Главная задача судоводителя

Главная задача судоводителя – провести судно из одного пункта в другой наивыгоднейшим путем, то есть в кратчайший срок, безопасно для людей, груза и самого судна.

Таким образом, основной задачей судовождения является обеспечение навигационной безопасности в любых условиях плавания.

Исходя из этой основной задачи, методика современного судовождения предусматривает решение следующих частных задач:

• предварительный выбор наиболее выгодного пути судна;
• вождение судна по заранее намеченному пути и осуществление контроля за плаванием по этому пути;
• изучение внешних факторов, влияющих на движение судна, сущность этого влияния и методы его учета.

Решение этих задач, обеспечивающее навигационную безопасность плавания и управление судном для достижения намеченных целей называют судовождением.

На современном этапе развития науки и техники судовождение включает следующие дисциплины: морскую навигацию, мореходную астрономию, маневрирование, технические средства судовождения, морскую гидрометеорологию и лоцию.

Основой комплексной науки судовождения является морская навигация – наука о вождении судна в море намеченным маршрутом с учетом влияния внешней среды на направление и скорость движения судна.

Навигация – основная дисциплина судовождения, разрабатывающая теоретические обоснования и практические методы вождения судов наивыгоднейшими путями и использующая для этой цели современные штурманские приборы, мореходные инструменты, морские навигационные карты, руководства и пособия для плавания.

В навигации рассматриваются следующие основные вопросы:

• основные понятия о фигуре и размерах Земли;
• основные линии и плоскости наблюдателя, а также измерение направлений и расстояний в море;
• маневренные элементы судна и ведение графического счисления его пути;
• влияние внешних факторов (течений и ветра), вызывающих отклонение судна от выбранного курса, а также методические приемы их учета в различных условиях плавания;
• определение места судна различными способами;
• судовождение в различных условиях плавания.

Если основой комплексной науки судовождения является морская навигация, то морская лоция открывает эту науку.

Морская лоция описывает руководства и пособия для плавания, дает указания о содержании материала и его расположение в них, устанавливает порядок выбора необходимой информации, освещает отдельные вопросы по созданию таких пособий для судоводителей, а также рекомендует методику выбора пути судна в конкретном случае.

С самого зарождения мореплавание преследовало основную цель – безопасно провести судно из одной точки в другую и на первых этапах эта задача решалась лоцманским методом, основанном на личном опыте и искусстве лоцмана – морского проводника.

Следующей, после безопасного плавания, задачей судовождения явилась потребность провести судно из одного пункта в другой наиболее выгодным путем, что сразу же вызвало необходимость предварительного выбора такого пути.

Первыми средствами судовождения явились карты и лоции, обобщавшие и закреплявшие мировой опыт мореплавания, а также оборудование морских путей.

В VI веке до н.э. древнегреческий философ Анаксимандр (~ 610÷547 гг. до н.э.) составил первые географические карты.

В V веке до н.э. древнегреческий историк Геродот (~ 490÷425 гг. до н.э.) создал первый образец лоции (наставление для подхода к порту Александрия).

В 283 г. до н.э. на о. Фарос (Египет) построен Александрийский маяк высотой 147 м с фигурой греческого бога морей Посейдона наверху (простоял 1500 лет, разрушен в XIII веке н.э.).

В 1702 г. построен первый маяк в России в устье р. Дон.

В 1715 г. сооружен первый маяк на побережье Америки у входа в гавань Бостон.

В 1721 г. в Петербурге впервые была напечатана первая лоция Балтийского моря («Книга морская, зело потребная, явно показующая правдивое мореплавание на Балтийском море»).

К 1966 г. издан полный комплект отечественных руководств для плавания на весь Мировой океан.

К 1975 г. завершилось создание мировой коллекции морских навигационных карт, не уступающей лучшим иностранным коллекциям.

Лоцманское искусство, основанное на личном опыте одного человека, превратилось в науку – морскую лоцию, имеющую свой метод и теорию.

Предметом морской лоции является установление оптимального и безопасного пути морского судна в предстоящем плавании.

Морская лоция учит методам использования морских карт, навигационных руководств и пособий для изучения района плавания и навигационного обеспечения методов судовождения в целом.

Морская лоция дает указания о способе поддержания материала морских навигационных карт, руководств и пособий для плавания на современном уровне, содержит рекомендации по методике сбора сведений для их обновления и пополнения.

Сведения об условиях предстоящего плавания судоводитель получает из специальных источников – морских карт, навигационных руководств и пособий для плавания. Большинство элементов морской и береговой обстановки изменяется в течении времени. Судоводитель же должен всегда иметь информацию о всех происходящих и вероятных изменениях навигационно-гидрографических и гидрометеорологических элементов как в качественном так и в количественном отношениях.

Потому, для поддержания морских карт, руководств и пособий для плавания на современном уровне, необходимо пользоваться специальной навигационной информацией, доводимой до судоводителей или печатными изданиями или по радио.

Для контроля за движением судна по избранному пути необходимо вести наблюдения за искусственными и естественными навигационными ориентирами и измерять значения их навигационных параметров непосредственно на судне, с помощью технических средств навигации.

Морские карты, навигационные руководства и пособия, информация об изменениях навигационно-гидрографических и гидрометеорологических элементов морской обстановки, предупреждения о навигационных опасностях, навигационное оборудование морских путей, оборудование судов техническими средствами навигации – все это направлено на создание условий для правильного выбора оптимального пути судна и безопасной проводки его по этому пути в кратчайшие сроки. Совокупность же таких средств и методов называется обеспечением судовождения.

Уровень развития методов и средств судовождения определяется уровнем развития экономики и производства в конкретную историческую эпоху.

Процесс исторического развития методов и средств судовождения можно разделить на четыре основных этапа:

На первом этапе развития методы судовождения были весьма примитивными. Отсутствие компаса вынуждало мореплавателей совершать только прибрежное плавание. В этот период применяется только лоцманский метод, основанный на использовании для ориентировки в море приметных береговых объектов и небесных светил. Только в конце XII века европейцам стало известно от арабов о простейшем указателе направления в море – магнитной игле.

Начало второго этапа развития методов судовождения относится к эпохе Возрождения и Великих Географических Открытий, когда начинается ускоренное развитие методов и средств судовождения.

Потребности быстрого экономического развития отдельных стран вызвали бурное развитие торговли и, как следствие, мореплавания. На судах появляются магнитные компасы, карты и песочные часы. Наличие этих, хотя и примитивных, средств обусловило возможность ведения счисления пути судна и обеспечило плавание судов вдали от берегов.

12.Х.1492 г. генуэзец Христофор Колумб (1451÷1506 гг.) открыл американский материк.

В 1499 г. португалец Васко да Гама (1469÷1524 гг.) обогнул Африку и достиг берегов Индии.

В 1504 г. флорентиец Америго Веспуччи (1454÷1512 гг.) вторично достиг берегов Америки.

В 1519÷1521 гг. португалец Фернан Магеллан (~ 1480÷1521 гг.) совершил первое кругосветное плавание.

В 1569 г. фламандец Герард Крамер – лат. Меркатор (1512÷1594 гг.) предложил свою знаменитую картографическую проекцию.

Дальнейшему усовершенствованию счисления пути судна, как основы штурманского метода судовождения, способствовало появление часов с балансиром, меркаторских карт и ручного лага. Однако счисление пути судна в море в XVI веке было весьма приближенным из-за недостаточной точности морских карт и несовершенства приборов счисления.

Третий этап развития судовождения связан с появлением навигационных способов определения места судна. К концу XVII века, благодаря применению триангуляции, значительно повысилась точность геодезических работ и морские навигационные карты территорий, охваченных триангуляцией, стали достаточно точными и позволили определять место судна в море по наблюдениям береговых ориентиров.

В XVIII веке мореходные инструменты пополнились навигационным секстаном (~ 1732 г.) и хронометром (~ 1761 г.), что дало возможность производить определения места судна по наблюдениям небесных светил.

Появление паровых судов, увеличение их скорости хода потребовало повышения точности плавания, а это вызвало, в свою очередь, дальнейшее совершенствование средств и методов счисления пути, а также способов навигационных и астрономических определений места судна в море.

Штурманский метод судовождения, основанный на применении счисления пути судна и контроле счисления навигационными и астрономическими обсервациями, становится основным методом судовождения.

Третий этап развития судовождения характеризуется быстрым развитием теории судовождения, образованием отдельных дисциплин этой прикладной науки, охватывающей широкий круг вопросов, связанных с различными отраслями. Большой вклад в развитие судовождения внесли многие ученые и мореплаватели и среди них Г.И.Бутаков (1820÷1892 гг.), С.О. Макаров (1848÷1904 гг.) и многие, многие другие. На основании их трудов создаются теоретические основы судовождения как научной дисциплины.

Четвертый этап развития судовождения начинается с появлением электронавигационных приборов и открытием в 1895 г. радио великим ученым А.С.Поповым (1859÷1906 гг.). Увеличение скорости хода морских судов потребовало значительного повышения точности их плавания. Решению этой задачи способствовало создание гироскопических курсоуказателей (~ 1913 г.) и электромеханических лагов, использование которых не только повысило точность счисления пути судна, но и дало возможность автоматизировать процесс ведения счисления.

Необходимость высокой точности счисления пути судна потребовала обстоятельно разработать вопросы, связанные с влиянием внешних факторов (ветра и течения) на перемещение судна. Наибольшее развитие эта проблема получила в трудах известных ученых и моряков: Н.Н. Матусевича (1879÷1950 гг.), А.Н. Крылова (1863÷1945 гг.) и многих других.

Дальнейшее развитие радио намного расширило возможности определения места судна в море. В 1912 г. начинается использование радиоакустического способа определения места, а в 1915 г. производятся уже первые определения места судна с помощью судового радиопеленгатора.

На основе разработанного академиками Н.Д. Папалекси (1880÷1947 гг.) и Л.И.Мандельштамом (1879÷1944 гг.) метода измерений расстояний по радио в 1937 г. испытывается первая в мире фазовая радионавигационная система.

В 1939 г. для определения места судна в любых условиях видимости начали применять радиолокацию.

Использование радиопеленгования, радионавигационных систем и радиолокации в судовождении привело к значительному повышению точности определения места и в корне изменило представления мореплавателей о плавании в малую видимость, так как стало возможным непрерывно наблюдать за перемещением судна относительно навигационных опасностей.

Развитие средств и методов контроля счисления пути судна сопровождалось разработкой теоретических положений об определениях места судна в море.

Создание мощной индустрии в развитых странах позволило создать большой морской и океанский флот. На судах этого флота установлены лучшие образцы курсоуказателей, лагов, эхолотов, радиопеленгаторов, радиолокаторов, приемоиндикаторов береговых и спутниковых радионавигационных систем.

С 1967г. в коммерческом судоходстве начинают использоваться низкоорбитальные спутниковые радионавигационные системы «Транзит» (США) и «Цикада» (РФ), а с 1991 г. и среднеорбитальные спутниковые радионавигационные системы «Навстар» (США) и «Глонасс» (РФ), что позволило мореплавателям определять место своего судна в любой точке Мирового океана, в любое время, при любых условиях плавания и с высокой точностью.

Высокая точность современного судовождения обеспечивается не только с помощью новейшей навигационной техники, но и отличным знанием судоводителями любого ранга штурманской специальности, что достигается кропотливым и систематическим изучением всех тех вопросов, которые непосредственно связаны с мореплаванием.

Учебник «Навигация и лоция» разработан в соответствии с требованиями отраслевого стандарта Министерства образования и науки Украины по специальности «Судовождение» и предназначен для оказания помощи студентам в изучении данной дисциплины. Кроме того, может быть полезным для судоводительского состава при самостоятельной подготовке при длительных перерывах в использовании методов и способов навигации. В этих целях в учебнике впервые среди пособий подобного типа наряду с теоретическим материалом приведены методики практического решения типовых задач навигации.

При подготовке учебника «Навигация и лоция» соблюдены традиционная схема последовательности расположения глав и прежние принципы изложения теоретического материала – в строгом соответствии с действующей программой дисциплины, применении простых для понимания геометрических рисунков и схем, доступного аналитического материала.

Авторы учебника выражают искреннюю благодарность профессорско-преподавательскому составу кафедры «Судовождение» Киевской государственной академии водного транспорта имени гетмана Петра Конашевича-Сагайдачного и Одесской Национальной морской академии за советы и пожелания при написании и издании учебника «Навигация и лоция».

ГЛАВА 1. ОРИЕНТИРОВАНИЕ НАБЛЮДАТЕЛЯ
НА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

1.1. Фигура и размеры Земли

Земля – третья по счету от Солнца планета Солнечной системы (S_СР ≈ 150 млн. км – 1 а.е.).

Современные представления о фигуре и размерах Земли основываются на многочисленных исследованиях, начало которым было положено в глубокой древности. Еще во II веке до н.э. древнегреческий математик, астроном и географ Эратосфен Киренский считал Землю шаром, радиусом равным 6290 км (по его данным длина экватора составляет 39 501 км, что оказалось лишь на 574 км меньше фактической – 40 075 км).

Форма и размеры Земли изучались и изучаются по результатам астрономических и геодезических измерений, измерений силы тяжести в различных точках земной поверхности.

В последние годы некоторые величины, характеризующие фигуру и размеры Земли, уточнены по данным ИСЗ и пилотируемых космических кораблей.

Истинная поверхность Земли имеет сложную неправильную форму, которая получила название «геоид» (от греческих слов «Земля» и «вид» или «похожий на Землю»).

Геоид – геометрическая фигура, которая совпадает со средней поверхностью вод Мирового океана свободной от приливов, течений и прочих возмущений (т.е. поверхность геоида перпендикулярна отвесной линии во всех его точках).

Мы отметили, что геоид имеет сложную и неправильную форму, но для решения различных задач на поверхности Земли необходимо подобрать такую математически правильную фигуру, которая по форме была бы близка к форме геоида.

Такой фигурой является эллипсоид вращения (сфероид).

Земной эллипсоид – это двухосный эллипсоид вращения:

• его объем равен объему геоида;
• его большая и малая оси соответственно совпадают с плоскостью экватора (большая ось) и осью вращения Земли (малая ось);
• отклонения его поверхности от поверхности Земли минимальны (не превышают 100÷150 м).

Такой земной эллипсоид строго определенных размеров, является вспомогательной поверхностью для всех геодезических и картографических работ.

До 1964 г. каждая страна руководствовалась данными «своего» земного эллипсоида и такой эллипсоид получил название референц-эллипсоида (образец эллипсоида). Данные о некоторых из них приведены в таблице 1.1:

Элементы основных референц-эллипсоидов (из табл. 2.23 «МТ-2000»)

Таблица 1.1

С 1946 г. на территории бывшего СССР для всех работ принят референц-эллипсоид Красовского Ф.Н. (см.* таблицы 1.1). Разность полуосей этого эллипсоида составляет 21 км 382 м.