Nawigacja morska i lotnicza

Pojęciem nawigacja określa się dziedzinę nauki technicznej , w której zawiera się zakres wiedzy niezbędny do kierowania statkiem wodnym lub powietrznym, a także wyznaczania położenia kierowanego obiektu czyli jego współrzędnych geograficznych. Nawigacja pozwala na obranie przez obiekt określonego kursu do miejsca przeznaczenia.

W zależności od rodzaju przyrządów, którymi kierujący się posługuje rozróżnia się kilka typów nawigacji. I tak istnieje:

* nawigacja podstawowa - z użyciem mapy oraz busoli

* nawigacja uproszczona - za narzędzie służy własny wzrok

* nawigacja bezwładnościowa

* astronawigacja

* meteonawigacja

* radionawigacja

Historia nawigacji jest niemalże tak stara jak historia człowieka. Od najdawniejszych czasów bowiem ludzi starali się znaleźć sposób na orientowanie się w otaczającej ich przestrzeni. Wiele starożytnych mitów opisuje odległe morskie wyprawy, które zawsze kończyły się w zamierzonym porcie. Tak więc już starożytnym ludom musiały być znane podstawowe techniki nawigacji. Na początku rzadko oddalano się od brzegów. Jako punkty orientacyjne służyły jakieś charakterystyczne fragmenty wybrzeża. Rzadko również żeglowano nocą. Jednak z czasem sytuacja zaczęła się zmieniać. Starożytni Grecy i Fenicjanie jako pierwsi zaczęli wypływać dalej od lądu. Dobrze orientowali się również w nocy. Wiadomo, że wykorzystując położenie na niebie Słońca lub gwiazd wyznaczali kierunki. Im nawigacja zawdzięcza zasady tzw. nawigacji zliczeniowej. Polegała ona na tym, że aktualna pozycja statku była określana na podstawie danych z ostatniego punktu obserwacyjnego oraz rzeczywistego kursu i drogi, która została przebyta. Te informacje pozwalały na "zliczenie" pozycji.

Każda kolejna wyprawa przynosiła informacje na temat niebezpiecznych zjawisk występujących w danych rejonach czy też wiatrów oraz prądów morskich. Wzbogacały one ówczesną wiedzę o nawigacji. Z informacji gromadzonych w starożytnej Grecji chętnie korzystali Rzymianie. Odwdzięczyli się oni stworzeniem ksiąg, w których zawarte były opisy tras morskich, charakterystycznych punktów orientacyjnych, kotwicowisk oraz portów. Zawierały również ostrzeżenia dotyczące niebezpiecznych zjawisk.

Księgi takie nosiły nazwę periplus.

Starożytni Grecy i Rzymianie po raz pierwszy używali w nawigacji przedmiotów pełniących funkcję kompasu. Były to kawałki magnetytu czyli minerału, który wykazuje własności magnetyczne czyli jest naturalnym magnesem. Jego własności zostały odkryte w Chinach. Stamtąd zapewne przywędrowały do starożytnej Grecji. Wiadomo było, że gdy przedmiot wykonany z magnetytu zostanie zawieszony na nitce to zawsze pokaże stały kierunek.

Natomiast kompas zawierający igłę magnetyczną i różę wiatrów pojawił się w wieku dwunastym. Miało to miejsce na terenie Włoch. W tym samym czasie również zaczęły tam powstawać pierwsze mapy nawigacyjne.

Nazywano je portolano. Na tych mapach widoczna była linia brzegowa a także informacje dotyczące głębokości wód , a także rozmaite przeszkody, które można było napotkać na danym terenie.

Mapy te bardzo ułatwiały wytyczanie kursów. Wprowadzenie do nawigacji kompasu oraz map znacznie wzbogaciło stosowaną technikę zliczania. Wówczas jeszcze na statkach nie zajmowano się pomiarami położenia Słońca na niebie. Przeprowadzano je tylko na ladzie przy wyznaczaniu współrzędnych geograficznych oraz czasu. Astronawigacja była więc dopiero na początku rozwoju. Zarówno jedynymi tablicami astronomicznymi były "Tablice Alfonsa X Kastylijskiego". Nie były one zresztą zbyt poprawne.

Były to czasy kiedy rozpoczynały się wielki wyprawy i wielkie odkrycia geograficzne. Zarówno Kolumb jak i Magellan próbowali stosować podczas swoich wypraw astronawigację, ale poprawne wykorzystanie jej zasad nie było możliwe z racji tego, że na pokładzie statku nie było żadnego działającego zegara.

W obecnych czasach nawigacje morską można podzielić na kilka typów. Wśród nich są:

* nawigacja pilotowa - do określania pozycji statku i wyznaczania jego kursu wykorzystuje się nabieżniki, które wyznaczają tor wodny

* nawigacja terestryczna - opiera się na określaniu położenia statku dzięki mijanym obiektom na lądzie , które są rejestrowane za pomocą wzroku

* nawigacja astronomiczna - pozycje statku określa się na podstawie pomiarów astronomicznych. Jest to metoda szczególnie wykorzystywana przez żeglugę oceaniczną.

* nawigacja zliczeniowa - podstawę do obliczeń stanowi znajomość kursu statku

* nawigacja radiowa - wykorzystuje radary oraz satelity

* nawigacja meteorologiczna - jest to po prostu wyznaczanie kursu statku przez rejony, gdzie panują korzystne warunki pogodowe

* nawigacja inercjalna - jest to metoda wykorzystywana przez okręty podwodne. Pozycja statku zostaje określona poprzez rozmaite parametry jego ruchu wyznaczone przez girokompas a także przyspieszeniomierze.

Wszystkie te metody mają jeden cel, a mianowicie bezpieczne doprowadzenie statku do zamierzonego portu.

Równie ważna jak nawigacja morska jest nawigacja lotnicza. Początki nawigacji lotniczej to nic innego jak czytanie mapy i obserwacje wzrokowe powierzchni ziemi. Na początku ubiegłego wieku jedynymi obiektami wyruszającymi na dłuższe trasy były sterowce. I wraz pierwszych tymi długodystansowymi lotami pojawiła się potrzeba kontaktu sterowca z ziemią.

Sterowce były wykorzystywane w czasie pierwszej wojny światowej i to właśnie wtedy zaczęto instalowanie pierwszych radiostacji na sterowcach. Natomiast w stacjach naziemnych zaczęto wprowadzanie anten ramowych za pomocą których możliwe stało się namierzanie obiektów.

Nawigacją lotniczą ogólnie określa się wszystkie czynności a także wiedzę niezbędną do właściwego kierowania statkiem powietrznym. Właściwe kierowanie obejmuje realizację programu lotu od miejsca startu do zaplanowanego miejsca lądowania zgodnie z obowiązującymi w danym rejonie przepisami dotyczącymi ruchu powietrznego. Można wyróżnić dwa zasadnicze rodzaje nawigacji powietrznej. Jest to nawigacja zliczeniowa oraz nawigacja według pomiaru pozycji. Nawigacja zliczeniowa opiera się na pomiarach prędkości , przyspieszenia oraz kierunku statku powietrznego. Dane dotyczące przebytej drogi nanosi się na mapę i wyznacza się aktualne położenie statku.

W czasach obecnych w powietrznej nawigacji zliczeniowej powszechne jest wykorzystywanie radaru dopplerowskiego. Dzięki niemu można bardzo dokładnie zmierzyć prędkość statku powietrznego względem powierzchni ziemi oraz wyznaczyć kąt znoszenia. Nadrzędną funkcję w takim dopplerowskim układzie nawigacyjnym pełni komputer nawigacyjny. Na wejście komputera podaje się sygnały, będące składowymi rzeczywistej prędkości statku zmierzonej przez radar dopplerowski oraz dane dotyczące przechyłu i pochyłu , których dostarcza platforma giroskopowa.

Druga metoda pomiarowa opiera się na wyznaczeniu pozycji statku . Robi się to określając co najmniej dwie nierównoległe linie pozycyjne oraz ich punkt przecięcia. Można tego dokonać przy wykorzystaniu jednego z systemów radionawigacji oraz dzięki automatyzacji pomiarów.

Obecnie wyposażenie samolotów w najnowocześniejsze systemy i urządzenia umożliwia stosowanie obu metod nawigacyjnych równocześnie czyli zastosowanie systemu kompleksowego.