История навигации , или история мореплавания , — это искусство управления судами в открытом море посредством установления их положения и курса с помощью традиционной практики, геометрии, астрономии или специальных инструментов. Многие народы преуспели в качестве мореплавателей, среди которых выделяются австронезийцы ( островные жители Юго-Восточной Азии , малагасийцы , островные меланезийцы , микронезийцы и полинезийцы ), хараппцы , финикийцы , иранцы , древние греки , римляне , арабы , древние индийцы , норвежцы , китайцы , венецианцы , генуэзцы , ганзейские немцы , португальцы , испанцы , англичане , французы , голландцы и датчане .
Навигация в Индо-Тихоокеанском регионе началась с морских миграций австронезийцев с Тайваня , которые распространились на юг в острова Юго-Восточной Азии и острова Меланезии в период между 3000 и 1000 годами до нашей эры. Их первым дальним плаванием была колонизация Микронезии с Филиппин около 1500 года до нашей эры. Примерно к 900 году до нашей эры их потомки распространились более чем на 6000 километров через Тихий океан, достигнув Тонга и Самоа . В этом регионе развилась самобытная полинезийская культура . В течение следующих нескольких столетий полинезийцы достигли Гавайев , Новой Зеландии , острова Пасхи и, возможно, Южной Америки . Полинезийские мореплаватели использовали ряд инструментов и методов, включая наблюдение за птицами, навигацию по звездам и использование волн и зыби для обнаружения близлежащей земли. Песни, мифологические истории и звездные карты использовались, чтобы помочь людям запомнить важную навигационную информацию. Между тем, австронезийцы в островной Юго-Восточной Азии начали первые настоящие морские торговые сети около 1000 г. до н. э., связав Китай , южную Индию , Ближний Восток и прибрежную восточную Африку . Поселенцы с Борнео достигли Мадагаскара в начале 1-го тысячелетия н. э. и колонизировали его к 500 г. н. э. [1] [2] [Примечание 1]
Моряки , плавающие по Средиземному морю, использовали несколько методов для определения своего местоположения, включая нахождение в поле зрения земли и понимание ветров и их тенденций. Минойцы Крита являются примером ранней западной цивилизации, которая использовала небесную навигацию. Их дворцы и святилища на вершинах гор демонстрируют архитектурные особенности, которые совпадают с восходящим солнцем в равноденствия , а также с восходом и заходом определенных звезд. [3] Минойцы совершали морские путешествия на остров Фера и в Египет . [4] Оба эти путешествия заняли бы у минойцев больше дня плавания и оставили бы их путешествовать ночью по открытой воде. [4] Здесь моряки использовали бы расположение определенных звезд, особенно звезд созвездия Большой Медведицы , чтобы сориентировать корабль в правильном направлении. [4]
Письменные записи о навигации с использованием звезд, или небесной навигации , восходят к « Одиссее » Гомера , где Калипсо велит Одиссею держать Большую Медведицу по левую руку и в то же время наблюдать за положением Плеяд , поздно заходящего Волопаса и Ориона, когда он плывет на восток от ее острова Огигия, пересекая Океан. [5] Греческий поэт Арат в своем произведении « Файномены » в третьем веке до нашей эры подробно описал положение созвездий, как его описал Евдокс . [6] Описанные положения не соответствуют расположению звезд во времена Арата или Евдокса на материковой Греции, но некоторые утверждают, что они соответствуют небу на Крите во время бронзового века . [6] Это изменение положения звезд связано с колебанием Земли на своей оси, которое в первую очередь влияет на полярные звезды . [7] Около 1000 г. до н.э. созвездие Дракона находилось ближе к Северному полюсу, чем Полярная звезда . [8] Полярные звезды использовались для навигации, поскольку они не исчезали за горизонтом и их можно было видеть постоянно в течение всей ночи. [7]
К третьему веку до нашей эры греки начали использовать Малую Медведицу, Ursa Minor , для навигации. [9] В середине первого века нашей эры Лукан пишет о Помпее , который спрашивает моряка об использовании звезд в навигации. Моряк отвечает своим описанием использования околополярных звезд для навигации. [10] Чтобы проложить путь вдоль градуса широты, моряку нужно было найти околополярную звезду выше этого градуса на небе. [11] Например, Аполлоний использовал бы β Дракона для навигации, когда он путешествовал на запад от устья реки Алфей до Сиракуз . [11]
Путешествие греческого мореплавателя Пифея из Массалии является особенно примечательным примером очень долгого раннего плавания. [12] Компетентный астроном и географ, [12] Пифей отправился из Греции через Гибралтарский пролив в Западную Европу и на Британские острова. [12] Пифей является первым известным человеком, который описал Полуночное солнце , [Примечание 2] полярный лед , германские племена и, возможно, Стоунхендж . Пифей также ввел идею далекой « Туле » в географическое воображение, и его рассказ является самым ранним, в котором утверждается, что Луна является причиной приливов.
Знаменитое путешествие Неарха из Индии в Сузы после экспедиции Александра в Индии сохранилось в отчете Арриана, Indica . Греческий мореплаватель Евдокс из Кизика исследовал Аравийское море для Птолемея VIII , царя эллинистической династии Птолемеев в Египте . Согласно Посидонию , позже упомянутому в Географии Страбона , система муссонных ветров Индийского океана была впервые пройдена Евдоксом из Кизика в 118 или 116 году до нашей эры. [ 13]
Морские карты и текстовые описания, известные как лоции, использовались в той или иной форме с шестого века до нашей эры. [14] Морские карты, использующие стереографические и ортографические проекции, датируются вторым веком до нашей эры. [14]
В 1900 году из обломков Антикитеры был извлечен Антикитерский механизм . Этот механизм был построен около I века до н.э.
Финикийцы и их преемники, карфагеняне , были особенно искусными мореплавателями и научились плавать все дальше и дальше от берега , чтобы быстрее достичь пункта назначения. Одним из инструментов, который им помог, был измерительный груз . Этот инструмент имел форму колокола, сделанный из камня или свинца, с жиром внутри, прикрепленным к очень длинной веревке. Когда моряки выходили в море, они могли опустить измерительный груз, чтобы определить глубину воды и, следовательно, оценить, насколько далеко они находятся от суши. Кроме того, жир собирал осадки со дна, которые опытные моряки могли исследовать, чтобы точно определить, где они находятся. Известно, что карфагенянин Ганнон Мореплаватель проплыл через Гибралтарский пролив около 500 г. до н. э. и исследовал атлантическое побережье Африки. Существует общее мнение, что экспедиция достигла по крайней мере Сенегала . [15] Нет единого мнения о том, была ли самой дальней границей исследований Ганнона гора Камерун или 890-метровая (2910 футов) гора Какулима в Гвинее. [16] Тем не менее, граница морских путешествий Ганнона могла быть севернее, поскольку имеются хорошо документированные трудности с обратным путешествием из регионов к югу от мыса Чаунар , который до начала XV века «до сих пор был non plus ultra или непроходимым пределом европейской навигации» [17] [18]
В Южно-Китайском море и Индийском океане мореплаватель мог воспользоваться довольно постоянными муссонными ветрами, чтобы судить о направлении. [19] Это делало возможными длительные односторонние плавания дважды в год. [19] В книге Кан Тая (康泰) 260 г. н. э. описываются суда с семью парусами, называемые по, которые использовались индо-скифскими (月支—юэчжи ) торговцами для перевозки лошадей. Он также упомянул о муссонной торговле между островами (или архипелагом), которая занимала месяц и несколько дней в большом по. [20] Около 1000 г. до н. э. австронезийцы Нусантара разработали парус тянджа и джонковый парус . Изобретение этих типов парусов сделало возможным плавание вокруг западного побережья Африки из-за их способности плыть против ветра. [21] Около 200 г. н. э. в династии Хань в Китае развиваются чуань ( джонковые суда ). [Примечание 3] Примерно в 50-500 годах нашей эры малайские и яванские торговые флоты достигли Мадагаскара. Также с ними прибыл народ даяков мааньян, в качестве рабочих и рабов. [23] [24] [25] Малагасийский язык произошел от языка юго - восточного барито , а язык мааньян является его ближайшим родственником с многочисленными малайскими и яванскими заимствованиями. [26] [27] К 8-му или 9-му веку нашей эры древние индонезийские корабли, возможно, уже достигли Ганы , вероятно, используя судно с балансиром «Боробудур» и «Кун-лун по» или «джонг» . [28]
Арабская империя внесла значительный вклад в навигацию и имела торговые сети, простирающиеся от Атлантического океана и Средиземного моря на западе до Индийского океана и Китайского моря на востоке, [29] Помимо Нила , Тигра и Евфрата , судоходные реки в исламских регионах были редки, поэтому транспортировка по морю была очень важна. Исламская география и навигационные науки использовали магнитный компас и элементарный инструмент, известный как камаль , используемый для небесной навигации и для измерения высот и широт звезд . Сам камаль был прост в изготовлении. Это был прямоугольный кусок кости или дерева, к которому была прикреплена веревка с 9 последовательными узлами. Другим доступным инструментом , также разработанным арабами, был квадрант. Также являющийся устройством небесной навигации, он изначально был разработан для астрономии, а позже перешел в навигацию. [30] В сочетании с подробными картами того периода моряки могли плавать через океаны, а не огибать побережье. Однако нет никаких записей о плавании в открытом океане Атлантики, и их деятельность была сосредоточена в Средиземном море, Красном море, Персидском заливе, Аравийском море и далее в Бенгальский залив. [31] Истоки каравелл , разработанных и используемых для дальних путешествий португальцами, а позднее и остальными иберийцами, с 15-го века, также восходят к карибу, который использовали андалузские исследователи в 13-м веке. [32]
Морские пути между Индией и соседними странами были обычной формой торговли на протяжении многих веков и ответственны за широкое влияние индийской культуры на общества Юго-Восточной Азии. Мощные флоты включали флоты Маурьев , Сатаваханы , Чолы , Виджаянагара , Калинги , Маратхи и Империи Моголов .
Викинги использовали поляризацию и Солнечный камень , чтобы обеспечить навигацию своих кораблей, определяя положение Солнца даже при полностью затянутом облаками небе. Этот особый минерал упоминается в нескольких письменных источниках 13-го и 14-го веков в Исландии , спустя несколько столетий после того, как было основано норвежское поселение Л'Анс-о-Медоуз в начале 11-го века на самом севере Ньюфаундленда . [33]
В Китае между 1040 и 1117 годами разрабатывался и применялся в навигации магнитный компас . [34] Это позволяло капитанам продолжать плавание по курсу, когда погода ограничивала видимость неба. Настоящий морской компас, использующий вращающуюся стрелку в сухом ящике, был изобретен в Европе не позднее 1300 года. [19] [35]
Морские карты, называемые портоланами, начали появляться в Италии в конце XIII века. [36] Однако их использование, по-видимому, не распространялось быстро: нет никаких сообщений об использовании морской карты на английском судне до 1489 года. [36]
Коммерческая деятельность Португалии в начале XV века ознаменовала эпоху заметного прогресса в практической навигации для европейцев. [19] Эти исследовательские и торговые экспедиции, отправленные инфантом Энрике (позже названным «Генрихом Мореплавателем»), привели сначала к открытию острова Порту-Санту (возле Мадейры) в 1418 году, повторному открытию Азорских островов в 1427 году, открытию островов Зеленого Мыса в 1447 году и Сьерра-Леоне в 1462 году. [19]
В сочетании с эмпирическими наблюдениями, собранными в ходе океанического мореплавания, картографированием ветров и течений, португальские исследователи заняли лидирующие позиции в области дальней океанической навигации [38] , открыв позднее, в начале XVI века, сеть океанских путей, охватывающих Атлантический, Индийский и западную часть Тихого океана, от Северной Атлантики и Южной Америки до Японии и Юго-Восточной Азии .
Португальская кампания атлантической навигации является одним из самых ранних примеров систематического научного большого проекта, который продолжался на протяжении многих десятилетий. Эта программа обучения привлекла нескольких людей с исключительными способностями, имела четко определенный набор целей и была открыта для экспериментального подтверждения посредством успеха или неудачи последующих навигаций.
Основная проблема навигации только под парусом с юга Канарских островов (или к югу от Буждура ) заключается в изменении режима ветров и течений: североатлантический круговорот и экваториальное противотечение [39] будут толкать на юг вдоль северо-западного выступа Африки, в то время как неопределенные ветры там, где северо-восточные пассаты встречаются с юго-восточными (затишья) [40], оставляют парусное судно на милость течений. Вместе преобладающее течение и ветер делают продвижение на север очень трудным или невозможным. В этом контексте португальцы открыли два крупных течения volta do mar (что буквально означает поворот моря , но также и возвращение из моря ) и пассаты Северной и Южной Атлантики (примерно в первой половине и в конце XV века соответственно), которые проложили путь к достижению Нового Света и возвращению в Европу, а также к плаванию вокруг Африки в западном открытом море в будущих исследовательских плаваниях, избегая встречных ветров и течений. «Повторное открытие» Азорских островов в 1427 году является лишь отражением возросшего стратегического значения островов, теперь находящихся на обратном пути от западного побережья Африки (последовательно называемых «volta de Guiné» и «volta da Mina»); а ссылки на Саргассово море (также называемое в то время «Mar da Baga») к западу от Азорских островов в 1436 году раскрывают западную протяженность обратного пути. [41] Чтобы разрешить трудности, связанные с обратным путешествием, было предпринято систематическое исследование берегов и условий открытого моря, которое продолжалось до последних лет XV века. Ранний пример таких систематических критериев можно найти у Дуарте Пачеко Перейры , мореплавателя, военачальника и ученого автора « Эсмеральдо де Ситу Орбис » (1505-1508), где он сообщает о своем и других исследованиях африканского побережья и открытых морей южной Атлантики:
В предисловии к « Эсмеральдо »:
« то, что относится к космографии и мореплаванию, я надеюсь объяснить (…) ...как мыс или место расположены по отношению к другим; и это для того, чтобы эта работа была упорядочена и обоснована; и побережье можно было бы более безопасно обходить; а также знание земель и того, где лежат отмели, которые для этого очень необходимо знать; также о эхолотах, выполненных в некоторых местах, какова их глубина, а также различие дна, если оно илистое или песчаное, или каменное, или галька, или острые края, или ракушки (burgao = Livona pica) или каково качество такого эхолота; и зная, каково расстояние от отмелей до береговой линии; и также приливы, если они с северо-востока и юго-запада, как те, что в нашей Испании, или они с севера и юга, или с запада и востока, или с северо-запада и юго-востока, которые для цели входа и выхода из портов и устьев рек абсолютно необходимы; а также измерения от полюсов, от которых можно узнать, сколько градусов места отдельно и широта относительно экватора; а также характер людей этой Эфиопии (Африки) и их образ жизни, и я также расскажу о торговле, которая могла бы быть на этой земле [42] [43] [44]
Хранилищами сделанных наблюдений были « Roteiros » или карты морских маршрутов. Самый ранний из известных Ротейро является частью коллекции нескольких рукописей Валентима Фернандеса (1485 г.) с побережьем до дельты реки Нигер на территории современной Нигерии, за которым следует цитируемый « Эсмеральдо... » (1505–08 гг.). выше; несколько «ротейрос», включенных в «Livro de Marinharia e Tratado da Agulha de Marear» (Трактат о мореплавании и магнитной игле) Жуана де Лиссабона (1514 г.); ротейрос включен в «Regimento de Navegacão...» (Навигационный полк) Андре Пиреса (1520 г.); roteiros для Бразилии Перо Лопиша де Соузы (1530–1532 гг.), Roteiro da Carreira da Índia (Маршрутная книга путешествия в Индию и обратно) Диого де Афонсу (1536 г.); и ротейрос Д. Жуана де Кастро (см. ниже): от Лиссабона до Гоа (1538 г.), от Гоа до Диу (северо-запад Индии) (1538–39 гг.) И от Красного моря (1541 г.) [45]
Масштаб предпринятых исследований снова сообщается в « Эсмеральдо... » на 2-й странице 2-й главы:
« … Год Господа нашего 1498, когда Ваше Высочество повелело нам исследовать западную область, проходящую мимо величия океана-моря; где найдена и исследована очень большая твердая земля со многими и большими прилегающими островами, которая простирается от семидесяти градусов широты от линии экватора к арктическому полюсу (…) и идет далее двадцати восьми градусов широты от линии экватора к антарктическому полюсу (…) от любого места в Европе или Африке и идет через весь океан по прямой линии на запад по правилам мореплавания на тридцать шесть градусов долготы, что составляет шестьсот сорок восемь лиг пути, считая по восемнадцать лиг на градус » . [46] [47]
Маловероятно, что исследование открытых морей южной Атлантики было осуществлено за одно плавание, особенно когда маршрут, выбранный Васко да Гамой в 1497 году, значительно отличался от маршрута, выбранного Педру Альварешем Кабралом в 1500 году, каждый из которых был адаптирован к сезону отправления. [48] [49] Эта адаптация показывает понимание цикла годовых изменений ветров и течений в южной Атлантике. Кроме того, были систематические экспедиции, продвигавшиеся в западную часть Северной Атлантики (Тейве, 1454; Вогаду, 1462; Телеш, 1474; Ульмо, 1486) [48] Документы, касающиеся снабжения кораблей и заказа таблиц склонения солнца для южной Атлантики уже в 1493–1496 годах, [50] все указывают на хорошо спланированную и систематическую деятельность. Самым значительным следствием этих систематизированных знаний стало заключение Тордесильясского договора в 1494 году, переместившего линию разграничения на 270 лиг к западу (со 100 до 370 лиг к западу от Азорских островов), что подтвердило притязания Португалии на Бразилию и ее господство в Атлантике.
К началу XVI века между Лиссабоном и Индией совершались регулярные рейсы. Знания об Атлантике развивались путем аккреции, и систематические исследования продвигались в Индию. Следствием этой деятельности стала группа замечательных людей, объединившихся вокруг академика (математика, космографа) Педру Нунеша и исследователя и «ведущего исследователя» Жуана де Кастро (навигатора, военачальника и вице-короля Индии); среди таких людей были Андре де Резенди (ученый), Жуан де Барруш (хронист и ученый) и, возможно, Дамиан де Гоис (дипломат, ученый и друг Эразма ). [51] Теоретические работы Педру Нунеша (1502-1578) достигли математического определения локсодромической кривой : кратчайшего пути между двумя точками на поверхности сферы, представленной на двумерной карте, что расчистило путь для создания проекции Меркатора. [52] [53] Педру Нунес в своем современном «Трактате о сфере» (1537) утверждает, что португальские мореплавания не были авантюрным предприятием :
«nam se fezeram indo acertar: mas partiam os nossos mareantes muy ensinados e prouidos de stromentos e regras de astrologia e geometria que sam as cousas que os космографы ham dadar apercebidas (...) e leuaua cartas muy privémente rumadas e na ja as de que os antigos vsauam» (были сделаны не случайно: но наши мореплаватели отправились хорошо обученными и снабженными инструментами и правилами астрологии (астрономии) и геометрии, которые должны были предоставить космографы (...) и они взяли карты с точными маршруты, а не те, которыми пользовались древние). [54]
Авторитет Нунеса основывается на его личном участии в обучении лоцманов и старших моряков с 1527 года. [52] Более того, именно Нунес разработал инструменты и инструкции для систематической работы Жуана де Кастру, как Кастру заявлял в нескольких своих письмах. [55] [56]
Работа Жуана де Кастру проходила по маршруту Индийского океана (1538), в частности, по Аравийскому морю с Персидским заливом и Красному морю (1538-39 и 1541). [45] Хотя его изучение побережья, навигации, ветров и течений является строгим и точным, именно его исследования земного магнетизма в Атлантическом и Индийском океанах стали знаменитыми:
" Д. Жуан де Кастро провел ряд экспериментов, в ходе которых удалось обнаружить явления, в частности, связанные с магнетизмом и магнитной стрелкой на борту. Следует предположить, что такие знания Педру Нунеса, конечно, были прямым вдохновением всех наблюдений, которые он сделал во время своих путешествий. Когда 5 августа 1538 года Д. Жуан де Кастро решил определить широту Мозамбика, он нашел причину, которая диктовала удивительное беспокойство стрелок; отметил отклонение стрелки, обнаружив его за 128 лет до Денниса Гийома (1666) из Ньеппа, что записано в Истории мореплавания, как будто он был первым, кто узнал об этом явлении. Его точка около Басаима, 22 декабря 1538 года, магнитное явление, при котором наблюдались изменения стрелки из-за близости определенных скал, подтвержденное четыре столетия спустя, было названо местным притяжением. Д. Жуан де Кастро опроверг теорию о том, что изменение магнитного склонение не формируется географическими меридианами. Его комментарии являются наиболее важной записью значений магнитного склонения в Атлантическом и Индийском океанах в шестнадцатом веке и полезны для изучения земного магнетизма. Он был одной из личностей этого столетия в европейской экспериментальной науке, связывая важность этого исследования с мореплаванием. " [57]
Король Португалии Жуан II продолжил эти усилия, сформировав комитет по навигации. [19] Эта группа вычислила таблицы склонения солнца и усовершенствовала астролябию моряка , считая ее хорошей заменой поперечного посоха . [19] Эти ресурсы улучшили способность мореплавателя в море определять свою широту . [19] Кастильский еврей Авраам Закут , автор исключительного трактата по астрономии/астрологии на иврите под названием Ha-jibbur Ha-gadol , бежал в Португалию в 1492 году. Он опубликовал в типографии Лейрии в 1496 году книгу Biur Luhoth , или на латыни Almanach Perpetuum , которая вскоре была переведена на латынь и испанский языки. В этой книге были астрономические таблицы (эфемериды) за 1497–1500 годы, которые, возможно, сыграли важную роль, вместе с новой астролябией , сделанной из металла, а не из дерева, как раньше [ нужна ссылка ] (созданной и усовершенствованной в начале португальских открытий), для Васко да Гамы и Педру Алвареша Кабрала в их путешествиях в Индию (также проходивших через Южную Америку) вокруг открытого Атлантического океана (включая Юго-Западную Атлантику) и в Индийском океане . Тем не менее, португальцам пришлось нанимать местных лоцманов в Индийском океане в течение нескольких десятилетий, чтобы они направляли свои корабли. [58]
В XV и XVI веках Корона Кастилии , а затем «объединенная» Корона Испании также была в авангарде европейских глобальных исследований и колониальной экспансии. Испанская Корона открыла торговые пути через океаны, особенно трансатлантические экспедиции Христофора Колумба от имени Кастилии с 1492 года. Корона Кастилии при Карле I Испанском также спонсировала первую экспедицию кругосветного плавания в 1521 году. Предприятие возглавлял португальский мореплаватель Фернан Магеллан , а завершил его испанский баск Хуан Себастьян Элькано . Походы с целью исследования привели к расцвету торговли через Атлантический океан между Испанией и Америкой и через Тихий океан между Азиатско-Тихоокеанским регионом и Мексикой через Филиппины . Позже Андрес де Урданета открыл обратный путь volta do mar в северной части Тихого океана .
Компас, посох или астролябия, метод коррекции высоты Полярной звезды и элементарные навигационные карты были инструментами, доступными мореплавателю во времена Христофора Колумба . [19] В своих заметках о географии Птолемея Иоганнес Вернер из Нюрнберга писал в 1514 году, что посох был очень древним инструментом, но только начинал использоваться на кораблях. [36]
До 1577 года не было упомянуто ни одного метода оценки скорости корабля, который был бы более продвинутым, чем наблюдение за размером носовой волны судна или прохождением морской пены или различных плавающих объектов. [59] В 1577 году была упомянута более продвинутая техника: чип-лаг . [19] В 1578 году был зарегистрирован патент на устройство, которое оценивало скорость корабля, подсчитывая обороты колеса, установленного ниже ватерлинии корабля. [19]
Точное измерение времени необходимо для определения долготы. [36] Еще в 1530 году были исследованы предшественники современных методов. [36] Однако наиболее точными часами, доступными этим ранним мореплавателям, были водяные и песочные часы, такие как песочные часы . [36] Песочные часы все еще использовались Королевским флотом Великобритании до 1839 года для измерения времени . [36]
Непрерывное накопление навигационных данных, наряду с ростом исследований и торговли, привело к увеличению производства томов в Средние века. [14] «Routiers» были созданы во Франции около 1500 года; англичане называли их «rutters». [14] В 1584 году Лукас Вагенар опубликовал Spieghel der Zeevaerdt ( Зеркало мореплавателя ), которое стало образцом для таких публикаций для нескольких поколений мореплавателей. [14] Большинство моряков называли их «Waggoners». [14]
В 1537 году Педро Нунес опубликовал свой «Tratado da Sphera» . В эту книгу он включил два оригинальных трактата по вопросам навигации. Впервые к предмету подошли с использованием математических инструментов. Эта публикация дала начало новой научной дисциплине: «теоретическая или научная навигация».
В 1545 году Педро де Медина опубликовал влиятельную книгу «Arte de navegar» . Книга была переведена на французский, итальянский, голландский и английский языки. [36]
В 1569 году Герард Меркатор впервые опубликовал карту мира в такой картографической проекции , что траектории постоянного румба были нанесены как прямые линии. Эта проекция Меркатора широко использовалась для морских карт с XVIII века и далее. [60]
В 1594 году Джон Дэвис опубликовал 80-страничную брошюру под названием «Секреты моряка» , в которой, среди прочего, описывалось плавание по дуге большого круга . [61] Говорят, что исследователь Себастьян Кабот использовал методы плавания по дуге большого круга при пересечении Северной Атлантики в 1495 году. [61] Дэвис также подарил миру версию рейки , квадрант Дэвиса , который стал одним из доминирующих инструментов с XVII века до принятия секстанта в XIX веке.
В 1599 году Эдвард Райт опубликовал Certaine Errors in Navigation , в котором перевел работу Педро Нунеса, объясняющую математическую основу проекции Меркатора , [62] с расчетными математическими таблицами, которые сделали возможным ее использование на практике. В книге было ясно, почему только с этой проекцией постоянный пеленг будет соответствовать прямой линии на карте. В ней также были проанализированы другие источники ошибок, включая риск ошибок параллакса с некоторыми инструментами; и неверные оценки широты и долготы на современных картах.
В 1599–1600 годах карта мира Эдварда Райта 1599 года стала первой картой в проекции Меркатора, нарисованной англичанином для английской навигации. На карте отчетливо изображена Малая печать королевы Елизаветы I; единственная из ее королевства, на которой была ее личная печать. Глобус Молинье 1592 года — единственная другая картография с ее Малой печатью. Оба обозначают Новый Альбион , землю, которую капитан Фрэнсис Дрейк объявил своей королевой во время своего кругосветного плавания 1577–1580 годов , выше 40-й параллели.
В 1631 году Пьер Вернье описал свой недавно изобретенный квадрант , точность которого составляла одну угловую минуту. [61] Теоретически такой уровень точности мог дать линию положения в пределах морской мили от фактического положения навигатора.
В 1635 году Генри Геллибранд опубликовал отчет о ежегодном изменении магнитного склонения . [63]
В 1637 году, используя специально построенный астрономический секстант с радиусом 5 футов, Ричард Норвуд измерил длину морской мили с помощью цепей. [64] Его определение 2040 ярдов довольно близко к определению современной Международной системы единиц (СИ) 2025,372 ярда. Норвуду также приписывают открытие магнитного наклонения на 59 лет раньше, в 1576 году . [64]
В 1714 году британские комиссары по открытию долготы в море стали известны. [65] Эта группа, которая существовала до 1828 года, предлагала гранты и вознаграждения за решение навигационных проблем. [65] Между 1737 и 1828 годами комиссары выплатили около 101 000 фунтов стерлингов. [65] Правительство Соединенного Королевства также предлагало значительные вознаграждения за навигационные достижения в эту эпоху, такие как 20 000 фунтов стерлингов за открытие Северо-Западного прохода и 5 000 фунтов стерлингов для навигатора, который мог плавать в пределах градуса широты от Северного полюса . [65] Широко распространенным руководством в 18 веке была Navigatio Britannica Джона Барроу , опубликованная в 1750 году издательством March & Page и все еще рекламируемая в 1787 году. [66]
Исаак Ньютон изобрел отражающий квадрант около 1699 года. [67] Он написал подробное описание инструмента для Эдмунда Галлея , которое было опубликовано в 1742 году. Из-за этого временного промежутка честь изобретения часто приписывают Джону Хэдли и Томасу Годфри . Октант в конечном итоге заменил более ранние поперечные рейки и квадранты Дэвиса , [65] и имел немедленный эффект, сделав вычисления широты намного точнее.
Очень важный прорыв в точном определении долготы произошел с изобретением морского хронометра . Премию по долготе 1714 года за метод определения долготы в море выиграл Джон Харрисон , плотник из Йоркшира. Он представил проект в 1730 году и в 1735 году завершил часы, основанные на паре встречно-колеблющихся утяжеленных балок, соединенных пружинами, движение которых не зависело от гравитации или движения корабля. Его первые двое морских часов H1 и H2 (завершенные в 1741 году) использовали эту систему, но он понял, что они имели фундаментальную чувствительность к центробежной силе , что означало, что они никогда не будут достаточно точными в море. Харрисон решил проблемы точности с помощью своего гораздо меньшего хронометра H4 в 1761 году. H4 выглядел очень похожим на большие карманные часы диаметром пять дюймов (12 см). В 1761 году Харрисон представил H4 на премию за долготу в размере 20 000 фунтов стерлингов. Его конструкция использовала быстрое балансовое колесо, управляемое спиральной пружиной с температурной компенсацией. Эти особенности использовались до тех пор, пока стабильные электронные осцилляторы не позволили производить очень точные портативные часы по доступной цене. В 1767 году Совет по долготе опубликовал описание его работы в The Principles of Mr. Harrison's time-keeper .
В 1757 году Джон Берд изобрел первый секстант . Он заменил квадрант Дэвиса и октант в качестве основного инструмента для навигации. Секстант был получен из октанта для того, чтобы обеспечить метод лунного расстояния . С помощью метода лунного расстояния моряки могли точно определять свою долготу. После того, как в конце 18 века было налажено производство хронометров, использование хронометра для точного определения долготы стало жизнеспособной альтернативой. [65] [68] Хронометры заменили лунные в широком использовании к концу 19 века. [59]
В 1891 году радио в виде беспроводных телеграфов начали появляться на кораблях в море. [69]
В 1899 году судно RF Matthews стало первым судном, использовавшим беспроводную связь для запроса помощи в море. [69] Использование радио для определения направления было исследовано «сэром Оливером Лоджем из Англии; Андре Блонделем из Франции; Де Форестом , Пикардом; и Стоуном из Соединенных Штатов; и Беллини и Този из Италии». [70] Компания Stone Radio & Telegraph установила ранний прототип радиопеленгатора на военно-морском угольщике Lebanon в 1906 году. [70]
К 1904 году сигналы времени отправлялись на корабли, чтобы позволить штурманам проверить свои хронометры. [71] Гидрографическое управление ВМС США отправляло навигационные предупреждения кораблям в море к 1907 году. [71]
Более поздние разработки включали размещение маяков и буев вблизи берега, чтобы они действовали как морские указатели, идентифицирующие неоднозначные особенности, выделяющие опасности и указывающие безопасные каналы для судов, приближающихся к какой-либо части побережья после длительного морского путешествия. В 1912 году Нильс Густав Дален был удостоен Нобелевской премии по физике за изобретение автоматических клапанов, предназначенных для использования в сочетании с газовыми аккумуляторами на маяках. [72]
В 1921 году был установлен первый радиомаяк. [71]
Первый прототип корабельной радиолокационной системы был установлен на USS Leary в апреле 1937 года. [73]
18 ноября 1940 года г-н Альфред Л. Лумис сделал первоначальное предложение по электронной системе воздушной навигации, которая впоследствии была развита в LORAN (система дальней навигации) в Радиационной лаборатории Массачусетского технологического института [74] , а 1 ноября 1942 года первая система LORAN была введена в эксплуатацию с четырьмя станциями между Чесапикскими мысами и Новой Шотландией [74] .
В октябре 1957 года Советский Союз запустил первый в мире искусственный спутник Земли, Спутник. [75] Ученые из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса провели ряд измерений доплеровского смещения Спутника, что дало информацию о его положении и скорости. [75] Эта группа продолжила следить за Спутником и следующими спутниками, запущенными в космос, Спутником II и Explorer I. В марте 1958 года начала изучаться идея работы в обратном направлении, используя известные спутниковые орбиты для определения неизвестного положения на поверхности Земли. [75] Это привело к созданию спутниковой навигационной системы TRANSIT . [75] Первый спутник TRANSIT был выведен на полярную орбиту в 1960 году. [75] Система, состоящая из 7 спутников, была введена в эксплуатацию в 1962 году. [75] Навигатор, использующий показания с трех спутников, мог ожидать точности около 80 футов. [75]
14 июля 1974 года первый прототип спутника GPS Navstar был выведен на орбиту, но его часы вышли из строя вскоре после запуска. [75] Спутник Navigational Technology 2 , переделанный с цезиевыми часами, начал выходить на орбиту 23 июня 1977 года. [75] К 1985 году на орбите появилась первая группировка из 11 спутников GPS Block I. [75]
Спутники аналогичной российской системы ГЛОНАСС начали выводиться на орбиту в 1982 году, и ожидается, что к 2010 году система будет иметь полную группировку из 24 спутников. [75] Европейское космическое агентство также ожидает, что к 2011–2012 годам будет запущена система Galileo с 30 спутниками. [75] [ требуется обновление ]
Концепции электронного интегрированного мостика определяют будущее планирование навигационных систем. [76] Интегрированные системы принимают входные данные от различных судовых датчиков, отображают в электронном виде информацию о местоположении и подают сигналы управления, необходимые для поддержания судна на заданном курсе. [76] Навигатор становится системным менеджером, выбирая предварительные настройки системы, интерпретируя выходные данные системы и отслеживая реакцию судна. [76]
...то, что я сказал, послужит доказательством абсолютной необходимости иметь первоклассные хронометры или тщательно следить за лунными наблюдениями; и никогда не упускать их из виду, когда это осуществимо.