Как находят адрес в океане


Помните пятнадцатилетнего Дика Сэнда у Жюля Верна?

Обстоятельства делают его капитаном. Но вместо Южной Америки он привел свое судно в Африку. Это произошло потому, что Дик Сэнд еще не был силен в навигации — науке, позволяющей определить место корабля в море и наметить правильный курс.

Было время, когда мореплаватели древних народов не решались выходить в открытое море. Их страшила безбрежная океанская гладь, где все направления казались совершенно одинаковыми. Лишь появление компаса послужило серьезным толчком в развитии судовождения. Так как скорость судна легко было измерить, то оставалось лишь отмечать по карте пройденный путь.

Это может показаться странным, но развитие судостроения усложнило работу штурмана. Огромная масса стального корпуса и металлических предметов на борту намагничивается в поле земного магнетизма и также превращается в магниты. Компас начинает давать неверные показания. Приходится учитывать его ошибку и следить за ее сохранением в пути. Это значит — не менять положения крупных железных масс на судне, тщательно и регулярно проверять точность показаний компаса.

В начале нашего столетия на кораблях появился гирокомпас. Основа его, гироскоп, по принципу действия похож на распространенную детскую игрушку — волчок. Достаточно раскрутить волчок, и он сможет долго и устойчиво «простоять» на своем острие.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГИРОКОМПАСА

Принцип действия гирокомпаса можно описать с помощью упрощенной схемы, приведенной на рисунке. Простейший гирокомпас состоит из гироскопа, подвешенного внутри полого шара, который плавает в жидкости; вес шара с гироскопом таков, что его центр тяжести располагается на оси шара в его нижней части, когда ось вращения гироскопа горизонтальна. Предположим, что гирокомпас находится на экваторе, а ось вращения его гироскопа совпадает с направлением запад - восток (позиция a); она сохраняет свою ориентацию в пространстве в отсутствие воздействия внешних сил. Но Земля вращается, совершая один оборот в сутки. Так как наблюдатель, находящийся рядом, вращается вместе с планетой, он видит, как восточный конец (E) оси гироскопа поднимается, а западный (W) опускается; при этом центр тяжести шара смещается к востоку и вверх (позиция б). Однако сила земного притяжения препятствует такому смещению центра тяжести, и в результате ее воздействия ось гироскопа поворачивается так, чтобы совпасть с осью суточного вращения Земли, т. е. с направлением север - юг (это вращательное движение оси гироскопа под действием внешней силы называется прецессией). Когда ось гироскопа совпадет с направлением север - юг (N - S, позиция в), центр тяжести окажется в нижнем положении на вертикали и причина прецессии исчезнет. Поставив метку "Север" (N) на то место шара, в которое упирается соответствующий конец оси гироскопа, и соотнеся ей шкалу с нужными делениями, получают надежный компас. В реальном гирокомпасе предусмотрены компенсация девиации компаса и поправка на широту места. Действие гирокомпаса зависит от вращения Земли и особенностей взаимодействия ротора гироскопа с его подвесом.

Под действием вращения Земли ось ротора гирокомпаса принимает положение, в котором своими концами указывает направление на географические полюса. Этим он отличается от магнитного компаса, указывающего на магнитные полюса Земли. И как бы ни менялся курс корабля, положение оси гирокомпаса остается неизменным. Гироскопическое устройство заключено в камере. С осью гироскопа связана круговая шкала — картушка — с нанесенными на ней градусными делениями и буквами, обозначающими Север, Юг, Восток, Запад. На курсовом кольце (вокруг картушки) нанесена курсовая черта — курс корабля. Ось ротора гирокомпаса вращается со скоростью до 10 тыс. об/мин и надежно обеспечивает точность его показаний.

Постоянно зная направление движения судна и его скорость, нетрудно вычислять пройденный путь и отмечать его на морской карте.

Корабельный лаг
Корабельный лаг

А как же измеряют скорость судна? Для этой цели используются особые приборы — лаги. Самый простой лаг — вертушечный. Его главная деталь, вертушка, либо буксируется за судном, либо выставляется в воду под днищем. В любом случае скорость ее вращения определяется скоростью судна относительно воды. Эта скорость и измеряется особым счетчиком оборотов. Существуют более сложные, гидравлические лаги. В них используют встречную силу давления воды.

Компас, морская карта и лаг позволяют непрерывно прокладывать путь судна и в любое время знать его местоположение. Но штурман, конечно, должен учитывать возможные ошибки измерения направления и скорости судна. Должен он учесть и силу ветра, и морские течения. Поэтому он не может обойтись без дополнительных способов определения местоположения.

Такую возможность открывают самые разнообразные ориентиры. Прежде всего ими вооружила мореплавателей астрономия. Взаимоположение светил на небе в данный момент времени помогает определять место, с которого ведется наблюдение. Первый прибор для этого — секстант — был изобретен еще в XVI в.

Полезны мореплавателям и земные ориентиры. Здесь, кроме созданных самой природой отличительных особенностей берега, применяются специальные маяки и знаки.

На подходах к портам, на поворотных участках многих морских путей, в районах подводных опасностей ставят специальные маяки, дающие световые или звуковые сигналы. Часто на берегу устанавливают характерные опознавательные или створные знаки. Последние позволяют штурману при совпадении положения судна с линией обоих знаков точно знать угловой пеленг на них и, следовательно, контролировать правильность курса корабля.

Но как быть, если погода испортилась, если небо затянуто тучами, а берег не виден и маяки не посылают сигналов? На помощь приходят радиомаяки. В любую погоду, в любое время суток посылают они свои незримые сигналы. И достаточно судну принять сигналы, как уже можно определить направление на них (взять их пеленг) и уточнить местоположение.

Существуют специальные радионавигационные системы, включающие в себя несколько станций. Работа их строго согласованна. С помощью установленной на судне радиоаппаратуры измеряют расстояние до них и определяют координаты.

Навигация поставила себе на службу и радиолокацию и телевидение. Теперь корабли вооружились радиолокаторами. И если какое-нибудь препятствие возникает на их пути, то еще за десятки километров оно видно уже на экране радиолокатора.

ВОЗДУХ ПРОТИВ ЛЬДА

Инженеры разработали оригинальный и дешевый способ поддержания свободными от льда акваторий портов и верфей даже в сильные морозы. Для этого по дну канала или залива прокладывают систему пластмассовых труб или шлангов, на которых находятся мундпггуки с отверстиями. В трубы подают сжатый воздух, который, вырываясь из мундштуков, перемешивает различные слои воды. Более теплая донная вода поднимается на поверхность. В результате лед не образуется, а небольшие льдины, попавшие в акваторию из других мест, тают.

Но вот близок порт. Осталось провести судно по «дорожкам» его акватории. Обычно это делает лоцман. Сейчас радиолокация и телевидение объединились здесь вместе, для того чтобы помочь человеку в этом сложном деле.

Антенна портового радиолокатора своим радиолучом последовательно «освещает» всю акваторию порта и подходы к ней. На экране создается своеобразное изображение порта. Молы и волноломы, указатели водных подходов, стоящие на рейдах и у причалов суда отчетливо видны на возникающей радиолокационной карте. С помощью особого прибора это «изображение» превращается в обычный телевизионный сигнал, который и излучается специальной радиостанцией.

Приближающиеся суда имеют телевизионные приемники. На их экранах возникает изображение порта. Капитан без труда может найти свое судно на этой телевизионной «картине» и вести его без лоцмана, получая необходимые дополнительные указания по радио.