До XVI в. навигация основывалась, главным образом, на определении судном широты своего места. Еще Колумб отыскивал сначала желаемую широту, а затем уже брал курс на запад или восток. Широту определяли по меридиальной высоте Солнца. Оценивая каждый раз (с учетом средней путевой скорости) пройденное расстояние, можно было вычислить приближенно и долготу своего места. Ночью широту определяли по Полярной звезде. Известны уже были правила вычисления поправок в широте за счет отклонения Полярной звезды от полюса.
Днем отсчеты высоты Солнца брали при прохождении его через высшую точку над горизонтом (по меридиа- нальной высоте). Ошибки при этом получались довольно значительные, поскольку в распоряжении навигатора были одни лишь песочные часы. Да и астрономические таблицы имелись тогда далеко не у каждого капитана. Инструментами для определения высоты светил служили так называемая морская астролябия и квадрант.
Астролябия представляла собой бронзовый круг с координатными осями и шкалой, разбитой на градусы. Точно в центре круга крепился поворотный визир, делящий окружность на две равные половины. В визире имелись! два окошечка: одно (большое) служило для поиска светила, другое (малое) — для его фиксирования.
При работе с астролябией капитан становился спи- ной к солнцу так, чтобы солнечные лучи, скользя по поверхности круга, падали на нижнюю визирную нить. Когда верхняя визирная нить бросала тень на нижнюю, визир оказывался направленным точно на Солнце. Высоту Солнца над горизонтом отсчитывали по градусной шкале.
Звездной ночью при помощи астролябии определяли высоту Полярной звезды, совмещая на глаз направление на нее через нижнее окошечко с нижней и верхней визирными нитями.
Квадрант представлял собой угловой сектор в четверть окружности с визирами, расположенными на верхней прямой кромке инструмента. В вершине сектора крепился отвес. При желании взять высоту Солнца или Полярной звезды квадрант подносили к глазу и совмещали визир- ные нити с направлением на светило. Нить отвеса отмечала при этом высоту светила в градусах по дуговой шкале.
С гирокомпасом и хронометром
Следующим, распространенным повсеместно вплоть до XVIII в. навигационным инструментом был градшток (или, как его еще называли «посох Иакова»), служивший также для отсчета углов. Он представлял собой две взаимно перпендикулярные рейки: длинную, с нанесенными делениями (в градусах), и короткую, которая могла скользить по длинной. Для отсчета высоты светила следовало расположить конец длинной рейки у глаза, а короткую передвинуть так, чтобы наблюдателю казалось, что одним своим концом она касается светила, а другим — линии горизонта.
Имелись на тогдашних судах уже и компасы. Не те, изначальные, примитивные, шарообразные сосуды, наполовину заполненные водой, где плавал кусочек дерева с прикрепленной к нему магнитной иглой, а уже близкие к современным, с картушкой, на шкале которой была выгравирована нордовая метка.
Показания всех этих приборов страдали большими погрешностями.
Успехами, достигнутыми с тех пор, навигация всецело обязана повышению точности применяемых ею приборов. Суда нашего времени снабжены гирокомпасом, игла которого — ось вращения, — невзирая на движение Земли и всевозможные тряски, испытываемые судном, неизменно показывает точное направление норд-зюйд. Ни магнитное склонение, ни магнитное поле железного корпуса судна не в силах изменить положения оси гирокомпаса. Объясняется это самим принципом его построения, основанным на использовании свойств вращающегося волчка — гироскопа. Цапфы оси гироскопа укреплены в кардановом подвесе, благодаря чему диск может поворачиваться вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. Таким образом, ни качка, ни повороты, ни рыскания судна никакого влияния на гироскоп не оказывают.
Принцип действия гирокомпаса, созданного впервые немецким ученым Аншютцем, как раз и основан на том, что ось быстро вращающегося волчка удерживает свое направление неизменным, несмотря на действие внешних сил. Ось гироскопа постоянно и неизменно приводится в плоскость географического меридиана. В основе общепринятых современных гирокомпасов с жидкостным подвесом лежит система из двух гироскопов, заключенная в герметически запаянный шар (гиросферу), который, в свою очередь, помещен во внешний кожух (следящую сферу). Гиросфера поддерживается внутри следящей сферы во взвешенном состоянии с помощью специальной поддерживающей жидкости и катушек электромагнитного дутья. Гироскопы вращаются мотором с постоянной скоростью 20000 об/мин.
Гирокомпас всегда устанавливают в наиболее спокойном месте судна. Однако показания его с помощью репитеров могут передаваться на ходовой мостик, в запасную рулевую рубку, в машинное отделение или куда-либо еще. Обычно гирокомпас связан и с автопрокладчиком курса.
Уточнялись и методы определения места судна. Наиболее выдающимися изобретениями в этой области оказались секстан и хронометр — приборы, которые имел на борту уже Джемс Кук во время его второго кругосветного плавания в 1772–1775 гг.
Секстан — угломерный инструмент, изготовленный из металла и снабженный подвижными зеркалами, зрительными трубами и т. д. Совмещая в поле зрения трубы одновременно линии горизонта и светила, можно определить высоту светила, а затем вычислить по ней географическую широту. По измеренным высотам нескольких светил можно вычислить обе координаты судна — широту и долготу.
Среднее гринвичское время отсчитывается на судне по хронометру — часам с особенно точным ходом. В наши дни суда определяют свое место преимущественно с помощью радионавигационных систем, в которые могут быть включены и искусственные спутники Земли. Ветры, волны и течения постоянно стремятся сбить судно с курса. Поэтому при плавании в открытом море обнаружить отклонение от курса и вовремя внести необходимые поправки можно только путем частых определений своего места.
Географическую долготу и широту для определения места судна в открытом море можно получить либо с помощью радиопеленгов, либо с помощью традиционной прокладки. В последнем случае курс судна определяют по компасу, а его скорость измеряют с помощью лага; затем вычисляют расстояние, которое прошло судно этим курсом. Нанося полученные в результате этих расчетов отрезки пройденного пути (о учетом расстояния и направления) на морскую карту, получают каждый раз текущее место судна.
Скорость судна давно уже измеряется не ручным лагом, с узлами на лаглине, а гидравлическим или электромагнитным, представляющим собой подводную трубку.
