Секстант — навигационный прибор с двойным отражением , измеряющий угловое расстояние между двумя видимыми объектами. Основное использование секстанта — измерение угла между астрономическим объектом и горизонтом в целях небесной навигации .
Оценка этого угла, высоты, известна как наблюдение или съемка объекта, или прицеливание . Угол и время его измерения можно использовать для расчета линии положения на морской или аэронавигационной карте — например, наблюдение Солнца в полдень или Полярной звезды ночью (в северном полушарии) для оценки широты (с помощью зрения снижение ). Наблюдение высоты ориентира может дать измерение расстояния , а, удерживая его горизонтально, секстант может измерять углы между объектами для определения местоположения на карте . [1] Секстант также можно использовать для измерения лунного расстояния между Луной и другим небесным объектом (например, звездой или планетой) с целью определения среднего времени по Гринвичу и, следовательно, долготы .
Принцип инструмента был впервые реализован около 1731 года Джоном Хэдли (1682–1744) и Томасом Годфри (1704–1749), но он также был обнаружен позже в неопубликованных трудах Исаака Ньютона (1643–1727).
В 1922 году он был модифицирован для воздушной навигации португальским штурманом и военно-морским офицером Гаго Коутиньо .
Как и квадрант Дэвиса , секстант позволяет измерять небесные объекты относительно горизонта, а не относительно инструмента. Это обеспечивает превосходную точность. Кроме того, в отличие от посоха , секстант позволяет осуществлять прямые наблюдения за звездами. Это позволяет использовать секстант в ночное время, когда пользоваться посохом затруднительно. При наблюдениях за Солнцем фильтры позволяют осуществлять прямое наблюдение за Солнцем.
Поскольку измерение производится относительно горизонта, измерительный указатель представляет собой луч света, достигающий горизонта. Таким образом, измерение ограничено угловой точностью инструмента, а не синусоидальной ошибкой длины алидады , как в морской астролябии или аналогичном старом инструменте.
Секстант не требует абсолютно устойчивого прицеливания, поскольку 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 постоянным, и до тех пор, пока пользователь сможет определить момент касания небесного объекта горизонтом, 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 чрезвычайно практичным резервным навигационным инструментом для кораблей.
Рама секстанта имеет форму сектора, составляющего примерно 1 ⁄ 6 круга (60 °), [2] отсюда и его название ( sextāns, sextantis - латинское слово, означающее «одна шестая»). Используются (или использовались) как меньшие, так и более крупные инструменты: октант , квинтант (или пентант ) и (двойно отражающий) квадрант [3] охватывают сектора примерно 1 ⁄ 8 круга (45°) , 1 ⁄ 5 круг (72°) и 1/4 круга ( 90°) соответственно. Все эти инструменты можно назвать «секстантами».
К раме прикреплены «зеркало горизонта», указательный рычаг , который перемещает указательное зеркало , визирная труба, солнцезащитные козырьки, градуированная шкала и барабанный микрометр для точных измерений. Шкала должна быть градуирована так, чтобы отмеченные деления градусов соответствовали удвоенному углу поворота указательного рычага. Шкалы октанта, секстанта, квинтанта и квадранта градуированы от нуля до 90°, 120°, 140° и 180° соответственно. Например, изображенный секстант имеет шкалу, градуированную от -10 ° до 142 °, что по сути является квинтантом: рамка представляет собой сектор круга, образующий угол 76 ° при повороте указательного рычага.
Необходимость удвоенного отсчета шкалы вытекает из рассмотрения соотношения неподвижного луча (между зеркалами), предметного луча (от визируемого объекта) и направления нормали, перпендикулярной индексному зеркалу. Когда указательное плечо перемещается на угол, скажем, на 20°, угол между неподвижным 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°. Поэтому угол между фиксированным лучом и лучом объекта должен увеличиться на 40°. Именно этот случай показан на рисунке.
Сегодня на рынке представлено два типа зеркал горизонта. Оба типа дают хорошие результаты.
Традиционные секстанты имеют полугоризонтное зеркало, которое делит поле зрения на две части. С одной стороны открывается вид на горизонт; с другой стороны — вид небесного объекта. Преимущество этого типа в том, что и горизонт, и небесный объект максимально яркие и четкие. Это особенно удобно ночью и в дымке, когда трудно увидеть горизонт и/или наблюдаемую звезду. Однако необходимо провести небесный объект так, чтобы его нижняя часть коснулась горизонта.
В секстантах на весь горизонт используется полупосеребренное зеркало горизонта, обеспечивающее полный обзор горизонта. Это позволяет легко увидеть, когда нижняя часть небесного объекта касается горизонта. Поскольку большинство изображений направлены на Солнце или Луну, а дымка без облачности редка, преимущества полугоризонтного зеркала при слабом освещении редко бывают важны 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, тогда как секстанты XIX века редко имели зеркало размером более 2,5 см (один дюйм). Во многом это связано с тем, что прецизионные плоские зеркала стали менее дорогими в производстве и серебрении .
Искусственный горизонт полезен, когда горизонт не виден, как это происходит в тумане, в безлунные ночи, в штиль, при визировании через окно или на суше, окруженной деревьями или постройками. Существует две распространенные конструкции авиагоризонта. 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 установить заполненную жидкостью трубку с пузырьком непосредственно на секстант.
Большинство секстантов также имеют фильтры для использования при наблюдении за Солнцем и уменьшения воздействия дымки. Фильтры обычно состоят из серии постепенно затемняющихся стекол, которые можно использовать по отдельности или в комбинации для уменьшения дымки и яркости Солнца. Однако выпускаются секстанты с регулируемыми поляризационными фильтрами, в которых степень затемнения регулируется поворотом рамки фильтра.
Большинство секстантов для наблюдения монтируют монокуляр с увеличением 1 или 3 . Многие пользователи предпочитают простую прицельную трубку, которая имеет более широкое и яркое поле зрения и которую легче использовать ночью. Некоторые мореплаватели устанавливают светоусилительный монокуляр, чтобы видеть горизонт в безлунные ночи. Другие предпочитают использовать освещенный искусственный горизонт. [ нужна цитата ]
Профессиональные секстанты используют градусную меру с щелчком и червячную регулировку с точностью до минуты , 1/60 градуса . Большинство секстантов также имеют на червячном циферблате нониус с точностью до 0,1 минуты. Поскольку 1 минута ошибки равна примерно морской миле , максимально возможная точность астрономической навигации составляет около 0,1 морской мили (190 м). В море приемлемы результаты в пределах нескольких морских миль и в пределах видимости. Высококвалифицированный и опытный штурман может определить местоположение с точностью около 0,25 морской мили (460 м). [4]
Изменение температуры может деформировать дугу, что приведет к неточностям. Многие штурманы покупают защищенные от атмосферных воздействий футляры, чтобы их секстант можно было разместить за пределами каюты, чтобы обеспечить равновесие с наружной температурой. Предполагается, что стандартные конструкции рамы (см. рисунок) компенсируют дифференциальную угловую погрешность, вызванную изменениями температуры. Ручка отделена от дуги и рамы, чтобы тепло тела не коробило рамку. Секстанты, предназначенные для использования в тропиках, часто окрашивают в белый цвет, чтобы они отражали солнечный свет и оставались относительно прохладными. Секстанты высокой точности имеют каркас и дугу из инвара (специальной стали низкого расширения). Некоторые научные секстанты изготавливаются из кварца или керамики с еще меньшим расширением. Во многих коммерческих секстанах используется 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. Секстанты с цельным латунным каркасом менее подвержены раскачиванию при сильном ветре или при работе судна в сильном море, но, как уже отмечалось, они значительно тяжелее. Выпускаются также секстанты с алюминиевым каркасом и латунными дугами. По сути, секстант индивидуален для каждого штурмана, и он выберет ту модель, которая лучше всего подходит ему по характеристикам.
Авиационные секстанты сейчас сняты с производства, но имели особые особенности. У большинства из них были искусственные горизонты, позволяющие видеть через открытое окно над потолком. У некоторых также были механические усреднители, позволяющие производить сотни измерений за один взгляд для компенсации случайных ускорений в жидкости искусственного горизонта. Секстанты старых самолетов имели два визуальных пути: один стандартный, а другой, предназначенный для использования в самолетах с открытой кабиной, что позволяло смотреть прямо над секстантом, лежащим на коленях. Секстанты более современных самолетов были перископическими и имели лишь небольшой выступ над фюзеляжем . С их помощью штурман предварительно рассчитывал свое зрение, а затем отмечал разницу между наблюдаемой и прогнозируемой высотой тела, чтобы определить свое положение.
Наблюдение (или измерение ) угла между Солнцем , звездой или планетой и горизонтом осуществляется с помощью «звездного телескопа», прикрепленного к секстанту с использованием видимого горизонта . На судне, находящемся в море, даже в туманные дни визирование можно производить с небольшой высоты над водой, чтобы получить более четкий и лучший горизонт. Штурманы держат секстант за рукоятку в правой руке, избегая касания пальцами дуги. [5]
В прицелах Sun для подавления бликов используется фильтр , например «тени», закрывающие как указательное зеркало, так и зеркало горизонта, предназначенные для предотвращения повреждения глаз. Установив индексную полосу на ноль, Солнце можно будет увидеть в телескоп. Освободив указательную планку (либо ослабив прижимной винт, либо на современных приборах с помощью быстросъемной кнопки), изображение Солнца можно опустить примерно до уровня горизонта. Чтобы увидеть горизонт, необходимо откинуть назад шторку зеркала горизонта, а затем винт точной регулировки на конце индексной линейки поворачивать до тех пор, пока нижняя кривая (нижний край ) Солнца не коснется горизонта. « Поворот » секстанта вокруг оси телескопа гарантирует, что показания будут сняты, когда инструмент удерживается вертикально. Затем угол прицела считывается по шкале на дуге с использованием прилагаемой шкалы микрометра или нониуса. Одновременно необходимо также отметить точное время взгляда и зафиксировать высоту глаза над уровнем моря. [5]
Альтернативный метод — оценить текущую высоту (угол) Солнца по навигационным таблицам, затем установить указательную полосу на этот угол на дуге, применить подходящие оттенки только к указательному зеркалу и направить инструмент прямо на горизонт, проводя его из стороны в сторону, пока в телескоп не увидишь вспышку солнечных лучей. Затем производятся точные настройки, как указано выше. Этот метод вряд ли будет успешным для наблюдения звезд и планет. [5]
Съемка звезд и планет обычно производится в морских сумерках на рассвете или в сумерках , когда видны как небесные тела, так и морской горизонт. Нет необходимости использовать тени или выделять нижнюю конечность, поскольку в телескоп тело выглядит просто точкой . Луну можно увидеть, но кажется, что она движется очень быстро, в разное время кажется, что она имеет разные размеры , а иногда из-за ее фазы можно различить только нижнюю или верхнюю часть . [5]
После того, как прицел взят, его приводят в нужное положение, просматривая несколько математических процедур. Простейшая редукция зрения — нарисовать на глобусе равновысотный круг видимого небесного объекта. Пересечение этого круга с линией счисления пути или другое наблюдение дает более точное местоположение.
Секстанты можно использовать очень точно для измерения других видимых углов, например, между одним небесным телом и другим, а также между береговыми ориентирами . При горизонтальном использовании секстант может измерить видимый угол между двумя ориентирами, такими как маяк и шпиль церкви , который затем можно использовать для определения расстояния от моря или до моря (при условии, что расстояние между двумя ориентирами известно). При вертикальном измерении угла между фонарем маяка известной высоты и уровнем моря у его основания также можно использовать для определения расстояния. [5]
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 можно исправить навигатором, и удалять их следует в следующем порядке.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
