Как ориентируются моряки. Определение географической долготы в древности
Великие географические открытия европейских путешественников конца 15 века явились следствием бурного развития производительных сил в Европе, роста торговли со странами Востока, нехватки драгоценных металлов в связи с развитием торговли и денежного обращения.
В конце 15 века широкое распространение получило учение о шарообразности Земли, расширились знани в области астрономии и географии. Были усовершенствованы навигационные приборы(компас, астролябия - прибор для измерения углов с целью определения местонахождения корабля по расположению звёзд), появился новый тип парусного судна - каравелла.
Первыми начали поиски новых морских путей в Азию португальские мореплаватели. В начале 60-х годов 15 века они захватили первые опорные пункты на побережье Африки, а затем, продвигаясь на юг вдоль её западного побережья, открыли острова Зелёного мыса, Азорские острова.
Одновременно на поиски новых торговых путей устремились и испанцы. В 1492 году испанские король Фердинанд и королева Изабелла приняли проект генуэзского мореплавателя Христофора Колумба(1451-1506) достичь берегов Индии, плывя на запад. 3 августа 1492 года из Палоса - одного из лучших портов атлантического побережья Испании - отплыла флотилия Колумба, состоявшая из трёх кораблей - “Санта Мария”, “Пинта” и “Нинья”, экипажи которых насчитывали 120 человек. Во время первого путешествия были открыты острова Куба, Гаити и ряд более мелких. В 1492 году Колумб вернулся в Испанию, где был назначен адмиралом всех открытых земель и получил право на 1/10 всех доходов. Впоследствии Колумб совершил ещё три путешествия в Америку. Однако после возвращения из последнего путешествия он был лишён всех доходов и привилегий и умер в бедности.
Открытия Колумба заставили поторопиться португальцев. В 1497 году и Лисабона отплыла флотилия Васко да Гаммы(1469-1524) для разведки путей вокруг Африки. Обогнув мыс Доброй Надежды, он вышел в Индийский океан. С помощью арабского лоцмана 20 мая 1498 года эскадра Васко да Гаммы вошла в индийский порт Каликут. Морской путь в страну сказочных богатств был открыт. Отныне португальцы стали ежегодно снаряжать до 20 кораблей для торговли с Индией. Благодаря превосходству в вооружении и технике им удалось вытеснить оттуда арабов. Португальцы нападали на их суда, истребляя команды, опустошали города на южном берегу Аравии. В Индии они захватили опорные пункты, среди которых главным стал город Гоа. Торговля пряностями была объявлена королевской монополией, так как она давала до 800%(!) прибыли. В 1499-1500 годах испанцами и в 1500-1502 годах португальцами было открыто побережье Бразилии.
В Испании после смерти Колумба продолжалась посылка экспедиций в новые земли. В начале 16 века совершил путешествие в западное полушарие Америго Веспуччи(1454-1512) - флорентийский купец, состоявший на службе сначала у испанского, а затем у португальского короля, известный мореплаватель и географ. В честь Веспуччи этот материк был назван Америкой. Гипотеза Веспуччи была окончательно подтверждена в результате кругосветного путешествия Магелана(1519-1522). Имя же Колумба осталось увековеченным в названии одной из латиноамериканских стран - Колумбии.
В 1497-1498 годах английские мореплаватели достигли северо-восточного побережья Северной Америки и открыли Ньюфаундленд и Лабрадор.
Велики заслуги перед человечеством мореплавателей Средних веков и эпохи Великих географических открытий. При этом методы, которыми они пользовались в своих плаваниях для определения места положения судна, для картирования очертаний берегов и определения их протяженности, мягко говоря, оставляли желать лучшего. Как память о некоторых из этих приемов, в морской навигации до настоящего времени сохранились специфические термины.
Устройство для измерения скорости судна и сегодня называется «лаг» – от английского слова «log» – бревно, деревянная чурка. Эти чурки привязывались к веревке с узелками и бросались с носа корабля за борт. По песочным часам засекалось время, за которое лаг перемещался до кормы, а затем подсчитывалось количество узелков, прошедших при этом через руки стравливающего веревку матроса. Отсюда произошел морской термин – «узел» (по-английски – «knot»), мера скорости движения судна (одна морская миля в час или 1,85 км/час).
Европейские мореходы XV-XVI веков, как и арабские «синдбады» IX-XII веков, понятием «широта» не пользовались, так как ее можно было определить только в моменты лунных и солнечных затмений, которые происходили вовсе не часто. Определения же долготы в открытом море по пройденному кораблем расстоянию, которое рассчитывалось исходя из курса судна и скорости его хода, были настолько приблизительными, что многие тихоокеанские острова и архипелаги успешно «открывались» португальцами и испанцами по нескольку раз. Один из кормчих Магеллана, например, ошибся при определении долготы Филиппин на 52° 55" (!).
К середине XVIII века мореплавателям были известны очертания всех основных материков и островов Атлантического, Тихого и Индийского океанов, за исключением Антарктиды. Однако их положение определялось очень неточно, и большинством карт того времени пользоваться было практически невозможно. В этой связи многие острова и архипелаги, например, Тихого океана, после открытия «терялись» на многие годы.
Только в 1750 году на базе усовершенствованного «квадранта» был создан новый прибор «секстант», впервые позволивший с борта судна определять градус широты. Долгота же, из-за отсутствия возможности точно определять время в морских условиях, при этом вообще не определялась. Точные маятниковые часы, изобретенные в 1657 году Христианом Гюйгенсом, в море были ненадежными. В 1707 году из-за грубой ошибки флагманского штурмана при определении долготы английский флот напоролся на скалы островов Силли, в результате чего бессмысленно погибло много английских моряков. Только после этого, в 1714 году, английский парламент объявил премию в размере 20 тысяч фунтов стерлингов изобретателю точных морских часов. Критерием их точности было условие, чтобы за время рейса от Англии до Вест-Индии и обратно ошибка хода не превысила две минуты.
В 1729 году комиссии парламента был предложен первый образец таких часов, изготовленный английским мастером Джоном Гаррисоном и выдержавший испытания на точность хода в плавании до Лиссабона. Еще тридцать лет понадобилось автору первого «хронометра», чтобы довести свое детище до совершенства. Четвертый образец часов Гаррисона, предложенный им в 1761 году в Бюро долгот при правительстве Великобритании, в рейсе до Ямайки и обратно отстал менее чем на две минуты, а в рейсе до Барбадоса и обратно (156 суток) отставание составило всего 15 секунд. После этого в спорах и судах прошло еще почти пятнадцать лет, в течение которых Джон Гаррисон отстаивал свои авторские права на изобретение. Наконец, в 1775 году восьмидесятидвухлетний бедолага-изобретатель получил все-таки премию, после чего через год умер. Судьбы гениев, как видим, во все времена не отличались легкостью.
Таким образом, на рубеже XVIII и XIX веков морская наука, наконец-таки, получила часы, которые, невзирая на качку, устойчиво показывали точное время, необходимое для измерения географической долготы. После этого началась точная «привязка» открытых земель к карте, что дало возможность определить реальные границы и размеры отдельных частей Мирового океана.
Еще два столетия назад работа со сложными навигационными приборами была уделом высоких профессионалов. В наши дни любой обладатель продвинутого мобильного телефона может в считанные секунды определить свое место на поверхности земли.
На первом этапе мореплавания лодки и суда от берега далеко не отходили. Пересечь реку или озеро, сократив путь, или обойти занятый враждебным племенем край по морю вдоль берега - дело практическое и понятное, но вот пуститься в плавание по неведомому морю-океану - это уже другой коленкор, согласитесь.
Первыми навигационными ориентирами стали заметные с воды знаки: поморы, например, ставили каменные кресты, поперечные перекладины которых были ориентированы в направлении север - юг. А ночью можно использовать простейшие маяки - сигнальные костры, зажигавшиеся для облегчения ориентирования или предупреждения об опасности (мель, риф, сильное течение и пр.).
О маяках упоминается уже в «Илиаде» Гомера, а самый знаменитый маяк - Александрийский - появился в III веке до н. э. на острове Фарос, в устье Нила на подходе к Александрии. Его высота составляла 120 м. На верхней площадке круглосуточно горел громадный костер, свет которого отражался сложной системой зеркал и был виден, по данным историков, на расстоянии 30 миль (около 55 км). Другой пример навигационного знака древности - статуя Афины, установленная в V веке до н. э. на Акрополе: она была выполнена из бронзы, и в лучах солнца была далеко видна с моря.
С ростом масштабов мореплавания возникла необходимость систематизировать и передавать навигационные знания. И вот уже древние греки создают периплы - описания прибрежных плаваний в разных районах, куда заносилось все, начиная от погоды и заканчивая описанием береговой линии и нравов туземных племен. Самый древний дошедший до нас перипл - карфагенянина Ганнона, он датируется рубежом VI–V веков до н. э. Фактически перипл - это древний вариант современной лоции. Своя лоция была и у неграмотных народов: такие знания они передавали в виде устных сказаний и даже песен. Лишь в XIII веке появились более точные карты-портоланы с нанесенными компасными линиями, расходившимися из отдельных точек, так называемые розы ветров, применявшиеся для прокладки курсов.
Сколько футов под килем?
Для определения, а точнее, опознания места корабля можно использовать и полученную с помощью эхолота глубину. Применяют такой способ, когда во время плавания длительное время нет возможности выполнить обсервацию - скажем, плохая видимость или неисправен приемник спутниковой навигационной системы - и существуют сомнения в правильности счисления.
В этом случае как только на берегу открывается хоть один известный и нанесенный на карту ориентир, на него тут же берут пеленг и одновременно эхолотом замеряют глубину. После исправления компасного пеленга поправкой компаса на карте откладывают обратный истинный пеленг и затем смотрят, где в пределах проведенной линии окажется глубина, полученная по эхолоту. Можно также замерить глубину ручным лотом - в этом случае будет получен еще и образец грунта, что облегчит опознание места. Там, где глубина и тип грунта совпадут с пеленгом, - текущее место корабля.
Первые документальные подтверждения использования замеров глубины для определения места относятся ко времени Геродота - древнегреческие мореплаватели знали, что если при плавании в Египет по Средиземному морю глубина под килем уменьшается до определенного значения, то до Александрии остается день пути.
Углы и расстояния
Координаты корабля могут быть двух типов: относительные (относительно какого-либо хорошо известного ориентира) и абсолютные (географические широта и долгота). Вторыми стали пользоваться не так давно, а относительные координаты применяли уже в незапамятные времена, потому как они просто необходимы даже в ходе непродолжительного плавания вдоль берега - они позволяют прийти в нужное место и сделать это безопасно, не сев на мель или рифы и не пропустив «нужный мыс». Способы определения места, использовавшиеся древними мореходами, в ряде случаев дошли до наших дней без каких-либо изменений.
Самым простым и древним способом являются визуальные определения: по пеленгам (это направление по компасу, или румб, в котором виден от нас некий объект), расстояниям и горизонтальным углам между направлениями на береговые ориентиры. Есть несколько вариантов подобного способа определять свое местоположение.
По двум пеленгам. Простой способ определения местонахождения по надежно опознаваемым и нанесенным на используемую при плавании карту ориентирам (их подбирают с помощью карты, лоции и пособия «Огни и знаки»). При этом необходимо выбирать ориентиры с разностью пеленгов не менее 30° и не более 150°, чтобы не получать пересечения пеленгов под острыми углами (это увеличивает погрешность). Пеленгование выполняют быстро, начиная с ориентиров, расположенных прямо по курсу или близко к тому (пеленг на них меняется медленнее), а ночью - с огней (маяков), имеющих больший период. Измеренные пеленги исправляют до истинных поправкой используемого для измерений компаса (поправка представляет собой алгебраическую сумму склонения и магнитной девиации) и в обратном направлении прокладывают на карте (так называемый обратный истинный пеленг, отличающийся от истинного на 180°). В месте их пересечения и находится навигатор.
По трем пеленгам. Способ схож с предыдущим, но дает большую надежность и точность - примерно на 10–15%. Обычно откладываемые в таком случае обратные пеленги не пересекаются в одной точке, а образуют треугольник. Если он небольшой, со сторонами менее полумили (около 0,9 км), то считают, что судно находится в его центре или ближе к наименьшей стороне, а если большой - измерения необходимо повторить.
По двум разновременно измеренным пеленгам на один ориентир (крюйс-пеленг). Применяемые в этом случае вычисления выходят за рамки данной статьи, но их подробное объяснение можно найти в любом доступном учебнике по навигации.
По расстояниям. В этом случае на карте от ориентиров проводят окружности с радиусом, равным расстоянию до ориентира. В месте пересечения кругов и находится наблюдатель. Если виден от основания или уреза воды ориентир с известной высотой, то расстояние до него определяют специальной формулой по вертикальному углу, измеряемому секстаном, а высотой глаза наблюдателя над уровнем воды пренебрегают. Естественно, что точность измерений повышается при наличии трех ориентиров.
Сегодня в качестве ориентиров для определения местоположения применяются и радиолокационные станции - здесь чаще всего определяют место по измеряемым радиолокатором расстояниям, это точнее, чем измерение радиолокационных пеленгов. В целом нет никаких принципиальных отличий у обычных визуальных и радиолокационных способов обсервации. Просто нужно хорошо уметь «читать» изображение на экране радиолокатора, чтобы как можно более точно идентифицировать используемые для обсервации ориентиры. Ведь обычная карта «рисуется» как бы с видом сверху, а карта на экране радиолокатора - при помощи радиолокационного луча, «рисующего» карту на уровне моря. Одна ошибка в опознании берегового ориентира может привести (и приводила) к серьезным авариям.
В поисках Гринвича
До конца XIX века точкой отсчета долготы служили разные места, например, остров Родос, Канарские острова, острова Зеленого Мыса. После утверждения в 1493 году папой Александром VI линии раздела сфер влияния Испании и Португалии, проходившей в 100 лигах западнее Азорских островов, многие картографы отсчитывали долготу от нее. А испанский король Филипп II в 1573 году повелел на всех испанских картах вести отсчет долготы от меридиана города Толедо. Попытка установить для Европы единую точку отсчета долготы была предпринята в 1634 году, но потерпела фиаско. В 1676-м начала работу Гринвичская обсерватория, а в 1767-м в Британии был издан «Морской альманах» (с отсчетом меридианов от Гринвича), которым пользовались моряки из разных стран. К началу 1880-х годов «гринвичскую» систему на своих морских картах применяли уже 12 европейских государств. Наконец, по результатам Международной меридианной конференции 1884 года было принято решение вести всем отсчет от Гринвича. Кстати, на конференции предлагались и другие варианты начальной точки - острова Ферро и Тенерифе, пирамида Хеопса или один из храмов Иерусалима.
Путеводные звезды
Береговые ориентиры бесполезны в открытом море. Но уже в древние времена мореплаватели путешествовали по Индийскому океану, а затем и пересекали Атлантический и Тихий с одного континента на другой. Такие плавания стали возможны благодаря новой науке - мореходной астрономии. Осознав, что Солнце совершает постоянное движение по небосводу, а звезды разбросаны по небу отнюдь не в беспорядке, мореплаватели вскоре научились ориентироваться по ним.
Их особое внимание привлекала примечательная звезда в созвездии Малой Медведицы. Ее положение на небе было практически неизменным, это был своего рода небесный маяк, по которому можно было ориентироваться в ночное время. В древние времена звезду называли Финикийской (считается, что именно финикийцы первыми научились ориентироваться по звездам), Путеводной, а затем она стала Полярной. Причем в древности научились не только определять направление по Полярной звезде, но и исходя из ее высоты над горизонтом рассчитывать оставшееся до конца плавания время.
Примерно в VI–V веках до н. э. на кораблях стали применять гномон - вертикальный шест, по соотношению длины и отбрасываемой тени которого определяли время и вычисляли угловую высоту Солнца над горизонтом, что позволяло вычислить широту (но сначала, разумеется, надо вычислить «полдень» - кратчайшую длину тени за солнечный день, то есть при использовании гномона его нельзя перемещать хотя бы день). Предполагают, что для навигационных целей его впервые использовал греческий купец Пифей из Массилии (нынешний Марсель), который в IV веке до н. э. нарушил запрет и вышел за Геркулесовы столбы, отправившись на север. Поскольку на ходу гномон бесполезен, он высаживался на берег и там определял с его помощью широту с точностью до нескольких минут. Аналогичным способом контролировали свое местонахождение на нужной параллели в море и викинги.
Примерно в III–II веках до н. э. появляется астролябия (от греческих слов άστρου - «звезда» и λαβή - «взятие, схватывание»), пока в сухопутном, весьма громоздком и сложном варианте. Настоящая морская, или, как ее еще называют, «новая», астролябия была изобретен а лишь на рубеже 1000 года н. э. Она представляла собой кольцо с приспособлением для подвешивания, где отвес от точки подвеса фиксировал вертикальную линию - по ней определяли горизонтальную линию и центр. Вокруг центральной оси вращался поворотный визир-алидада с диоптрами (маленькими отверстиями) на концах, на кольце со стороны алидады наносились градусные деления. Наблюдения вели втроем: один держал инструмент за кольцо, второй измерял высоту светила, становясь при этом к Солнцу спиной и поворачивая алидаду так, чтобы верхняя визирная нить бросала тень на нижнюю (это означало, что визир точно направлен на Солнце), а третий моряк снимал отсчет. Ночью по астролябии определяли высоту Полярной звезды.
В XV–XVI веках появились новые навигационные инструменты - астрономическое кольцо и градшток. Первое (одна из разновидностей астролябии) вместо алидады имело коническое отверстие, попадавшие в него солнечные лучи отражались в виде зайчика на градусной шкале, помещенной на внутренней стороне кольца - место зайчика соответствовало высоте Солнца. Градшток (посох Иакова, астрономический луч, золотой жезл, геометрический крест и пр.) - наиболее удобный при качке инструмент - два взаимно перпендикулярных стержня: длинный (80 см, шток) и короткий (брусок), последний плотно прилегал к длинному под прямым углом и мог свободно скользить вдоль него. На штоке наносились деления, на концах бруска - диоптры, а на конце штока - мушка для глаза. Определить высоту звезды можно было, глядя в глазную мушку, передвигая брусок и добиваясь такого положения, чтобы в верхнем диоптре была видна звезда, а в нижнем - горизонт. Для наблюдения за Солнцем навигатор вставал к нему спиной и передвигал брусок, пока тень его верхнего конца не падала на маленький экран, устанавливаемый вместо мушки на конец длинного штока (середина экрана направлялась на линию видимого горизонта). С помощью одного короткого бруска нельзя было измерить все высоты светил, поэтому к градштоку прилагалось несколько брусков, обычно три, для измерения высот: 10–30°, 30–60° и более 60°. Применяли градшток только в море, точность была не
выше 1–2°.
Наконец, в XVIII веке появляется один из самых известных навигационных приборов - секстан, наследник градштока. После ряда последовательных «мутаций» - квадрант Дэвиса (1594), октант Джона Хэдли (1731), дававший погрешность всего 2–3 минуты, - на свет появился (1757) прибор Джона Кэмпбелла, увеличившего в октанте Хэдли сектор с 45 до 60°: так октант стал секстантом, или секстаном (от латинского sexstans, шестая часть окружности). В секстане центральный диоптр заменен зеркалом, которое позволяет визировать сразу два предмета, расположенных по разным направлениям, скажем, горизонт и Солнце (звезду). Секстан благодаря большей точности измерений более 200 лет назад вытеснил на судах другие угломерные инструменты и продолжает службу в качестве основного ручного прибора.
«Убийственная» долгота
Если с широтой мореплаватели разобрались еще в древние времена, то проблема определения в море долготы места оказалась более серьезной, и ее сколько-нибудь удовлетворительного решения не удавалось найти вплоть до конца XVIII века. Скажем, возвратившийся домой после открытия Америки Колумб обнаружил, что ошибка в измерениях на его корабле долготы составила целых 400 миль. Не избежал ошибки и французский гидрограф Ив-Жозеф де Кергелен. Он отправился в январе 1772 года из Порт-Луи на Маврикии без хронометра, а потому открытый и названный в его честь архипелаг был нанесен на карту с ошибкой в 240 миль (около 450 км)! Определить же долготу по небесным светилам (как в случае с широтой) не представлялось возможным: при движении на запад или восток картина звездного неба практически не меняется.
Конечно, принцип определения долготы был известен еще Гиппарху - разность долгот двух точек на земной поверхности соответствует разнице местного времени при одновременном наблюдении момента какого-либо одного события в двух данных точках. Гиппарх предлагал считать таким событием затмение Луны, происходившее в один и тот же момент времени для всех его наблюдателей на Земле. Но затмения случаются редко, фиксация затмения тоже дело непростое, поскольку границы тени очень нечетки.
Нельзя было реализовать на судах в открытом море и принцип определения долготы по методу «лунных расстояний», предложенному в середине XV века профессором Венского университета Иоганном Мюллером, более известным под псевдонимом Региомонтан. Он издал знаменитые «Эфемериды», содержащие полные и точные астрономические сведения, в том числе и данные для определения широты и долготы в море по методу «лунных расстояний». По составленным им таблицам для любого угла, измеренного в градусах и минутах, можно было непосредственно получить значение синуса. Это означало, что, измерив угол светила с точностью до 1", можно было определить широту с точностью до двух километров. Однако известные тогда угломерные инструменты такой точности не давали, да и теми, что были, нельзя было пользоваться при морской качке. Наконец, в 1530 году астроном и математик Гемма Фризий предложил метод определения долготы, основанный на использовании часов: надлежало брать с собой из пункта отправления часы с местным временем и «хранить» это время во время плавания, а при необходимости вычислять долготу - астрономическим способом определить местное время и, сравнив его с «хранимым», получить искомую долготу. Совет всем хорош, но точных механических часов тогда попросту не было, а ошибка часов на широте экватора всего в минуту давала ошибку по долготе в 15 миль.
Например, в 1707 году также в результате штурманской ошибки на камнях вблизи островов Силли погиб 21 корабль эскадры адмирала Клаудисли Шовела - вместе с адмиралом утонули около 2000 человек! Одной из причин этого было неумение определять долготу. 8 июля 1714 года британский парламент принял постановление, которое в том числе гарантировало вознаграждение тому, кто решит проблему определения долготы в море: с точностью не менее 0,5° или 30 миль - 20 000 фунтов (на сегодня это более полумиллиона фунтов). Два года спустя специальный приз «определителю долготы» был установлен и во Франции.
В британский совет «по вопросам долготы» поступила масса заявок - разбогатеть мечтали многие, но ни одна одобрена не была. Были и курьезы. Математики Хамфри Диттон и Уильям Уистон еще в 1713 году предложили такой способ: на наиболее оживленных морских путях установить через определенные интервалы на якорях суда, измерив их географические координаты. Ровно в полночь по местному времени острова Тенерифе суда должны были производить залп из мортир вверх с таким расчетом, чтобы снаряды взрывались точно на высоте 2000 м. Проплывавшие мимо суда должны были измерять пеленг на такой сигнал и дальность, определяя тем самым свое место. Охотников «освоить бюджет» было вдоволь и в те годы.
А получил большую часть суммы, причитающейся за решение проблемы долготы, в 1735–1765 годах 72-летний механик, сын сельского плотника Джон Харрисон, прозванный Джон Долгота, который создал высокоточные часы-хронометр, позволявшие надежно «хранить время» (в них уже не было маятника, а были балансиры, и они могли работать на борту корабля) и, соответственно, достаточно точно измерять долготу. Во Франции королевский приз «за хронометр» был вручен Пьеру Леруа, королевскому часовщику. Хронометры даже получили второе название - «долготные часы». Их массовый выпуск был начат только на рубеже XVIII–XIX веков, что и можно считать временем решения «долготной» проблемы.
Любой судоводитель, как в древности, так и сейчас, оказавшись в открытом море вне видимости берегов, прежде всего хочет знать, в каком направлении движется его корабль. Прибор, по которому можно определить курс корабля, хорошо известен - это компас. По свидетельству большинства ученых-историков, магнитная игла - предок современного компаса - появилась примерно три тысячи лет назад. Общение между народами в те времена было затруднено, и, пока чудесный указатель направления дошел до берегов Средиземного моря, миновало немало веков. В результате это изобретение попало в Европу только в начале II тысячелетия н. э., а затем уже широко распространилось.
Едва оказавшись в Европе, прибор претерпел ряд усовершенствований и получил название компас, сыграв огромную роль в развитии цивилизации. Лишь магнитный компас вселил в людей уверенность в море, помог им преодолеть страх перед океанскими просторами. Великие географические открытия были бы просто немыслимы без компаса.
Имени изобретателя компаса история не сохранила. И даже страну, подарившую человечеству этот замечательный прибор, люди науки не могут назвать точно. Одни приписывают его изобретение финикийцам, другие уверяют, что первыми, кто обратил внимание на чудесное свойство магнита устанавливаться в плоскости магнитного меридиана, были китайцы, третьи отдают предпочтение арабам, четвертые упоминают французов, итальянцев, норманнов и даже древних майя, последних - на том основании, что когда-то в Эквадоре был найден магнитный стержень, который (при пылком воображении) можно было посчитать прообразом магнитной стрелки.
Сначала прибор для определения стран света был очень прост: магнитную иглу втыкали в кусочек пробки и опускали в чашку с водой, которую впоследствии стали называть котелком компаса. Иногда вместо пробки брали кусочек тростника или просто вставляли иглу в соломинку. Даже это нехитрое устройство принесло морякам неоценимые удобства, с ним можно было выходить в открытое море и не бояться, что не найдешь дорогу назад к родному берегу. Но морякам-то хотелось большего. Они смутно чувствовали, что чудесная плавающая стрелка, точность показаний которой была, понятно, очень невысо-ка, еще не раскрыла всех своих великолепных возможностей. Да и вода нередко выплескивалась из котелка, бывало, даже вместе со стрелкой. Только в XIII веке появился компас с сухим котелком, а главное - с прикрепленной к стрелке картушкой. Картушка была нехитрым на первый взгляд, но поистине замечательным изобретением: небольшой кружок из немагнитного материала вместе с жестко прикрепленной к нему магнитной стрелкой свободно подвешивается на острие вертикальной иглы. Сверху на картушку наносили четыре главных румба: Норд, Ост, Зюйд и Вест, - да так, чтобы Норд точно совпадал с северным концом стрелки. Дуги между главными румбами делили на несколько равных частей.
Вроде бы ничего особенного? Но до этого старый компас с неподвижной картушкой каждый раз приходилось поворачивать в горизонтальной плоскости до тех пор, пока северный конец стрелки не совпадал с Нордом. Только тогда можно было определить курс, по которому идет судно. Это, конечно, было очень неудобно. Но если картушка сама вращалась вместе со стрелкой и сама устанавливалась в плоскости меридиана, достаточно было лишь мельком взглянуть на нее, чтобы определить любое направление.
И все же, несмотря на вносимые усовершенствования, компас долго оставался достаточно примитивным прибором. В России в XVII - начале XVIII века наиболее искусно его изготавливали поморы в городах и селах нашего Севера. Это была круглая коробочка диаметром 4-5 сантиметра из моржовой кости, которую поморы хранили у пояса в кожаном мешочке. В центре коробочки на костяной шпильке находилась картушка с укрепленными снизу намагниченными металлическими иглами-стрелками. Если компасом (или меткой, как называли его поморы) не пользовались, сверху на него надевали глухую крышку. О подобном приборе написано в Морском уставе Петра I: «Должны компасы добрым мастерством делать и смотреть, чтобы иглы, на чем компас вертится, были остры и крепки и не скоро бы сламывались. Также чтобы проволока (имеется в виду стрелка. - В.Д) на компасе к Норду и Зюйду крепко была натерта магнитом, дабы компас мог быть верным, в чем надлежит крепкое смотрение иметь, ибо в том зависит ход и целость корабля».
В наше время котелок компаса наглухо закрывается толстой стеклянной крышкой, туго прижатой к нему медным кольцом. Сверху на кольцо наносят деления от О до 360° - по часовой стрелке от Норда. Внутри котелка протягивают две черные медные вертикальные проволочки, так чтобы одна из них приходилась точно под 0°, а другая - под 180°. Эти проволочки называются курсовыми чертами.
Компас на корабле устанавливается так, чтобы линия, проведенная между курсовыми чертами, точно совпадала с линией нос - середина кормы (или, как говорят во флоте, с диаметральной плоскостью судна).
О том, кто именно изобрел компас с вращающейся картушкой, история также ответа не дает. Правда, существует распространенная версия, что в 1302 году итальянец Флавио Джойя (по другим источникам, Жиойя) укрепил на магнитной стрелке картушку, разделенную на 32 румба, а стрелку поместил на острие шпильки. Благодарные земляки даже поставили Джойе бронзовый памятник на его родине - в городе Амальфи. Но уж если кому-то действительно стоило бы поставить памятник, так это нашему соотечественнику Петру Перегрину. В его сочинении «Послание о магнитах», датированном 1269 годом и посвященном описанию свойств магнита, содержатся достоверные сведения об усовершенствовании им компаса. Компас этот картушки не имел. На вертикальной шпильке была укреплена магнитная стрелка, а азимутальный круг на верхней части котелка был разделен на четыре части, каждая из которых имела разбивку в градусах от 0 до 90. На азимутальный круг надевался подвижный визир для пеленгования, пользуясь которым можно было определять направления на береговые предметы и на светила, находящиеся невысоко над горизонтом. Визир этот был очень похож на современный пеленгатор, до сих пор исправно служащий флоту.
Прошло примерно полтора века, прежде чем после Перегрина появилось новое изобретение, позволившее еще больше облегчить работу с компасом.
Море очень уж редко бывает спокойным, и любое судно испытывает качку, а она, естественно, отрицательно влияет на работу компаса. Иногда волнение моря бывает настолько сильным, что вообще выводит компас из строя. Поэтому возникла необходимость в приспособлении, которое позволило бы котелку компаса оставаться спокойным при любой качке.
Как и большинство гениальных изобретений, новая подвеска компаса была предельно проста. Котелок компаса, несколько утяжеленный снизу, подвешивался на двух горизонтальных полуосях, опирающихся на кольцо. Это кольцо, в свою очередь, крепилось на двух горизонтальных полуосях, перпендикулярных первым, и подвешивалось внутри второго кольца, неподвижно скрепленного с судном. Таким образом, как бы круто и часто ни наклонялось судно, причем в любую сторону, картушка оставалась всегда горизонтальной. По имени итальянского математика Д. Кардано, предложившего это замечательное устройство, подвес назвали кардановым.
Португальцы же предложили делить картушку компаса на 32 румба. Они остались на картушках морских компасов до нашего времени. Каждый получил свое название, и еще сравнительно недавно, лет пятьдесят назад, можно было застать где-нибудь в кубрике матроса, который зубрил компас с тенями: «Норд Норд тень Ост, Норд Норд Ост, Норд Ост тень Ост, Норд Ост, Норд Ост тень Зюйд» и так далее. Тень в данном случае по-русски означает: в сторону. Сейчас же, хотя все 32 румба остались на многих современных компасах, на них прибавились и деления в градусах (а иногда и в долях градуса). И в наше время, сообщая курс, который надо держать рулевому, предпочитают говорить, например: «Курс 327°!» (вместо прежнего «Норд Вест тень Норд», что, по существу, одно и то же - разница в 1/4° округляется).
С тех пор как в XIX веке магнитный компас обрел свою современную конструкцию, он усовершенствовался очень незначительно. Но зато далеко вперед продвинулось представление о земном магнетизме и о магнетизме вообще. Это обусловило ряд новых открытий и изобретений, которые если собственно компаса и не касаются, то к навигации имеют прямое отношение.
Чем сложнее были задачи, которые ложились на военные и торговые (коммерческие) флоты, тем большие требования к показаниям компасов предъявляли моряки. Точнее стали наблюдения, и вдруг совершенно неожиданно для себя моряки заметили, что главный их помощник, компас, которому они безгранично доверялись столько веков, очень редко дает правильные показания. Любой магнитный компас на два-три градуса, а иногда и намного больше, мягко говоря, привирает. Заметили, что в разных местах Земли ошибки компаса не одинаковы, что с годами в одних точках они увеличиваются, в других - уменьшаются, и что, чем ближе к полюсу, тем больше эти ошибки.
Но в начале XIX века на помощь морякам пришла наука и к его середине справилась с этой бедой. Немецкий ученый Карл Гаусс создал общую теорию земного магнетизма. Были проделаны сотни тысяч точных измерений, и теперь на всех навигационных картах отклонение стрелки компаса от истинного меридиана (так называемое склонение) указано прямо на карте с точностью до четверти градуса. Здесь же указывается, к какому году приведено склонение, знак и величина его годового изменения.
Работы штурманам прибавилось - теперь стало нужно вычислять поправку на изменение склонения. Это было справедливым лишь для средних широт. В высоких же широтах, то есть в областях от 70° северной и южной широт до полюсов, магнитному компасу вообще было верить нельзя. Дело в том, что в этих широтах очень большие аномалии магнитного склонения, так как сказывается близость магнитных полюсов, не совпадающих с географическими. Магнитная стрелка стремится тут занять вертикальное положение. В этом случае и наука не помогает, и компас врет без зазрения совести, а порой начинает и вовсе то и дело менять свои показания. Недаром, собираясь к Северному полюсу на самолетах (1925), знаменитый Амундсен не решился довериться магнитному компасу и придумал специальный прибор, который назвали солнечным указателем курса. В нем точные часы поворачивали маленькое зеркальце вслед за солнцем, и, пока самолет летел над облаками, не отклоняясь от курса, «зайчик» не менял своей позиции.
Но на этом злоключения магнитного компаса не кончились. Судостроение быстро развивалось. В начале XIX века появились пароходы, а вслед за ними и металлические суда. Железные корабли быстро стали вытеснять деревянные, и вдруг... Один за другим при загадочных обстоятельствах утонуло несколько больших пароходов. Разбирая обстоятельства крушения одного из них, на котором погибло около 300 человек, специалисты установили, что причиной аварии были неверные показания магнитных компасов.
В Англии собрались ученые и мореплаватели, чтобы разобраться, что же тут происходит. И пришли к выводу, что корабельное железо столь сильно влияет на компас, что ошибки в его показаниях просто неизбежны. Выступивший на этом собрании доктор богословия Скорсби, бывший когда-то известным капитаном, показал на опыте присутствующим влияние железа на стрелку магнитного компаса и сделал вывод: чем больше масса железа, тем больше она отклоняет стрелку компаса от меридиана. «Мы, - сказал Скорсби, - плаваем по старинке, как на деревянных судах, то есть без учета влияния корабельного железа на компас. Боюсь, что никогда не удастся добиться на стальном судне правильных показаний компаса...» Отклонение стрелки магнитного компаса под влиянием судового железа назвали девиацией.
Противники железного судостроения ободрились. Но и на этот раз наука пришла на помощь магнитному компасу. Ученые нашли способ свести это отклонение к минимуму, разместив рядом с магнитным компасом специальные магниты-уничтожители. Пальма первенства в этом, безусловно, принадлежит капитану Мэтью Флиндерсу, по имени которого и назван первый уничтожитель - флиндерсбар. Их стали размещать в нактоузах рядом с котелком компаса.
Прежде нактоузом называли деревянный ящичек, в который на ночь вместе с фонарем ставили компас. Английские моряки так его и называли: ночной домик - найт хаус. В наше время нактоуз - деревянный четырех- или шестигранный шкафчик, на котором устанавливают котелок компаса. Слева и справа от него на нактоузе находятся массивные железные шары размером с маленькую дыньку. Их можно передвигать и закреплять поближе и подальше от компаса. Внутри шкафчика запрятан целый набор магнитов, которые тоже можно передвигать и закреплять. Изменение взаимного расположения этих шаров и магнитов почти полностью уничтожает девиацию.
Сейчас перед выходом в рейс, когда груз уже погружен и закреплен, на судно поднимается девиатор и в специально отведенном районе моря на ходу часа полтора осуществляет уничтожение девиации. По его командам судно движется разными курсами, а девиатор перемещает шары и магниты, уменьшая влияние судового железа на показания компаса. Уходя с борта, он оставляет маленькую таблицу остаточной девиации, которую штурманам приходится учитывать каждый раз, когда корабль изменяет курс, как поправку на девиацию. Вспомним роман Жюля Верна «Пятнадцатилетний капитан», где негодяй Негоро подложил под нактоуз компаса топор, резко изменив его показания. В результате судно вместо Америки приплыло в Африку.
Необходимость периодически уничтожать и определять остаточную девиацию заставила задумываться над проблемой создания немагнитного компаса. К началу XX столетия были хорошо изучены свойства гироскопа, и на этой основе сконструирован гироскопический компас. Принцип действия гирокомпаса, созданного немецким ученым Аншютцем, состоит в том, что ось быстро вращающегося волчка сохраняет неизменным свое положение в пространстве и может быть установлена по линии север - юг. Современные гирокомпасы заключены в герметически запаянную сферу (гидросферу), которая, в свою очередь, помещена во внешний корпус. Гидросфера плавает во взвешенном состоянии в жидкости. Положение ее регулируется с помощью катушки электромагнитного дутья. Электромотор доводит скорость вращения гироскопов до 20 тысяч оборотов в минуту.
Для обеспечения комфортных условий работы гирокомпас (основной прибор) помещают в самом спокойном месте корабля (поближе к его центру тяжести). С помощью электрокабелей показания гирокомпаса передаются на репитеры, расположенные на крыльях мостика, в центральном посту, в штурманской рубке и других помещениях, где это необходимо.
В наши дни промышленность выпускает различные типы этих приборов. Пользование ими не составляет особых трудностей. Поправки к их показаниям, как правило, инструментальные. Они малы и постоянны. Но сами приборы сложны и требуют для своего обслуживания квалифицированных специалистов. Есть и другие сложности в эксплуатации. Гирокомпас необходимо включать заблаговременно, до выхода в море, чтобы он успел, как говорят моряки, «прийти в меридиан». Что и говорить, гирокомпас обеспечивает несравненно более высокую точность курсоуказания и устойчивость работы в высоких широтах, но авторитет магнитного компаса от этого ничуть не снизился. Боевые действия флота в годы Великой Отечественной войны показали, что на кораблях он по-прежнему необходим. В июле 1943 года в ходе боевой операции гирокомпас на эсминце «Сообразительный» вышел из строя. Штурман перешел на магнитный компас и ночью, в штормовую погоду, вне видимости берегов, пройдя около 180 миль (333 километров), вышел к базе с невязкой 55 кабельтовых (10,2 километров). Участвовавший в той же операции лидер эсминцев «Харьков» в тех же условиях, но с исправным гирокомпасом имел невязку 35 кабельтовых (6,5 километров). В августе того же года из-за пожара на борту вышел из строя гирокомпас на канонерской лодке «Красный Аджаристан». Штурман корабля в ходе боевых действий успешно вел точную прокладку, пользуясь только магнитными компасами.
Вот почему и сегодня даже на самых современных кораблях, оборудованных навигационными комплексами, радиотехническими и космическими системами, имеющими в своем составе несколько курсоуказателей, не зависящих ни от девиации, ни от склонения, обязательно есть магнитный компас.
Но как бы точно мы ни измеряли курс, графически проложить его можно только на карте. Карта представляет собой плоскостную модель земного шара. Моряки используют только специально изготовленные, так называемые навигационные карты, расстояния на которых измеряются в милях. Чтобы понять, как создавались такие карты, придется заглянуть в XV век, в те далекие времена, когда люди только-только научились наносить сушу и море на них и плавать, пользуясь ими. Были, конечно, карты и раньше. Но они были больше похожи на неумелые рисунки, сделанные на глазок, по памяти. Появились и карты, основанные на научных представлениях своего времени, довольно точно изображавшие известные мореплавателям берега и моря. Конечно, и в этих картах было много ошибок, и строились они не так, как строятся карты в наше время, но все же они были подспорьем для моряков, пускавшихся в плавания по морям и океанам.
Это было время, полное противоречий. С одной стороны, «бывалые люди» клятвенно уверяли, что встречали в океане ужасных чудовищ, огромных морских змей, прекрасных сирен и прочие чудеса, а с другой - одно за другим совершались великие географические открытия. С одной стороны, святая инквизиция душила всякую живую мысль, а с другой - многие просвещенные люди уже знали о шарообразной форме Земли, спорили о том, каков размер земного шара, имели представление о широте и долготе. Больше того, известно, что в том самом 1492 году, когда Христофор Колумб открыл Америку, немецкий географ и путешественник Мартин Бехайм уже построил глобус. Конечно, он был совсем не таким, как современные глобусы. На глобусе Бехайма и более поздних, более совершенных моделях Земли белых пятен было больше, чем точно показанных континентов, многие земли и берега изображались по рассказам «бывалых людей», которым было опасно верить на слово. Некоторые материки на первых глобусах вообще отсутствовали. Но главное уже было - по большому кругу, перпендикулярному оси вращения, опоясывал модель Земли экватор, что по-латыни значит уравнитель.
Плоскость, в которой он лежит, как бы разделяет земной шар пополам и уравнивает его половины. Окружность экватора от точки, принятой за нуль, разделили на 360° долготы - по 180° к востоку и западу. К югу и к северу от экватора на глобусе до самых полюсов нанесли малые круги, параллельные экватору. Их так и назвали - параллели, а экватор стал служить началом отсчета географической широты. Дуги меридианов, перпендикулярные экватору, в Северном и Южном полушариях под углом друг к другу сошлись на полюсах. Меридиан по-латыни значит «полуденный». Это название, конечно, не случайно, оно показывает, что на всей линии меридиана, от полюса до полюса, полдень (впрочем, как и в любой другой момент) наступает одновременно. От экватора к северу и к югу дуги меридианов разбили на градусы - от 0 до 90, назвав соответственно градусами северной и южной широты.
Теперь, чтобы найти точку на карте или глобусе, достаточно было указать ее широту и долготу в градусах.
Географическая координатная сетка была наконец построена.
Но одно дело - найти точку на карте и совсем иное - отыскать ее в открытом море. Несовершенные карты, магнитный компас и примитивный угломерный инструмент для определения вертикальных углов - вот и все, чем располагал моряк, отправляясь в дальнее плавание. С арсеналом даже таких навигационных приборов прийти в пункт, который находится в пределах видимости или пусть даже за горизонтом, - дело несложное. Если, конечно, вершины далеких гор, расположенных у этого пункта, были видны над горизонтом. Но стоило моряку отойти в море подальше, как берега пропадали из виду и со всех сторон судно обступали однообразные волны. Даже если мореплаватель знал точное направление, которое должно привести его к цели, то и тогда трудно было рассчитывать на успех, так как капризные ветры и неизученные течения всегда сносят судно с намеченного курса. Это отклонение от курса моряки называют дрейфом.
Но и при отсутствии дрейфа выбрать нужное направление, пользуясь обычной картой, и провести по нему судно практически невозможно. И вот почему. Допустим, что, вооружившись обыкновенной картой и компасом, мы задумали плавание вне видимости берегов из точки А в точку Б. Соединим эти точки прямой. Допустим теперь, что эта прямая в точке А ляжет точно по курсу 45°. Другими словами, линия АБ в точке А будет расположена под углом 45° к плоскости меридиана, проходящего через точку А. Направление это нетрудно удержать по компасу. И мы пришли бы в точку Б, но при одном условии: если бы меридианы были параллельны и наша линия курса и в точке Б соответствовала направлению 45°, как и в точке А. Но в том-то и дело, что меридианы не параллельны, а постепенно сходятся под углом друг к другу. Значит, и курс в точке Б будет не 45°, а несколько меньше. Таким образом, чтобы прийти из точки А в точку Б, нам пришлось бы все время подворачивать вправо.
Если же, выйдя из точки А, мы будем постоянно держать курс по нашей карте 45°, то точка Б останется справа от нас, мы, продолжая идти этим курсом, пересечем все меридианы под одним и тем же углом и по сложной спирали приблизимся в конце концов к полюсу.
Спираль эта называется локсодромия. По-гречески это значит «косой путь». Всегда можно подобрать такую локсодромию, которая приведет нас в любую точку. 14, пользуясь обычной картой, пришлось бы сделать много сложных вычислений и построений. Вот это-то моряков и не устраивало. Не одно десятилетие они ждали такую карту, по которой удобно будет прокладывать любые курсы и плавать по любым морям.
И вот в 1589 году известный математик и картограф фламандец Герард Мер-катор придумал карту, которая наконец удовлетворила моряков и оказалась настолько удачной, что до сих пор ничего лучшего никто не предложил. Моряки всего мира и сегодня пользуются этой картой. Она так и называется: меркаторская карта, или карта равноугольной цилиндрической меркаторской проекции.
Основания, заложенные в построение этой карты, гениально просты. Невозможно, конечно, восстановить ход рассуждений Г. Меркатора, но предположим, что рассуждал он так.
Допустим, что все меридианы на глобусе (который довольно точно передает взаимное расположение океанов, морей и суши на Земле) сделаны из проволоки, а параллели - из упругих нитей, которые легко растягиваются (резины в то время еще не знали). Разогнем меридианы так, чтобы они из дуг превратились в параллельные прямые, прикрепленные к экватору. Поверхность глобуса превратится в цилиндр из прямых меридианов, пересеченных растянувшимися параллелями. Разрежем этот цилиндр по одному из меридианов и расстелем на плоскости. Получится географическая сетка, но меридианы на этой сетке не будут сходиться, как на глобусе, в точках полюсов. Прямыми параллельными линиями они будут идти вверх и вниз от экватора, а параллели - пересекать их везде под одним и тем же прямым углом.
Круглый островок у экватора как был на глобусе круглым, так и на этой карте останется круглым, в средних широтах такой же островок значительно растянется по широте, а в районе полюса он будет вообще выглядеть как длинная прямая полоса. Взаимное расположение суши, моря, конфигурация материков, морей, океанов на такой карте изменятся до неузнаваемости. Ведь меридианы остались такими, какими и были, а параллели-то растянулись.
Плавать, руководствуясь такой картой, конечно, было невозможно, но это оказалось поправимым - надо было только увеличивать расстояние между параллелями. Но, конечно, не просто увеличить, а в точном соответствии с тем, на сколько растянулись параллели при переходе намеркаторскую карту. На карте, построенной с помощь такой сетки, круглый островок и у экватора, и в любом другом участке карты оставался круглым. Вот только, чем ближе было к полюсу, тем больше места занимал он на карте. Другими словами, масштаб на такой карте от экватора к полюсам увеличивался, зато очертания объектов, нанесенных на карту, получались почти без изменений.
А как же учесть изменение масштаба к полюсам? Конечно, можно для каждой широты высчитать масштаб отдельно. Только очень хлопотным делом будет такое плавание, в котором после каждого передвижения к северу или югу придется делать довольно сложные расчеты. Но оказывается, что на меркаторской карте таких расчетов делать не приходится. Карта заключена в рамку, на вертикальных сторонах которой нанесены градусы и минуты меридиана. У экватора они покороче, а чем ближе к полюсу, тем длиннее. Пользуются рамкой так: расстояние, которое нужно измерить, снимают циркулем, подносят к той части рамки, которая находится на широте измеряемого отрезка и смотрят, сколько минут в нем уложились. А так как минута и градус на такой карте изменяются по величине в зависимости от широты, а на самом-то деле остаются всегда одинаковыми, именно они и стали основанием для выбора линейных мер, которыми моряки измеряли свой путь.
Во Франции была своя мера - лье, равная 1/20 градуса меридиана, что составляет 5537 метров. Англичане измеряли свои морские дороги лигами, которые тоже представляют собой дробную часть градуса и по величине составляют 4828 метров. Но постепенно моряки всего мира сошлись на том, что удобнее всего пользоваться для измерения расстояний на море величиной дуги, соответствующей одной угловой минуте меридиана. Так до сих пор и измеряют моряки свои пути и расстояния именно минутами дуги меридиана. А чтобы придать этой мере название, похожее на названия других путевых мер, окрестили минуту меридиана милей. Ее длина составляет 1852 метров.
Слово «миля» нерусское, поэтому заглянем в «Словарь иностранных слов». Там написано, что слово это английское. Потом сообщается, что мили бывают разные: географическая миля (7420 м), сухопутные мили различны по величине в разных государствах, наконец, морская миля - 1852,3 метра .
Все верно сказано о миле, кроме английского происхождения слова; на самом деле оно латинское. В древних книгах миля встречалась довольно часто и означала тысячу двойных шагов. Из Рима, а не из Англии, впервые пришло к нам это слово. Так что в словаре ошибка Но эту ошибку можно понять и простить, так как составитель словарной статьи имел, конечно, в виду международную морскую, или, как англичане ее называют, адмиралтейскую, милю. В петровские времена она пришла к нам именно из Англии. У нас ее так и называли - английская миля. Иногда и сегодня ее называют так же.
Пользоваться милей очень удобно. Поэтому моряки и не собираются пока заменять милю какой-нибудь другой мерой.
Проложив свой путь на меркаторской карте по линейке, рассчитав и запомнив, какого курса при этом следует придерживаться, моряк смело может пускаться в плавание, не задумываясь над тем, что его путь, прямой как стрела, на карте вовсе не прямая линия, а как раз та самая кривая, о которой говорилось чуть раньше, - локсодромия.
Это, конечно, не кратчайший путь между двумя точками. Но если эти точки лежат не очень далеко друг от друга, то моряки не огорчаются и мирятся с тем, что сожгут лишнее горючее и истратят лишнее время на переход. Зато на этой карте локсодромия выглядит прямой, которую ничего не стоит построить, и можно быть уверенным, что приведет она как раз туда, куда нужно. А если предстоит большое плавание, такое, например, как переход через океан, при котором дополнительные затраты на кривизну пути выльются в значительную сумму и время? В этом случае моряки научились строить на меркаторской карте другую кривую - ортодромию, что значит по-гречески «прямой путь». Ортодромия на карте совпадает с так называемой дугой большого круга, которая и является на море кратчайшим расстоянием между двумя точками.
Плохо укладываются в сознании эти два понятия: кратчайшее расстояние и дуга, стоящие рядом. С этим тем более трудно примириться, если смотреть на меркаторскую карту: ортодромия выглядит значительно длиннее, чем локсодромия. Если на меркаторской карте обе эти кривые проложить между двумя точками, ортодромия изогнется, как лук, а локсодромия вытянется, как тетива, стягивающая его концы. Но не нужно забывать, что плавают-то корабли не по плоской карте, а по поверхности шара. А на поверхности шара отрезок дуги большого круга как раз и будет кратчайшим расстоянием.
С единицей измерения расстояний в море - милей - тесно связана единица скорости, принятая в мореплавании, - узел, о чем мы расскажем дальше.
Если на линии курса, проложенной на карте, периодически откладывать расстояния, пройденные кораблем, то судоводитель всегда будет знать, где находится его корабль, то есть координаты своего места в море. Такой метод определения координат называется счислением пути и широко применяется в навигационной прокладке. Но необходимым условием для этого является умение определять скорость корабля и измерять время, только тогда можно рассчитать пройденное расстояние.
Указатели скорости корабля. 2. Скляночки. 2. Лаг ручной. 3. Лаг механический
Выше мы уже говорили, что на кораблях парусного флота для измерения времени применялись песочные часы, рассчитанные на полчаса (склянки), один час и на четыре часа (вахта). Но были на кораблях и еще одни песочные часы - скляночки. Всего на полминуты были рассчитаны эти часы, а в отдельных случаях даже на пятнадцать секунд. Можно только удивляться искусству стеклодувов, ухитрявшихся изготовить такие точные по тем временам приборы. Как ни малы были эти часы, как ни короток был промежуток времени, который они отмеряли, услуга, которую оказывали в свое время эти часы морякам, неоценима, и их, так же как и склянки, вспоминают каждый раз, когда говорят об определении скорости корабля, а также при измерении пройденного пути.
Проблема определения пройденного и предстоящего пути всегда стояла и стоит перед моряками.
Первые способы замера скорости были едва ли не самыми примитивными из навигационных определении: просто с носа корабля бросали за борт кусочек дерева, коры, птичье перо или другой плавающий предмет и одновременно замечали время. Идя вдоль борта с носа на корму корабля, не выпускали из глаз плывущий предмет и, когда он проходил срез кормы, вновь замечали время. Зная длину корабля и время, за которое предмет проходил ее, рассчитывали скорость хода. А зная общее время в пути, составляли приблизительное представление и о пройденном расстоянии.
На парусных судах при очень слабых ветрах этим древним способом определяют скорость судна и сегодня. Но уже в XVI веке появился первый лаг. Из толстой доски делали сектор градусов в 65-70, радиусом около 60-70 сантиметров. По дуге, ограничивающей сектор, укрепляли, как правило, свинцовый груз в виде полосы, рассчитанный таким образом, что сектор, брошенный в воду, погружался на две трети стоймя и над водой оставался виден небольшой уголок. К вершине этого уголка крепили тонкий прочный трос, который называли лаглинь. В секторе, прибли-зителыю в геометрическом центре погруженной части, сверлили коническое отверстие 1,5-2 сантиметра диаметром и к нему плотно подгоняли деревянную пробку, к которой прочно привязывали лаглинь сантиметрах в восьми - десяти от прикрепленного к углу лага конца. Эта пробка довольно прочно держалась в отверстии погруженного лага, но резким рывком ее можно было выдернуть.
Зачем же так сложно крепили лаглинь к сектору лага? Дело в том, что плоское тело, движущееся в жидкой среде, располагается перпендикулярно направлению движения, если сила, движущая это тело, приложена к его центру парусности (аналогично воздушному змею). Стоит, однако, перенести точку приложения сил к краю этого тела или к его углу, и оно, как флаг, расположится параллельно направлению движения.
Так и лаг, когда бросают за борт движущегося судна, держится перпендикулярно направлению хода его, так как лаглинь прикреплен к пробке, стоящей в центре парусности плоскости сектора. При движении судна сектор испытывает большое сопротивление воды. Но стоит резко дернуть лаглинь, как пробка выскакивает из гнезда, точка приложения силы переносится на угол сектора, и он начинает планировать, скользить по поверхности воды. Сопротивления он практически не испытывает, и в таком виде вытащить сектор из воды было совсем нетрудно.
В лаглинь на расстоянии примерно 15 метров друг от друга (точнее, 14,4 м) вплетались короткие шкертики (тонкие кончики), на которых были завязаны один, два, три, четыре и так далее узелков. Иногда отрезки между двумя соседними шкер тиками тоже называли узлами. Лаглинь вместе со шкертиками наматывался на небольшую вьюшку (типа катушки), которую удобно было держать в руках.
Двое матросов становились на корму корабля. Один из них бросал сектор лага за борт и держал в руках вьюшку. Лаг, упав в воду, упирался и сматывал лаглинь с вьюшки вслед за идущим кораблем. Матрос же, подняв над головой вьюшку, внимательно следил за сматывающимся с вьюшки лаглинем и, как только первый шкертик подходил близко к кромке кормового среза, кричал: «Товсь!» (это значит «Готовься!»). И почти вслед за этим: «Вертай!» («Переворачивай!»).
Второй матрос держал в руках скляночки, рассчитанные на 30 секунд, но команде первого переворачивал их и, когда весь песок пересыпался в нижний резервуар, кричал: «Стоп!»
Первый матрос резко дергал лаглинь, деревянная пробочка выскакивала из отверстия, сектор лага ложился плашмя на воду и переставал сматывать лаглинь.
Заметив, сколько шкертиков-узелков ушло за борт при сматывании лаглиня, матрос определял скорость хода корабля в милях в час. Сделать это было совсем нетрудно: шкертики вплетались в лаглинь на расстоянии 1/120 мили, а часы показывали 30 секунд, то есть 1/120 часа. Следовательно, сколько узлов лаглиня смоталось с вьюшки за полминуты, столько миль корабль прошел за час. Отсюда и пошло выражение: «Судно идет со скоростью столько-то узлов» или «Корабль делает столько-то узлов». Таким образом, узел на море - не линейная путевая мера, а мера скорости. Это нужно твердо усвоить, потому что, говоря о скорости, мы так привыкли прибавлять «в час», что, бывает, и читаем в самых авторитетных изданиях «узлов в час». Это, конечно, неправильно, ибо узел - это и есть миля/час.
Сейчас ручным лагом уже никто не пользуется. Еще М.В. Ломоносов в своей работе «О большей точности морского пути» предложил механический лаг. Описанный М.В. Ломоносовым лаг состоял из вертушки, похожей на большую сигару, вдоль которой были расположены под углом к оси крылья-лопасти, как на роторе современной гидротурбины. Вертушку, привязанную в лаглиню, сделанному из троса, который почти не скручивался, М.В. Ломоносов предлагал опускать за корму идущего судна. Она, естественно, вращалась тем быстрее, чем быстрее был ход этого судна. Передний конец лаглиня предлагалось привязывать к валу механического счетчика, который должен был крепиться на корме судна и отсчитывать пройденные мили.
Ломоносов предложил, описал, но не успел построить и испытать свой механический лаг. Уже после него появилось несколько изобретателей механического лага: Уокер, Мессон, Клинток и другие. Их лаги несколько отличаются друг от друга, но принцип их работы тот же, который был предложен М.В. Ломоносовым.
Еще совсем недавно, едва судно или корабль выходили в море, штурман с матросом выносили на верхнюю палубу вертушку лага, лаглинь и счетчик, который обычно называли машинкой. Вертушку с лаглинем броетли за борт, а машинку крепили на планшире кормового среза, и штурман списывал в навигационный журнал показания, которые значились на ее циферблате на момент начала работы. В любой момент, взглянув на циферблат такого лага, можно было довольно точно узнать о пути, пройденном кораблем. Есть лаги, которые одновременно показывают и скорость в узлах.
В наше время на многих кораблях установлены более совершенные и точные лаги. Их действие основано на свойстве воды и всякой другой жидкости оказывать давление на движущийся в ней предмет, увеличивающееся по мере увеличения скорости движения этого предмета. Не очень сложное электронное устройство величину этого давления (динамического напора воды) передает в прибор, установленный на мостике или на штурманском командном пункте корабля, предварительно, конечно, преобразив эту величину в мили и узлы.
Это так называемые гидродинамические лаги. Есть и более совершенные лаги для определения скорости судна относительно морского дна, то есть абсолютной скорости. Такой лаг работает по принципу гидролокационной станции и называется гидроакустическим.
В заключение скажем, что слово лаг происходит от голландского log, что означает расстояние.
Итак, получив в свое распоряжение компас, навигационную карту и единицы измерения расстояния и скорости -милю и узел, штурман может спокойно вести навигационную прокладку, периодически отмечая на карте расстояния, пройденные кораблем. Но наличие счислимых координат своего места в море нисколько не отвергает обсервованных, то есть определенных инструментальным способом по небесным светилам, радиомаякам или по береговым ориентирам, нанесенным на карту, а, наоборот, обязательно их подразумевает. Разницу между счислимыми координатами и обсервованными моряки называют невязкой. Чем меньше невязка, тем искуснее штурман. При плавании в видимости берегов определять обсервованное место лучше всего по маякам, которые днем хорошо видны, а ночью излучают свет.
Немного найдется на свете инженерных сооружений, о которых сложено столько преданий и легенд, как о маяках. Уже в поэме «Одиссея» древнегреческого поэта Гомера, датируемой VIII-VII веками до н.э., рассказывается, что жители Итаки зажигали костры для того, чтобы ожидаемый домой Одиссей мог узнать родную гавань.
Вдруг на десятые сутки явился нам
берег отчизны.
Выл он уж близок; на нем все огни
уж могли различить мы.
Это, собственно, первые упоминания об использовании моряками огней обыкновенных костров в навигационных целях при плаваниях вблизи берегов в ночное время.
С тех далеких времен прошли века, прежде чем маяки приобрели знакомый для всех внешний вид - высокая башня, увенчанная фонарем. А когда-то выполнявшие функцию первых маяков смоляные бочки или жаровни с углем пылали прямо на земле или. на высоких шестах. Со временем для увеличения дальности видимости источников света они устанавливались на искусственных сооружениях, достигавших порой грандиозных размеров. Наиболее почтенный возраст имеют маяки Средиземного моря.
Одно из семи чудес древнего мира - Александрийский, или Фаросский, маяк высотой 143 метра, сооруженный из белого мрамора в 283 году до н.э. Строительство этого самого высокого сооружения древности продолжалось 20 лет. Огромный и массивный маяк, окруженный спирально идущей лестницей, служил путеводной звездой для моряков, показывая им путь днем дымом от сжигаемой на его вершине нефти, а ночью - с помощью огня, как говорили древние, «более блестящего и неугасимого, нежели звезды». Благодаря специальной системе отражения света дальность видимости огня в ясную ночь достигала 20 миль. Маяк был построен на острове Фарос у входа в египетский порт Александрию и служил одновременно наблюдательным пунктом, крепостью и метеостанцией.
Не меньшей известностью пользовался в древности и знаменитый Колосс Родосский - гигантская бронзовая фигура Гелиоса, бога Солнца, установленная на острове Родос в Эгейском море в 280 году до н.э. Сооружение ее длилось 12 лет. Эта тоже считавшаяся одним из семи чудес света статуя высотой 32 метра стояла в Родосской гавани и служила маяком до разрушения ее землетрясением в 224 году до н. э.
Кроме названных маяков, в тот период было известно еще около 20. Сегодня из них уцелел только один - маячная башня у испанского портового города Ла-Корунья. Возможно, что этот маяк сооружен еще финикийцами. За свою долгую жизнь он не раз подновлялся римлянами, но в целом сохранил свой первозданный вид.
Строительство маяков развивалось чрезвычайно медленно, и к началу XIX века на всех морях и океанах земного шара их насчитывалось не больше сотни. Это объясняется прежде всего тем, что именно в тех местах, где маяки были более всего нужны, их сооружение оказывалось очень дорогим и трудоемким делом.
Источники света маяков непрерывно совершенствовались. В XVII-XVIII веках в фонарях маяков горело одновременно несколько дюжин свечей массой по 2- 3 фунта (около 0,9-1,4 кг). В 1784 году появились масляные лампы Арганда, в которых фитиль получал масло под постоянным напором, пламя перестало коптить и сделалось более ярким. В начале XIX века на маяках стали устанавливать газовое освещение. В конце 1858 года на Верхнефорлендском маяке (английский берег Ла-Манша) появилась электрическая осветительная аппаратура.
В России первые маяки были построены в 1 702 году в устье Дона и в 1704 году на Петропавловской крепости в Петербурге. Строительство старейшего маяка на Балтике - Толбухина близ Кронштадта - растянулось чуть ли не на 100 лет. Здание начали строить по приказу Петра I. Сохранился его собственноручный эскиз с указанием основных размеров башни и припиской: «Протчее дастся на волю архитектору». Сооружение каменного здания требовало значительных средств и большого числа искусных каменщиков. Строительство затягивалось, и царь приказал срочно построить временную деревянную башню. Его приказание было выполз юно, и в 1719 году нa Котлинском маяке (название происходит от косы, на которой он был установлен), вспыхнул свет. В 1736 году была предпринята еще одна попытка возвести каменное здание, но закончить его удалось только в 1810 году. Проект разрабатывался с участием талантливого русского зодчего АД. Захарова, создателя здания Главного Адмиралтейства в Петербурге. С 1736 года маяк носит имя полковника Федора Семеновича Толбухина, разгромившего в 1705 году шведский морской десант на Котлинской косе, а затем военного коменданта Кронштадта
Древнейшие маяки мира. 1, 2. Старинные маяки с открытым огнем. 3. Фаросский (Александрийский) маяк. 4. Маяк Ла-Корунья
Круглую невысокую, кряжистую башню Толбухина маяка знают десятки поколений русских моряков. В начале 70-х годов XX века маяк реконструировали. Берег вокруг искусственного островка укрепили железобетонными плитами. На башне сейчас установлена современная оптическая аппаратура, позволяющая увеличить дальность видимости огня, и первая в стране автоматическая ветровая электростанция, обеспечивающая его бесперебойное действие.
В 1724 году в Финском заливе начал работать маяк Керн (Кокшер) на острове того же наименования. К началу XIX века на Балтийском море действовало 15 маяков. Это старейшие маяки в России. Срок их службы превышает 260 и более лет, а маяк Кыпу на острове Даго существует уже более 445 лет.
На некоторых этих сооружениях впервые внедрялась новая маячная техника. Так, на Кери, которому в 1974 году исполнилось 250 лет, в 1803 году был установлен восьмигранный фонарь с масляными лампами и медными отражателями -? первая в России светооптическая система. В 1858 году этот маяк оборудуется (также первой в России) френелевой системой освещения (по фамилии изобретателя французского физика Огюстена Жана Френеля). Эта система представляла собой оптическое устройство, состоявшее из двух плоских зеркал (бизеркал), расположенных под малым (в несколько угловых минут) углом друг к другу.
Таким образом, Кери дважды стал родоначальником различных систем освещения: капитрической - зеркальной отражающей системы, и диоптрической - системы, основанной на преломлении света при прохождении через отдельные преломляющие поверхности. Переход на эти оптические системы во многом улучшил качественные характеристики маяка и повысил эффективность обеспечения безопасности мореплавания.
Роль маяков выполняли и известные 34-мстровые Ростральные колонны, сооруженные в 1806 году в ознаменование славных побед России на море. Они указывали на разветвление Невы на Большую и Малую Неву и были установлены по обе стороны Стрелки Васильевского острова.
Один из старейших маяков на Черном море - Тарханкутский с башней высотой 30 метров. Он вошел в эксплуатацию 16 июня 1817 года. На одном из зданий маяка начертаны слова: «Маяки - святыня морей. Они принадлежат всем и неприкосновенны, как послы держав». Сегодня его белый огонь виден на 17 миль. Кроме того, он оборудован радиомаяком и звуковой сигнализацией.
В 1843 году на самой оконечности Карантинного мола Одесского залива был поставлен брандвахтенный постдом с мачтой, на которой с помощью лебедки поднимали два масляных фонаря. Таким образом, этот год следует считать годом рождения Воронцовского маяка. Однако настоящий маяк на Карантинном молу был открыт только в 1863 году. Это 30-футовая (более 9 м) чугунная башня, увенчанная специальным фонарем.
В 1867 году одесский маяк стал первым в России и четвертым в мире, переведенным на электрическое освещение. Вообще переход на новый источник энергии происходил крайне медленно. В 1883 году из пяти тысяч маяков земного шара только 14 были с электрическими источниками света. Остальные же еще работали на керосиновых, ацетиленовых и газовых светильниках и горелках.
После того как рейдовый мол значительно удлинили, в 1888 году был построен новый Воронцовский маяк, который простоял до 1941 года. Это была чугунная башня высотой 17 метров. В дни обороны Одессы маяк пришлось взорвать. Но именно он изображен на медали «За оборону Одессы». Новый маяк, тот, что мы видим сегодня, построен в начале 1954 года. Башня, имеющая цилиндрическую форму, стала намного выше - 30 метров, не считая 12-метрового основания. В маленьком домике, что на втором причале, смонтировано дистанционное управление всеми механизмами. Строгая белая башня, стоящая на самом краю рейдового мола, изображена на марках и почтовых открытках и стала одним из символов города.
К 1917 году на всех морях России было построено 163 световых маяка. Наиболее слаборазвитую сеть маяков имели моря Дальнего Востока (всего 24 при протяженности побережий в несколько тысяч километров). На Охотском море, например, действовал всего лишь один маяк - Елизавета (на острове Сахалин), на Тихоокеанском побережье также, один - Петропавловский на подходе к порту Петропавловск-Камчатский.
Во время войны значительная часть маяков была разрушена. Из 69 маяков на Черном и Азовском морях оказались полностью уничтоженными 42, из 45 на Балтийском море - 16. Всего же было разрушено и уничтожено 69 маячных башен, 12 радиомаяков, 20 звукосигнальных установок и более ста светящих навигационных знаков. Почти все сохранившиеся объекты средств навигационного оборудования находились в неудовлетворительном состоянии. Поэтому после окончания войны Гидрографическая служба ВМФ приступила к восстановительным работам. По данным на 1 января 1987 года, на морях нашей страны действовало 527 световых маяков, из них 174 - на морях Дальнего Востока, 83 - на Баренцевом и Белом морях, 30 - на побережье Северного Ледовитого океана и 240 - на других морях.
В начале 1982 года огни еще одного дальневосточного маяка - Дум восточная - загорелись на побережье Охотского моря. В пустынной местности между Охотском и Магаданом на склоне сопки поднялась 34-метровая красная чугунная башня.
В 1970 году закончилось строительство стационарного маяка в Таллинском заливе в 26 километрах к северо-западу от порта Таллин (Эстония).
Современные манки. 1. Маяк Песчаный (Каспийское море). 2. Маяк Чибуйиый (остров Шумшу). 3. Маяк Передний Сиверсов (Черное море). 4. Маяк Пильтун (остров Сахалин). 5. Маяк Швентой (Балтийское море). 6. Маяк Таллии
Маяк Таллин был первым в СССР автоматическим маяком, все системы которого получают питание от атомных изотопов. Маяк установлен на глубине 7,5-10,5 метра в районе банки Таллинмадал на гидротехническом основании (каменная постель диаметром 64 метра и железобетонный конический массив-гигант с диаметром основания 26 метров). Коническая форма основания (45°) значительно снижает ледовые нагрузки на сооружение. Маяк ограждает банку и обеспечивает подходы к порту. Железобетонная монолитная цилиндрическая башня маяка высотой 24,4 метра заканчивается остекленным круговым стальным фонарным сооружением. Общая высота маяка от уровня моря 31,2 метра, от дна - 41 метр. Башня облицована чугунными тюбингами, окрашена в черный (нижняя уширенная часть), оранжевый (средняя часть) и белый (верхняя часть) цвета. Имеет восемь этажей, в которых размещены технические и служебные помещения (изотопная энергетическая установка - на первом этаже). Светооптический аппарат обеспечивает дальность действия белого огня на 28 километров. Таллинский маяк оборудован радиомаяком дальностью действия 55 километров, радиолокационным маяком-ответчиком и аппаратурой системы телеуправления всеми навигационными средствами маяка. На высоте 24,2 метра установлена тяжелая бронзовая мемориальная доска, на которой, отлиты названия эскадронных миноносцев, сторожевых кораблей, подводных лодок и вспомогательных судов - всего 72 корабля, погибших во время Великой Отечественной войны в районе Таллина.
Маяки, подобные таллинскому, не нуждаются в обслуживающем персонале. Поэтому в настоящее время взят курс на строительство именно таких маяков.
Среди маяков, построенных и введенных в действие за последние годы, особое место принадлежит автоматическому маяку Ирбенский. Он построен в открытом море на гидротехническом основании. Все технические средства маяка работают автоматически. Маяк оборудован вертолетной площадкой.
Значительное место в навигационном оборудовании, особенно в последнее время, стали занимать импульсные светотехнические средства, с внедрением которых отпадает необходимость в сложных оптических системах. Светотехнические импульсные системы, обладающие огромной силой света, особенно эффективны на высокозасвеченных фонах портов и городов.
Для предупреждения об опасных местах, расположенных в отдалении от берега, или в качестве приемных при подходе к портам используются плавучие маяки, представляющие собой суда специальной конструкции, стоящие на якорях и имеющие маячное оборудование.
Чтобы уверенно опознать маяки днем, им придают различную архитектурную форму и окраску. Ночью же и в условиях плохой видимости экипажам кораблей помогает то, что каждому из маяков присваиваются радиосветовые и акустические сигналы определенного характера, а также огни различных цветов - все это элементы кода, по которому моряки определяют «имя» маяка.
На каждом корабле или судне имеется справочник «Огни и знаки», в котором, содержатся сведения о типе постройки каждого маяка и его окраске, высоте его башни, высоте огня над уровнем моря, характере (постоянном, проблесковом, затмевающемся) и цвете маячного огня. Кроме того, данные о всех средствах навигационного оборудования морей внесены в соответствующие лоции и обозначены на навигационных картах у мест их расположения.
Дальность действия светящих маяков - 20-50 километров, радиомаяков - 30-500 и более, маяков с воздушными акустическими сигналами - от 5 до 15, с гидроакустическими сигналами - до 25 километров. Акустические воздушные сигналы ныне подают наутофоны - ревуны, а раньше на маяках гудел колокол, предупреждая об опасном месте - о мелях, рифах и других навигационных опасностях.
Сейчас трудно себе представить мореплавание без маяков. Погасить их свет - все равно, что каким-то образом убрать звезды с небосклона, используемые мореплавателями для определения места корабля астрономическим способом.
Выбором мест, установкой, обеспечением непрерывного действия маяка занимаются люди особой специальности - гидрографы. В военное время их работа приобретает особое значение. Когда утром 26 декабря 1941 года корабли Черноморского флота и корабли, входившие в состав Азовской флотилии и Керченской военно-морской базы, начали высадку десанта на северо-восточное побережье Керченского полуострова, успешным действиям десанта способствовало хорошо организованное гидрографическое обеспечение. Накануне высадки были оборудованы створы из двух светящих портативных буев вблизи берега на подходах к Феодосии, а также установлены ориентирные огни, в том числе и на скале Эльчан-Кая.
Глухой ночью 26 декабря лейтенанты Дмитрий Выжулл и Владимир Моспан скрытно высадились с подводной лодки Щ-203, на резиновой шлюпке добрались до обледенелой отвесной скалы, с большим трудом поднялись с аппаратурой на ее вершину и установили там ацетиленовый фонарь. Этот огонь надежно обеспечивал подход наших кораблей с десантом к берегу, а также являлся хорошим ориентиром для подходивших к Феодосии десантных судов. Подводная лодка, с которой высадились смельчаки, была вынуждена отойти от скалы и погрузиться из-за появления вражеского самолета. В установленное время к месту встречи с гидрографами лодка не подошла, а поиск их, произведенный несколько позднее, закончился неудачей. Имена лейтенантов Дмитрия Герасимовича Выжулла и Владимира Ефимовича Моспана занесены на мемориальную доску погибших, установленную в здании Гидрографического отдела Черноморского флота, их фотографии помещены на стенде гидрографов, погибших в годы Великой Отечественной войны, в Главном управлении навигации и океанографии.
Во время героической обороны Севастополя Херсонесский маяк под непрерывной бомбежкой и артобстрелом продолжал действовать, обеспечивая вход и выход кораблей.
В период третьего штурма города, 2 июня - 4 июля 1942 года, на Херсонес обрушились атаки более 60 вражеских бомбардировщиков. Все жилые и служебные помещения маяка были разрушены, оптика разбита.
Начальник маяка, отдавший флоту более 50 лет своей жизни, Андрей Ильич Дударь, несмотря на тяжелое ранение, оставался на боевом посту до конца. Вот строки из ходатайства о присвоении пассажирскому теплоходу имени «Андрей Дударь»: «... потомственный моряк Черноморского флота - его дед был участником первой обороны Севастополя, отец 30 лет служил смотрителем Херсонесского маяка. Родился Андрей Ильич на маяке, служил матросом на эскадренном миноносце «Керчь». По окончании гражданской войны работал по восстановлению флота. Великую Отечественную войну начал в должности начальника маяка...» Работа на маяке требует от людей особой закалки. Жизнь маячников устроенной не назовешь, особенно зимой. Народ этот большей частью суровый, неизбалованный.
У маячников удивительно остро отточено чувство долга и ответственности. Однажды Александр Блок писал матери из маленького порта Аберврак в Бретани: «Недавно на одном из вертящихся маяков умер сторож, не успев приготовить машину к вечеру. Тогда его жена заставила детей вертеть машину руками всю ночь. За это ей дали орден Почетного легиона». Американский поэт-романтик Г. Лонгфелло, автор замечательного эпоса о народном герое индейцев «Песнь о Гайавате», так писал о вечной связи маяка с судном:
Как Прометей, прикованный к скале, Держа похищенный у Зевса свет, Встречая грудью шторм в ревущей мгле, Он посылает морякам привет: «Плывите, величавые суда!»
Океан заставил гидрографов создать целую систему защиты от морских опасностей, которая совершенствовалась вместе с мореплаванием. Она будет развиваться и совершенствоваться до тех пор, пока существуют океан и корабли.
Таким образом, при плавании вблизи берегов маяки, вершины гор, отдельные приметные места на побережье давно служат ориентирами для моряков. Определив по компасу направления (пеленги) на два-три таких предмета, моряки получают на карте точку - место, в котором находится их корабль. А как быть, если нет приметных мест или берег скрылся за горизонтом? Именно это обстоятельство долгое время было непреодолимым препятствием для развития мореплавания. Даже изобретение компаса - ведь он показывает лишь направление движения судна - не разрешило проблему.
Когда стало известно, что можно определить долготу по хронометру, а широту - по высотам светил, потребовался надежный угломерный прибор для определения высот.
Прежде чем появился и утвердил свое превосходство угломерный прибор, устраивающий моряков, секстант, немало других приборов, его предшественников, перебывало на кораблях. Самым первым среди них, пожалуй, Была, морская астролябия - бронзовое кольцо с делениями на градусы. Через центр проходила алидада (линейка), обе половины которой были смещены относительно друг друга. При этом край одной был продолжением противоположного края другой, дабы линейка возможно точнее проходила через центр. На алидаде имелось два отверстия: большое - для поиска светила, а малое - для его фиксирования. Во время измерений ее держали или подвешивали за кольцо.
Угломерные приборы и хронометр. 1. Астролябия. 2. Квадрант. 3. Хронометр. 4. Секстант
Такой инструмент годился лишь для грубых наблюдений: он колебался не только во время качки и в ветреную погоду, но и от простого прикосновения рук. Тем не менее самые первые дальние плавания были совершены именно с подобным прибором.
Впоследствии в употребление вошло астрономическое кольцо. Кольцо тоже приходилось подвешивать, но во время измерений не было надобности касаться его руками. Крошечный солнечный зайчик, проникая через отверстие на внутреннюю поверхность кольца, падал на шкалу с делениями. Но и астрономическое кольцо было примитивным прибором.
Вплоть до XVIII века навигационным инструментом для измерения углов служил посох Иакова, известный также под названиями астрономический луч, стрела, золотой жезл, но больше всего как градшток. Он состоял из двух реек. На длинную рейку перпендикулярно ей была насажена подвижная поперечная. На длинной рейке нанесены деления на градусы.
Для измерения высоты звезды наблюдатель располагал длинную рейку одним концом у глаза, а короткую передвигал так, чтобы она одним своим концом коснулась звезды, а другим - линии горизонта. Одна и та же короткая рейка не могла служить для измерения любых высот звезд, поэтому к прибору их прилагалось несколько. Несмотря на свое несовершенство, градшток просуществовал около ста лет, пока в конце XVII века известный английский мореплаватель Джон Дэвис не предложил свой квадрант. Он состоял из двух секторов с дугой в 65 и 25° с двумя подвижными диоптрами и одним неподвижным в общей вершине секторов. Наблюдатель, глядя в узкую прорезь глазного диоптра, проектировал нить предметного диоптра на визируемый предмет. После этого суммировали отсчет по дугам обоих секторов. Но и квадрант был далек от совершенства. Стоя на раскачивающейся палубе, совмещать нить, горизонт и солнечный зайчик было делом нелегким. В спокойную погоду это удавалось, но на волнении высоты измерялись очень грубо. Если солнце светило сквозь мглу, его изображение на диоптре расплывалось, а звезды и вовсе были невидимы.
Для измерения высот нужен был прибор, который позволял бы совместить светило с линией горизонта один раз и независимо от движения корабля и положения наблюдателя. Идея устройства такого прибора принадлежит И. Ньютону (1699), но сконструирован он был Дж. Гадлеем в Англии и Т. Годфреем в Америке (1730- 1731) независимо друг от д руга. Этот морской угломерный прибор имел шкалу (лимб), которая составляла одну восьмую окружности, и потому был назван октан. В 1757 году капитан Кампелл усовершенствовал этот навигационный инструмент, сделав лимб в одну шестую окружности, прибор получил название секстант. Им можно измерять углы до 120°. Секстан, так же как и его предшественник октан, относится к многочисленной группе инструментов, в которых использован принцип двойного отражения. Поворачивая большое зеркало прибора, можно послать отражение светила на малое зеркало, совместить край отраженного светила, например солнца, с линией горизонта и в этот момент взять отсчет.
Стечением времени секстан совершенствовался: была поставлена оптическая трубка, ввели ряд цветных фильтров для защиты глаза от яркого солнца во время наблюдений. Но, несмотря на появление этого совершенного угломерного прибора и на то, что к середине XIX века мореходная астрономия стала уже самостоятельной наукой, методы определения координат были ограничены и неудобны. Определять широту и долготу в любое время суток моряки не умели, хотя ученые и предложили ряд громоздких и трудных математических формул. Эти формулы практического распространения не получили. Широту обычно определяли только раз в сутки - в истинный полдень; в этом случае формулы упрощались, а сами расчеты сводились к минимуму. Хронометр позволял определить долготу в любое время суток, но при этом надо было знать широту своего места и высоту солнца. Лишь в 1837 году английский капитан Томас Сомнер благодаря счастливой случайности сделал открытие, оказавшее значительное влияние на развитие практической астрономии, он разработал правила получения линии равных высот, прокладка которых на карте меркаторской проекции давала возможность получить обсервованное место. Эти линии были названы сомнеровыми в честь открывшего их капитана.
Имея секстант, хронометр и компас, штурман может вести любой корабль, независимо от того, есть на нем другие, пусть даже самые современные навигационные электронные комплексы. С этими испытанными временем приборами моряк свободен и независим от любых превратностей в открытом море. Штурман, пренебрежительно относящийся к секстану, рискует оказаться в тяжелом положении.
Вперед
Оглавление
Назад
Теперь требовалось точно определить время дня. Фесс поднял астролябию над лицом, направил на солнце, и до тех пор поворачивал подвижный бегунок, пока в щели визира не показалась тень... Обычное дело, мореходы, купцы, астрологи проделывали это регулярно.
Ник Перумов «Одиночество мага»
Истории о дерзких морских путешествиях с давних пор поражали воображение людей. Мало кто из авторов приключенческих романов обошёл стороной романтику волн и скрипящей мачты - вспомним хотя бы «Морского волка» Джека Лондона. Но то, что нам кажется приключениями, для штурмана тяжёлая работа, ведь одна ошибка в расчётах координат и курса может стоить всей команде жизни.
Небесные маяки
В древности мореплаватель, удалившийся от берега, мог ориентироваться только по Солнцу и звёздам. Но Солнце почти нигде и почти никогда не восходит строго на востоке, так что этот способ не годился для дальних плаваний, пока не были составлены подробные таблицы для всех широт и дней года. Гораздо надёжнее Полярная звезда: она лежит практически на линии оси вращения Земли и потому всегда показывает направление на север. В южном полушарии мореплаватели ориентировались по созвездию Южный Крест. К началу новой эры появился каталог с положениями 850 звёзд, составленный древнегреческим ученым Гиппархом, который известен также тем, что ввёл понятия долготы и широты и рассчитал первые таблицы движения Солнца и Луны. Однако трудно полагаться на небесные светила, когда небо может неделями быть затянуто облаками.
Волшебный металл
Покорить океаны позволили европейцам не столько манёвренные каравеллы, сколько компас, остающийся в истории мореплавания самым значимым изобретением. Само слово произошло от итальянского compasso, что означает «спутник». Компас стал неотъемлемым спутником мореплавателей.
Магнитный железняк был известен ещё древним грекам, задолго до начала нашей эры. Его находили вблизи города Магнезия, от которого магнит и получил название. Однако сделать магнитную стрелку первыми догадались китайцы. От них же пошло деление окружности на градусы. Изначально они делили горизонт на 365 делений по числу дней в году, а позже европейцы округлили число делений до 360.
В Европу компас попал, видимо, через арабских торговцев, плававших в Китай. В качестве стрелки сначала стали использовать намагниченную швейную иголку: её втыкали в кусочек пробки, который опускали в воду. Но вскоре европейцы начали делать сухие компасы, где стрелка свободно вращалась, опираясь на вертикальный стержень. Китайцы же ещё пять столетий, до 17-го века, продолжали использовать «отсталые» водяные компасы.
У тебя кардан гнутый
Важнейшее усовершенствование компаса сделал Джероламо Кардано, фамилия которого хорошо известна каждому автослесарю. Его именем назван не только карданный вал, используемый в заднеприводных автомобилях, но и карданов подвес - система колец, которая обеспечивает горизонтальное положение предмета, закреплённого в центре, даже в сильнейшую качку. На создание этого устройства изобретателя подвигло желание сделать королевское кресло в карете устойчивым и комфортным. Применение же оно нашло в мореплавании - для стабилизации компаса, а с 18-го века - и пружинного хронометра.
А всё-таки она отклоняется
Все лаги со времён Рима и до середины 20-го века имели один существенный недостаток: они мерили скорость судна относительно воды и не учитывали сноса судна от ветра или течения. Ситуацию изменило создание гидроакустического лага, или гидролокатора, в 1970-е годы. Устройство определяет скорость судна относительно морского дна, излучая импульсы определённой частоты и принимая отражённый сигнал. По сдвигу частоты на основе эффекта Допплера автоматически вычисляется скорость судна. К сожалению, и этот способ далёк от совершенства: на глубинах более 300 метров работа гидролокатора становится неустойчивой, поскольку сигналы отражаются не только ото дна, но и от границы между слоями воды с разной температурой и плотностью, что создает помехи.
Христофор Колумб во время своего знаменитого плавания 1492 года открыл явления магнитного склонения. Он обнаружил, что стрелка компаса иногда указывает не на Полярную звезду, а отклоняется на несколько градусов к западу или к востоку. Наблюдения последующих столетий показали, что склонение меняется и от места к месту, и в одной и той же точке с течением времени. Особенно сильно это проявляется в полярных широтах, ведь магнитные полюса не совпадают с географическими и находятся в постоянном движении. Так, за 100 лет магнитное склонение в районе Лондона изменилось на 35 градусов: с 11 восточного до 24 западного. Ученые до сих пор не могут с полной уверенностью объяснить, почему магнитное поле земли неравномерно и изменчиво. Большинство из них склоняется к гипотезе о том, что это связано с течениями магмы в недрах Земли.
Со временем появились карты, по которым можно было довольно точно определить склонение в той или иной точке, но никакие карты не могли решить другую проблему: уже Джон Кабот, современник Колумба, заметил, что стрелка компаса «врёт», если вблизи есть железные предметы. В 19-м веке, когда появились линейные корабли с корпусами из стали, это свойство из проблемы превратилось в бедствие. На таких кораблях стрелка отклонялась от направления север-юг то так, то эдак. Обычный компас в подобных условиях был бесполезной побрякушкой. Способ борьбы с явлением, названным девиацией, нашли довольно быстро: чтобы погасить девиацию, нужно поместить вокруг компаса так называемые «компенсационные магниты», представляющие собой массивные куски железа, например, чугунные чушки или ящики с гвоздями. Принцип борьбы с девиацией магнитного компаса не изменился до наших дней, зато появился принципиально иной тип компаса, который сделал ненужными борьбу с девиацией и постоянные поправки на склонение.
Новое устройство получило название гирокомпаса, и основано оно на свойстве гироскопа - массивного вращающегося тела - сохранять направление своей оси, несмотря на внешние воздействия. Чтобы представить в общих чертах, что такое гироскоп, вспомните юлу, с которой вы играли в детстве. Гирокомпас - устройство более сложное, чем просто гироскоп. Его работа завязана на вращение Земли, и он всегда указывает на географический полюс планеты. Корабельные гирокомпасы 20-го века - массивные устройства: один только ротор в них может весить 25 кг. Атомные крейсеры и подводные лодки второй половины века стали снабжаться ещё более сложным оборудованием - так называемыми инерциальными системами, которые вычисляют направление и скорость судна, исходя из постоянно меняющихся ускорений, и отличаются высокой точностью.
Узелок завяжется...
Древние римляне были ушлыми ребятами, когда дело касалось всякого рода изобретений. К примеру, они опускали за борт колесо, соединённое с механизмом, который при каждом полном обороте отстреливал камушек в счётную кружку, а время замеряли по водным часам (кстати, именно от использования водных часов пошло выражение «время истекло»). Какой скорости (в римских милях) соответствует то или иное число камушков, определяли, что называется, эмпирически, то есть из опыта - по наблюдениям с берега.
Пала Римская империя, а тёмная Европа не смогла сохранить знание. И главным инструментом штурмана на несколько столетий стал его острый глаз. Наконец, в 17-м веке появилось устройство, названное ручным лагом. Он состоял из свободно вращающейся катушки, намотанного на неё троса (лаглиня) с узлами на равных расстояниях и деревянной дощечкой на конце, которая получила название сектор, поскольку представляла собой как бы четвертинку круга. Благодаря такой форме дощечка с грузилом, погружаясь, принимала вертикальное положение. Получался отличный поплавок, который, упав в воду, оставался стоять на месте, в то время как корабль двигался. Чем быстрее двигался корабль, тем больше верёвки успевало смотаться с катушки за полминуты. Узлы на верёвке были навязаны через каждые 50 футов, что равнялось 1/120 мили, времени всегда засекалось 30 секунд, то есть 1/120 часа. Посчитав, сколько узлов сошло с катушки, нетрудно определить скорость. Отсюда и пошла используемая доныне мера скорости «узел», равная одной морской миле в час.
Боремся с лагами
О возможности мерить скорость судна, используя вертушку, писал ещё Леонардо да Винчи, но первые такие устройства стали появляться только в начале 18-го века. По-настоящему широкое распространение получил только гакабортный лаг, изобретённый англичанином Томасом Уокером в 1878 году. Этот лаг устанавливался на гакаборте судна (верхней части кормы), за борт на всю длину спускался трос с вертушкой на конце, вертушка начинала вращаться от движения, трос передавал вращение на счётчик оборотов, и для снятия показаний не нужно было вытаскивать лаг из воды. Гакабортный лаг показывал число пройденных миль с точностью до 1/6 и пищал через каждый такой промежуток, чтобы по сигналам можно было отмечать время на часах и рассчитывать скорость.
В 1936 году появился гидравлический лаг - Г-образная труба, опущенная за борт отверстием навстречу потоку воды. Чем быстрее двигалось судно, тем больше было давление воды в трубе, а по давлению автоматически определялись скорость и пройденное расстояние.
Семь футов под килем
Устройство для измерения глубины - лот - самое древнее навигационное средство. О нем упоминает ещё Геродот. Немудреный механизм, состоявший из груза, привязанного к верёвке, - лотлиню - позволял определять глубину под днищем, чтобы обходить мели, а по грунту, прилипшему к грузу, судить о положении судна (например, илистый грунт - свидетельство близости реки).
Вплоть до Нового времени при плавании в неглубоких морях ручной лот служил часто единственным навигационным средством. На карте Фра Мауро 1458 года есть запись о Северном и Балтийском морях: «На этих морях плавают без карты и компаса, а при помощи лота».
Несколько футов чистой воды под килем считались вполне достаточной гарантией безопасности. Пожелание «семи футов под килем» (чуть больше двух метров), зародившееся, видимо, в начале 16-го века, во времена Магеллана, стало добрым напутствием каждому моряку.
Обычные лоты становились бесполезны на скоростях больше пяти узлов, поскольку матросу-лотовому не удавалось засечь момент, когда лотлинь принимал вертикальное положение. И, разумеется, обычные лоты не годились для измерения океанических глубин, и дело не только в том, что верёвки не напасешься, но и в повышенном давлении в толще воды и подводных течениях - не удается заметить момент, когда гиря касается дна.
Попытки решить вторую проблему стали более или менее успешными в 19-м веке, когда появились лот с потерянным грузом (при касании дна основной груз отцеплялся, что мог почувствовать лотовой) и спусковой станок с автоматическим стопором, который реагировал на такое изменение в натяжении лотлиня, какое не смог бы ощутить человек.
Но кардинально проблема была решена только в 1920-е, когда стали применять лоты, работающие по принципу эхолокации. Эхолоты посылают ультразвуковые волны вертикально вниз и отсчитывают время до получения отражённого сигнала. Скорость распространения акустических волн в определённой среде известна, так что автоматически рассчитать глубину несложно.
Что говорят звёзды
Итальянец Флавий Джой сделал отсчёт показаний компаса намного удобнее, создав компасную картушку (деления, нанесённые на диске компаса). С тех пор направление стали отсчитывать румбами. Итальянцы ввели деление окружности на 32 румба. Слово пошло от греческого rhombos, означавшего три различных понятия: юла, круговое движение и геометрическую фигуру ромб. В то время Голландия была передовой морской державой, она раньше других поставила на широкую ногу использование румбовой системы, и долгое время румбы назывались голландскими словами Ost (восток), Sud (юг), West (запад) и Nord (север). Так, румб NNO читался как норд-норд-ост и означал северо-северо-восток. В конце 20-го века буква O в обозначениях румбов была заменена на E (английское east). |
Стрелка компаса отклоняется то туда, то сюда, а лаг ничего не говорит о движении самой воды. В результате через несколько дней плавания корабль будет уже совсем не там, куда должен прибыть по расчётам, а это может стоить команде жизни.
Уточнять координаты, когда виден берег с известными ориентирами, несложно, и этот способ применяли с древних времён: с помощью угломерного устройства берется пеленг на два-три объекта. Пеленг - это то же, что азимут, то есть угол между направлением на север и на объект. По двум пеленгам вычисляется угол между объектами. Зная расстояние между объектами на берегу, можно вычислить, где находится корабль.
Тяжелее приходится в открытом море. Здесь приходится мерить углы между горизонтом и Солнцем или между звёздами.
Первым навигационным инструментом для этих целей, который нашёл широкое применение в мореходстве, стала астролябия. Она была известна ещё в античности, европейцы же узнали о ней в позднее средневековье от арабов, которые оказались бережными хранителями античных познаний. Навигационная астролябия отличалась о той, которую использовали звездочёты, более простым устройством: к ней не прилагалось дисков со звёздными картами. Она представляла собой диск с кольцом для подвешивания, с градусными делениями по окружности и с осью в центре, на которую была надета алидада - что-то вроде прицела: рейка, на концах которой торчат планки с прорезями. Если приложить глаз к одному концу алидады, а другой повернуть так, чтобы в прорезях стало видно какое-нибудь светило, то остается замерить угол между алидадой и горизонтальной поверхностью, чтобы узнать, как высоко светило висит над горизонтом. Именно для измерения угла и предназначен диск астролябии: когда один человек наводил «прицел» на светило, другой засекал угол по меткам на диске. Астролябию подвешивали, чтобы она под действием силы тяжести не меняла своего наклона даже во время качки. Точность измерений была тем больше, чем больше была окружность и, соответственно, градусные деления. Поэтому диски астролябий тяжёлые и большие.
У астролябии было два недостатка. Во-первых, её точность была недостаточна: ошибка при определении широты могла составлять несколько градусов, а один градус широты - это более 100 километров. Во-вторых, наблюдателю приходилось смотреть непосредственно на небесные светила, что в случае с Солнцем весьма болезненно.
Свет мой, зеркальце, скажи...
Обе проблемы решило изобретение секстанта. Прибор был назван так потому, что его шкала составляла 60 градусов - шестую часть окружности. Секстант позволяет наблюдать не само светило, а его отражение. Он снабжён комплектом затемнённых стёклышек, которые можно выставить перед зеркальцем, чтобы уменьшить яркость. Это само по себе увеличивает точность, ведь наблюдатель может смотреть на затемнённое отражение сколько угодно, а потому выставить прицел ровно по самому краю Солнца несложно. Точности добавляет специальный винт, вращением которого можно сдвигать шкалу прибора на мизерные расстояния, чего не сделаешь голыми руками. В результате точность измерений составляет 10 секунд, то есть 1/360 часть градуса. Но главное новшество, благодаря которому секстант востребован до сих пор, это принцип совмещения отражений. Искомый угол на шкале достигается, когда наблюдатель видит в окуляр, как линия горизонта перед ним оказывается на одном уровне с краешком солнца, отражённого через два зеркальца. Одно из зеркал неподвижно и находится прямо перед объективом наблюдательной трубы, а второе меняет свой угол, когда наблюдатель двигает градусную шкалу. В какой-то момент угол становится таким, что отражение светила с подвижного зеркальца попадает на неподвижное, и тогда «цель захвачена».
С точностью до секунды
Надо сказать, что у изобретателей в 17-19 веках был огромный стимул придумывать точные навигационные приборы. Морские державы страдали от неточности измерений. Например, испанским галеонам, гружёным золотом, не всегда удавалось встретиться с вооружённым конвоем, посланным навстречу, и их часто грабили пираты. Поэтому правители Голландии, Испании, Франции, Англии учреждали баснословные премии за изобретение точных приборов. Так, в 1714 году английская королева Анна установила премию в 20 тысяч фунтов (несколько миллионов евро по современным меркам) тому, кто найдёт способ определять долготу с точностью до полградуса. Единственным, кто получил её в полном объёме, правда, не всю сразу, стал простой часовой мастер Джон Гаррисон.
Он собрал пружинный хронометр, который, в отличие от маятниковых часов, сбивавшихся при качке, «уходил» за несколько месяцев всего на пару минут. С хронометром можно было даже в многолетнем кругосветном путешествии всегда знать время по Гринвичу (нулевому меридиану, установленному по городу Гринвич вблизи Лондона). Теперь, чтобы вычислить долготу, нужно было по секстанту определить, когда солнце в наивысшей точке, а по хронометру засечь этот момент. А дальше - примитивная арифметика. Ведь Земля делает полный оборот вокруг оси за 24 часа, а значит, 15 градусов за один час. И если, например, в Гринвиче только два часа ночи, а у нас в открытом океане, по солнцу, уже полдень, значит, у нас он на десять часов раньше, чем в Гринвиче, то есть мы на 150 градусах восточной долготы - где-то в Тихом океане, болтаемся между Камчаткой и Соломоновыми островами.
Глобальность во всём
Мореплавание начиналось с путешествий вблизи берега, не требовавших особого арсенала навигационных приборов. А вот знание признаков местности в таких походах очень ценилось. Сохранился документ 4 века н. э., где сообщается о небывалом мастерстве индийского лоцмана Супараги: «Он различал районы океана по цвету воды и характеру дна, по рыбам и птицам, по горам на берегу и другим признакам...» Понятно, что не все были такими наблюдательными, как Супарага, и в помощь мореплавателям уже в древние века сооружались маяки. Некоторые из них были просто-таки громадными. Александрийский маяк на острове Фарос, построенный в 290 г. до н.э., - одно из семи чудес древнего мира. Он, возможно, достигал высоты 160 метров, что примерно соответствует высоте здания Министерства иностранных дел в Москве.
К концу второго тысячелетия мир изменился до неузнаваемости, в том числе для навигаторов. В первую очередь благодарить за это надо военных. Точное наведение ядерных баллистических ракет - дело серьёзное, поэтому сверхдержавы в разгар холодной войны решили создать систему, которая давала бы точные координаты любого приёмника на поверхности планеты независимо от времени дня и даже в случае уничтожения наземных радиомаяков. Для достижения этой цели необходимо было иметь около двух десятков спутников на орбите с приёмником-передатчиком и сверхточными атомными часами, мощные компьютерные центры на Земле для выполнения огромных вычислений в реальном времени и, собственно, приёмник у вас на ладони, которому нужен контакт хотя бы с четырьмя спутниками одновременно. Всё это вместе получило название Система глобального позиционирования (GPS), а американская система NAVSTAR оказалась в девяностые годы единственной действующей, поскольку советская система ГЛОНАСС, почти завершённая, быстро пришла в негодность после распада СССР. В 2000-х восстановление ГЛОНАСС стало приоритетной задачей государства, и запуски новых спутников идут в ускоренном темпе.
Пока же автомобилисты, моряки и лётчики всего мира пользуются услугами американского созвездия спутников, и точность составляет для гражданских порядка 20 метров, а для американских военных, не обременённых преднамеренными ограничениями точности, около 3 метров. GPS позволяет моряку определять свои координаты и скорость с высокой точностью, а также видеть пройденный маршрут и прокладывать курс прямо на экране приёмника.
Первый инструмент для измерения угловой высоты Солнца появился ещё в древнем Египте. Называется он гномон и представляет собой колышек известной длины, строго вертикально воткнутый в землю. В разное время дня отмечалась длина тени, которую отбрасывал колышек, бралась самая короткая, и по двум сторонам треугольника - длине колышка и длине тени - по тригонометрическим формулам вычислялись углы треугольника, один из которых равнялся высоте Солнца над горизонтом. А высоты Солнца в полдень в известную дату достаточно, чтобы рассчитать широту. На море метод, к сожалению, неприменим из-за качки..