Примитивные методы ориентирования в море
На самом деле не только мы, дети XXI века, но и жители городов древней Месопотамии не обладали твердыми знаниями и навыками ориентирования в море. Однако задача преодоления водных преград постоянно требовала от них активных действий. Если при форсировании реки заблудиться было трудно: оба берега постоянно в зоне видимости и можно ориентироваться по складкам местности на обоих берегах (из-за вращения Земли, вернее, из-за кориолисова ускорения один берег всегда несколько выше другого) - то в открытом море потеряться проще простого.
В поисках сырья и рынков сбыта жители междуречья устремились в океан. Перемещаясь от известного побережья к неизвестному, шумерские мореходы запоминали встречающиеся им визуальные образы, в частности особенности строения береговой черты, и расширяли свои познания о прибрежной ойкумене. Подобный метод в XV веке применили португальцы, проложившие за 100 лет дорогу вдоль побережья Африки в богатую товарами Индию. Конечную точку каждого своего плавания они отмечали на берегу каменным столбом - падраном. Каждая последующая экспедиция должна была пройти дальше предшествующей. Соревнование со столбами-падранами продолжалось до тех пор, пока Васко да Гама не обогнул мыс Игольный и не повернул свои корабли на север к столь долгожданной Индии.
Естественно, ориентироваться по береговым знакам, имеющим определенную форму, цвет, а зачастую и надписи, намного легче, чем пытаться различить между собой похожие как близнецы остроконечные вершины прибрежных скал или не менее схожие по своим очертаниям приветливые бухты. Приближенно (на глаз) определив дистанцию и направление по специальным ориентирам на берегу, мореплаватель мог достаточно точно сказать, в какой точке своего путешествия он находится.
Однако подобный метод годился лишь при каботажном (прибрежном) плавании. Но финикийцев оно уже не могло удовлетворять, так как кратчайшее расстояние между двумя торговыми точками зачастую разделяло Средиземное море, а в торговле, как известно, время - деньги. Вероятно, именно финикийцы первыми пустились в дальнее плавание, сознательно потеряв из виду берег. Новые задачи потребовали и новых средств ориентирования в открытом море. В Северном полушарии мореплавателям очень пригодилась Полярная звезда, расположенная над осью вращения Земли и потому обладающая рядом полезных свойств, а именно: - с высокой точностью (до 1 град) указывает направление на север; широта места, с которого ведется наблюдение, равна высоте Полярной звезды над горизонтом. Собственно, зная направление и определяя даже примитивными способами скорость судна, можно рассчитать с приемлемой погрешностью, в какой точке маршрута находится корабль в тот или иной период плавания.
Однако в северных морях в осенне-зимний период чистое небо - явление достаточно редкое, поэтому изобретенный китайцами магнитный компас (первоначально его устанавливали на сухопутные повозки, передвигаясь по лишенной ориентиров бескрайней степи) весьма пригодился викингам и предопределил заселение ими Исландии, Гренландии и, кратковременно, Северной Америки.
С развитием астрономии, математики и механики люди стали применять получаемые знания для наблюдения за поведением небесных светил. Идея оказалась исключительно простой: для ориентации на поверхности земли достаточно было измерить высоту двух светил (например, звезд), разнесенных по азимуту на 90 градусов. Одинаковая высота звезды могла быть зафиксирована наблюдателем, находящимся на окружности - основании конуса, в верхушке которого и располагалась звезда. Окружности - основания конусов двух звезд - пересекались на земной поверхности в двух точках, разнесенных на тысячи километров друг от друга. Следовательно, для высокоточного определения местоположения наблюдателя на поверхности земли требовалось всего-то - знать с высокой точностью высоту светил в момент измерений и время самого измерения. Появление высокоточных астрономических таблиц, высокоточного измерителя углов - теодолита (позднее - секстанта) и часов с постоянным ходом - хронометра позволило окончательно решить поставленную задачу. Погрешность измерений координат места по светилам не превышала единиц километров.
Применение радиосигналов для определения положения объектов на земле
Понятно, что в XX веке, в условиях значительных скоростей и интенсивного судоходства, отягощенного ведением боевых действий на море, погрешность в десятки километров не могла удовлетворять судоводителей, и в 1943 году на побережье США появляется первая радионавигационная система (РНС) Лоран - А (Loran-A). Принцип ее работы был достаточно прост. Береговые передающие станции излучали радиосигнал в виде пачки импульсов через строго определенные промежутки времени; на судне эти сигналы принимали и путем несложных манипуляций с временем прихода сигналов определяли с погрешностью в несколько километров разность расстояний до двух или более передающих станций (пересечение гипербол), что позволяло судить о местоположении корабля в море.
Со временем точность определения местоположения объектов на земной поверхности с помощью РНС выросла до сотен, а вскоре и единиц метров, однако РНС имели один весьма существенный недостаток - ограниченную дальность действия. Нет, конечно, были созданы цепочки радионавигационных систем, зоной действия которых было практически все Северное полушарие (СССР - РСДН-20) или земной шар (США - «Омега»). Однако сигналы РНС излучали на СДВ-частотах, что негативно отражалось на точности определения положения судов в море, да и содержание таких систем оказалось достаточно дорогим удовольствием. Выходом из создавшегося положения стало размещение излучающих станций в космосе.