Навигационное оборудование космического корабля Восход

Обалдеть, а вот еще про доисторическую (времен Великих Открытий) навигацию.
Скоммуниздено с "Броненосцев Петра Великого" Алекса Куна:
А что там сложного? Ну, подумаешь, Земля крутиться вокруг своей оси с наклоном, а потом еще вокруг солнца по орбите наклоненной, и солнце прет неизвестно куда, но достаточно быстро, чтоб мои знания об астрономии начали давать ошибки.
Что тут сложного? Бежит по улице малыш, крутит над головой веревку с булдыганом под названием земля . Крутит не параллельно земле, по которой бежит, а с наклоном вращения вперед. Даже продемонстрировал.
Добавим чуток фантазии булдыган на веревке также вращается, но уже вокруг своей оси успевая сделать 365 оборотов пока парень один раз веревку с булдыганом вокруг себя проворачивает. Представили? Нус, тогда немножко усложним вокруг булдыгана вьется маленькая круглая бусина Луны вызывая на булдыгане приливы, отливы и портя жизнь навигаторам.
Малышу-солнцу скучно крутить один камень, он уже миллиарды лет этим занимается вот малыш крутит несколько булыжников разом, да еще и с разной скоростью. И все это происходит под россыпью небесных огней. Которые видятся микробам, обитающим на булдыгане, вращающимся калейдоскопом.
Представили? А теперь самое неприятное вам, господа курсанты, предстоит быть поводырями этих самых микробов, пытающихся перебороть приливы и шторма. Вам выпала честь научиться одним взглядом на небесный калейдоскоп указывать место на поверхности булдыгана, куда занесли вас превратности путешествия. А в идеале довести наши корабли, куда будет надо по оптимальному маршруту и без видимости берегов.
Впечатлились? По глазам вижу, что проняло. Тогда добавлю, что ошибка навигатора на десяток километров это опасно, на полсотни уже смертельно опасно, особенно рядом с берегами. А полсотни километров это ошибка астрономических замеров всего в половину градуса. Дрогнувшая при замерах рука может и большую погрешность дать.
Ну что? Кто теперь хочет уйти из навигаторов в простые матросы? Размечтались! Тут и так самых сметливых собрали! Либо из вас получатся навигаторы либо из нас утопленники. Третьего, увы, не дано.

Вот так и начинались наши навигационные курсы. Давно. Особенно если мне считать год за три и еще плюс северные коэффициенты.
Навигация этого времени еще шаманила вокруг астролябий и ошибалась порой на сотни километров в результате чего ходить корабли предпочитали каботажно вдоль берега. Вот только у меня планы были гораздо шире. И навигаторов натаскивал жестко. Они мне не только на море нужны, но и на земле, для картографирования, в том числе прокладки Суэца.
Несколько месяцев готовили навигационные приборы. Вот, например секстант его еще не изобрели, хотя Ньютон уже озвучил принцип. Обошелся, кстати, без моих подсказок. На самом деле принцип прост как циркуль надо замерить угол между горизонтом и солнцем или звездой. Можно, конечно и циркулем нацелив одну ножку на горизонт, а вторую на солнце. Более того так иногда и делали. Вот только ошибка в один градус равна ошибке в сотню километров. Надо прибор поточнее. Вот и выкрутились двумя зеркалами сквозь первое, неподвижное, смотрят на горизонт, а второе, подвижное, поворачивают так, чтоб солнце или звезда отразилась в первом зеркале и совместилась с видимым горизонтом. Угол, на который повернуто подвижное зеркало, чтоб отражение светила наложилось на горизонт и будет искомым углом.

На секстант идеально подошли детали от нашего дальномера совмещения оба зеркала и окуляр. А вот дальше был долгий процесс юстировки и градуировки. И все равно секстанты получились слегка разные и на каждый делали таблички инструментальных поправок.
Секстант это еще полбеды измерения, полученные с него, надо правильно пересчитать. Например замеряем угол между видимым горизонтом и солнцем. Но земля-то круглая, и мы видим тот горизонт, который на самом деле ниже уровня истинного горизонта. Разница в доли градуса но каждая такая доля может дать ошибку несколько километров. И чем выше поднимается наблюдатель над поверхностью тем больше ошибка. Замеры с уровня воды и с верхушки мачты дадут существенную ошибку в определении координат, если не вносить поправки.
И это еще не все. Если палку опустить наполовину в воду увидим, как погруженная часть палки изогнулась это результат преломления лучей света водой. Вот и с атмосферой та же история. Солнце, как и звезды, находиться не там, где мы их видим, а рядышком, преломленные атмосферой. И в зависимости от угла видимости это преломление различается. Да и само солнце не точка на небе, а кружочек, и нам нужен строго его центр.
Все? Неа. До самого сложного не дошли. Проекция солнца по поверхности земли чертит не ровную линию, а сложную синусоиду, что неудивительно, вспоминая, про разные наклоны осей планет, осей орбит, да еще и вращения.

Простому смертному, без компьютера, рассчитать эти загульные зигзаги совершенно нереально. Навигаторы этого и не делают. Есть у них ключевая фраза А теперь открываем морской астрономический ежегодник' в котором перечислены положения солнца, луны, планет и звезд в каждую секунду каждого дня, поправки в зависимости от дня и примерного положения и . Мдя. Этот толстенный талмуд таблиц библия навигаторов. Вот только на малых лодках, в том числе и моей, места для них обычно не находят, все больше полагаясь на технику.
Сразу возникает вопрос как же мы, маломерщики, так рискуем с навигацией, выходя в море. Мол, еще хвалились, что все предусматриваем и по два раза везде подстраховываемся. Ведь никто не поверит, что шкипера малых лодок заучивают таблицы на память. Кстати, напрасно есть и такие.
Для остальных существует лазейка, называемая аварийной навигацией.
Надо запомнить три фразы В день святого Валентина, солнце, как девушка опаздывает на 14 минут, а через три месяца после этого уже торопиться на 4 минуты , На Хеллоуин солнце торопиться закончить дела, и приходит раньше на 16 минут, зато за три месяца до этого ленится и опаздывает на 6 минут , На этих четырех датах солнце держит указанное время в течение плюс-минус двух недель .
Потом эти заученные мнемонические фразы переводят в даты и временные поправки, по которым строят ломаную синусоиду, проходящую через все даты года. Вот и получаем графическую таблицу поправок. Довольно точную, кстати. Добавим сюда поиск поправок на высоту наблюдателя, на рефракцию, на инструментальные погрешности, а особенно на кривые ручки и станет понятно, чего мы так долго возились с обучением.
К сожалению секстант это малая часть дела. Замерив высоту солнца в полдень, с учетом всех поправок, имеем только одну координату широту.

Можно ее и по звездам вычислить, прицеливаясь на полярную звезду все тем же секстантом. Северному полушарию с полярной звездой повезло она находиться почти точно на оси северного полюса, отстоя от нее на каких-то полградуса. И искать ее легко опираясь на ковш Большой медведицы. Это все знают. Наверное, кроме моих курсантов-оболтусов. Шкипера поморов на них нет.
Удобна полярная звезда для внесения поправок в магнитные компасы. Да-да, магнитным компасам свойственны ошибки, причем весьма значительные. Мало того, что магнитные полюса не совпадают с географическими так еще и всякие залежи руд и неоднородности магмы вносят искажения. На современных мне морских картах в обязательном порядке писали поправки к магнитным компасам, которые надо добавлять или вычитать из показаний прибора в каждом конкретном месте, чтоб получить истинное направление на север. Тут у нас этих карт нет. Вообще ничего нет. Даже злость берет. Вот и приходится каждую ясную ночь заставлять навигаторов брать пеленги на полярную звезду и записывать поправки к компасу. Занося их и на карты, которые они же составляли. Муторная работа.
А в южном полушарии все еще сложнее. Там нет звезды рядом с южным полюсом, и прицеливание на эту виртуальную точку вообще напоминает эквилибристику. Ближайшее к южному полюсу созвездие Южный Крест, четыре звездочки, горящие на концах вымышленного креста. Вертикальный отрезок этого креста и смотрит примерно на ось южного полюса. Если отложить от креста вниз пять его высот, то уткнемся в черноту пространства, где и будет точка южного полюса. Порой даже трафареты делают, чтоб точнее прицелится. Хотя точность все равно никакая. Не повезло южанам. Может поэтому мореплаванье в северном полушарие развивалось интенсивнее, чем в южном. И все крупные морские державы свой путь начинали именно в северном полушарии, под светом полярной звезды.

Так или иначе, широту считать научились. Осталась вторая координата долгота, чтоб точно вычислить свое место в море. Кстати, как шутили мои учителя широта это насколько широко надо развести ножки циркуля или наклонить зеркало секстанта чтоб замерить высоту полярной звезды, или солнца. А долгота это как долго надо идти до того места, где произвел замеры широты. Очень близкая аналогия. Так что, долготу замеряем часами. И вот тут самый серьезный затык. Технический. Часы для измерений должны быть очень точными. Неточность хода часов на 4 минуты это ошибка по долготе до 100 километров. А главное часы должны держать эту точность в течение нескольких месяцев минимум, невзирая на перепады температуры, влажности и давления. Про качку не упоминаю такие часы обычно в карданных подвесах держали, холили и лелеяли. Часы, которые делал завод, за месяц могли запросто уйти на час в любую сторону. Для навигации они не годились. Об этой проблеме знал давно, после первых же экспериментов. Соответственно озадачил часовщиков сделать хоть пару тройку элитных механизмов. Два года их экспериментов и страшное количество потраченных денег дали опытные образцы морского хронометра с точностью хода до 6 минут в месяц. Точнее не получалось. Шедевр, изготовленный ювелирами своего дела. По цене золотого слитка.
И работать с ним нужно было, чуть ли не в перчатках. Заводить строго в одно и то же время, на одинаковое число оборотов заводного ключа, не трясти и ни в коем случае не ронять. Целый ларец-компенсатор для него сделали, с амортизаторами и карданом. Впрочем, и современные мне механические хронометры требуют не менее бережного отношения. Курсантам просто сказал, сколько стоят эти часики и сколько жизней им придется расплачиваться, если они их сломают. Все очень доходчиво.

Теперь курсанты, засекая время, даже дышать старались в сторону. Разница в засеченном времени зенита солнца со временем зенита в известной точке и будет приростом долготы от этой точки. Тут помогли мои карты, на которых имелись точные координаты Архангельска, да и всего побережья Белого моря. Так что, оперлись на гринвичский меридиан. Вот англичане удивятся. Но мне так было проще использовать известные по моим картам точки привязки. Точнее их в этом времени нет ничего. Еще хорошо, что все компрометирующие надписи давно с карт срезал, как, впрочем, со всего своего снаряжения.
Хотя и мои карты врут. На три сотни лет врут, и требуют поправок.
Вообще, жизнь навигатора протекает под лозунгом Все врут .
Карты врут, так как земля имеет форму геоида чем-то близкого к приплюснутой сфере а рисунок со сферы можно перенести на плоский лист только с искажениями, разворачивая сферу дольками меридианов и растягивая эти овальные дольки до прямоугольных полосок, как завещал нам Меркатор.
Секстант врет, потому как земля круглая, горизонт не там, где мы его видим, положения солнца и звезд искажены рефракцией атмосферы. Сами светила выплясывают на своде сложные танцы под музыку зубодробильной небесной механики.
Часы врут, даже если за их стоимость можно купить небольшой корабль. Да еще так непредсказуемо врут, что подобрать к ним поправки нереально.
Компас врет, и чем ближе к полюсам, тем больше. Причем, на каждом десятке пройденных километров он может врать по-своему, и эти поправки надо просто вычислять, сразу занося на карты. Да еще и ошибки самого компаса, как прибора. Положи рядом с ним кусок железа и будет компас врать искренне и несусветно. А ведь на корабле порой полный трюм железа может быть, не говоря уже про возможный железный корпус. Эти ошибки надо юстировать заранее. И все равно, приходиться составлять таблицы поправок насколько компас врет на каждом курсе просто из-за вредности своего характера или характера груза.

Лаг, которым измеряют скорость судна врет порой совершенно безбожно, особенно намотав на лопасти измерителя тончайшие нити водорослей. А даже если лаг и чист, он все равно врет, так как судно, особенно парусное, всегда идет по курсу слегка боком, со сносом. Вновь поправки на ветер, плотность воды, течения.
Штурманская линейка врет просто не сделать очень мелких делений, их видно не будет, вот и приходится гадать. Особенно когда угольный навигационный карандаш оставляет острием на мелкомасштабной карте точку, закрывающую площадь в десяток квадратных километров. И если штурман, ткнув в эту точку, скажет Капитан, мы где-то тут и это действительно так то это отличный штурман, просто экстра-класса. Обычно штурмана рисуют треугольники вероятностей, закрывающие сотню квадратных километров, и с сомнением говорят Капитан, наверное, мы где-то здесь . И это хорошие штурмана, так как плохие штурмана просто тыкают в карту, даже не особо приглядываясь, и заявляют Капитан, мы в этом районе .
Но штурмана врут, как и их приборы. Все, что они могут твердой рукой снять показания со своих устройств, содержащихся в идеальном порядке, приложить массу сил, избегая неточностей даже в доли градусов, зарыться с головой в таблицы поправок и коэффициентов вычислять, вычислять и снова вычислять, перепроверяя и сравнивая расчеты астрономические со счислениями хода по лагу, часам и компасу. В результате получить точку размером с озеро Ильмень. После чего взяться вновь за свои инструменты и делать новые измерения, а потом вновь расчеты. И так несколько раз в день. Адов труд, с ценой ошибки чистилище.
На кораблях для штурманов отводят отдельную каюту штурманскую рубку. Рядом с ней матросы на цыпочках ходят никто из слепых не станет отвлекать поводыря от дороги.