Из самого характера определения астрономического времени следует, что местное время для всех точек одного и того же меридиана одинаково.
Но для того, чтобы определить долготу, надо не только знать местное время в данной точке, но и местное время на начальном меридиане (всемирное время) или местное время другой точки, долгота которой известна (например, Москвы). Это условие можно обеспечить с помощью точных часов (хронометра), идущего но всемирному или московскому времени, или с помощью сигналов точного времени, передаваемых по радио в определённые часы суток.
В последние годы на морских судах стали устанавливать специальные электронно-часовые комплексы, главную часть которых составляют кварцевые часы-матка, ошибка хода которых не превосходит одной секунды в год. Кроме того, используются сигналы точного времени, передаваемые по радио и принимаемые на слух, что обеспечивает точность в пределах одной секунды, вполне достаточную для нужд обычного мореплавания.
Наибольшая точность в определении времени может быть достигнута путем приёма сигналов, специально передаваемых по радио в конце определённых часов суток особыми станциями на заранее фиксированных волнах. Каждый раз передаётся 180 сигналов — 60 подготовительных, 60 настроечных и 60 контрольных, по которым и осуществляется определение времени.
Определение местоположения
Выберем любую звезду S и соединим её прямой линией с центром Земли. Точка пересечения этой линии, которая является продолжением земного радиуса, с поверхностью Земли в навигационной астрономии называется полюсом освещения Sп данного светила (рис. 15). Из построения следует, что из своего полюса освещения любое светило наблюдается точно в зените.
Рис. 15. Полюс освещения.
Измерим зенитное расстояние звезды S. В мореходной астрономии измеряется высота светила. В этом случае зенитное расстояние z можно найти по формуле
z = 90° — h.
(12)
На рис. 15 MS1 — направление на звезду S из точки наблюдения M. Благодаря удалённости наблюдаемой звезды линии MS1 и OS можно считать практически параллельными. Отсюда следует, что
∠ ZMS' = ∠ ZOS
(ZM — отвесная линия). Иными словами, угловое расстояние точки M от полюса освещения Sп звезды S равно зенитному расстоянию этой звезды в точке M.
Опишем на глобусе окружность с центром в точке Sп, проходящую через точку M. Эта окружность получила название круга равных высот, или позиционного круга. Из построения следует, что во всех точках позиционного круга звезда S будет иметь одно и то же зенитное расстояние.
Выбрав другое околозенитное светило и повторив аналогичное построение, мы найдем ещё один позиционный круг, соответствующий этому светилу.
Одна из двух точек пересечения обоих позиционных кругов, нанесенных на глобус или карту, и будет точкой местоположения наблюдателя. Поскольку эти точки обычно оказываются на значительных расстояниях друг от друга, то выбор именно той из них, в которой действительно находится наблюдатель, как правило, особых трудностей не вызывает.
Для того чтобы построить позиционные круги на глобусе, необходимо определить широты и долготы полюсов освещения избранных звёзд.
Широты определяются по формуле (6); при этом склонение (δ) берётся из таблиц, а что касается долготы, то поскольку звезда S находится на меридиане для наблюдателя, расположенного в точке Sп, по формуле (9) или (10) можно определить звёздное время в этой точке (оно равно прямому восхождению звезды S, которое берётся из каталога), а затем вычислить и местное время. Разность всемирного времени и местного времени в полюсе освещения даёт долготу полюса освещённости.
Однако в чистом виде этот метод, получивший название метода равных высот, или метода Сомнера — Акимова, в мореплавании не применяется, так как для этого необходимы глобусы или карты больших размеров. Так, чтобы обеспечить точность, при которой 1 мм на карте равен 1 морской миле, необходим глобус диаметром 7,5 м или карта со стороной, равной 22 м.
В последние годы на флоте стал внедряться усовершенствованный метод определения местоположения по заранее подготовленным данным. Для этой цели на небесной сфере выбираются три звезды, расположенные по отношению друг к другу под углами, близкими к 120° и составляются таблицы на каждый час, позволяющие по измеренным высотам избранных звёзд путем расчёта соответствующих поправок быстро получать искомую точку на карте.
Однако и усовершенствованный метод Сомнера обладает существенным недостатком. Он требует довольно громоздких вычислений, которые обычно выполняются вручную. Так, определение местоположения по трем звёздам подобным способом у опытного наблюдателя даже при условии предварительной подготовки необходимых данных занимает от 30 до 40 минут.
Автоматизировать подсчёты по этому методу затруднительно. С развитием электронно-счетной техники был использован другой метод, который ещё в начале XVIII в. разработал Гаусс, но из-за большой сложности вычислений в то время не получил применении. Оказалось, что эти вычисления, в отличие от метода Сомнера, хорошо поддаются алгоритмированию.
Для облегчения навигационных расчетов в последние годы на судах вводится вычислительная техника. Применяются электронно-вычислительные машины, запрограммированные таким образом, что в них достаточно ввести лишь входные данные соответствующих угловых измерений и время наблюдения, чтобы через несколько секунд получить решение навигационной задачи.
Наиболее перспективным является осуществление морской и воздушной навигации с помощью искусственных спутников Земли.
Такая система, обладающая высокой степенью надёжности, позволяет с помощью специальной аппаратуры сразу получать все необходимые навигационные данные.
Дело в том, что современное мореплавание, когда на морских дорогах одновременно находится огромное количество судов, в том числе и весьма крупных (таких, например, как огромные пассажирские лайнеры, гигантские танкеры, крупнотоннажные нефтерудовозы и т.п.), предъявляет к точности судовождения все более жесткие требования. Любая навигационная ошибка может привести к тяжёлым последствиям.
По имеющимся данным ежегодно в результате навигационных ошибок из состава мирового торгового флота выбывают суда общим тоннажем около одного миллиона тонн. По характеру аварий — это в большинстве случаев посадки на мель из-за неверного определения местоположения судна и курса, а также столкновения.
Отклонения от курса отрицательно сказываются и на экономической эффективности морских перевозок. Подобные отклонения чаще всего возникают в тех районах мирового океана, где сеть береговых навигационных станций недостаточно насыщена, и когда неблагоприятные условия погоды препятствуют астронавигационным наблюдениям.
Выход из положения состоит в развитии системы спутниковой навигации, дающей возможность свести к минимуму ошибки в определении местоположения судов.
Одним из возможных вариантов подобной системы могут, например, явиться шесть специализированных спутников, движущихся по полярным орбитам, т.е. меридиональных направлениях. При такой системе каждая точка земной поверхности, как нетрудно видеть, будет периодически проходить под каждой из шести орбит. Иными словами, в течение суток она 12 раз пересечет проекции орбит спутников на земную поверхность. Каждый из спутников непрерывно передаёт сигналы о своем положении по отношению к Земле. Специальная аппаратура, устанавливаемая на морских судах, принимая эти сигналы и обрабатывая их с помощью электронных вычислительных устройств, будет выдавать на табло или ленту телетайпа сведения о широте, долготе, курсе, скорости движения и времени по Гринвичу.