за 300 лет до нашей эры. Однако до нас дошли копии компаса более позднего периода. Он представлял собой подобие намагниченной ложки, черенком показывающий на юг. Китайцы каждой стороне света сопоставляли свой цвет. Например, юг ассоциировался с красным цветом - современные компасы следуют этой традиции.

Китайский компас

Лоция

Начиная с плаваний египтян и финикийцев, были накоплены огромные массивы информации о береговой линии, портах убежищ, якорных стоянках. Эти знания легли в основу карт и в дальнейшем использовались даже европейцами в средние века. Также древние мореплаватели, выходя в океан, столкнулись с таким явлением, как приливы и отливы. В дальнейшем знания были систематизированы, и уже в древнегреческой лоции, к примеру, писали: «Вся индийская страна имеет очень много рек и очень высокий прилив и отлив, которые в новолуние и полнолуние усиливаются в течение трех дней, а в промежуточные фазы бывают слабее».

Определенную сложность в исторические времена представляло собой точное измерение времени и расстояния. Для измерения времени пользовались водяными или песочными часами, а расстояния измеряли на глаз. В Древней Греции для помощи капитанам, была также принята система маяков. Очень известен Александрийский маяк высотой 120 метров. Многие скульптуры, поставленные на берегу, тоже служили береговыми ориентирами для кораблей. Известная статуя Колосса Родосского высотой 36 метров была видна за многие мили. А вход в большие порты по ночам освещался светом - большими кострами.

Первые школы мореплавателей

С развитием торгового мореплавания, с увеличением количества морских путешествий, возникла необходимость передачи знаний. Упоминаний именно о морских школах глубокой древности не сохранилось, скорее всего знания передавались устно и в тесном кругу. Одной из древних известных школ была школа мореплавания в Полинезии. На острове Райатея, было обнаружено место, откуда исходила экспансия полинезийцев на остальные острова Тихого Океана, и место передачи знаний о морском деле и навигации - это и были первые мореходные школы. Представители Центра яхтенной подготовки АМС, побывали в этом сакральном месте на островах . В 2012 году мы планируем совершить туда вторую экспедицию.

"Тапу тапу марае" на острове Райатея. Датируется 1-м тысячелетием до н.э. Это сохранившиеся остатки одной из первых школ океанского плавания. Фото Владимира Ватрунина.

Первые учебники для мореплавателей были написаны, наверное, наравне с изобретением письменности. Один из известных нам астрономических учебников мореплавания был составлен Фалесом Милетским ещё за 600 лет до н.э. В Греции преподавание астрономии, в том числе и астрономии для мореплавания, велось в высших учебных заведениях того времени. Известные же нам классические школы мореплавания были созданы гораздо позднее, в средние века.

История мореплавания, а, стало быть, и пиратства, тесным образом связана с историей навигации и картографии. История мореплавания, а, стало быть, и пиратства самым тесным образом связана с историей навигации и картографии. Когда появились морские карты? Как люди в древности ориентировались в море? Ответить на эти вопросы не так просто, как может показаться вначале.

Конечно, плавание вдоль берегов не требует карт или каких-то специальных способов ориентации. Достаточно изучить береговую линию. Большинство древних мореплавателей так и поступало, это, кстати, значительно упрощало и снаряжение судна: не требовалось иметь значительного запаса провианта и пресной воды. А раз так, то, казалось бы, и приспособления для навигации должны были бы появиться совсем недавно. Но штука вся в том, что длительные плавания совершались уже тысячелетия назад, в то время, как первые сведения о каких-либо навигационных приборах относятся к довольно позднему времени.

Современная наука считает, что индейцы обеих американских континентов, также как и папуасы островов Океании, происходят от сибирских племен, мигрировавших через океан. Сибиряки оставили свой «след» в местах проживания майя, инков, ацтеков и других племен. Впрочем, есть и другие гипотезы на этот счет. Например, учеными не исключаются миграции финикийцев или других народов, населявших Средиземноморье, через Атлантический океан. Известным путешественником и ученым Туром Хейердалом было предпринято несколько успешных экспедиций на «Кон-Тики» и «Ра» с целью подтвердить это предположение.

Как бы то ни было, речь, безусловно, идет о плаваниях через океан, вдали от берегов, где единственным ориентиром могло быть звездное небо, солнце и луна. Сегодня считается, что первые мореплаватели пользовались антретным ориентированием (т. е. на глаз) по небесным светилам. Восток и запад определяли по восходу и заходу солнца, а север и юг - по положению Полярной звезды или звезд из созвездия Южный крест.

Часто древние мореплаватели брали с собой клетки с птицами . Если корабль терялся в море, то моряки периодически выпускали птицу (часто - черного ворона). Если птица возвращалась назад, значит суши поблизости нет, а если же она улетала в определенном направлении - то корабль следовал за ней, полностью доверяя пернатому: значит, птица летит на сушу. Такой прием был особенно популярен у скандинавов.

Карта Птолемея (II век н. э.) Благодаря опросу купцов и мореплавателей, а также чтению всех отчетов античных путешественников, ему удалось нарисовать карту мира в конической проекции, с параллелями и меридианами

Вероятно, это дало толчок к появлению портулан, хотя точное время зарождения этих карт я бы не рискнул назвать даже приблизительно. Что же такое портуланы?

Средиземноморские мореплаватели испытали необходимость иметь точные путеводители, которые помогли бы вести торговлю на очень больших расстояниях от родных портов. Из-за непостоянства ветров удаляться от берегов в Средиземном море можно было не всегда, так как капризная погода Средиземноморья делала эти путешествия весьма опасными. Даже в средневековье большинство передвижений в этом регионе по-прежнему совершалось в пределах видимости берегов.

Во времена критских, финикийских и египетских мореплавателей Средиземноморье бороздило множество кораблей, но из-за необходимости держаться берега, в год можно было успеть совершить только одно путешествие с востока на запад. С октября по март торговля практически прекращалась, а некоторые маршруты с севера на юг (Греция - Египет, Галлия - Северная Африка), при встречном ветре, занимали целые месяцы.

Таким образом, в античные времена и в раннем средневековье первые карты становились скорее путеводителями для перехода из порта в порт, нежели точным описанием берегов. Лоцманы были больше заинтересованы в точном знании рельефа побережья, наличия мелей, постоянства ветров, местоположения портовых городов, нежели в научном представлении о поверхности Земли. Не имея для управления кораблем компаса, не обладая никакими средствами для определения широты (особенно когда облака прикрывали небо), лоцману - будь он египетским, греческим, венецианским или каталонским, оставался единственный выход - нарисовать карту! Ему необходим был портулан (от итальянского «портолано», то есть «путеводитель по портам»). Иначе говоря, требовался путеводитель, объединяющий в себе сведения о берегах, портах, ветрах, глубинах и течениях, собранные профессионалами мореплавания со времен античности, сведения с помощью которых в средневековье осуществлялась торговля в средиземноморских портах.

Первые сведения о непосредственно морских картах Марина Тирского относят ко II веку до н. э., хотя, карты вообще существовали уже у древних полинезийцев в V веке до н. э. и представляли собой сплетенные из растений циновки с изображением островов и рифов.

Карты того периода мало отличались от весьма схематичных планов, и чем большие территории изображались, тем меньше была точность карт: ведь Земля-то круглая, и большие участки ее поверхности нельзя показать на плоскости без искажений!

Одно из решений этой проблемы было найдено еще две тысячи лет назад Эратоcфеном (276–196 г. до н. э.), который начал применять при создании карт квадратную равнопромежуточную цилиндрическую проекцию. Кстати говоря, именно Эрастофен, наблюдая за полуденной высотой солнца в Александрии и Асуане, определил радиус Земли (6366,7 км) с такой высокой точностью, что этому поражаются до сих пор! А в качестве измерительного инструмента «выступил» верблюд! Эрастофен определил расстояние между двумя точками методом подсчета среднего числа шагов, и, зная разницу в длине солнечной тени, провел несложные вычисления. Сейчас это элементарная задачка по геометрии о подобии двух треугольников, но в те времена это было чудом.

Чтобы лучше читать карту нужна лоция. Лоция (от голл. loodsen - вести корабль) - руководство для плавания в определенном водном бассейне с подробным описанием его навигационных особенностей. Древнейшая из сохранившихся лоций - грека Скилака (VI век до н. э.) которая подробно описывала расстояния между портами, их оборудовании, о якорных местах, навигационных опасностях…

Вообще, задолго до средневековых космографов человек совершал попытки изобразить Землю в форме глобуса. Такими были уже упомянутые Эратосфен и Марин Тирский, таким был и Птолемей: они дерзко рисовали карты, основываясь на своих собственных расчетах. Когда Палла Строцци привез в Константинополь полный экземпляр «Географии» Птолемея, то его перевод на латинский язык стал, как сказали бы сегодня, одним из «бестселлеров» зарождавшегося книгопечатания! Птолемей - греческий ученый из Александрии, живший примерно с 90 по 160 года нашей эры. Благодаря опросу купцов и мореплавателей, а также чтению всех отчетов античных путешественников, ему удалось нарисовать карту мира в конической проекции, с параллелями и меридианами, то есть сетку координат, исчисляемых в градусах, где широты измерялись от экватора, а долготы - от самой западной точки известного тогда мира. Частично ошибочная, очень неточная во многих своих местах, «География» тем не менее, являла собой ощутимый этап в математическом осмыслении мира.

Квадрант — примитивный инструмент для измерения высоты звезд и определения широты.

Как уже стало ясно, понятия географической широты и долготы для однозначного определения местоположения на поверхности Земли, впервые возникли в Древней Греции. Днем (в полдень) широту определяли по длине солнечной тени, ночью - по высоте определенных звезд над горизонтом. Сегодня пальма первенства в использовании широты и долготы присуждается Гиппарху из Никеи (ок. 190–125 гг. до н. э.), который предложил метод определения долготы разных точек по измерению местного времени при наблюдении лунного затмения. Кроме того, Гиппархом была изобретена астролябия (греч. astron - «звезда», и labe - «схватывание») - угломерный инструмент, служивший с древнейших времен до начала XVIII века для определения положения небесных светил. Раньше для тех же целей использовался квадрант.

В 1342 году математиком Леви Бен Гершоном впервые был описан прибор впоследствии названный «Палочка Леви». Называемая также «арбалет», она являлась простым, но хитроумным приспособлением, с помощью которого можно измерять относительную высоту солнца в зените по отношению к линии горизонта. Благодаря таблицам Закуто и Визиньо (1465 год), используемым одновременно, можно было определить с точностью до одного или двух градусов широты свое местоположение.

Палочка Леви — средневековый инструмент для определения широты местоположения.

Эволюция европейской картографии вплоть до XVI века отражает собой гигантский коллективный труд во имя того, чтобы составить представление о мире, почерпнув сведения из грубого эмпиризма портуланов. Так моряки мало-помалу получают возможность пользоваться всеми плодами научного познания Земли. На место описаний, даже достаточно точных, но всегда неполных, приходят карты, способные дать геометрически верное представление о нашей планете. Но для этого требовалось избавиться от предрассудков мифологизированного сознания, а заодно обзавестись некоторыми навигационными и топографическими инструментами.

Одним из первых навигационных «приборов» можно считать соларстейн (в переводе с древнескандинавского - «солнечный камень») . С его помощью можно было определить положение солнца в туманную погоду. Он несколько раз упоминается в текстах древних викингов. Предполагается, что речь идет о кристалле исландского полевого шпата (кордиерита), обладавшего магнитными свойствами.

Явление магнетизма было подмечено людьми еще в глубокой древности. История магнетизма богата наблюдениями и фактами, различными взглядами и представлениями.

Сегодня считается, что впервые свойства магнитного железняка описал Фалес Милетский в VI веке до н. э. Это были чисто теоретические выкладки, не подтвержденные опытами. Фалес дал маловразумительное объяснение свойствам магнита, приписывая ему «одушевленность». Через столетие после него Эмпедокл объяснял притяжение железа магнитом некими «истечениями» из него какой-то нематериальной субстанции. Позднее подобное же объяснение в более определенной форме было представлено в книге Лукреция «О природе вещей». Высказывания о магнитных явлениях имелись и в сочинениях Платона, где он описывал их в поэтической форме. Представления о существе магнитных действий были у ученых более позднего времени - Декарта, Гюйгенса и Эйлера, причем эти представления в некоторых отношениях не слишком отличались от представлений древних философов.

В морской навигации магнитные явления использовались со времени раннего средневековья. В конце XII века в трудах англичанина Некаме и француза Гио де Провенс впервые описана простейшая буссоль (фр. boussole)- устройство, позволяющее определять магнитный азимут в море. Хотя в Китае буссоль применялась для навигации еще до нашей эры. В Европе же она приобрела распространение лишь в XIII веке.

Первым экспериментатором, занявшимся магнитами, был Петр Перегрин из Марикура (XIII век). Он опытным путем установил существование магнитных полюсов, притяжение разноименных полюсов и отталкивание одноименных. Разрезая магнит, он обнаружил невозможность изолировать один полюс от другого. Он выточил сфероид из магнитного железняка и пытался экспериментально показать аналогию в магнитном отношении между этим сфероидом и землей. Этот опыт впоследствии (в 1600 году) еще более наглядно воспроизвел Гильберт.

Первые компасы, изобретенные независимо друг от друга в Азии и в Скандинавии около XI века, пришли на Средиземноморское побережье Европы в XII веке и представляли собой плавающую в наполненной водой раковине дощечку. К одному из ее концов был прикреплен кусочек каламита - камня, обладающего природными магнитными свойствами, привозимого из Магнезии в Греции, где он очень распространен. Такой компас хорошо действовал лишь при незначительной качке на корабле.

а). Один из первых компасов, представлявший собой плавающую в наполненной водой раковине дощечку. К одному из ее концов был прикреплен кусочек магнитного камня;
б). Обычная буссоль, состоящая из стальной магнитной стрелки, вращающейся на острие, расположенном в центре небольшой круглой или четырехугольной коробочки (по-итальянски - «боссола»), была наиболее распространена на борту первых каравелл.
в). Компас или сухая буссоль со стрелкой, усовершенствованная в Сагрской школе, изготавливался из картонного диска, на котором была нарисована роза ветров. Под северной точкой розы ветров закреплялась небольшая намагниченная стальная полоска. Это уже более точный инструмент, чтобы держать правильный курс.

Так были ли достоверными сведения, содержавшиеся в портуланах? Думаю, что это зависело от возлагаемых на них задач. Для решения «местных» прикладных задач - попадания из точки А в точку Б - они вполне подходили. Навигация по Средиземному морю была довольно неплохо изучена, поскольку постоянно поддерживалась крупными лоцманскими школами, такими как генуэзская, венецианская или лагушская. Для познания же всего мира портуланы совершенно не годились, больше путая исследователей, нежели помогая им.

Только с конца XIII века первые попытки океанского плавания, а также более широкое использование компаса выявили необходимость реального отображения на плоском листе бумаги рельефа берегов с указанием ветров и основных координат.

После XIV века портуланы часто сопровождаются приблизительными контурными рисунками средиземноморского побережья и атлантических берегов Западной Европы. Постепенно корабли, уходящие в океанские плавания, начинают включаться в работу по составлению более точных портуланов и рисунков.

Где-то к началу XV века появляются уже настоящие навигационные карты. Они представляют собой уже полный набор сведений для лоцмана: рельеф берегов, перечень расстояний, указания широты и долготы, ориентиры, названия портов и местных обитателей, указываются ветра, течения и морские глубины.

Карта, наследница математических знаний, полученных древними, все более точных сведений об астрономии и тысячелетнего опыта навигации из порта в порт, становится одним из главных плодов научной мысли первооткрывателей: отныне во время длительных плаваний требуется составлять отчеты, необходимые для полного отображения знаний о мире. И более того, появились первые судовые журналы! Конечно, морские путешествия описывались и ранее, но теперь это начинает носить регулярный характер. Первым ввел обязательный судовой журнал для капитанов своих каравелл инфант Генрих. Капитаны должны были ежедневно записывать сведения о берегах с указанием координат - дело чрезвычайно полезное для составления достоверных карт.

Несмотря на стремление уточнять и проверять, двигавшее наиболее знаменитыми картографами (Фра Мауро в 1457 году утверждал, что ему не удалось вместить в свою карту всех сведений, которые ему удалось собрать), фантазии, легенды, вымысел окружали любой картографический труд неким «фольклорным» ореолом: на большинстве карт, датированных до XVII века, мы видим, как на месте малоизвестных или недостаточно исследованных регионов возникают изображения различных чудовищ, почерпнутых из античной и раннехристианской мифологий.

Достаточно часто составитель, описывая обитателей отдаленных уголков, прибегал к домыслам. Районы, исследованные и попавшие под власть европейских королей, отмечались гербами и флагами. Однако великолепно разрисованные обширные розы ветров не могли принести пользы, если они неправильно ориентированы или размечены в ошибочных линиях «ромбов» (примитивная система ориентации, предшествовавшая системе меридианов и параллелей). Часто работа картографа становилась настоящим произведением искусства. При дворах королей разглядывали планисферы, словно полотна, за ними угадывались пустившиеся в дальние путешествия мореплаватели, чудовища вызывали дрожь, пройденные расстояния и интригующие названия завораживали. Потребовалось немало времени, прежде чем обычай делать карту декоративной уступил место действительно полезной картографии, лишенной всяческого вымысла.

Этим объясняется та недоверчивость, с которой великие мореплаватели, и в первую очередь Христофор Колумб, относились к разукрашенным картам XV века. Большинство моряков предпочитало доверяться своему знанию ветров, рельефа дна, течений и наблюдениям за небесной сферой, или отслеживанию движения косяков рыб или птичьих стай, для того чтобы ориентироваться в бескрайних просторах океана.

Несомненно, именно в XV веке благодаря португальским мореплавателям, а затем путешествию Колумба и, наконец, кругосветному путешествию Магеллана в 1522 году человечество смогло на практике проверить расчеты древних греков и представления о сферичности Земли. Многие мореплаватели теперь на практике получали конкретные знания, свидетельствующие о шаровидности нашей планеты. Кривая линия горизонта, перемещение относительной высоты расположения звезд, рост температуры по мере приближений к экватору, смена созвездий в южном полушарии - все это делало очевидной истину, которая противоречила христианской догме: Земля - это шар! Оставалось только измерить расстояния, которые необходимо было преодолеть в открытом море, чтобы добраться до Индии, в южном направлении, как это сделали португальцы в 1498 году, или в западном, как казалось Колумбу, когда он в 1492 году встретил на своем пути непреодолимое препятствие в лице обеих Америк.

Колумб был хорошо знаком с космографической литературой того времени. Его брат был картографом в Лиссабоне, и он сам попытался построить глобус на основе имевшихся атласов, современных и античных трактатов по космографии. Он, правда, допустил, вслед за Пьером Айи и его «Имаго Мунди» (1410 год), грубую ошибку в оценке расстояния между Португалией и Азией, занизив его (есть гипотеза, что он сделал это преднамеренно). Тем не менее, он внял советам именитых картографов, таких как Тосканелли (который верил в морской путь на запад), Пикколомини (будущий папа Пий II) и Мартин Бехайм (впоследствии автора довольно точного глобуса).

Начиная с 1435 года португальские и итальянские моряки взяли за правило плыть на расстоянии от африканского берега, чтобы избежать опасных зон и переменчивости ветров. Прибрежная зона, изобилующая рифами и отмелями, и впрямь являла собой очевидную опасность кораблекрушения.

Однако столь значительное удаление от берега, что он теряется из виду, предполагает умение ориентироваться в открытом море на плоском однообразном пространстве без маяков, ограниченном лишь линией горизонта. А морякам XV века не хватало теоретических познаний в области математики и геометрии, необходимых для точного определения своего местонахождения. Что же касается измерительных приборов, с ними дела обстояли еще хуже. До XVI–XVII веков ни один из них не был по-настоящему хорош в деле. На картах, хотя и постоянно уточняемых, имелись существенные пробелы.

Чтобы оценить чрезвычайное мужество мореплавателей, которые осваивали ближнюю, а затем и дальнюю Атлантику, надо вспомнить, какими жалкими средствами они располагали для определения своего местонахождения в открытом море. Перечень будет краток: моряки XV века, в том числе и Христофор Колумб, не обладали практически ничем, что помогло бы им решить три главных задачи любого мореплавателя, отправляющегося в дальнее плавание: держать курс, измерять пройденный путь, знать с точностью свое настоящее местоположение.

У моряка XV века в распоряжении имелись всего лишь примитивная буссоль (в различных вариациях), грубые песочные часы, кишащие ошибками карты, приблизительные таблицы склонения светил и, в большинстве случаев, ошибочные представления о размерах и форме Земли! В те времена любая экспедиция по океанским просторам становилась опасной авантюрой, часто со смертельным исходом.

В 1569 году Меркатор составил первую карту в равноугольной цилиндрической проекции, а голландец Лука Вагенер ввел в обиход атлас. Это был крупный шаг в науке навигации и картографии, ведь даже сегодня, в двадцать первом веке, современные морские карты составлены в атласы и выполнены в меркаторской проекции!

В 1530 году голландский астроном Гемма Фризий (1508-1555) в своем труде «Принципы астрономической космографии» предложил способ определения долготы с помощью хронометра, но отсутствие достаточно точных и компактных часов надолго оставили этот метод чисто теоретическим. Этот способ был назван хронометрическим. Почему же способ оставался теоретическим, ведь часы появились много ранее?

Дело в том, что часы в те времена редко могли идти без остановки в течение суток, а их точность не превышала 12–15 минут в сутки. Да и механизмы часов того времени не были приспособлены для работы в условиях морской качки, высокой влажности и резких перепадов температуры. Конечно, кроме механических, в морской практике долгое время использовались песочные и солнечные часы, но точность солнечных часов, время «завода» песочных часов были совершенно недостаточными для реализации хронометрического метода определения долготы.

Сегодня считается, что первые точные часы были собраны в 1735 англичанином Джоном Гаррисоном (1693-1776). Их точность составляла 4–6 секунд в сутки! По тем временам это была просто фантастическая точность! И более того, часы были приспособлены для морских путешествий!

Предки наивно считали, что Земля вращается равномерно, лунные таблицы грешили неточностями, квадранты и астролябии вносили свою погрешность, поэтому итоговые ошибки в вычислениях координат составляли до 2,5 градусов, а это около 150 морских миль, т. е. почти 250 км!

В 1731 году английский оптик Джон Хэдли усовершенствовал астролябию. Новый прибор, получивший название октант, позволял решить проблему измерения широты на движущемся судне, так как теперь два зеркала позволяли одновременно видеть и линию горизонта и солнце. Но октанту не досталась слава астролябии: за год до этого Хадли сконструировал секстант - прибор, позволявший с очень большой точностью измерять местоположение судна.

Принципиальное устройство секстанта, т. е. прибора, использующего принцип двойного отражения объекта в зеркалах, было разработано еще Ньютоном, но было забыто и только в 1730 году было заново изобретено Хэдли независимо от Ньютона.

Морской секстант состоит из двух зеркал: указательного и неподвижного полупрозрачного зеркала горизонта. Свет от светила (звезды либо планеты) падает на подвижное зеркало, отражается на зеркало горизонта, на котором одновременно видны и светило и горизонт. Угол наклона указательного зеркала и есть высота светила.

Поскольку этот сайт по истории, а не по кораблевождению, то я не буду вдаваться в подробности и особенности различных навигационных приборов, но хочу сказать несколько слов о еще двух приборах. Это лот (лотлинь) и лаг (лаглинь).

В заключение, мне хотелось бы вкратце остановиться на некоторых исторических датах в истории развития навигации в России.

Тысяча семьсот первый год - это, пожалуй, самая знаменательная дата в отечественной навигации, поскольку в этом году император Петр I издал указ об учреждении «Математических и Навигацких, то есть мореходных хитростно наук учению».Год рождения первой отечественной навигационной школы.

Через два года, в 1703 году, преподаватель этой школы Магницкий составил учебник «Арифметика». Третья часть книги носит заглавие «Обще о земном размерении, и яже мореплаванию принадлежит».

В 1715 году старшие классы школы преобразовали в Морскую Академию.

1725 год - это год рождения Петербургской Академии Наук, где преподавали такие светила науки, как Леонард Эйлер, Даниил Бернулли, Михаил Ломоносов (1711-1765). Например, именно астрономические наблюдения и математическое описание движения планет Эйлера легли в основу высокоточных лунных таблиц для определения долготы. Гидродинамические исследования Бернулли позволили создать совершенные лаги для точного измерения скорости судна. Работы Ломоносова касались вопросов создания ряда новых навигационных приборов, прообразы которых используются и в настоящее время: курсопрокладчики, самописцы, лаги, кренометры, барометры, бинокли…

Еще два столетия назад работа со сложными навигационными приборами была уделом высоких профессионалов. В наши дни любой обладатель продвинутого мобильного телефона может в считанные секунды определить свое место на поверхности земли.

На первом этапе мореплавания лодки и суда от берега далеко не отходили. Пересечь реку или озеро, сократив путь, или обойти занятый враждебным племенем край по морю вдоль берега - дело практическое и понятное, но вот пуститься в плавание по неведомому морю-океану - это уже другой коленкор, согласитесь.

Первыми навигационными ориентирами стали заметные с воды знаки: поморы, например, ставили каменные кресты, поперечные перекладины которых были ориентированы в направлении север - юг. А ночью можно использовать простейшие маяки - сигнальные костры, зажигавшиеся для облегчения ориентирования или предупреждения об опасности (мель, риф, сильное течение и пр.).

О маяках упоминается уже в «Илиаде» Гомера, а самый знаменитый маяк - Александрийский - появился в III веке до н. э. на острове Фарос, в устье Нила на подходе к Александрии. Его высота составляла 120 м. На верхней площадке круглосуточно горел громадный костер, свет которого отражался сложной системой зеркал и был виден, по данным историков, на расстоянии 30 миль (около 55 км). Другой пример навигационного знака древности - статуя Афины, установленная в V веке до н. э. на Акрополе: она была выполнена из бронзы, и в лучах солнца была далеко видна с моря.

С ростом масштабов мореплавания возникла необходимость систематизировать и передавать навигационные знания. И вот уже древние греки создают периплы - описания прибрежных плаваний в разных районах, куда заносилось все, начиная от погоды и заканчивая описанием береговой линии и нравов туземных племен. Самый древний дошедший до нас перипл - карфагенянина Ганнона, он датируется рубежом VI–V веков до н. э. Фактически перипл - это древний вариант современной лоции. Своя лоция была и у неграмотных народов: такие знания они передавали в виде устных сказаний и даже песен. Лишь в XIII веке появились более точные карты-портоланы с нанесенными компасными линиями, расходившимися из отдельных точек, так называемые розы ветров, применявшиеся для прокладки курсов.

Сколько футов под килем?

Для определения, а точнее, опознания места корабля можно использовать и полученную с помощью эхолота глубину. Применяют такой способ, когда во время плавания длительное время нет возможности выполнить обсервацию - скажем, плохая видимость или неисправен приемник спутниковой навигационной системы - и существуют сомнения в правильности счисления.

В этом случае как только на берегу открывается хоть один известный и нанесенный на карту ориентир, на него тут же берут пеленг и одновременно эхолотом замеряют глубину. После исправления компасного пеленга поправкой компаса на карте откладывают обратный истинный пеленг и затем смотрят, где в пределах проведенной линии окажется глубина, полученная по эхолоту. Можно также замерить глубину ручным лотом - в этом случае будет получен еще и образец грунта, что облегчит опознание места. Там, где глубина и тип грунта совпадут с пеленгом, - текущее место корабля.

Первые документальные подтверждения использования замеров глубины для определения места относятся ко времени Геродота - древнегреческие мореплаватели знали, что если при плавании в Египет по Средиземному морю глубина под килем уменьшается до определенного значения, то до Александрии остается день пути.

Углы и расстояния

Координаты корабля могут быть двух типов: относительные (относительно какого-либо хорошо известного ориентира) и абсолютные (географические широта и долгота). Вторыми стали пользоваться не так давно, а относительные координаты применяли уже в незапамятные времена, потому как они просто необходимы даже в ходе непродолжительного плавания вдоль берега - они позволяют прийти в нужное место и сделать это безопасно, не сев на мель или рифы и не пропустив «нужный мыс». Способы определения места, использовавшиеся древними мореходами, в ряде случаев дошли до наших дней без каких-либо изменений.

Самым простым и древним способом являются визуальные определения: по пеленгам (это направление по компасу, или румб, в котором виден от нас некий объект), расстояниям и горизонтальным углам между направлениями на береговые ориентиры. Есть несколько вариантов подобного способа определять свое местоположение.

По двум пеленгам. Простой способ определения местонахождения по надежно опознаваемым и нанесенным на используемую при плавании карту ориентирам (их подбирают с помощью карты, лоции и пособия «Огни и знаки»). При этом необходимо выбирать ориентиры с разностью пеленгов не менее 30° и не более 150°, чтобы не получать пересечения пеленгов под острыми углами (это увеличивает погрешность). Пеленгование выполняют быстро, начиная с ориентиров, расположенных прямо по курсу или близко к тому (пеленг на них меняется медленнее), а ночью - с огней (маяков), имеющих больший период. Измеренные пеленги исправляют до истинных поправкой используемого для измерений компаса (поправка представляет собой алгебраическую сумму склонения и магнитной девиации) и в обратном направлении прокладывают на карте (так называемый обратный истинный пеленг, отличающийся от истинного на 180°). В месте их пересечения и находится навигатор.

По трем пеленгам. Способ схож с предыдущим, но дает большую надежность и точность - примерно на 10–15%. Обычно откладываемые в таком случае обратные пеленги не пересекаются в одной точке, а образуют треугольник. Если он небольшой, со сторонами менее полумили (около 0,9 км), то считают, что судно находится в его центре или ближе к наименьшей стороне, а если большой - измерения необходимо повторить.

По двум разновременно измеренным пеленгам на один ориентир (крюйс-пеленг). Применяемые в этом случае вычисления выходят за рамки данной статьи, но их подробное объяснение можно найти в любом доступном учебнике по навигации.

По расстояниям. В этом случае на карте от ориентиров проводят окружности с радиусом, равным расстоянию до ориентира. В месте пересечения кругов и находится наблюдатель. Если виден от основания или уреза воды ориентир с известной высотой, то расстояние до него определяют специальной формулой по вертикальному углу, измеряемому секстаном, а высотой глаза наблюдателя над уровнем воды пренебрегают. Естественно, что точность измерений повышается при наличии трех ориентиров.

Сегодня в качестве ориентиров для определения местоположения применяются и радиолокационные станции - здесь чаще всего определяют место по измеряемым радиолокатором расстояниям, это точнее, чем измерение радиолокационных пеленгов. В целом нет никаких принципиальных отличий у обычных визуальных и радиолокационных способов обсервации. Просто нужно хорошо уметь «читать» изображение на экране радиолокатора, чтобы как можно более точно идентифицировать используемые для обсервации ориентиры. Ведь обычная карта «рисуется» как бы с видом сверху, а карта на экране радиолокатора - при помощи радиолокационного луча, «рисующего» карту на уровне моря. Одна ошибка в опознании берегового ориентира может привести (и приводила) к серьезным авариям.

В поисках Гринвича

До конца XIX века точкой отсчета долготы служили разные места, например, остров Родос, Канарские острова, острова Зеленого Мыса. После утверждения в 1493 году папой Александром VI линии раздела сфер влияния Испании и Португалии, проходившей в 100 лигах западнее Азорских островов, многие картографы отсчитывали долготу от нее. А испанский король Филипп II в 1573 году повелел на всех испанских картах вести отсчет долготы от меридиана города Толедо. Попытка установить для Европы единую точку отсчета долготы была предпринята в 1634 году, но потерпела фиаско. В 1676-м начала работу Гринвичская обсерватория, а в 1767-м в Британии был издан «Морской альманах» (с отсчетом меридианов от Гринвича), которым пользовались моряки из разных стран. К началу 1880-х годов «гринвичскую» систему на своих морских картах применяли уже 12 европейских государств. Наконец, по результатам Международной меридианной конференции 1884 года было принято решение вести всем отсчет от Гринвича. Кстати, на конференции предлагались и другие варианты начальной точки - острова Ферро и Тенерифе, пирамида Хеопса или один из храмов Иерусалима.

Путеводные звезды

Береговые ориентиры бесполезны в открытом море. Но уже в древние времена мореплаватели путешествовали по Индийскому океану, а затем и пересекали Атлантический и Тихий с одного континента на другой. Такие плавания стали возможны благодаря новой науке - мореходной астрономии. Осознав, что Солнце совершает постоянное движение по небосводу, а звезды разбросаны по небу отнюдь не в беспорядке, мореплаватели вскоре научились ориентироваться по ним.

Их особое внимание привлекала примечательная звезда в созвездии Малой Медведицы. Ее положение на небе было практически неизменным, это был своего рода небесный маяк, по которому можно было ориентироваться в ночное время. В древние времена звезду называли Финикийской (считается, что именно финикийцы первыми научились ориентироваться по звездам), Путеводной, а затем она стала Полярной. Причем в древности научились не только определять направление по Полярной звезде, но и исходя из ее высоты над горизонтом рассчитывать оставшееся до конца плавания время.

Примерно в VI–V веках до н. э. на кораблях стали применять гномон - вертикальный шест, по соотношению длины и отбрасываемой тени которого определяли время и вычисляли угловую высоту Солнца над горизонтом, что позволяло вычислить широту (но сначала, разумеется, надо вычислить «полдень» - кратчайшую длину тени за солнечный день, то есть при использовании гномона его нельзя перемещать хотя бы день). Предполагают, что для навигационных целей его впервые использовал греческий купец Пифей из Массилии (нынешний Марсель), который в IV веке до н. э. нарушил запрет и вышел за Геркулесовы столбы, отправившись на север. Поскольку на ходу гномон бесполезен, он высаживался на берег и там определял с его помощью широту с точностью до нескольких минут. Аналогичным способом контролировали свое местонахождение на нужной параллели в море и викинги.

Примерно в III–II веках до н. э. появляется астролябия (от греческих слов άστρου - «звезда» и λαβή - «взятие, схватывание»), пока в сухопутном, весьма громоздком и сложном варианте. Настоящая морская, или, как ее еще называют, «новая», астролябия была изобретен а лишь на рубеже 1000 года н. э. Она представляла собой кольцо с приспособлением для подвешивания, где отвес от точки подвеса фиксировал вертикальную линию - по ней определяли горизонтальную линию и центр. Вокруг центральной оси вращался поворотный визир-алидада с диоптрами (маленькими отверстиями) на концах, на кольце со стороны алидады наносились градусные деления. Наблюдения вели втроем: один держал инструмент за кольцо, второй измерял высоту светила, становясь при этом к Солнцу спиной и поворачивая алидаду так, чтобы верхняя визирная нить бросала тень на нижнюю (это означало, что визир точно направлен на Солнце), а третий моряк снимал отсчет. Ночью по астролябии определяли высоту Полярной звезды.

В XV–XVI веках появились новые навигационные инструменты - астрономическое кольцо и градшток. Первое (одна из разновидностей астролябии) вместо алидады имело коническое отверстие, попадавшие в него солнечные лучи отражались в виде зайчика на градусной шкале, помещенной на внутренней стороне кольца - место зайчика соответствовало высоте Солнца. Градшток (посох Иакова, астрономический луч, золотой жезл, геометрический крест и пр.) - наиболее удобный при качке инструмент - два взаимно перпендикулярных стержня: длинный (80 см, шток) и короткий (брусок), последний плотно прилегал к длинному под прямым углом и мог свободно скользить вдоль него. На штоке наносились деления, на концах бруска - диоптры, а на конце штока - мушка для глаза. Определить высоту звезды можно было, глядя в глазную мушку, передвигая брусок и добиваясь такого положения, чтобы в верхнем диоптре была видна звезда, а в нижнем - горизонт. Для наблюдения за Солнцем навигатор вставал к нему спиной и передвигал брусок, пока тень его верхнего конца не падала на маленький экран, устанавливаемый вместо мушки на конец длинного штока (середина экрана направлялась на линию видимого горизонта). С помощью одного короткого бруска нельзя было измерить все высоты светил, поэтому к градштоку прилагалось несколько брусков, обычно три, для измерения высот: 10–30°, 30–60° и более 60°. Применяли градшток только в море, точность была не
выше 1–2°.

Наконец, в XVIII веке появляется один из самых известных навигационных приборов - секстан, наследник градштока. После ряда последовательных «мутаций» - квадрант Дэвиса (1594), октант Джона Хэдли (1731), дававший погрешность всего 2–3 минуты, - на свет появился (1757) прибор Джона Кэмпбелла, увеличившего в октанте Хэдли сектор с 45 до 60°: так октант стал секстантом, или секстаном (от латинского sexstans, шестая часть окружности). В секстане центральный диоптр заменен зеркалом, которое позволяет визировать сразу два предмета, расположенных по разным направлениям, скажем, горизонт и Солнце (звезду). Секстан благодаря большей точности измерений более 200 лет назад вытеснил на судах другие угломерные инструменты и продолжает службу в качестве основного ручного прибора.

«Убийственная» долгота

Если с широтой мореплаватели разобрались еще в древние времена, то проблема определения в море долготы места оказалась более серьезной, и ее сколько-нибудь удовлетворительного решения не удавалось найти вплоть до конца XVIII века. Скажем, возвратившийся домой после открытия Америки Колумб обнаружил, что ошибка в измерениях на его корабле долготы составила целых 400 миль. Не избежал ошибки и французский гидрограф Ив-Жозеф де Кергелен. Он отправился в январе 1772 года из Порт-Луи на Маврикии без хронометра, а потому открытый и названный в его честь архипелаг был нанесен на карту с ошибкой в 240 миль (около 450 км)! Определить же долготу по небесным светилам (как в случае с широтой) не представлялось возможным: при движении на запад или восток картина звездного неба практически не меняется.

Конечно, принцип определения долготы был известен еще Гиппарху - разность долгот двух точек на земной поверхности соответствует разнице местного времени при одновременном наблюдении момента какого-либо одного события в двух данных точках. Гиппарх предлагал считать таким событием затмение Луны, происходившее в один и тот же момент времени для всех его наблюдателей на Земле. Но затмения случаются редко, фиксация затмения тоже дело непростое, поскольку границы тени очень нечетки.

Нельзя было реализовать на судах в открытом море и принцип определения долготы по методу «лунных расстояний», предложенному в середине XV века профессором Венского университета Иоганном Мюллером, более известным под псевдонимом Региомонтан. Он издал знаменитые «Эфемериды», содержащие полные и точные астрономические сведения, в том числе и данные для определения широты и долготы в море по методу «лунных расстояний». По составленным им таблицам для любого угла, измеренного в градусах и минутах, можно было непосредственно получить значение синуса. Это означало, что, измерив угол светила с точностью до 1", можно было определить широту с точностью до двух километров. Однако известные тогда угломерные инструменты такой точности не давали, да и теми, что были, нельзя было пользоваться при морской качке. Наконец, в 1530 году астроном и математик Гемма Фризий предложил метод определения долготы, основанный на использовании часов: надлежало брать с собой из пункта отправления часы с местным временем и «хранить» это время во время плавания, а при необходимости вычислять долготу - астрономическим способом определить местное время и, сравнив его с «хранимым», получить искомую долготу. Совет всем хорош, но точных механических часов тогда попросту не было, а ошибка часов на широте экватора всего в минуту давала ошибку по долготе в 15 миль.

Например, в 1707 году также в результате штурманской ошибки на камнях вблизи островов Силли погиб 21 корабль эскадры адмирала Клаудисли Шовела - вместе с адмиралом утонули около 2000 человек! Одной из причин этого было неумение определять долготу. 8 июля 1714 года британский парламент принял постановление, которое в том числе гарантировало вознаграждение тому, кто решит проблему определения долготы в море: с точностью не менее 0,5° или 30 миль - 20 000 фунтов (на сегодня это более полумиллиона фунтов). Два года спустя специальный приз «определителю долготы» был установлен и во Франции.

В британский совет «по вопросам долготы» поступила масса заявок - разбогатеть мечтали многие, но ни одна одобрена не была. Были и курьезы. Математики Хамфри Диттон и Уильям Уистон еще в 1713 году предложили такой способ: на наиболее оживленных морских путях установить через определенные интервалы на якорях суда, измерив их географические координаты. Ровно в полночь по местному времени острова Тенерифе суда должны были производить залп из мортир вверх с таким расчетом, чтобы снаряды взрывались точно на высоте 2000 м. Проплывавшие мимо суда должны были измерять пеленг на такой сигнал и дальность, определяя тем самым свое место. Охотников «освоить бюджет» было вдоволь и в те годы.

А получил большую часть суммы, причитающейся за решение проблемы долготы, в 1735–1765 годах 72-летний механик, сын сельского плотника Джон Харрисон, прозванный Джон Долгота, который создал высокоточные часы-хронометр, позволявшие надежно «хранить время» (в них уже не было маятника, а были балансиры, и они могли работать на борту корабля) и, соответственно, достаточно точно измерять долготу. Во Франции королевский приз «за хронометр» был вручен Пьеру Леруа, королевскому часовщику. Хронометры даже получили второе название - «долготные часы». Их массовый выпуск был начат только на рубеже XVIII–XIX веков, что и можно считать временем решения «долготной» проблемы.

Данная статья содержит перечень основных штурманских инструментов и их описание.

Штурманские приборы и инструменты

Чтобы обеспечить безопасность плавания, контроль за движением судна и его местонахождением относительно берега, в штурманской практике применяют различные технические средства судовождения (ТСС), навигационные приборы и инструменты:

• для определения направления - компасы;
• для определения скорости движения судна и пройденного расстояния - лаги;
• для определения глубины под килем - ручные лоты и эхолоты;
• угломерные инструменты (секстаны), часы и секундомеры, оптические дальномеры, бинокли, наклономеры и др.;
• традиционный инструментарий для работе на карте - штурманский транспортир, параллельная линейка, циркуль- измеритель, циркуль, протрактор, грузики для карт;
• гидрометеорологические приборы - барометр, барограф, анемометр, круг СМО, термометр наружный, кренометр.

Компасы.

Это навигационные приборы, предназначенные для определения курса судна и направлений на береговые ориентиры и плавучие объекты, находящиеся в поле зрения судоводителя. На маломерных судах могут встретиться различные типы компасов и их модификации. Наиболее распространенным курсоуказателем является магнитный компас.

Измерители скорости – лаги

Лаги различных типов прочно заняли место наряду с другими современными ТСС. Из всех типов лагов (гидродинамического, индукционного, доплеровского гидроакустического, корреляционного, радиодоплеровского) наиболее приемлемыми для катеров и яхт являются гидроакустический и индукционный лаги, для судов на воздушной подушки наиболее приемлем радиодоплеровский лаг.

Измерители глубины.

Лотом называется прибор, с помощью которого измеряют глубины под днищем судна. Навигационные лоты различных типов предназначены для измерения глубин до 500 м Лоты бывают ручные и гидроакустические эхолоты. На маломерных судах используются преимущественно ручные лоты,
Ручной лот предназначен для измерения глубин до 50 м. Лот состоит из гири и лотлиня.

Эхолот. Хотя редко, но и на маломерных судах применяются современные измерители глубины – эхолоты

Принцип действия эхолота основан на измерении времени, за которое звуковой импульс достигает дна и после его отражения возвращается обратно. После необходимых преобразований (практически это происходит мгновенно) на специальном табло или дисплее высвечивается значение глубины и рельеф дна.

Измерители расстояния.

Бинокль. Бинокли используются судоводителями для наблюдения за окружающей обстановкой (другими судами, береговыми ориентирами, знаками навигационной обстановки и т.д.)

Секстан – угломерный инструмент отражательного типа для измерения высот небесных светил и углов (вертикальных и горизонтальных) на земной поверхности. Для измерения вертикального угла секстан берется в правую руку и в вертикальном положении направляется трубой на основание предмета (маяк, судно, заводская труба, знак и т.д.). Затем стопором передвигается алидада так, чтобы подвести дважды отраженное изображение верхней части предмета к его основанию. После чего снимается в градусах отсчет по индексу алидады в соответствии с делением лимба, а минуты и их десятые доли – с отсчетного барабана. Снятый отсчет исправляют поправкой индекса секстана и полученный результат будет соответствовать величине вертикального угла на данный предмет.

Измерители времени.
Морской хронометр.
Этот прибор служит для определения достаточно точного гринвичского времени, его часто называют хранителем всемирного времени. Высокая точность хода и его равномерность обеспечиваются специальными регуляторами. Большой циферблат разбит на 12 часовых делений и имеет часовую и минутную стрелку. На одном из двух малых циферблатов стрелка отсчитывает секунды, на другом – время, прошедшее с момента последнего завода хронометра. Хранится хронометр в специальном ящике на кардановом подвесе, который обеспечивает состояние покоя часовому механизму во время качки. Заводится хронометр ежесуточно в одно и тоже время (как правило, в 8 часов).
Поправка хронометра (разность между Тгр и показанием хронометра) определяется по радиосигналам точного времени и каждые сутки фиксируется в специальном журнале. Рис.15 Хронометр
Палубные часы. Устанавливаются по гринвичскому времени, и при отсутствии на судне хронометра, выполняют его функцию. Механизм часов имеет повышенную точность.
Циферблат разбит на 12 делений и имеет часовую, минутную и центральную секундную стрелки.
Судовые или морские часы. Назначение судовых часов – показывать судовое время, по которому организуется служба и повседневная жизнь на судне. Их устанавливают в каютах и служебных помещениях. Часы имеют круглый циферблат, разбитый на 12 или 24 часовых деления, часовую, минутную и центральную секундную стрелки. Как правило завод часов недельный.
Секундомер - служит для точного измерения небольших промежутков времени. На маломерных судах ручные или карманные часы, имеющие большую центральную секундную стрелку, вполне могут заменить секундомер. Эти же часы можно использовать для определения пройденного расстояния, моментов взятия пеленгов, времени изменения курса и других моментов, которые необходимо наносить на карту.

Прокладочные ин струменты

При работе на карте судоводитель-любитель должен использовать прокладочный инструмент, в набор которого входят параллельная линейка, транспортир, циркуль-измеритель, грузики для карт.

Параллельная линейка (рис.16) служит для проведения на карте прямых и параллельных заданному направлению линий. Линейка состоит из двух половин, соединенных двумя равными тягами на шарнирах. Срезы линеек не должны иметь зазубрин, изгибов, заусениц, а тяги должны легко вращаться вокруг осей, но без свободного хода. При работе с линейкой необходимо следить за параллельностью передвижения, чтобы не сбить заданного направления линии. Линии наносят остроотточенным карандашом без заметного усилия.

Транспортир навигационный (рис. 16) служит для построения и измерения на карте углов, курсов и пеленгов. Он представляет собой полукруг с линейкой имеется несколько разновидностей). Центр полукруга отмечен вырезом на линейке. Верхний срез дуги градуирован по верхнему ряду от точки 1 до точки 2 влево - от 0 до 90°, от точки 2 до точки 3 влево - от 270 до 360°, по нижнему ряду от точки 1 до точки 2 влево - от 180 до 270° и от точки 2 до точки 3 - от 90° до 180°. Верхний ряд цифр используется для прокладки направлений северной половины картушки компаса, а нижний - южной.

Следует помнить, что углы увеличиваются от О до 360° от нордовой части меридиана вправо.
Циркуль-измеритель служит для измерения ‘расстояний и нанесения их на карту. Работать с циркулем удобнее одной рукой. Большие расстояния откладывают по частям. Разводить ножки циркуля более чем на 90° не рекомендуется. Расстояние измеряют на боковой рамке карты в той же широте, где происходит плавание или находится измеряемое расстояние. Отложив расстояние, следует проверить его повторным обратным измерением.

Грузики для карт предназначены для удержания карты на рабочем месте. На маломерных судах, где нет рубки, грузики можно заменять кнопками, которыми карта крепится на плоском деревянном переносном планшете.

Гидрометеорологические приборы.
Атмосферное давление (давление воздуха, барометрическое давление) определяется весом столба воздуха, который давит на единицу площади горизонтальной поверхности. Прибор для измерения атмосферного давления носит название барометра. Шкала прибора проградуирована в миллиметрах ртутного столба, на ней встроен термометр.