Секстант - Sextant

Эта статья о секстанте, используемом для навигации. О секстанте астронома см. Секстант (астрономический). Историю и развитие секстанта см. Отражающий инструмент. Для использования в других целях см. Секстант (значения).
Секстант

А секстант это двунаправленный навигационный прибор это измеряет угловое расстояние между двумя видимыми объектами. В первую очередь секстант используется для измерения угла между астрономический объект и горизонт Для целей небесная навигация.

Оценка этого угла, высоты, известна как прицельный или же стрельба объект, или смотреть. Угол и время, когда он был измерен, можно использовать для расчета линия позиции на морском или авиационном Диаграмма - например, прицелиться солнце в полдень или же Полярная звезда ночью (в Северном полушарии) для оценки широта. Высота ориентира может дать оценку расстояние от а в горизонтальном положении секстант может измерять углы между объектами на позиция на графике.[1] Секстант также можно использовать для измерения лунное расстояние между луной и другим небесным объектом (например, звездой или планетой), чтобы определить Время по Гринвичу и поэтому долгота.

Принцип инструмента был впервые реализован около 1731 г. Джон Хэдли (1682–1744) и Томас Годфри (1704–1749), но он также был обнаружен позже в неопубликованных трудах Исаак Ньютон (1643–1727).

В 1922 году он был модифицирован для воздушной навигации португальским штурманом и военно-морским офицером. Гаго Коутиньо.

Навигационные секстанты

Использование секстанта

Словно Квадрант Дэвиса секстант позволяет измерять небесные объекты относительно горизонта, а не относительно инструмента. Это обеспечивает отличную точность. Кроме того, в отличие от посох секстант позволяет проводить прямые наблюдения за звездами. Это позволяет использовать секстант в ночное время, когда использовать задний посох сложно. Для наблюдений за Солнцем фильтры позволяют прямое наблюдение за солнцем.

Поскольку измерение производится относительно горизонта, измерительная стрелка представляет собой луч света, достигающий горизонта. Таким образом, измерение ограничено угловой точностью прибора, а не синусоидальная ошибка длины алидада, как в морская астролябия или аналогичный более старый инструмент.

Секстант не требует полностью устойчивой цели, потому что он измеряет относительный угол. Например, когда секстант используется на движущемся корабле, изображение горизонта и небесного объекта будет перемещаться в поле зрения. Однако относительное положение двух изображений останется неизменным, и до тех пор, пока пользователь может определить, когда небесный объект касается горизонта, точность измерения будет оставаться высокой по сравнению с величиной движения.

Секстант не зависит от электричества (в отличие от многих форм современной навигации) или, если уж на то пошло, от чего-либо, зависящего от сигналов, управляемых человеком (например, спутников GPS). По этим причинам он считается в высшей степени практичным резервным навигационным инструментом для судов.

Дизайн

Каркас секстанта имеет форму сектора, примерно1⁄6 окружности (60 °),[2] отсюда и его название (sextāns, -antis это латинский слово для «одной шестой»). И меньшие, и большие инструменты используются (или использовались): октант, квинтант (или же пентант ) и (дважды отражающий) квадрант[3] охват секторов примерно1⁄8 окружности (45 °),1⁄5 окружности (72 °) и1⁄4 окружности (90 °) соответственно. Все эти инструменты можно назвать «секстантами».

Морской секстант
Используя секстант для измерения высота Солнца над горизонтом

К раме прикреплено «зеркало горизонта», указательная рука который перемещает индексное зеркало, прицельный телескоп, солнцезащитные козырьки, градуированная шкала и микрометрический барабан для точных измерений. Шкала должна быть градуирована так, чтобы отмеченные деления на градусы регистрировали удвоенный угол поворота рычага указателя. Шкалы октанта, секстанта, квинтанта и квадранта градуированы от нуля до 90 °, 120 °, 140 ° и 180 ° соответственно. Например, секстант, показанный рядом, имеет шкалу с градуировкой от -10 ° до 142 °, так что по сути это квинтант: рамка представляет собой сектор круга, образующий угол 76 ° (а не 72 °) в точке поворота указательная рука.

Необходимость показания удвоенной шкалы следует из рассмотрения соотношений неподвижного луча (между зеркалами), предметного луча (от видимого объекта) и направления нормали, перпендикулярной к индексному зеркалу. Когда рычаг указателя перемещается на угол, скажем, 20 °, угол между фиксированным лучом и нормалью также увеличивается на 20 °. Но угол падения равен углу отражения, поэтому угол между лучом объекта и нормалью также должен увеличиться на 20 °. Следовательно, угол между фиксированным лучом и лучом объекта должен увеличиться на 40 °. Это случай, показанный на рисунке рядом.

Сегодня на рынке представлены два типа зеркал горизонта. Оба типа дают хорошие результаты.

Традиционные секстанты имеют полузеркальное зеркало, которое делит поле зрения пополам. С одной стороны вид на горизонт; с другой стороны - вид на небесный объект. Преимущество этого типа в том, что и горизонт, и небесный объект максимально яркие и четкие. Это лучше всего в ночное время и в тумане, когда горизонт и / или видимую звезду трудно увидеть. Тем не менее, нужно охватить небесный объект, чтобы убедиться, что нижняя часть небесного объекта касается горизонта.

В секстантах всего горизонта используется наполовину посеребренное зеркало горизонта, чтобы обеспечить полный обзор горизонта. Это позволяет легко увидеть, когда нижняя конечность небесного объекта касается горизонта. Поскольку большинство видов - это солнце или луна, а дымка редко бывает без облачности, преимущества полугоризонтного зеркала при слабом освещении редко бывают важными на практике.

В обоих типах зеркала большего размера дают большее поле зрения и, таким образом, облегчают поиск небесного объекта. Современные секстанты часто имеют зеркала размером 5 см или больше, в то время как секстанты 19 века редко имели зеркало больше 2,5 см (один дюйм). В значительной степени это связано с тем, что прецизионные плоские зеркала стали дешевле в производстве и использовании. серебро.

Искусственный горизонт полезен, когда горизонт невидим, как это бывает в тумане, безлунными ночами, в штиль, при наблюдении через окно или на земле, окруженной деревьями или зданиями. Существует две распространенных конструкции искусственного горизонта. Искусственный горизонт может состоять просто из бассейна с водой, защищенного от ветра, что позволяет пользователю измерить расстояние между телом и его отражением и разделить его на два. Другая конструкция позволяет устанавливать заполненную жидкостью трубку с пузырьком непосредственно на секстанте.

У большинства секстантов также есть фильтры для использования при просмотре солнца и уменьшения эффекта дымки. Фильтры обычно состоят из серии очков, которые постепенно темнеют, которые можно использовать по отдельности или в комбинации, чтобы уменьшить дымку и яркость солнца. Однако производятся также секстанты с регулируемыми поляризационными фильтрами, в которых степень затемнения регулируется поворотом рамки фильтра.

Большинство секстантов устанавливают 1 или 3 степени монокуляр для просмотра. Многие пользователи предпочитают простую прицельную трубу, которая имеет более широкое и яркое поле зрения и ее легче использовать в ночное время. Некоторые навигаторы устанавливают светоусиливающие монокуляры, чтобы видеть горизонт безлунными ночами. Другие предпочитают использовать освещенный искусственный горизонт.[нужна цитата ]

В профессиональных секстантах используется измеритель степени остановки и регулировка червяка, минута, 1/60 а степень. Большинство секстантов также включают верньер на червячном циферблате с точностью до 0,1 минуты. Поскольку 1 минута ошибки составляет примерно морская миля, максимально возможная точность астрономической навигации составляет около 0,1 морской мили (200 м). В море приемлемы результаты в пределах нескольких морских миль в пределах видимости. Высококвалифицированный и опытный штурман может определить местоположение с точностью до 0,25 морской мили (460 м).[4]

Изменение температуры может исказить дугу, что приведет к неточности. Многие навигаторы покупают водонепроницаемые чехлы, чтобы их секстант можно было разместить вне кабины, чтобы уравновесить внешнюю температуру. Стандартные конструкции рамы (см. Иллюстрацию) предназначены для компенсации дифференциальной угловой погрешности, связанной с изменениями температуры. Ручка отделена от дуги и рамы, чтобы тепло тела не деформировало раму. Секстанты для тропического использования часто окрашиваются в белый цвет, чтобы отражать солнечный свет и оставаться относительно прохладными. Высокоточные секстанты имеют инвар (специальная сталь с низким коэффициентом расширения) рама и дуга. Некоторые научные секстанты были построены из кварца или керамики с еще меньшим расширением. Многие коммерческие секстанты используют латунь или алюминий с низким коэффициентом расширения. Латунь имеет меньшее расширение, чем алюминий, но алюминиевые секстанты легче и менее утомительны в использовании. Некоторые говорят, что они более точны, потому что рука меньше дрожит. Твердые латунные секстанты каркаса менее подвержены колебаниям при сильном ветре или при работе судна в сильном море, но, как уже отмечалось, они значительно тяжелее. Также производятся секстанты с алюминиевым каркасом и латунными дугами. По сути, секстант является индивидуальным для каждого навигатора, и они выберут ту модель, которая лучше всего им подходит.

Самолет секстанты сейчас сняты с производства, но имеют особые особенности. У большинства из них был искусственный горизонт, чтобы можно было смотреть через прозрачное окно над головой. У некоторых также были механические усредняющие устройства, позволяющие производить сотни измерений за один взгляд для компенсации случайных ускорений в жидкости искусственного горизонта. У старых секстантов самолетов было два пути обзора, один стандартный, а другой предназначенный для использования в самолетах с открытой кабиной, которые позволяли видеть один прямо над секстантом на коленях. Более современные секстанты самолетов были перископический с небольшим выступом над фюзеляж. С их помощью навигатор предварительно рассчитал их зрение, а затем отметил разницу наблюдаемой и прогнозируемой высоты тела, чтобы определить их положение.

Взглянув

А достопримечательность (или же мера) угла между солнце, а звезда, или планета, а горизонт сделано со звездой телескоп 'подогнан к секстанту с использованием видимого горизонта. На судно в море даже на туманный днями обзор может быть сделан с небольшой высоты над водой, чтобы дать более определенный и лучший горизонт. Навигаторы держат секстант за ручку в правой руке, не касаясь дуги пальцами.[5]

Для взгляда на солнце фильтр используется для преодоления блики такие как «шторы», закрывающие как указательное зеркало, так и зеркало горизонта, предназначенные для предотвращения повреждения глаз. Если установить шкалу индекса на ноль, солнце можно будет увидеть в телескоп. Отпустив индикаторную планку (либо ослабив зажимной винт, либо на современных инструментах, используя кнопку быстрого снятия), изображение солнца может быть уменьшено примерно до уровня горизонта. Необходимо перевернуть шторку зеркала горизонта, чтобы можно было видеть горизонт, а затем винт точной настройки на конце индексной полосы поворачивается до нижней кривой ( ниже конечность ) Солнца только касается горизонта. "Качели "секстант вокруг оси телескопа обеспечивает снятие показаний при вертикальном положении инструмента. Затем угол прицела считывается по шкале на дуге с использованием предоставленной микрометрической или нониусной шкалы. Точное время Прицела также должны быть отмечены одновременно и высота глаза над уровнем моря.[5]

Альтернативный метод - оценить текущую высота (угол) солнца из навигационных таблиц, затем установите указательную полосу на этот угол на дуге, примените подходящие тени только к указательному зеркалу и наведите инструмент прямо на горизонт, перемещая его из стороны в сторону до вспышки солнечные лучи видны в телескоп. Затем производятся точные настройки, как указано выше. Этот метод вряд ли будет успешным для наблюдения за звездами и планетами.[5]

Виды звезд и планет обычно делаются во время морские сумерки в Рассвет или же Сумерки, при этом видны и небесные тела, и морской горизонт. Нет необходимости использовать оттенки или различать нижнюю конечность, поскольку тело выглядит просто точка в телескоп. В Луна можно увидеть, но он движется очень быстро, кажется, разных размеров в разное время, а иногда можно отличить только нижнюю или верхнюю конечность из-за ее фаза.[5]

После того, как прицел сделан, его переводят в положение путем рассмотрения нескольких математических процедур. Простейший снижение зрения состоит в том, чтобы нарисовать на глобусе равновысотный круг видимого небесного объекта. Пересечение этого круга с точным следом или другой точкой прицеливания дает более точное местоположение.

Секстанты можно очень точно использовать для измерения других видимых углов, например, между одним небесным телом и другим и между ними. ориентиры на берегу. При горизонтальном использовании секстант может измерять видимый угол между двумя ориентирами, такими как маяк и церковь шпиль, который затем можно использовать для определения расстояния выключенный или в море (если известно расстояние между двумя ориентирами). Вертикальное измерение угла между фонарь маяка известной высоты и уровень моря в его основании также можно использовать для удаленности.[5]

Корректирование

Из-за чувствительности прибора зеркала легко вывести из строя. По этой причине секстант следует часто проверять на наличие ошибок и соответствующим образом корректировать.

Есть четыре ошибки, которые могут быть исправлены навигатором, и они должны быть удалены в следующем порядке.

Ошибка перпендикулярности
Это когда указательное зеркало не перпендикулярно рамке секстанта. Чтобы проверить это, поместите указательный рычаг под углом примерно 60 ° к дуге и держите секстант горизонтально так, чтобы дуга была от вас на расстоянии вытянутой руки, и посмотрите в указательное зеркало. Дуга секстанта должна продолжаться непрерывно в зеркало. Если есть ошибка, то два представления будут повреждены. Регулируйте зеркало до тех пор, пока отражение и прямой вид дуги не станут непрерывными.
Боковая ошибка
Это происходит, когда горизонтальное стекло / зеркало не перпендикулярно плоскости инструмента. Чтобы проверить это, сначала обнулите указательное плечо, затем наблюдайте за звездой через секстант. Затем поверните касательный винт вперед и назад так, чтобы отраженное изображение попеременно проходило над и под прямым обзором. Если при переходе из одного положения в другое отраженное изображение проходит непосредственно над неотраженным изображением, боковой ошибки не возникает. Если он переходит в одну сторону, существует боковая ошибка. Пользователь может держать секстант на боку и наблюдать за горизонтом, чтобы проверить секстант в течение дня. Если есть два горизонта, возникает побочная ошибка; отрегулируйте стекло горизонта / зеркало до тех пор, пока звезды не сольются в одно изображение или горизонты не объединятся в одно. Побочная ошибка обычно не имеет значения для наблюдений и может быть проигнорирована или уменьшена до уровня, который просто неудобен.
Ошибка коллимации
Это когда телескоп или же монокуляр не является параллельно к самолет секстанта. Чтобы проверить это, вам нужно наблюдать две звезды, разнесенные на 90 ° или более. Совместите две звезды слева или справа от поля зрения. Слегка передвиньте секстант, чтобы звезды переместились на другую сторону поля зрения. Если они разделятся, есть коллимация ошибка. Поскольку современные секстанты редко используют регулируемые телескопы, их не нужно корректировать на ошибку коллимации.
Ошибка индекса
Это происходит, когда указательное и горизонтальное зеркала не параллельны друг другу, когда указательный рычаг установлен на ноль. Чтобы проверить ошибку индекса, обнулите рычаг указателя и наблюдайте за горизонтом. Если отраженное и прямое изображение горизонта совпадают, ошибка индекса отсутствует. Если один находится над другим, отрегулируйте указательное зеркало до слияния двух горизонтов. Это можно сделать ночью при помощи звезды или луны.

Современная военно-морская подготовка

После 15-летнего междуцарствия ВМС США снова начал обучение секстанту как резервным навигационным устройствам в соответствии с инструкциями 30-го Начальник военно-морских операций поскольку он не полагается на электрические системы.[6]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Седдон, Дж. Карл (июнь 1968 г.). «Линия положения от горизонтального угла». Журнал навигации. 21 (3): 367–369. Дои:10.1017 / S0373463300024838. ISSN  1469-7785.
  2. ^ A.), Макфи, Джон (John; NSW., Museums and Galleries. Великие коллекции: сокровища из Художественной галереи Нового Южного Уэльса, Австралийского музея, Фонда ботанических садов, Фонда исторических домов Нового Южного Уэльса, Музея современного искусства, Музея электростанции, Государственной библиотеки Нового Южного Уэльса, Государственного архива Нового Южного Уэльса. Музеи и галереи Новый Южный Уэльс. п. 56. ISBN  9780646496030. OCLC  302147838.
  3. ^ В этой статье рассматривается квадрант с двойным отражением, а не его предшественник, описанный в квадрант.
  4. ^ Навигация и пилотирование Даттона, 12-е изд. Г.Д. Данлэп и Х.Х. Шуфельдт, ред. Издательство военно-морского института 1972 г., ISBN  0-87021-163-3
  5. ^ а б c d е Диксон, Конрад (1968). «5. Использование секстанта». Базовая астронавигация. Адлард Коулз. ISBN  0-229-11740-6.
  6. ^ https://navylive.dodlive.mil/2016/09/09/uss-benfold-sailors-look-to-past-to-chart-their-future/

Рекомендации

внешняя ссылка