Б. Карлов, В. Певзнер, П. Слепенков
УЧЕБНИК СУДОВОДИТЕЛЯ ЛЮБИТЕЛЯ
(Управление маломерными судами)

Глава VII . НАВИГАЦИЯ

Навигация — основа науки о судовождении. Навигационный способ судовождения заключается в том, чтобы провести судно из одного места в другое наивыгоднейшим, кратчайшим и безопасным путем. Этот способ решает две задачи: как направить судно по избранному пути и как определять его место в море по элементам движения судна и наблюдениям береговых предметов с учетом воздействия на судно внешних сил — ветра и течения.

Чтобы быть уверенным в безопасности движения своего судна, необходимо знать место судна на карте, определяющее его положение относительно опасностей в данном района плавания.

Навигация занимается разработкой основ судовождения, она изучает:

— размеры и поверхность земли, способы изображения земной поверхности на картах;

— способы счисления и прокладки пути судна на морских картах;

— способы определения места судна на море по береговым предметам.

§ 19. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО НАВИГАЦИИ

1. Основные точки, круги, линии и плоскости

Наша земля имеет форму сфероида, у которого большая полуось ОЕ равна 6378 км, а малая полуось ОР 6356 км (рис. 37).

Рис. 37. Определение координат точки на земной поверхности

Практически, с некоторым допущением, землю можно считать шаром, вращающимся вокруг оси, занимающей определенное положение в пространстве.

Для определения точек на земной поверхности ее принято мысленно делить вертикальными и горизонтальными плоскостя ми, образующими с поверхностью земли линии — меридианы и параллели. Концы воображаемой оси вращения земли называются полюсами — северным, или нордовым, и южным, или зюйдовым.

Меридианы — большие круги, проходящие через оба полюса. Параллели — малые круги на земной поверхности, параллельные экватору.

Экватор — большой круг, плоскость которого проходит через центр земли перпендикулярно оси ее вращения.

Как меридианов, так и параллелей на земной поверхности можно вообразить бесчисленное множество. Экватор, меридианы и параллели образуют сетку географических координат земли.

Место любой точки А на земной поверхности можно определить по ее широте ( f ) и долготе ( l ).

Широтой места называется дуга меридиана от экватора до параллели данного места. Иначе: широта места измеряется центральным углом, заключенным между плоскостью экватора и направлением из центра земли на данное место. Широта измеряется в градусах от О до 90° по направлению от экватора к полюсам. При расчетах считают, что северная широта f N имеет знак плюс, южная широта — f S знак минус.

Разностью широт ( f 1 - f 2 ) называется дуга меридиана, заключенная между параллелями данных точек (1 и 2).

Долготой места называется дуга экватора от нулевого меридиана до меридиана данного места. Иначе: долгота места измеряется дугой экватора, заключенной между плоскостью нулевого меридиана и плоскостью меридиана данного места.

Разностью долгот ( l 1 -l 2 ) называется дуга экватора, заключенная между меридианами заданных точек (1 и 2).

Нулевой меридиан — гринвичский меридиан. От него производится измерение долготы в обе стороны (к востоку и западу) от 0 до 180°. Западная долгота отсчитывается на карте влево от гринвичского меридиана и при расчетах берется со знаком минус; восточная — вправо и имеет знак плюс.

Широта и долгота любой точки на земле называются географическими координатами этой точки.

2. Деление истинного горизонта

Мысленно воображаемая горизонтальная плоскость, проходящая через глаз наблюдателя, называется плоскостью истинного горизонта наблюдателя, или истинного горизонта (рис. 38).

Предположим, что в точке А находится глаз наблюдателя, линия ZABC — отвесная, HH 1 — плоскость истинного горизонта, а линия P NP S — ось вращения земли.

Из множества вертикальных плоскостей только одна плоскость на чертеже будет совпадать с осью вращения земли и точкой А. Пересечение этой вертикальной плоскости с поверхностью земли дает на ней большой круг P N BEP SQ , называемый истинным меридианом места, или меридианом наблюдателя. Плоскость истинного меридиана пересекается с плоскостью истинного горизонта и дает на последней линию норд-зюйда NS . Линия OW , перпендикулярная линии истинного норд-зюйда, называется линией истинного оста и веста (востока и запада).

Таким образом, четыре основные точки истинного горизонта — север, юг, восток и запад — занимают в любом месте на земле, кроме полюсов, вполне определенное положение, благодаря чему относительно этих точек можно определять различные направления по горизонту.

Направления N (север), S (юг), О (восток), W (запад) носят название главных румбов. Вся окружность горизонта делится на 360°. Деление производится от точки N по движению часовой стрелки.

Промежуточные направления между главными румбами называются четвертными румбами и носят наименование NO , SO , SW , NW . Главные и четвертные румбы имеют следующие значения в градусах:

Рис. 38. Истинный горизонт наблюдателя

 3. Видимый горизонт, дальность видимого горизонта

Видимое с судна водное пространство ограничивается окружностью, образованной кажущимся пересечением небесного свода с поверхностью воды. Эта окружность называется видимым горизонтом наблюдателя. Дальность видимого горизонта зависит не только от высоты расположения глаз наблюдателя над водной поверхностью, но и от состояния атмосферы.

Рис 39. Дальность видимости предмета

Судоводитель всегда должен знать, как далеко он видит горизонт в разных положениях, например, стоя у штурвала, на палубе, сидя и т. п.

Дальность видимого горизонта определяется по формуле:

d = 2,08

или, приближенно, для высоты глаза наблюдателя менее 20 м по формуле:

d = 2 ,

где d — дальность видимого горизонта в милях;

h — высота глаза наблюдателя, м.

Пример. Если высота глаза наблюдателя h = 4 м, то дальность видимого горизонта 4 мили.

Дальность видимости наблюдаемого предмета (рис. 39), или, как ее называют, географическая даль ность D n , является суммой дальностей видимого горизонта с высоты этого предмета Н и высоты глаза наблюдателя А.

Наблюдатель А (рис. 39), находящийся на высоте h , со своего судна может видеть горизонт только на расстояние d 1 , т. е. до точки В водной поверхности. Если же поместить наблюдателя в точке В водной поверхности, то он мог бы видеть маяк С, расположенный от него па расстоянии d 2 ; поэтому наблю датель, находящийся в точке А, увидит маяк с расстояния, равного D n :

D n= d 1+d 2.

Дальность видимости предметов, расположенных выше уровня воды, можно определить по формуле:

D n = 2,08( + ).

Пример. Высота маяка H = 1б,8 м, высота глаза наблюдателя h = 4 м.

Решение. D n = l 2,6 мили, или 23,3 км.

Дальность видимости предмета определяется также приближенно по номограмме Струйского (рис. 40). Прикладывая линейку так, чтобы одной прямой были соединены высоты, соответствующие глазу наблюдателя и наблюдаемому предмету, получают на средней шкале дальность видимости.

Пример. Найти дальность видимости предмета высотой над уровнем моря в 26,2 м при высоте глаза наблюдателя над уровнем моря в 4,5 м.

Решение. D n = 15,1 мили (пунктирная линия на рис. 40).

На картах, лоциях, в навигационных пособиях, в описании знаков и огней дальность видимости дана для высоты глаза наблюдателя 5 ж от уровня воды. Так как на маломерном судне глаз наблюдателя расположен ниже 5 м, для него дальность видимости будет меньше обозначенной в пособиях или на карте (см. табл. 1).

Пример. На карте обозначена дальность видимости маяка в 16 миль. Это значит, что наблюдатель увидит этот маяк с расстояния 16 миль, если его глаз будет на высоте 5 м над уровнем моря. Если же глаз наблюдателя находится на высоте 3 м, то видимость соответственно уменьшится на разность дальности видимости горизонта для высот 5 и 3 м. Дальность видимости горизонта для высоты 5 м равна 4,7 мили; для высоты 3 м — 3,6 мили, разность 4,7 — 3,6=1,1 мили.

Следовательно, дальность видимости маяка будет равна не 16 милям, а только 16 — 1,1 = 14,9 мили.

 
Рис. 40. Номограмма Струйского

4. Морские меры длины и скорости

На море за единицу расстояния принимается морская миля. Морская миля равна одной минуте дуги земного меридиана; величина этой минуты на меркаторской карте зависит от широты места. На карте линейная величина одной мили меняется пропорционально sec f (секансу широты).

Таблица 1

ДАЛЬНОСТЬ ВИДИМОГО ГОРИЗОНТА В МИЛЯХ И КИЛОМЕТРАХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЫСОТЫ ПРЕДМЕТА

Поэтому расстояние на карте рекомендуется измерять с помощью циркуля, прикладывая его затем к вертикальным рамкам карты на той же широте, что и измеряемое расстояние. Для практических целей судовождения в СССР приняты: стандартная морская миля, равная 1852 м; кабельтов — одна десятая морской мили (185,2 м); морская сажень — одна сотая кабельтова (1,85 м, или 6 футов). Сажени и футы употребляются для измерения глубин в Англии и отчасти в США. В большинстве остальных стран употребляются метры (один фут равен 305 мм).

Километр — основная единица измерения расстояния па реках, озерах и водохранилищах. Он равен 1 000 м, или 0,54 морской мили. Скорость судна измеряется в узлах. Один узел соответствует скорости судна, при которой оно проходит одну милю за один час.

5. Истинные курс и пеленг, курсовой угол

Рис. 41. Графическое определение истинного курса судна и истинного пеленга на предмет

Истинный курс судна ИК — это угол, заключенный между северной частью истинного меридиана (линии NS ) и диаметральной плоскостью судна (направлением носа судна). Диаметральной плоскостью судна ДП называют продольную вертикальную плоскость, делящую судно на две симметричные равные части. Истинный курс отсчитывается по часовой стрелке от 0 до 360°.

Истинным пеленгом предмета ИП называют угол, отсчитываемый от нордовой части истинного меридиана по движению часовой стрелки до направления на предмет. Пеленг измеряется от 0 до 360° по часовой стрелке. На навигационных картах прокладываются только истинные курсы судна и истинные пеленги (рис. 41).

Для определения направлений на море, озере и водохранилище, т. е. для определения курсов судна и пеленгов различных предметов, служит компас. Компасы бывают гидроскопические и магнитные. Действие магнитного компаса основано на свойстве магнитной стрелки занимать определенное положение в земном магнитном поле, а именно: северный конец магнитной стрелки компаса указывает на северный магнитный полюс земли N M .

Магнитные и географические полюсы не совпадают. Направление, проходящее через ось магнитной стрелки, называется магнитным меридианом. Магнитный меридиан не совпадает с направлением истинного меридиана.

Угол, заключенный между северной частью истинного меридиана и северной частью магнитного меридиана, называется магнитным склонением d . Склонение отсчитывается от северной части истинного меридиана к востоку или западу от 0 до 180°. Восточному, или остовому, склонению присваивается знак плюс, западному, или вестовому, — знак минус. Магнитное склонение для данного места непостоянно, оно все время увеличивается или уменьшается на небольшую постоянную вели чину. Величина склонения в данном районе плавания, годовое его увеличение или уменьшение в год, к которому приведено склонение, указываются на навигационных картах.

Например, в заголовке карты указано: «Склонение компаса приведено к 1970 году, 10° остовое, годовое увеличение 3 дуговых минуты». Если любитель пользуется этой картой в 1972 году, то с 1970 до 1972 года склонение увеличилось на 6 дуговых минут, т. е. на 0,1°, и поэтому в 1972 году склонение будет не 10°, а 10,1°. Если на трассе, на различных участках по данным карт различия в склонении не имеется, то обрабатывают тем же способом все участки трассы.

Чтобы, зная магнитный курс МК или пеленг МП и склонение d компаса в данном районе плавания, найти истинный курс ИК и истинный пеленг ИП, необходимо к магнитному курсу или пеленгу алгебраически прибавить приведенное к году плавания склонение с его знаком:

1) МК + (± d ) = ИК

и обратная задача:

ИК - (± d ) = МК

2) МП + (± d ) = ИП или ИП — (± d ) = МП.

Рис. 42. Определение истинного пеленга через курсовой угол или склонение

Курсовым углом КУ называется угол, заключенный между диаметральной плоскостью судна и направлением на предмет (рис. 42). Курсовой угол определяется при помощи пеленгатора и отсчитывается по азимутальному кругу магнитного компаса. Он может быть правого или левого борта, изменяясь от 0 до 180°. Для того чтобы получить курсовой угол, необходимо запеленговать предмет при помощи пеленгатора и снять отсчет КУ по азимутальному кругу. Если предмет находится с левого борта, то отсчет курсового угла будет более 180°. Полученное в этом случае значение курсового угла необходимо вычесть из 360°.

Разность будет величиной курсового угла левого борта. Курсовой угол правого борта имеет знак плюс, курсовой угол левого борта — знак минус.

Истинный пеленг можно определить через курсовой угол по формуле:

ИП = ИК + КУ п/б,

ИП = ИК — КУ л/б.

Если в первом случае истинный пеленг более 360°, то из полученного результата нужно вычесть 360°. Если во втором случае истинный курс по своему значению меньше курсового угла, то к истинному курсу нужно прибавить 360° и из полученного результата вычесть величину угла.

На рис. 42 показано исправление магнитного пеленга МП склонением d или курсовым углом для получения величины истинного пеленга ИП на маяк М. Линия N М S М показывает направление магнитного меридиана, от которого отсчитывается магнитный пеленг. В данном примере он равен 280°. Склонение западное 10° со знаком минус, поэтому истинный пеленг будет равен:

1) ИП = МП + (— 10°), ИП = 280°+ (— 10°) = 270°.

2) ИП = ИК + КУ п/б, ИП = 225°+ 45°= 270°.

6. Девиация магнитного компаса. Исправление и перевод румбов

Металлический корпус судна, различные металлические изделия, двигатели являются причиной отклонения магнитной стрелки компаса от магнитного меридиана, т. е. от направления, по которому должна расположиться магнитная стрелка на суше. Магнитные силовые линии земли, пересекая судовое железо, превращают его в магниты. Последние создают собственное магнитное поле, под влиянием которого магнитная стрелка на судне получает дополнительное отклонение от направления магнитного меридиана.

Отклонение стрелки под влиянием магнитных сил судового железа называется девиацией компаса. Угол, заключенный между нордовой частью магнитного меридиана N М и нордовой частью компасного меридиана N K , называется девиацией магнитного компаса s (рис. 44).

Девиация может быть как положительной — восточной, или остовой, так и отрицательной — западной, или вестовой. Девиация — величина переменная и меняется в зависимости от широты и курса судна, так как намагниченность судового железа зависит от его расположения относительно магнитных силовых линий земли.

Для расчета магнитного курса МК необходимо к величине компасного курса КК алгебраически прибавить величину девиации s на данном курсе:

КК + (± s ) = МК

или МК — (± s ) = КК.

Например, компасный курс КК равен 80°, при этом девиация магнитного компаса s = 20° со знаком плюс. Тогда по формуле находим:

М K = KK + (± s ) = 80 + (+20°)= 100°.

Если собственное магнитное поле судна большое, то компасом пользоваться трудно, а иногда он вообще перестает работать. Поэтому девиацию необходимо сначала уничтожить при помощи компенсационных магнитов, расположенных в ноктоузе компаса, и брусков мягкого железа, устанавливаемых в непосредственной близости от компаса.

Рис. 43. Получение магнитного курса	Рис. 44. Исправление и перевод румбов

После уничтожения девиации приступают к определению остаточной девиации на различных курсах судна. Уничтожение и определение остаточной девиации и составление девиационной таблицы для данного компаса производится специалистом-девиатором на специально оборудованном створными знаками девиационном полигоне. Девиация считается уничтоженной вполне удовлетворительно, если ее величина на всех курсах не превышает ±4°.

Как уже говорилось, на картах необходимо прокладывать истинные курсы и пеленги. Для получения истинных курсов и пеленгов нужно в показания компаса, установленного на судне, внести определенную поправку, так как он показывает компасный курс и компасные пеленги. Поправкой компаса D К называется угол, заключенный между нордовой частью истинного меридиана N И и нордовой частью компасного меридиана N K . Поправка компаса D К равна алгебраической сумме девиации s и склонения d , т. е.:

D К = (± s ) + (± d ).

Отсюда следует, что для получения истинных величин необходимо к компасным величинам прибавить поправку компаса с ее знаком:

ИК = КК + (± D К )

или КК = ИК — (± D К ).

На рис. 43 показан переход от МК к КК через склонение.

На рис. 44 показана взаимосвязь между всеми величинами, от которых зависит правильное определение истинных направлений в море. Углы, образованные линиями N к, N м, N и и линиями курса и пеленга, носят следующие наименования:

Компасный курс КК — угол между линией компасного меридиана N K и линией курса.

Компасный пеленг КП — угол между линией компасного меридиана N K и линией пеленга.

Магнитный курс МК — угол между магнитным меридианом N М и линией курса.

Магнитный пеленг МП — угол между линией магнитного меридиана N M и линией пеленга.

Истинный курс ИК — угол между линией истинного меридиана N И и линией курса.

Истинный пеленг ИП — угол между линией истинного меридиана и линией пеленга.

Девиация s — угол между линией компасного меридиана N K и линией магнитного меридиана N M .

Склонение d — угол между линией магнитного меридиана N M и линией истинного меридиана N И .

Поправка компаса D К — угол между линией истинного меридиана N И и линией компасного меридиана N K .

Существует мнемоническое правило, которое помогает судоводителю правильно оперировать величинами истинных магнитных и компасных направлений. Для выполнения этого правила необходимо запомнить последовательность: И K — d — MK — s — КК. Если из ИК алгебраически вычесть склонение d , то получим рядом стоящую вправо от ИК величину МК; если из МК вы чтем алгебраически девиацию s , то получим рядом стоящую вправо от МК величину КК. Если мы из ИК алгебраически вычтем обе стоящие вправо от ИК. величины d — склонение и s — девиацию, то получим КК. При условии, что у нас имеется компасный курс и нужно получить МК, производим обратные действия: к компасному курсу КК прибавляем алгебраически стоящую слева от него девиацию s и получаем магнитный курс МК. Если к магнитному курсу алгебраически прибавить склонение d , стоящее слева от магнитного курса, то получим истинный курс ИК, и, наконец, если к компасному курсу алгебраически прибавить девиацию s и склонение d , представляющие не что иное, как поправку компаса D К , то получим истинный курс — ИК.

Судоводитель-любитель при расчетах и работе на карте пользуется только истинными значениями курсов, пеленгов и курсовых углов, а магнитные компасы дают только их компасное значение, поэтому ему приходится производить вычисления по приведенным выше формулам. Переход от известных компасных и магнитных величин к неизвестным истинным называется исправлением румбов. Переход от известных истинных величин к неизвестным компасным и магнитным называется переводом румбов.