Секстант

Секстант

Секстантный является двойным отражающей навигацией инструмента , который измеряет угловое расстояние между двумя видимыми объектами. В первую очередь секстант используется для измерения угла между астрономическим объектом и горизонтом в целях астрономической навигации .

Оценка этого угла, высоты, называется прицеливанием или стрельбой по объекту или прицеливанием . Угол и время, когда он был измерен, можно использовать для расчета линии положения на морской или аэронавигационной карте - например, при наведении на Солнце в полдень или на Полярную звезду ночью (в Северном полушарии) для оценки широты . Наблюдение за высотой ориентира может дать меру расстояния, и, если держать его в горизонтальном положении, секстант может измерять углы между объектами для позиции на карте . ^[1] Секстант также можно использовать для измерения лунного расстояния между Луной и другим небесным объектом (например, звездой или планетой), чтобы определить среднее время по Гринвичу и, следовательно, долготу .

Принцип инструмента был впервые реализован примерно в 1731 году Джоном Хэдли (1682–1744) и Томасом Годфри (1704–1749), но он также был обнаружен позже в неопубликованных трудах Исаака Ньютона (1643–1727).

В 1922 году он был модифицирован для воздушной навигации португальским штурманом и военно-морским офицером Гаго Коутиньо .

Навигационные секстанты [ править ]

Использование секстанта

Подобно квадранту Дэвиса , секстант позволяет измерять небесные объекты относительно горизонта, а не относительно инструмента. Это обеспечивает отличную точность. Кроме того, в отличие от посоха , секстант позволяет напрямую наблюдать за звездами. Это позволяет использовать секстант ночью, когда использовать задний посох сложно. Для наблюдений за Солнцем фильтры позволяют прямое наблюдение за солнцем.

Поскольку измерение производится относительно горизонта, измерительная стрелка представляет собой луч света, достигающий горизонта. Таким образом, измерение ограничено угловой точностью инструмента, а не синусоидальной погрешностью длины алидады , как в морской астролябии или аналогичном более старом инструменте.

Секстант не требует полностью устойчивой цели, потому что он измеряет относительный угол. Например, когда секстант используется на движущемся корабле, изображение горизонта и небесного объекта будет перемещаться в поле зрения. Однако относительное положение двух изображений останется неизменным, и до тех пор, пока пользователь может определить, когда небесный объект касается горизонта, точность измерения будет оставаться высокой по сравнению с величиной движения.

Секстант не зависит от электричества (в отличие от многих форм современной навигации) или от чего-либо, зависящего от сигналов, управляемых человеком (например, спутников GPS). По этим причинам он считается в высшей степени практичным резервным навигационным инструментом для судов.

Дизайн [ править ]

Кадр секстантом находится в форме сектора , который составляет примерно ¹ / ₆ окружности (60 °), ^[2] , следовательно , его название ( Sextans, -antis является латыни слово «одну шестую»). Оба меньшие и большие инструменты (или были) в пользовании: октант , секстант , измеряющие углы в диапазоне от 0 до 144 градусов (или pentant ) и (дважды отражающий) квадрант ^[3] пролет секторов приблизительно ¹ / ₈ окружности (45 °), ¹ / ₅ окружности (72 °) и ¹ / ₄окружности (90 °) соответственно. Все эти инструменты можно назвать «секстантами».

К раме прикреплены «зеркало горизонта», указательный рычаг, который перемещает указательное зеркало , визирный телескоп, солнцезащитные козырьки, градуированная шкала и микрометрический барабан для точных измерений. Шкала должна быть градуирована так, чтобы отмеченные деления на градусы регистрировали удвоенный угол поворота рычага указателя. Шкалы октанта, секстанта, квинтанта и квадранта градуированы от нуля до 90 °, 120 °, 140 ° и 180 ° соответственно. Например, секстант, показанный рядом, имеет шкалу с градуировкой от -10 ° до 142 °, так что это, по сути, квинтант: рамка представляет собой сектор круга, образующий угол 76 ° (а не 72 °) на оси поворота. указательная рука.

Необходимость показания удвоенной шкалы следует из рассмотрения соотношений неподвижного луча (между зеркалами), предметного луча (от наблюдаемого объекта) и направления нормали, перпендикулярной к индексному зеркалу. Когда рычаг указателя перемещается на угол, скажем, 20 °, угол между фиксированным лучом и нормалью также увеличивается на 20 °. Но угол падения равен углу отражения, поэтому угол между лучом объекта и нормалью также должен увеличиться на 20 °. Следовательно, угол между фиксированным лучом и лучом объекта должен увеличиться на 40 °. Это случай, показанный на рисунке рядом.

Сегодня на рынке представлены два типа зеркал горизонта. Оба типа дают хорошие результаты.

Традиционные секстанты имеют полузеркальное зеркало, которое делит поле зрения пополам. С одной стороны вид на горизонт; с другой стороны - вид на небесный объект. Преимущество этого типа в том, что и горизонт, и небесный объект максимально яркие и четкие. Это лучше всего в ночное время и в тумане, когда горизонт и / или видимую звезду трудно увидеть. Тем не менее, нужно охватить небесный объект, чтобы убедиться, что нижняя часть небесного объекта касается горизонта.

В секстантах всего горизонта используется наполовину посеребренное зеркало горизонта, чтобы обеспечить полный обзор горизонта. Это позволяет легко увидеть, когда нижняя конечность небесного объекта касается горизонта. Поскольку большинство видов - это солнце или луна, а дымка редко бывает без облачности, преимущества полугоризонтного зеркала при слабом освещении редко бывают важными на практике.

В обоих типах зеркала большего размера дают большее поле зрения и, таким образом, облегчают поиск небесного объекта. Современные секстанты часто имеют зеркала размером 5 см или больше, в то время как секстанты 19 века редко имели зеркало больше 2,5 см (один дюйм). В значительной степени это происходит потому , что плоские зеркала точности выросло менее дорогие в изготовление и серебро .

Искусственный горизонт полезен, когда горизонт невидим, как это происходит в тумане, безлунными ночами, в штиль, при наблюдении через окно или на земле, окруженной деревьями или зданиями. Существует две распространенных конструкции искусственного горизонта. Искусственный горизонт может состоять просто из бассейна с водой, защищенного от ветра, что позволяет пользователю измерить расстояние между телом и его отражением и разделить его на два. Другая конструкция позволяет устанавливать заполненную жидкостью трубку с пузырьком непосредственно на секстанте.

У большинства секстантов также есть фильтры для использования при просмотре солнца и уменьшения эффекта тумана. Фильтры обычно состоят из серии постепенно темных очков, которые можно использовать по отдельности или в комбинации, чтобы уменьшить дымку и яркость солнца. Однако производятся также секстанты с регулируемыми поляризационными фильтрами, в которых степень затемнения регулируется путем поворота рамки фильтра.

Большинство секстантов устанавливаются для просмотра с помощью монокуляра с 1 или 3- кратным увеличением. Многие пользователи предпочитают простую прицельную трубку, которая имеет более широкое и яркое поле зрения и ее легче использовать в ночное время. Некоторые навигаторы устанавливают светоусиливающий монокуляр, чтобы видеть горизонт безлунными ночами. Другие предпочитают использовать освещенный искусственный горизонт. ^{[ необходима цитата ]}

В профессиональных секстантах используется измеритель степени щелчка и регулировка червяка с точностью до минуты , 1/60 градуса . Большинство секстантов также имеют нониус на червячном циферблате с точностью до 0,1 минуты. Поскольку 1 минута ошибки составляет около морской мили , наилучшая возможная точность астрономической навигации составляет около 0,1 морской мили (200 м). В море приемлемы результаты в пределах нескольких морских миль, в пределах видимости. Высококвалифицированный и опытный штурман может определить местоположение с точностью до 0,25 морской мили (460 м). ^[4]

Изменение температуры может исказить дугу, что приведет к неточности. Многие мореплаватели покупают водонепроницаемые футляры, чтобы их секстант можно было разместить вне кабины, чтобы уравновесить внешнюю температуру. Стандартные конструкции рамы (см. Иллюстрацию) предназначены для компенсации дифференциальной угловой погрешности, связанной с изменениями температуры. Ручка отделена от дуги и рамы, чтобы тепло тела не деформировало раму. Секстанты для тропического использования часто окрашиваются в белый цвет, чтобы отражать солнечный свет и оставаться относительно прохладными. Высокоточные секстанты имеют инвар.(специальная сталь с низким коэффициентом расширения) рама и дуга. Некоторые научные секстанты были построены из кварца или керамики с еще меньшим расширением. Многие коммерческие секстанты используют латунь или алюминий с низким коэффициентом расширения. Латунь имеет меньшее расширение, чем алюминий, но алюминиевые секстанты легче и менее утомительны в использовании. Некоторые говорят, что они более точны, потому что рука меньше дрожит. Твердые латунные секстанты каркаса менее восприимчивы к раскачиванию при сильном ветре или при работе судна в сильном море, но, как уже отмечалось, они значительно тяжелее. Также производятся секстанты с алюминиевым каркасом и латунными дугами. По сути, секстант является индивидуальным для каждого навигатора, и они выберут ту модель, которая лучше всего им подходит.

Секстанты для самолетов сейчас сняты с производства, но имеют особые особенности. У большинства из них был искусственный горизонт, чтобы можно было смотреть через прозрачное окно над головой. Некоторые из них также имели механические усреднители, позволяющие производить сотни измерений за один взгляд для компенсации случайных ускорений в жидкости искусственного горизонта. У старых секстантов самолетов было два пути обзора, один стандартный, а другой предназначенный для использования в самолетах с открытой кабиной, которые позволяли смотреть прямо над секстантом на коленях. Более современные секстанты самолетов были перископическими с небольшим выступом над фюзеляжем . С их помощью навигатор предварительно рассчитал их зрение, а затем отметил разницу наблюдаемой и прогнозируемой высоты тела, чтобы определить их положение.

Взглянуть [ править ]

Зрение (или мера ) угла между солнцем , в звезде или планеты , и горизонтом делаются с «звездным телескопом » , установленным на секстант с использованием видимого горизонта. На судне, находящемся в море, даже в туманные дни можно наблюдать с небольшой высоты над водой, чтобы получить более четкий и лучший горизонт. Навигаторы держат секстант за ручку в правой руке, не касаясь дуги пальцами. ^[5]

Для солнечного прицела используется фильтр для подавления бликов, такой как «тени», закрывающие как указательное зеркало, так и зеркало горизонта, предназначенные для предотвращения повреждения глаз. Если установить шкалу индекса на ноль, солнце можно будет увидеть в телескоп. Отпустив индикаторную планку (либо ослабив зажимной винт, либо на современных инструментах, используя кнопку быстрого снятия), изображение солнца можно понизить примерно до уровня горизонта. Необходимо перевернуть шторку зеркала горизонта, чтобы можно было видеть горизонт, а затем винт точной настройки на конце индексной полосы поворачивается до тех пор, пока нижний изгиб ( нижний край ) солнца не коснется горизонта. " Свинг"секстант вокруг оси телескопа обеспечивает снятие показаний при вертикальном положении инструмента. Угол обзора затем считывается по шкале на дуге с использованием предоставленной микрометрической или нониусной шкалы. Точное время одновременно необходимо отмечать прицел и высоту глаза над уровнем моря ^[5].

Альтернативный метод - оценить текущую высоту (угол) солнца по таблицам навигации, затем установить индикаторную полосу на этот угол на дуге, применить подходящие тени только к индексному зеркалу и направить инструмент прямо на горизонт, перемещая это из стороны в сторону, пока вспышка солнечных лучей не будет видна в телескоп. Затем производятся точные настройки, как указано выше. Этот метод вряд ли будет успешным для наблюдения за звездами и планетами. ^[5]

Виды звезд и планет обычно делаются в морских сумерках на рассвете или в сумерках , когда видны как небесные тела, так и морской горизонт. Нет необходимости использовать тени или различать нижнюю конечность, поскольку тело выглядит в телескоп просто как точка . Луна может быть дальновидным, но это , кажется, двигаться очень быстро, по- видимому, имеют разные размеры в разное время, а иногда только нижняя или верхняя конечность можно отличить благодаря своей фазе . ^[5]

После того, как прицел сделан, его переводят в положение путем рассмотрения нескольких математических процедур. Простейшее уменьшение прицела - это нарисовать на глобусе равновысотный круг увиденного небесного объекта. Пересечение этого круга с точным следом или другой точкой прицеливания дает более точное местоположение.

Секстанты можно очень точно использовать для измерения других видимых углов, например, между одним небесным телом и другим, а также между ориентирами на берегу. При использовании по горизонтали секстант может измерять видимый угол между двумя ориентирами, такими как маяк и церковный шпиль, который затем можно использовать для определения расстояния от моря или до моря (при условии, что расстояние между двумя ориентирами известно). При вертикальном измерении угол между фонарем маяка известной высоты и уровнем моря у его основания также может использоваться для определения расстояния. ^[5]

Корректировка [ править ]

Из-за чувствительности прибора зеркала легко вывести из строя. По этой причине секстант следует часто проверять на наличие ошибок и соответствующим образом корректировать.

Есть четыре ошибки, которые могут быть исправлены навигатором, и они должны быть устранены в следующем порядке.

Ошибка перпендикулярности

Это когда указательное зеркало не перпендикулярно рамке секстанта. Чтобы проверить это, поместите указательный рычаг под углом примерно 60 ° к дуге и держите секстант горизонтально так, чтобы дуга была от вас на расстоянии вытянутой руки, и посмотрите в указательное зеркало. Дуга секстанта должна продолжаться непрерывно в зеркало. Если есть ошибка, то два представления будут повреждены. Отрегулируйте зеркало до тех пор, пока отражение и прямой вид дуги не станут непрерывными.

Боковая ошибка

Это происходит, когда горизонтальное стекло / зеркало не перпендикулярно плоскости инструмента. Чтобы проверить это, сначала обнулите указательное плечо, затем наблюдайте за звездой через секстант. Затем поверните касательный винт вперед и назад так, чтобы отраженное изображение попеременно проходило над и под прямым обзором. Если при переходе из одного положения в другое отраженное изображение проходит непосредственно над неотраженным изображением, боковой ошибки не возникает. Если он переходит в одну сторону, существует боковая ошибка. Пользователь может держать секстант на боку и наблюдать за горизонтом, чтобы проверить секстант в течение дня. Если есть два горизонта, возникает побочная ошибка; отрегулируйте стекло горизонта / зеркало до тех пор, пока звезды не сольются в одно изображение или горизонты не объединятся в одно.Побочная ошибка обычно несущественна для наблюдений и может быть проигнорирована или уменьшена до уровня, который просто неудобен.

Коллимационная ошибка

Это когда телескоп или монокуляр не параллельно к плоскости секстанта. Чтобы проверить это, вам нужно наблюдать две звезды, разнесенные на 90 ° или более. Совместите две звезды слева или справа от поля зрения. Слегка сдвиньте секстант, чтобы звезды переместились на другую сторону поля зрения. Если они разделяются, возникает ошибка коллимации . Поскольку современные секстанты редко используют регулируемые телескопы, их не нужно исправлять на погрешность коллимации.

Ошибка индекса

Это происходит, когда указательное и горизонтальное зеркала не параллельны друг другу, когда указательное плечо установлено на ноль. Чтобы проверить ошибку индекса, обнулите рычаг указателя и наблюдайте за горизонтом. Если отраженное и прямое изображение горизонта совпадают, ошибка индекса отсутствует. Если один находится над другим, отрегулируйте указательное зеркало до слияния двух горизонтов. Это можно делать ночью со звездой или с луной.

Современная военно-морская подготовка [ править ]

После 15-летнего междуцарствия ВМС США снова начали обучение секстанту в качестве резервных навигационных устройств по указанию 30-го начальника военно-морских операций, поскольку он не полагается на электрические системы. ^[6]

См. Также [ править ]

Заметки [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Найдите секстант в Викисловаре, бесплатном словаре.

Викискладе есть медиафайлы по теме секстанта .

• Управление морского альманаха Ее Величества
• История Управления морского альманаха HM
• Глава 17 из онлайн-издания « American Practical Navigator» Натаниэля Боудитча.
• Понять разницу в антикварном секстанте и реплике секстанта
• CD-Sextant - Создайте свой собственный секстант Простой проект своими руками .
• Сайт Лунарса. онлайн расчет
• Полная книга по теории celnav, включая Lunars