III. Судовождение, основанное на штурманском методе.

IV. Современное судовождение, основанное на штурманском методе с использованием средств автоматизации счисления пути судна и определения его места в море различными способами и методами.

На первом этапе развития методы судовождения были весьма примитивными. Отсутствие компаса вынуждало мореплавателей совершать только прибрежное плавание. В этот период применяется только лоцманский метод, основанный на использовании для ориентировки в море приметных береговых объектов и небесных светил. Только в конце XII века европейцам стало известно от арабов о простейшем указателе направлений в море – магнитной игле.

Начало второго этапа развития методов судовождения относится к эпохе Возрождения и Великих Географических Открытий, когда начинается ускоренное развитие методов и средств судовождения.

Потребности быстрого экономического развития отдельных стран вызвали бурное развитие торговли и, как следствие, мореплавания. На судах появляются магнитные компасы, карты и песочные часы. Наличие этих, хотя и примитивных, средств обусловило возможность ведения счисления пути судна и обеспечило плавание судов вдали от берегов.

12.Х.1492 г. генуэзец Христофор Колумб (1451¸1506 гг.) открыл американский материк.

В 1499 г. португалец Васко да Гама (1469¸1524 гг.) обогнул Африку и достиг берегов Индии.

В 1504 г. флорентиец Америго Веспуччи (1454¸1512 гг.) вторично достиг берегов Америки.

В 1519¸1521 гг. португалец Фернан Магеллан (~ 1480¸1521 гг.) совершил первое кругосветное плавание.

В 1569 г. фламандец Герард Крамер – лат. Меркатор (1512¸1594 гг.) предложил свою знаменитую картографическую проекцию.

Дальнейшему усовершенствованию счисления пути судна, как основы штурманского метода судовождения, способствовало появление часов с балансиром, меркаторских карт и ручного лага. Однако счисление пути судна в море в XVI веке было весьма приближенным из-за недостаточной точности морских карт и несовершенства приборов счисления.

Третий этап развития судовождения связан с появлением навигационных способов определения места судна. К концу XVII века благодаря применению триангуляции значительно повысилась точность геодезических работ и морские навигационные карты территорий, охваченных триангуляцией, стали достаточно точными и позволили определять место судна в море по наблюдениям береговых ориентиров.

В XVIII веке мореходные инструменты пополнились навигационным секстаном (~ 1732 г.) и хронометром (~ 1761 г.), что дало возможность производить определения места судна по наблюдениям небесных светил.

Появление паровых судов, увеличение их скорости хода потребовало повышения точности плавания, а это вызвало в свою очередь дальнейшее совершенствование средств и методов счисления пути, а также способов навигационных и астрономических определений места судна в море.

Штурманский метод судовождения, основанный на применении счисления пути судна и контроле счисления навигационными и астрономическими обсервациями, становится основным методом судовождения.

Третий этап развития судовождения характеризуется быстрым развитием теории судовождения, образованием отдельных дисциплин этой прикладной науки, охватывающей широкий круг вопросов, связанных с различными отраслями. Большой вклад в развитие судовождения внесли многие ученые и мореплаватели и среди них Г.И.Бутаков (1820¸1892 гг.), С.О. Макаров (1848¸1904 гг.) и многие, многие другие. На основании их трудов создаются теоретические основы судовождения как научной дисциплины.

Четвертый этап развития судовождения начинается с появлением электронавигационных приборов и открытием в 1895 г. радио великим ученым А.С.Поповым (1859¸1906 гг.). Увеличение скорости хода морских судов потребовало значительного повышения точности их плавания. Решению этой задачи способствовало создание гироскопических курсоуказателей (~ 1913 г.) и электромеханических лагов, использование которых не только повысило точность счисления пути судна, но и дало возможность автоматизировать процесс ведения счисления.

Необходимость высокой точности счисления пути судна потребовала обстоятельно разработать вопросы, связанные с влиянием внешних факторов (ветра и течения) на перемещение судна. Наибольшее развитие эта проблема получила в трудах известных ученых и моряков: Н.Н. Матусевича (1879¸1950 гг.), А.Н. Крылова (1863¸1945 гг.) и многих других.

Дальнейшее развитие радио намного расширило возможности определения места судна в море. В 1912 г. начинается использование радиоакустического способа определения места, а в 1915 г. производятся уже первые определения места судна с помощью судового радиопеленгатора.

На основе разработанного академиками Н.Д. Папалекси (1880¸1947 гг.) и Л.И.Мандельштамом (1879¸1944 гг.) метода измерений расстояний по радио в 1937 г. испытывается первая в мире фазовая радионавигационная система.

В 1939 г. для определения места судна в любых условиях видимости начали применять радиолокацию.

Использование радиопеленгования, радионавигационных систем и радиолокации в судовождении привело к значительному повышению точности определения места и в корне изменило представления мореплавателей о плавании в малую видимость, так как стало возможным непрерывно наблюдать за перемещением судна относительно навигационных опасностей.

Развитие средств и методов контроля счисления пути судна сопровождалось разработкой теоретических положений об определениях места судна в море.

Создание мощной индустрии в развитых странах позволило создать большой морской и океанский флот. На судах этого флота установлены лучшие образцы курсоуказателей, лагов, эхолотов, радиопеленгаторов, радиолокаторов, приемоиндикаторов береговых и спутниковых радионавигационных систем.

С 1967г. в коммерческом судоходстве начинают использоваться низкоорбитальные спутниковые радионавигационные системы «Транзит» (США) и «Цикада» (РФ), а с 1991 г. и среднеорбитальные спутниковые радионавигационные системы «Навстар» (США) и «Глонасс» (РФ), что позволило мореплавателям определять место своего судна в любой точке Мирового океана, в любое время, при любых условиях плавания и с высокой точностью.

Высокая точность современного судовождения обеспечивается не только с помощью новейшей навигационной техники, но и отличным знанием судоводителями любого ранга штурманской специальности, что достигается кропотливым и систематическим изучением всех тех вопросов, которые непосредственно связаны с мореплаванием.

Учебное пособие «Навигация и лоция» разработано в соответствии с требованиями отраслевого стандарта Министерства образования и науки Украины по специальности «Судовождение» и предназначено для оказания помощи студентам в изучении данной дисциплины. Кроме того, может быть полезным для судоводительского состава при самостоятельной подготовке при длительных перерывах в использовании методов и способов навигации. В этих целях в учебном пособии впервые среди пособий подобного типа наряду с теоретическим материалом приведены методики практического решения типовых задач навигации.

При подготовке учебного пособия «Навигация и лоция» соблюдены традиционная схема последовательности расположения глав и прежние принципы изложения теоретического материала – в строгом соответствии с действующей программой дисциплины, применение простых для понимания геометрических рисунков и схем, доступного аналитического материала.

Авторы учебного пособия выражают искреннюю благодарность профессорско-преподавательскому составу кафедры «Судовождение» Киевской государственной академии водного транспорта имени гетмана Петра Конашевича-Сагайдачного и Одесской Национальной морской академии за советы и пожелания при написании и издании учебного пособия «Навигация и лоция».

 

ГЛАВА 1. ОРИЕНТИРОВАНИЕ НАБЛЮДАТЕЛЯ

НА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Фигура и размеры Земли

Земля – третья по счету от Солнца планета Солнечной системы (S_СР» 150 млн. км – 1 а.е.).

Современные представления о фигуре и размерах Земли основываются на многочисленных исследованиях, начало которым было положено в глубокой древности. Еще во II веке до н.э. древнегреческий математик, астроном и географ Эратосфен Киренский считал Землю шаром, радиусом равным 6290 км (по его данным длина экватора составляет 39 501 км, что оказалось лишь на 574 км меньше фактической – 40 075 км).

Форма и размеры Земли изучались и изучаются по результатам астрономических и геодезических измерений, измерений силы тяжести в различных точках земной поверхности.

В последние годы некоторые величины, характеризующие фигуру и размеры Земли, уточнены по данным ИСЗ и пилотируемых космических кораблей.

Истинная поверхность Земли имеет сложную неправильную форму, которая получила название «геоид» (от греческих слов «Земля» и «вид» или «похожий на Землю»).

Геоид – геометрическая фигура, которая совпадает со средней поверхностью вод Мирового океана свободной от приливов, течений и прочих возмущений (т.е. поверхность геоида перпендикулярна отвесной линии во всех его точках).

Мы отметили, что геоид имеет сложную и неправильную форму, но для решения различных задач на поверхности Земли необходимо подобрать такую математически правильную фигуру, которая по форме была бы близка к форме геоида.

Такой фигурой является эллипсоид вращения (сфероид).

Земной эллипсоид – это двухосный эллипсоид вращения:

- его объем равен объему геоида;

- его большая и малая оси соответственно совпадают с плоскостью экватора (большая ось) и осью вращения Земли (малая ось);

- отклонения его поверхности от поверхности Земли минимальны (не превышают 100¸150 м).

Такой земной эллипсоид строго определенных размеров, является вспомогательной поверхностью для всех геодезических и картографических работ.

До 1964 г. каждая страна руководствовалась данными «своего» земного эллипсоида и такой эллипсоид получил название референц-эллипсоида (образец эллипсоида). Данные о некоторых из них приведены в таблице 1.1:

 

Элементы основных референц-эллипсоидов

(из табл. 2.23 «МТ-2000»)

Таблица 1.1

Референц-эллипсоид	Большая полуось a, м	Полярное сжатие a
Латинское наименование	Русское наименование
× Airy	Эйри	6 377 563,396	1/299,3249646
Modified Airy	Эйри модифицированный	6 377 340,189	1/299,3249646
Australian National	Австралийский национальный	6 378 160	1/298,25
× Bessel 1841	Бесселя 1841 г.	6 377 397,155*	1/299,1528128
× Clarke 1866	Кларка 1866 г.	6 378 206,4	1/294,9786982
× Clarke 1880	Кларка 1880 г.	6 378 249,145	1/293,465
Everest	Эвереста	6 377 276,345	1/300,8017
Modified Everest	Эвереста модифицированный	6 377 304,063	1/300,8017
Fischer 1960	Фишер 1960 г.	6 378 166	1/298,3
Modified Fischer 1960 (South Asia)	Фишер модифицированный 1960 г. (Южная Азия)	6 378 155	1/298,3
Fischer 1968	Фишер 1968 г.	6 378 150	1/298,3
Geodetic Reference System 1980	Геодезическая референц-система 1980 г.	6 378 137	1/298,257222101
Helmert 1906	Гельмерта 1906 г.	6 378 200	1/298,3
Hougt	Хьюга	6 378 270	1/297
International	Международный	6 378 388	1/297
× Krassovsky	Красовского*	6 378 245	1/298,3
South American 1969	Южно-американский 1969 г.	6 378 160	1/298,25
WGS-60	Всемирная геодезическая система 1960 г.	6 378 165	1/298,3
WGS-66	Всемирная геодезическая система 1966 г.	6 378 145	1/298,25
WGS-72	Всемирная геодезическая система 1972 г.	6 378 135	1/298,26
WGS-84	Всемирная геодезическая система 1984 г.	6 378 137	1/298,257223563

 

С 1946 г. на территории бывшего СССР для всех работ принят референц-эллипсоид Красовского Ф.Н. (см.* таблицы 1.1). Разность полуосей этого эллипсоида составляет 21 км 382 м.