В звёздных лабиринтах: Ориентирование по небу

Наибольшая точность в определении времени может быть достигнута путем приёма сигналов, специально передаваемых по радио в конце определённых часов суток особыми станциями на заранее фиксированных волнах. Каждый раз передаётся 180 сигналов — 60 подготовительных, 60 настроечных и 60 контрольных, по которым и осуществляется определение времени.

Определение местоположения

Выберем любую звезду S и соединим её прямой линией с центром Земли. Точка пересечения этой линии, которая является продолжением земного радиуса, с поверхностью Земли в навигационной астрономии называется полюсом освещения S_п данного светила (рис. 15). Из построения следует, что из своего полюса освещения любое светило наблюдается точно в зените.

Рис. 15. Полюс освещения.

Измерим зенитное расстояние звезды S. В мореходной астрономии измеряется высота светила. В этом случае зенитное расстояние z можно найти по формуле

z = 90° — h.

(12)

На рис. 15 MS₁ — направление на звезду S из точки наблюдения M. Благодаря удалённости наблюдаемой звезды линии MS₁ и OS можно считать практически параллельными. Отсюда следует, что

∠ ZMS' = ∠ ZOS

(ZM — отвесная линия). Иными словами, угловое расстояние точки M от полюса освещения S_п звезды S равно зенитному расстоянию этой звезды в точке M.

Опишем на глобусе окружность с центром в точке S_п, проходящую через точку M. Эта окружность получила название круга равных высот, или позиционного круга. Из построения следует, что во всех точках позиционного круга звезда S будет иметь одно и то же зенитное расстояние.

Выбрав другое околозенитное светило и повторив аналогичное построение, мы найдем ещё один позиционный круг, соответствующий этому светилу.

Одна из двух точек пересечения обоих позиционных кругов, нанесенных на глобус или карту, и будет точкой местоположения наблюдателя. Поскольку эти точки обычно оказываются на значительных расстояниях друг от друга, то выбор именно той из них, в которой действительно находится наблюдатель, как правило, особых трудностей не вызывает.

Для того чтобы построить позиционные круги на глобусе, необходимо определить широты и долготы полюсов освещения избранных звёзд.

Широты определяются по формуле (6); при этом склонение (δ) берётся из таблиц, а что касается долготы, то поскольку звезда S находится на меридиане для наблюдателя, расположенного в точке S_п, по формуле (9) или (10) можно определить звёздное время в этой точке (оно равно прямому восхождению звезды S, которое берётся из каталога), а затем вычислить и местное время. Разность всемирного времени и местного времени в полюсе освещения даёт долготу полюса освещённости.

Однако в чистом виде этот метод, получивший название метода равных высот, или метода Сомнера — Акимова, в мореплавании не применяется, так как для этого необходимы глобусы или карты больших размеров. Так, чтобы обеспечить точность, при которой 1 мм на карте равен 1 морской миле, необходим глобус диаметром 7,5 м или карта со стороной, равной 22 м.

В последние годы на флоте стал внедряться усовершенствованный метод определения местоположения по заранее подготовленным данным. Для этой цели на небесной сфере выбираются три звезды, расположенные по отношению друг к другу под углами, близкими к 120° и составляются таблицы на каждый час, позволяющие по измеренным высотам избранных звёзд путем расчёта соответствующих поправок быстро получать искомую точку на карте.

Однако и усовершенствованный метод Сомнера обладает существенным недостатком. Он требует довольно громоздких вычислений, которые обычно выполняются вручную. Так, определение местоположения по трем звёздам подобным способом у опытного наблюдателя даже при условии предварительной подготовки необходимых данных занимает от 30 до 40 минут.

Автоматизировать подсчёты по этому методу затруднительно. С развитием электронно-счетной техники был использован другой метод, который ещё в начале XVIII в. разработал Гаусс, но из-за большой сложности вычислений в то время не получил применении. Оказалось, что эти вычисления, в отличие от метода Сомнера, хорошо поддаются алгоритмированию.

Для облегчения навигационных расчетов в последние годы на судах вводится вычислительная техника. Применяются электронно-вычислительные машины, запрограммированные таким образом, что в них достаточно ввести лишь входные данные соответствующих угловых измерений и время наблюдения, чтобы через несколько секунд получить решение навигационной задачи.

Наиболее перспективным является осуществление морской и воздушной навигации с помощью искусственных спутников Земли.

Такая система, обладающая высокой степенью надёжности, позволяет с помощью специальной аппаратуры сразу получать все необходимые навигационные данные.