Контроль пути в FS2004 при помощи навигационных звёзд или Как не портить карту прокладкой сомнеровых линий положения

Материал из База знаний
Перейти к: навигация, поиск

Предыстория

  • Томас приложил к полученным точкам край штурманской линейки и, продолжив проведенную через них линию, увидел, что она проходит через место маяка Смолс! Еще не успев облечь в слова озарившую его мысль, он всё четко понял! «Сейчас, сейчас… Значит, так: в этих трех точках с произвольно принятыми мною значениями широты, а также в действительности на судне и на маяке Смолс в один и тот же момент высота Солнца была одинакова, как и в любой точке проведенной мною на карте прямой линии. Если теперь я приведу судно на курс, совпадающий с направлением этой линии, я должен выйти прямо на маяк». Часа не прошло, как маяк Смолс открылся прямо по носу.

Обычная суета капитанских забот надолго захлестнула Сомнера. Прошло целых шесть лет до того дня, когда в Бостоне была опубликована его статья под названием «Новый и точный способ определения места судна в море по проекции на меркаторской карте». В ней Сомнер обстоятельно рассказал о своем открытии, суть которого заключалась в том, что точки, вычисленные по одной и той же высоте светила, но с разными значениями широты, лежат на одной прямой, названной автором «проектированной линией». Чтобы определить место судна в море, нужно получить не менее двух таких линий, в пересечении которых и находится место.

Метод, предложенный Сомнером, пришелся по вкусу капитанам и штурманам и быстро распространился среди мореходов. Только вот название «проектированная линия» не прижилось: моряки всего мира говорили «линия Сомнера», «сомнерова линия положения».[1]


  • По способу Сомнера, линия положения, т.е. линия, на которой находится наблюдатель, определялась по двум точкам, задаваясь приближенными, или, как их называют, счислимыми широтами. Акимов же предложил способ построения линий положения по счислимой точке и азимуту светила. Этот способ значительно сокращает вычисления и дает превосходные результаты. [2]


  • «Штурман Волков стал готовиться к астрономическим наблюдениям над полюсом. Было взято около шести сомнеровых линий ... Сомнеровы линии ложились почти вдоль маяка, образуя очень маленький угол. Но этого оказалось достаточно, чтобы определиться с точностью до 30 км. По времени полета (5 ч. 13мин.) и по своей путевой скорости я знал, что мы примерно над полюсом. Волков доложил запиской, что можно делать поворот. После этого получили телеграмму с острова Рудольфа с поздравлениями...» [3]



Метод определения поправок к курсу и удалению по линиям положения

Астрономические методы навигации всегда завораживали своей древностью и практичностью. В них ощущается глубокая и прочная связь цивилизации с Космосом, Вселенной. В наше время всё меньше людей смогут опознать на небе Полярную Звезду, созвездие Ориона или Кассиопею. Млечный Путь закрыт небоскрёбами и смогом. Слово "навигация" ассоциируется только с аббревиатурой GPS, и мало осталось из составителей гороскопов тех, кто сможет уверенно ответить на вопрос:"А что такое эклиптика?"

Читая воспоминания Валентина Ивановича Аккуратова[4] и других знаменитых полярников, штурманов и путешественников XX века, удивляешься лёгкости, с которой говорили тогда об астрономических методах навигации. Всегда хотелось, хоть немного, быть ближе к ним в понимании основ. И вот, благодаря Интернету и FS2004, появилась возможность попробовать себя в роли штурмана Дальней или Полярной Авиации.

Взятый за основу контроля пути астрономический метод определения линии положения и места самолёта, достаточно прост и нагляден. Он основан на том, что небесное тело, находящееся на очень большом удалении, будет видно под одним и тем же углом над горизонтом не из одной точки, а на всём протяжении линии огромного круга на поверхности Земли. Он так и называется - круг равных высот. Учитывая размеры планеты, для расстояний 200-300 nm, часть такого круга будет выглядеть прямой линией - линией равных высот, или линией положения. Но лучше сразу обратиться к учебнику. И желательно тех времён.

Рис.1.Методы определения линии положения и места самолёта(Кондратьев Н.Я.Астрономия в авиации.1952г)

Увы, в отличии от авиаторов XX века, виртуальный лётчик, рассчитывая место самолёта этим методом, тут же сталкивается с рядом реальных проблем. Одна из них, это необходимость ведения счисления и графических построений на карте. Электронные карты не очень удобны для подобных манипуляций, а бумажные не так доступны. Тем более, что прокладка результатов счисления и пара-тройка коррекций по линиям положения быстро приведут карту в негодность.

Один из вариантов был предложен Александром Беловым[5]. Но черчение самодельных карт дело довольно кропотливое. А более или менее простым, из доступных нам, методам автоматизации этого процесса присущи свои недостатки.

До одного-двух раз этот процесс интересен. Но при регулярных полётах подготовка к астронавигации становится затратной и утомительной. А после полёта рабочая карта всегда идёт в мусорное ведро. Если строить на отдельном листочке без сетки координат, то требуется привязка по ним к карте. Но с него всё равно приходится переносить место самолёта и прокладывать новую ЛЗП. Да и не всегда удаётся подобрать удобный масштаб.

И вот, как-то в блужданиях со своей верной "Каталиной"[6] над Арктикой, наконец-то пришла идея.

Учебники по астронавигации не акцентируют внимание на том, что при построении линий положения, точку счисления можно выбирать любую! Линии положения всё равно сойдутся возле одной единственной точки - точки наблюдения, то есть там, где мы находимся. Метод даёт всегда один результат - смещение выбранной нами точки счисления относительно точки наблюдения.

Идея очень проста. Отныне выбираем точки счисления только на ЛЗП!

Тогда все наши "звёздные" результаты будут показывать местоположение относительно ЛЗП и пользоваться будем уже не графическими построениями на карте, а простыми коррекциями курса и расчётного удаления. То есть, летим так, как будто у нас впереди радиомаяк.

На отдельном листке, центром которого является счислимая точка, мы определяем лишь ЛБУ и смещение вдоль ЛЗП. А потом, методами, заимствованными из радионавигации, вычисляем (удобнее всего на НЛ-10М) дополнительную поправку к курсу (ДП) и корректируем величину удаления от ППМ(КПМ). Тем самым, на карту не наносятся точки наблюдения, линии положения и новая ЛЗП, а связка листка и карты обеспечивается координатами счислимой точки.

В этом методе нет ничего нового. Любой подготовленный штурман, не задумываясь, глядя на полученную любым способом, величину ЛБУ и двинет движок навигационной линейки и скажет поправку к курсу. Для подобных графических построений даже существуют специальные шаблоны, например, - Universal Рlotting Сhart


Итак, приступаем.

  • На проложенной по карте ЛЗП намечаем счислимую точку. Лучше всего, за 200-500 км до очередного ППМ (или КПМ).
  • Заранее, для этой и последующих точек, на тетрадном листе в клеточку, чертим посередине вертикальную линию. Это будет наш истинный меридиан.
  • Где нибудь сбоку внизу - "масштабный уголок", где 1 см будет равен 10, 20 или любое другое значение миль. Подробнее данные построения рассматриваются в статье "Определение местоположения по двум или более линиям положения").

Если используется модель секстанта, выдающая расстояния в километрах, разумеется масштаб удобнее применять для километровых значений. Величину масштаба удобнее всего выбирать сразу после получения величин удаления линий положения. Удобно если самое большое значение удаления линии положения будет укладываться в четверть листа.

  • При помощи транспортира проводим линию через центр меридиана, под углом, равным ЗИПУ нашего участка маршрута.
  • Затем, пунктиром, что бы не мешались потом, прокладываем, заранее определённые азимуты светил (Аз.1,2,3), высоту которых будем измерять в расчётное время.
Рис.2.Истинный меридиан, ЗИПУ, азимуты светил

К сожалению, FS2004 не имеет средств, позволяющих опираться на реальные Астрономические таблицы. Поэтому секстант берёт данные отнюдь не с неба, и азимуты и высоты светил можно брать произвольные. Впрочем, никто не мешает нам пользоваться и настоящими данными о положении навигационных светил.

Сегодня, проще всего получить их в Интернет, например, по ссылке "Celestial Navigation Data for Assumed Position and Time"[7]. Заполняем форму с указанием координат счислимой точки, даты, времени UTC и получаем таблицу с данными о положении планет и навигационных звёзд на заданный момент в заданном месте.

Рис.3.Расположение звёзд и планет по данным Naval Oceanograpfy Portal

Первая колонка - названия навигационных светил. Колонки Hc и Zn, соответственно, высоты и азимуты.

На Рис.2 ещё показаны красная пунктирная линия и точка КПМ. В нашем масштабе они должны находится за пределами листа и приведены лишь как воображаемые, для облегчения понимания геометрического смысла наших построений в дальнейшем. Итак мы готовы к проведению замеров, или, назовём красивым словом, к обсервации.

  • По расчётному времени, приблизившись к точке счисления, измеряем секстантом высоты выбранных нами светил.

В реальных полётах данные о небесных телах заносятся в таблицу для определённого заранее времени, к которому мы можем не оказаться в намеченной к обсервации точки. Если Вы желаете приблизить к этому свои виртуальные измерения, то замер производится в заданное время, а точка счисления не выбирается заранее, а выбирается на карте по расчётному значению пройденного пути.

  • Получив переведённую моделью секстанта разность вычисленных и измеренных высот в линейную величину (в реальности секстант лишь измеряет углы, а вычисления производятся вручную или на компьютере), мы наносим для каждого азимута соответствующие его светилу линии положения. Они чертятся перпендикулярно линиям азимутов в выбранном нами масштабе и, обязательно в нужном направлении (в сторону светила или от него, в зависимости от знака разности вычисленной и измеренной высот).
  • В плоскости их пересечения определяем точку наблюдения, то есть то место, где мы находимся на самом деле. Этот процесс подробно описывается в документации к модели Вашего секстанта.
Рис.4.По плоскости пересечения линий положения находим точку наблюдения
  • Представляя линию "точка наблюдения -> счислимая точка" вектором, раскладываем его на составляющие - ЛБУ и удаление от счислимой точки до точки наблюдения вдоль ЛЗП (Sфакт).
Рис.5.Определение величин ЛБУ и Sрасч

Если бы точка КПМ помещалась на нашем листке, то результат (дополнительную поправку(ДП) и удаление до КПМ) можно было бы получить сейчас же, графическим методом.

Рис.6.Определение дополнительной поправки к курсу и удаления до КПМ графическим методом
  • Но нам проще рассчитать. Если Вы, как и автор сих строк, пользуетесь иностранным вариантом секстанта, не забываем о соответствии единиц измерения. Если счисление и данные секстанта в различных единицах приводим их к принятой. Можно на на НЛ-10М, (шкалы 14, 15) по соответствующему ключу (Рис.7)
    Рис.7.Перевод морских миль в километры



Рис.8.Пример. 123 морских мили равны 235 км

Если счисление ведётся, например, в навигационных милях, как и в представляемых данных англоязычного варианта секстанта, то никакого перевода не требуется.

  • По значениям ЛБУ и расстоянию до КПМ(равному сумме Sфакт и Sрасч с учетом знака), по шкалам 4 и 5 на НЛ-10М (ключ на Рис.9), вычисляем дополнительную поправку (ДП)
    Рис.9.Определение ДП к курсу через Sоставш и ЛБУ
Рис.10.Пример. Удаление от КПМ 340 км и ЛБУ 15 км. ДП равна 2.5 градуса


Знак поправки в курс всегда противоположен знаку уклонения. Как мы помним, по уклонение вправо считается положительным, влево - отрицательным.

  • Корректируем курс с учётом величины и знака ДП.
  • По смещению вдоль ЛЗП (Sрасч) корректируем расчётное время прибытия в КПМ. При этом не забываем, что, за время наших расчётов, самолёт продолжает двигаться. Например, "Каталина" за 10 минут пролетает до 40 км.

Также не забываем, что значение скорректированного ЗИПУ получено на плоскости. Следуя по протяжённому маршруту, не идущему вдоль меридиана, необходимо учитывать то, что Земля круглая, а меридианы сходятся к полюсам. То есть, для уверенной навигации, нужно иметь понятие об ортодромиях и локсодромиях. На тихоходной технике середины XX века, с несовершенными приборами, чаще летали по последним. Этот момент очень доступно поясняется в "Аэронавигации" С.А. Данилина [8]

Рис.11.Прокладка локсодромии (С.А.Данилин "Аэронавигация" 1938 г.)

И если мы летим по локсодромии, будут возникать соответствующие погрешности, которых не стоит пугаться. Звёзды всё равно приведут к цели.

А теперь летим?

Рис.12.Из Мурманска...


Рис.13. ...к острову Медвежий по звёздам

Рассмотренный способ контроля пути отрабатывался на маршруте Мурманск - о.Медвежий - Тромсё по прилагаемой полётной карте:

Рис.14.Маршрутная карта Мурманск - о.Медвежий - Тромсё (Нажать для увеличения)

В полярных широтах будьте внимательны при выборе даты и времени полёта, есть опасность остаться без звёзд.

Рис.15.График для определения областей невосходящего и незаходящего Солнца для северного и южного полушарий[9] (Нажать для увеличения)


См. также


Любые вопросы, касающиеся астронавигации можно задавать в "Уголке полярника"[10]. Автор обязательно постарается помочь и будет рад поучиться вместе с Вами чему-то новому.

С уважением, Алексей (UEMJ)

Источники

Примечания

Ссылки