Курс в океане

DjVu

Полный текст книги

      ПРЕДИСЛОВИЕ
      Морские профессии всегда привлекали молодых своей романтикой, возможностью проверить силу духа и мужество в суровых испытаниях, в дальних морских и океанских походах. Кто из юношей не мечтает встать за штурвал корабля, увидеть себя на капитанском мостике, за пультом управления приборами и системами, обеспечивающими точное и безопасное плавание.
      Эта книга предназначена для будущих моряков, она познакомит их с удивительным миром приборов, помогающих мореплавателям приводить судно к цели, несмотря на ветры и течения, штормы и ураганы.
      Начинается книга краткой историей создания мореходных инструментов и навигационных приборов, морских карт и пособий для плавания, рассказывает о том, как первые мореплаватели учились определять местоположение судна и проводить его по бескрайним морям.
      Затем приводятся важные сведения о навигации, поясняющие устройство приборов и основные методы кораблевождения, описаны принципы построения и работы технических средств навигации, представляющих собой органическое слияние последних достижений науки и техники в гироскопии и гидроакустике, вычислительной технике и радиотехнике, космической навигации и радиолокации. Из книги можно узнать о назначении, устройстве и особенностях работы курсоуказа-телей, инерциальных навигационных систем, измерителей скорости и глубины, приемоиндикаторов радиотехнических и спутниковых навигационных систем.
      Заканчивается изложение описанием автоматизированных навигационных комплексов, созданных на основе вычислительной техники, и перспектив их развития. Здесь же можно познакомиться с оборудованием штурманской рубки современного судна — рабочего места штурмана и с его деятельностью во время несения вахты.
      При написании книги и ее подготовке к печати авторы получили много полезных советов от своих коллег по работе и выражают признательность И. Б. Рудометовой и художнику-оформителю В. Н. Житни-кову за помощь при оформлении рукописи.
      Рекомендации, предложения и замечания просим присылать по адресу: 191065, Ленинград, ул. Гоголя, 8, издательство "Судостроение".
     
      НЕБОЛЬШОЕ ПУТЕШЕСТВИЕ В СУДОВОЖДЕНИЕ
      § 1. ТОЧНОЕ И БЕЗОПАСНОЕ ПЛАВАНИЕ — ЗАДАЧА СУДОВОЖДЕНИЯ
      Судовождение в самом широком смысле слова — это наука о безопасном и экономичном плавании судов в море.
      Отправляясь в путешествие из одного города в другой по суше, мы редко задумываемся о том, что можем сбиться с пути. Заблудиться на автомагистралях, связывающих наши города, сейчас почти невозможно: вдоль шоссе проставлены знаки с указанием расстояния до того или иного пункта и с названием городов и поселков. Кроме того, любую нужную информацию можно получить в придорожном посту ГАИ.
      А как ориентироваться в открытом океане, где нет проложенных дорог, дорожных указателей, километровых столбов?
      Каким бы судно ни было — малым каботажным, плавающим на небольшие расстояния вдоль берегов, или большим океанским лайнером, совершающим трансатлантические переходы, перед капитаном стоит главная задача — точно и вовремя привести судно в назначенное место и при этом избежать всех опасностей, которые могут встретиться на его пути. А такими опасностями для любого судна могут быть мели, встречные суда, айсберги, подводные скалы, острова, рифы и т. п.
      Решить эту задачу помогают капитану и его помощ-нику-штурману морские навигационные карты (от лат. navigatio — судоходство, мореплавание), пособия и специальные приборы.
      Что такое морская карта и чем она отличается от обычной?
      Любая карта — это условное отображение, "лицо" земной поверхности. Наиболее точно земная сферическая поверхность изображена на глобусе. Материки, океаны и моря относительно друг друга расположены на нем правильно, их очертания соответствуют тем, что существуют в природе. Однако глобус не пригоден для мореплавания. Для верного отображения пути судна необходимо представление земной поверхности в крупном масштабе, т. е. потребовался бы глобус диаметром в десятки метров.
      Штурману нужна плоская карта, которую без труда можно расположить на столе, и достаточно подробная для обеспечения безопасности и точности плавания. Но как на плоском листе бумаги представить часть сферической поверхности Земли так, чтобы неизбежные искажения пропорции материков и океанов были минимальны и не мешали точно ориентироваться, чтобы линия курса на карте изображалась прямой линией, а углы на карте были равны углам на поверхности Земли? Над этой задачей картографы работали давно и изобрели немало способов условного изображения — картографических проекций поверхности Земли на плоскости.
      Наиболее приемлемой для мореплавания оказалась прямоугольная меркаторская проекция. Она была предложена в 1569 г. голландским картографом Герардом Меркатором (1512 — 1594) и явилась крупнейшим открытием, во многом способствовавшим успешному развитию мореплавания и картографии.
      Если посмотреть на глобус, то можно заметить, что его поверхность покрывает сетка меридианов и параллелей. Меридианы, т. е. окружности, идущие с севера на юг, сходятся у полюсов, а расстояния между параллелями, т. е. окружностями, проходящими с востока на запад параллельно экватору, остаются неизменными.
      Поместим такой глобус внутрь цилиндра (рис. 1,а) так, чтобы последний своей образующей касался экватора, а его ось совпадала с осью Земли. Спроектируем из центра глобуса изображения земных меридианов и параллелей на поверхность этого цилиндра, а затем разрежем его по образующей и развернем на плоскость. Получим прямоугольную цилиндрическую проекцию Меркатора (рис. 1,6). На карте в такой проекции не только параллели, но и меридианы — прямые параллельные линии. При этом если меридианы равно отстоят друг от друга, то расстояния между параллелями возрастают в направлении от экватора к полюсам, т. е. масштаб изображения на карте меняется в зависимости от удаленности его от экватора. По этой причине Гренландия, которая на глобусе меньше Африки, на карте в меркатор-ской проекции выглядит почти соизмеримой с ней.
      Меркаторская карта искажает изображение, но почему именно она оказалась самой удобной для мореплавателей?
      Во-первых, на крупномасштабных современных морских картах, охватывающих сравнительно небольшие части поверхности моря, искажения почти не заметны. Во-вторых, такая карта равноугольна, а это значит, что всякий угол, образуемый двумя направлениями на глобусе, будет равен такому же углу на карте, т. е. путь судна, идущего неизменным курсом, будет представлять собой на карте прямую линию и его можно вычертить с помощью карандаша и линейки, что невозможно сделать на глобусе. Наконец, поскольку проектирование осуществляется из центра глобуса, широтная градусная сетка с правой и с левой сторон карты может служить масштабом для измерения расстояний.
      Таким образом, с помощью циркуля-измерителя можно легко, быстро и достаточно точно измерить расстояние между двумя любыми точками.
      Все это позволяет вести прокладку пути судна, в частности отмечать его текущее положение на карте, как это показано на рис. 2.
      Рис 2. Образец предварительной прокладки пути судна
      Пусть необходимо провести судно из точки якорной стоянки А в точку Б. Соединим точки прямой линией, которая и будет предварительной прокладкой пути судна на карте. Измерив с помощью транспортира угол
      между направлением меридиана и намеченной линией пути, определим курс, которым должно следовать судно. Курс — это угол между направлением на север, т. е. северной частью меридиана, и диаметральной, т. е. продольной плоскостью судна, отсчитываемый по часовой стрелке. Выйдя в море, штурман через определенные промежутки времени откладывает ка линии пути, проложенной на карте, пройденное судном расстояние, которое он снимает в соответствующем масштабе циркулем-измерителем с боковой рамки карты.
      Рассмотренный пример, конечно, является простейшим и служит лишь для пояснения принципа решения штурманом одной из задач счисления пути. В действительности путь из порта в порт далеко не всегда бывает прямым и кратчайшим, и прежде, чем наметить его, штурман заранее тщательно изучает специальные морские карты и пособия.
      Морские навигационные карты издают в масштабах от 1:1000 до 1:5 000 000. На карте мелкого масштаба намечают весь маршрут или большую его часть, а крупномасштабные карты используют непосредственно для плавания.
      Посредством условных знаков на морской карте нанесена вся необходимая для штурмана информация — участки берега, навигационные знаки, ограждающие опасности, маяки, мели, рифы, затонувшие суда с указаниями глубины над ними, сведения о течениях и магнитном склонении. Цифры обозначают глубины, а буквы между ними характеризуют грунт дна, например: г — гравий, мП — мелкий песок, Гл — глина и т. д. Есть и другие обозначения на карте: — подводные камни (они
      никогда не видны над поверхностью моря), — надводные и Осх — осыхающие камни (они появляются только во время отлива) и др.
      Карта помогает штурману выбрать наиболее выгодные и безопасные маршруты и места стоянок. Для каждого рейса подбирается специальный комплект морских карт, и притом немалый. Так, для перехода из Ленинграда во Владивосток требуется не менее 600 карт, а из Ленинграда в Кронштадт — не менее двух.
      Выбирая путь, штурман особое внимание обращает на то, чтобы глубины были достаточны, опасные места оказались в стороне, течения не сильно мешали, а, наоборот, помогали следовать намеченным путем, чтобы во время плавания была возможность проверить местоположение судна и при необходимости подкорректировать курс.
      Однако карты не содержат всех сведений для выбора пути судна и безопасного плавания по нему. Так, не отмечены ожидаемая для данного времени года погода, преобладающие ветры, вероятность туманов, возможные льды, характер течений и др. Не приводятся на карте данные различных радиотехнических средств, нет специальных правил, установленных в тех или иных районах, не отражены особенности и условия входа в порты захода судна. Поэтому в дополнение к картам издаются руководства и пособия для плавания — лоции, атласы течений и справочные книги различного назначения.
      Лоция (от гол. loodsen — вести корабль) — это пособие для мореплавания, в котором дано подробное описание берегов, бухт, гаваней, рейдов и портов. Из нее можно узнать о подводных опасностях и течениях, порядке плавания в узкостях и навигационных ориентирах, расстояниях между портами и рекомендованных маршрутах.
      В лоции приводятся сведения о том, как выглядят и далеко ли видны с моря мысы, возвышенности, береговые строения, какие гидрометеорологические условия ожидаются в данных районах плавания и др. Лоции составляются для отдельных морей или их частей, а также для отдельных районов океанов.
      Интересно отметить, что лоции появились раньше карт. Это были описания прибрежных маршрутов плавания, в которых отмечалось все, что могло помочь мореплавателю. Наиболее древней лоцией, дошедшей до нас, является труд грека Скилака "Перипл", написанный в VI в. до н. э.
      Как первые древние карты — портоланы, так и описания к ним — периплы (прообразы нынешних лоций), кроме полезных знаний, содержали много небылиц. На пор-толанах кроме приближенных очертаний материков были рисунки с изображениями чудищ, извергающих из пасти ветры разных направлений, фантастических животных, растений, а также людей, живущих в разных странах.
      Так, в описаниях к картам, изданным в России в 1637 г. (перевод с фламандского), приводились, например, такие данные об о. Мадагаскар: "Царство магдайское, стоит на одном острову на море полуденном... Вера ж у них служат солнцу и огню, прилежат звездочтению и волх-вованию... Бе же остров человекоядцы, нарекаемые на Фарсийском море. Человеческую и всяких зверей и скот плоти вкушают и кровь пьют..."1. Или: "Остров, живут на нем люди, главы у них видом песьи, человецы велицы страшливы, много на сем острову каменей драгоценных"2.
      Такие легенды были вызваны незнанием и стремлением отпугнуть людей от дальних странствий. В современных лоциях приводятся строго документированные данные, и они периодически корректируются.
      Кроме карт и лоций штурман при выборе пути использует пособия "Огни и знаки", "Радиотехнические средства навигационного оборудования", "Извещения мореплавателям" и др.
      "Огни и знаки" включают необходимые сведения о маяках, светящих и несветящих знаках, плавучих маяках и буях. Указываются дальность видимости огней, их цвет и т. д. " адиотехнические средства навигационного оборудования" содержат данные о радионавигационных системах, их координатах, опознавательных сигналах, частотах излучения сигналов и режимах работы.
      За лаконичным официальным языком этих документов — огромный запас сведений, накопленных многими поколениями мореплавателей и исследователей. В них отражен замечательный труд всех, кто создавал в море и на берегу технические средства для обеспечения безопасности плавания.
      Наконец, маршрут намечен. Подана команда, поднят якорь, и судно отправилось в плавание. Штурман начинает вести прокладку и следит за тем, когда оно придет в первую намеченную точку поворота. При этом очень важно контролировать место нахождения судна, чтобы вовремя скорректировать его движение. Следует периодически измерять глубины под килем и своевременно проверять, не отклонилось ли судно от выбранного маршрута, ведь на него действуют ветры, течения, волнение моря, к тому же приборы, которые управляют судном, не идеальны и могут ошибаться.
      При плавании вблизи берега эта задача решается наблюдением и измерением направлений на маяки, бере-
      1 Давидсон А. Б., Макрушин В. А Зов дальних морей. М., 1979. С. 116.
      2 Там же. С. 117.
      Рис. 3 Средства определения места судна в море
      говые отличительные ориентиры, знаки и т. п. При плохой видимости и вдали от берега штурману помогают средства определения места по небесным светилам, по сигналам радионавигационных систем, космических летательных аппаратов, радиолокационные станции и другие специальные приборы (рис. 3).
      Судно идет днем и ночью, следуя намеченным курсом, а на карте остается след в виде тонкой карандашной линии с отметками мест, где координаты его и курс были уточнены по специальным приборам.
     
      § 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ИЗ НАВИГАЦИИ
      В русский язык понятие "навигация" вошло при Петре I. Навигаторами называли всех обучающихся за границей морскому делу. История развития теоретических основ и методов навигации связана непосредственно с историей мореплавания.
      Расширение границ мореплавания в эпоху великих географических открытий (XII — XV вв.) не могло происходить без совершенствования морских судов, методов и средств судовождения. На этом этапе судовождение основывалось не только на лоцманском методе, т. е. на опыте и знаниях специалистов по проводке судов, но и на счислении1 пути судна, хотя оно и было в те времена весьма примитивным. Вместе с развитием средств и методов счисления пути судна успешно совершенствовались и методы мореходной астрономии, обеспечивающие периодический контроль точности счисления. К середине XV в. возникла настоятельная необходимость иметь на судах специалиста по навигации — штурмана, на которого возлагалась обязанность обеспечения точности и безопасности плавания. Штурман — человек, управляющий судном (от гол. stucor — руль, управление, man — человек). В средние века мореплавателя, ответственного за безопасность плавания, называли также кормчим, мастером, пилотом. Последнее наряду с навигатором как синоним слова штурман широко употребляется в некоторых странах и сейчас.
      Первые российские штурманы появились на кораблях петровского флота в начале XVIII в. По морскому уставу того времени штурману в целях повышения ответственности за безопасность мореплавания вменялось в обязанность каждую вахту или каждые четыре часа сдавать счисление, прокладывать на карте место корабля и докладывать об этом капитану.
      Российской державе необходимо было готовить своих навигаторов для кораблей зарождающегося морского флота. В 1701 г. в Москве была открыта школа математических и навигатских наук. Выпускники этой школы приступали к службе на русских кораблях и к работам по картографированию страны и омывающих ее берега морей и океанов. В 1748 г. появился и первый наиболее полный для подготовки штурманов труд по навигации — "Книга полного собрания о навигации", составленная капитаном морского корабельного флота С. И. Мордвиновым.
      К разработке теоретических вопросов в области навигации и мореплавания привлекаются в этот период из-
      1 Счисление — определение места судна путем вычисления его текущих координат от известных начальных по курсу, скорости и времени.
      вестные ученые Петербургской академии наук — академики Л. Эйлер, Д. Бернулли и др. Особое значение имела работа М. В. Ломоносова "Рассуждение о большой точности морского пути" (1759 г.). В ней изложены основы кораблевождения и проведены соображения о необходимости дальнейшего развития навигационных приборов. Это свидетельствует о большом внимании русских моряков и ученых к морскому делу и развитию теоретических основ кораблевождения и навигационного приборостроения.
      В последующие годы вышел целый ряд трудов русских и советских ученых и мореплавателей по навигации, среди которых наибольшую популярность приобрели работы П. Гамалея, Н. А. Сакеллари, В. К. Каврайского, Н. Н. Ма-тусевича, К. С. Ухова, А. П. Ющенко и др.
      В наше время морская навигация рассматривается как наука о выборе пути, определении места и перемещении судна в море с учетом задач, решаемых судном, и влияния внешней среды на его направление и скорость. Морская навигация — ведущая дисциплина в цикле наук о судовождении. В ней широко используются выводы и достижения фундаментальных наук, а также геодезии, картографии, гидрографии, океанографии и гидрометеорологии.
      По мере развития технических средств судовождения, повышения их точности и уровня автоматизации меняются и совершенствуются методы морской навигации. Основой теории навигации и принципа построения многих навигационных систем являются знания о фигуре Земли, способы определения координат и измерений направлений, скорости- и расстояний на море.
      Фигура Земли
      Чем точнее мы знаем форму и размеры Земли, тем точнее и совершеннее навигационная карта, а значит и плавание.
      Какие размеры и форму имеет вращающаяся вокруг своей оси наша планета Земля?
      Этот вопрос интересовал еще ученых древности. Около 360 лет до н. э. появился труд величайшего мыслителя того времени греческого философа Аристотеля "0 небе". Изучая характер лунных затмений, Аристотель первый указал на шарообразность Земли: край земной тени, отбрасываемой на Луну, всегда имеет округлую форму. Аристотель приводил и другое доказательство шарообразной формы Земли, вытекающее из наблюдений за изменением положений звезд при перемещении наблюдателя по меридиану. Он писал, что даже незначительное перемещение места наблюдателя на север или юг значительно изменяет положение звезд: некоторые из них, видимые в Египте, в северных странах не просматриваются.