МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА ФГОУ ВПО МОРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ АДМИРАЛА Ф.Ф. УШАКОВА Кафедра судовождения ПЛАНИРОВАНИЕ АСТРОНОМИЧЕСКИХ ОБСЕРВАЦИЙ Методические указания к выполнению лабораторных работ по мореходной астрономии Специальность 180402 Составил: Н.А.Мищик Новороссийск 2008 Цель работы: Пособия и инструменты: Подготовка по мореходной астрономии, изложенная в Кодексе ПДМНВ в разделе В-II/1, рекомендует ВПК уметь «определять время видимого восхода/захода солнца, выявлять и выбирать самые подходящие небесные тела в сумерки ». Морской астрономический ежегодник; Звёздный глобус; Таблицы ВАС-58; Остро оточенный простой карандаш; Резинка. Важным элементом работы штурмана по мореходной астрономии является планирование астрономических обсерваций. Различают планирование для сумеречных обсерваций, т.е. обсерваций по звездам и обсерваций дневных, т.е. обсерваций по Солнцу. 1. Планирование сумеречных обсерваций Под планированием сумеречных обсерваций понимают следующее: - Определение судового времени начала наблюдений; - Подбор комбинации звезд (с определением высот и азимутов этих звезд), дающих максимальную точность обсервации. Знание горизонтных координат очень важно для выполнения наблюдений. Это позволяет спокойно и легко с минимальными затратами времени произвести измерения высот, выставив на алидаде секстана отсчет равный высоте, а трубу направить по известному азимуту. Этот прием эффективен в топиках, где сумерки самые короткие и составляют около 24 минут. Под сумерками подразумевают явление уменьшения освещенности небосклона за счет погружения Солнца под горизонт. Сумерки делятся: на гражданские -0º50′ < h < -6º и навигационные -6º < h < -12º. Рассмотрим процесс смены вечерних сумерек, который представлен на рисунке 1. Рис. 1. Понятие сумерек При гражданских сумерках звезды невооруженным глазом не видны, и прекрасно виден горизонт. При снижении Солнца h = -6º невооруженным глазом уже можно наблюдать яркие звезды, и виден горизонт, т.е. есть возможность производить измерения высот звезд относительно горизонта. К концу навигационных сумерек видны и мене яркие звезды, со звездной величиной m = 3,0, но горизонт уже практически не виден. Подбор звезд осуществляется при помощи звездного глобуса. Он устанавливается по широте и звездному местному времени и подбираются звезды, удовлетворяющие следующим критериям: 1. Звёзды должны быть наиболее яркими, чтобы их можно легко найти в трубу секстана и точно измерить высоту в наиболее светлое время сумерек при более четком горизонте. 2. Высоты звезд должны быть в следующих пределах 15°< h <60°. Большие высоты нельзя измерять, т.к. возникает методическая погрешность в ВЛП. При малых высотах при аномальных явлениях в атмосфере за счет большой поправки за рефракцию возможно появление систематической погрешности. 3. Азимуты звезд зависят от числа наблюдаемых звезд. При определении места судна по двум звездам, они могут располагаться по любым направлениям, но разность азимутов ΔА должна быть около 90º. При ОМС по трем звездам, они должны быть расположены по всему горизонту с разностью азимутов ΔА≈120º. При ОМС по четырем звездам, они должны быть расположены по всему горизонту с разностью азимутов ΔА≈90º. Штурманский способ установки звездного глобуса для сумеречных обсерваций Существует штурманский (безрасчетный) способ установки звездного глобуса на заданные сумерки. Известно, что начало вечерних наблюдений приходятся на середину гражданских сумерек, когда снижение Солнца составляет -3°, а начало утренних - на середину навигационных сумерек, когда снижение Солнца составляет -9°. Установка звездного глобуса происходит в следующей последовательности: 1. По дате наносим точку на эклиптике, в которой находится Солнце в заданную дату. 2. Устанавливаем глобус по широте. 3. Если необходимо узнать картину звездного неба на вечерние сумерки, то, вращая глобус вокруг оси, подводим эту точку к западной части горизонта, и, моделируя заход Солнца, утапливаем эту точку под горизонт на 3°. 4. Если же глобус надо установить на утренние сумерки, то данная точка подводится к восточной части горизонта и притапливается на 9°. 5. Получив картину звездного неба на начала сумеречных наблюдений с помощью круга вертикалов остается снять высоты и азимутов тех светил, которые удовлетворяют требованиям ОМС. 2. Планирование ОМС по Солнцу Известно, что обсервация по Солнцу является счислимообсервованным, т.к. первая ВЛП переносится вперед по курсу на величину плавания, поэтому все ошибки счисления между измерениями первой и второй ВЛП входят в первую ВЛП. Радиальная погрешность определяется формулой 1 m12ВЛП m22ВЛП , sin A m - где m2 ВЛП h mh , СКП 2-ой высотной линии положения, g ВЛП MO m1ВЛП mh2 M c2 (T ) , M c (T ) - погрешность счисления, определяемая формулой M c (T ) = 0,7k C T k C T если T < 2ч если T > 2ч При планировании обсервации по Солнцу необходимо учесть два взаимоисключающих фактора. Во первых, получения точной обсервации по 2-м ВЛП как видно из формулы идеальная разность азимутов составляет ΔА = 90º. Но изменение азимута Солнца ΔА = 90º происходит за несколько часов (за 5-7 часов), а за такой большой промежуток времени погрешность счисления возрастает, и точность обсервации становится меньше. Во-вторых, чтобы уменьшить погрешность счисления необходимо уменьшить интервал времени ΔТ = Тс2 – Тс1 между измерениями 1-ой и 2-ой ВЛП. Но тогда за малый промежуток времени изменение азимута составляет малую величину, а коэффициент формулы (1) 1 резко возрастает, и раsin A диальная погрешность снова возрастает. Для получения точной обсервации измерения производить тогда, чтобы за минимальное время азимут изменился максимально быстро. А азимут максимально быстро изменяется во время кульминации, поэтому измерения высот Солнца необходимо производить симметрично относительно момента кульминации. Достаточной является разность азимута в ΔА = 60º. Тогда азимут первых и вторых измерений должен отличаться от азимута кульминации на 30. Расчет судового времени первых и вторых измерений производится при помощи таблиц ВАС-58, о чем будет показано ниже. Исходные данные: 29 мая 2001 г, на Тс = 12ч00м, счислимые координаты φс = 39º15′N, λc=32º00′W, судно следует истинным курсом ИК = 240 со скоростью v = 15 уз. Выполнить планирование дневной обсервации по Солнцу, а также сумеречных обсерваций на вечер этого дня, и на утро следующего. Планирование дневных обсерваций производится в следующей последовательности. 1. Рассчитываем судовое время кульминации и склонение Солнца, которое можно округлит до целого градуса. Тк 11ч57м 29.05 + λW 2ч08м – Тгр 14ч05м 29.05 Nп 2W Тск 12ч05м → δт 21º41,0′N ≈22ºN 2. Входим в основные таблицы ВАС-58 по широте и склонению. Чаще всего в момент кульминации, когда местный часовой угол равен нулю (tм = 0), азимут кульминации составляет в 180º. Задаваясь изменением азимута в 30º, находим азимут 180º – 30º = 150º, и обратным ходом получаем часовой угол t = 10º. При этом замечаем высоты при азимутах в 150º и 180º. Рис. 2. Фрагмент основных таблиц ВАС-58 3. Умножая часовой угол на 4 (т.к. 1º=4м) переводим его во временную меру. В данном примере ΔТ = 40м. 4. Вычитая ΔТ из времени кульминации и прибавляя, получаем судовое время первых и вторых измерений. Тск 12ч05м Тск 12ч05м – + ΔТ 40м ΔТ 40м Тс1 11ч25м Тс1 12ч45м Данные записываем в таблицу 1. Таблица 1. Планирование ОМС по Солнцу ВЛП Тс h A ΔА Мо ч м I ВЛП 11 25 71º 150º ч м Кульминация 12 05 73º 180º 60º ч м II ВЛП 12 45 71º 210º Радиальная погрешность вычисляется по формуле MO 1 2mh2 M C2 (T ) sin A При расчете СКП измеренной высоты Солнца принимаем mh=±0,7′, а коэффициент точности счисления принимаем kC Планирование вечерних сумеречных обсерваций производится в следующей последовательности. 1. Из МАЕ на правой странице по дате (29 мая ) и по широте (с небольшой интерполяцией по широте) в первом приближении выбираем местное время захода Солнца Тм =19ч20м. 2. Определяем интервал времени между местным временем захода Солнца и временем кульминации ΔТ = 19ч20м - 12ч00м = 7ч20м. Далее определяем плавание S = v· ΔТ = 110 м.миль. 3. Аналитически определяем счислимые координаты на время захода Солнца РШ = S·cosИК = 55,0 к S, ОТШ = S·sinИК = 95,3 к W φк 39º15,0′N φк 39º15,0′N РШ 55,0кS РШ/2 27,5кS φз 38º20,0′N φср 38º47,5′N РД λк РД λз ОТШ 122,3 к W = 2º02,3′к W cos ср 32º00,0′W 2º02,3′кW 34º02,3′W 4. По МАЕ рассчитываем судовое время захода Солнца, конца гражданских и навигационных сумерек. Заход + – Тт ΔТφ Тм λW Тгр Nп Тс 19ч20м – 4м 19ч16м 2ч16м 21ч32м 2W 19ч32м Конец Конец Комментарий гражд.сумерек нав.сумерек 19ч52м 20ч33м а) м м –5 –6 б) ч м ч м 19 47 20 27 ч м 2 16 2ч16м в) ч м ч м 22 03 22 43 2W 2W ч м 20 03 20ч43м а) Входим в МАЕ на правую страницу по дате и с ближайшей табличной широтой φт = 40ºN. б) Производим интерполяцию по широте. в) Долготу на момент захода Солнца (34º02,3′W) переводим в часовую меру, восточную вычитаем, западную прибавляем. 5. Определяем судовое время начала наблюдений – это время середины гражданских сумерек Тс = (19ч32м + 20ч03м)/2 = 19ч47м. 6. На начало наблюдений (время середины гражданских сумерек) рассчитываем звездное местное время Комментарий ч м Тс 19 47 29.05 1. По судовому времени и номеру по+ Nп 2W яса находим гринвичское время и ч м 21 47 29.05 гринвичскую дату. прТгр γ tт 202º26,9′ + Δt 11 46,9 tгр 214º13,8′ – λ 34º02,3′W 2. По МАЕ рассчитываем звездное γ Sм = tм 180º11,5′≈180º местное время. 7. Устанавливаем звездный глобус по широте 38ºN. Установка звездного глобуса по широте и звездному местному времени 8. Устанавливаем звездный глобус по звездному местному времени 180º. 9. Подбираем звезды согласно критериям, изложенным в разделе 1. 10. Подобранные звезды вместе с их высотами и азимутами записываем в таблицу 2. ОМС 2* 3* 4* Звезда αЛиры αДевы αВолопаса αЛьва Полярная αЛиры αДевы αЛьва αВозничего Таблица 2. Планирование вечерней обсервации № по МАЕ h A ΔA Mo 17º 53º 101º 1,4 37º 154º 55º 113º 118º 1,2 54º 231º 129º 38º 360º 113º 17º 53º 101º 1,0 37º 154º 77º 54º 231º 82º 20º 313º 100º Радиальная погрешность определяется по следующим формулам: mh 2 sin A N При ОМС по избыточным M O , sin 2 A При ОМС по 2-м звездам M O где N – число высотных линий положения, mh – СКП измеренной высоты звезды, принимаемая ±1,0′. В среднем для трех ВЛП можно приближенно принимать МО=1,3mh и для четырех ВЛП МО=1,1mh . Планирование утренних сумеречных наблюдений проводится аналогичным способом. 1. Из МАЕ на правой странице по дате и по широте (с небольшой интерполяцией по широте) в первом приближении выбираем местное время восхода Солнца Тм =4ч45м. 2. Определяем интервал времени между местным временем восхода Солнца и временем кульминации ΔТ = 16ч45м. Далее определяем плавание S = v· ΔТ = 251 м.мили. 3. Аналитически определяем счислимые координаты на время захода Солнца РШ = S·cosИК = 125,5 кS = 2º05,5′кS. ОТШ = S·sinИК = 217,4 кW. φк 39º15,0′N φк 39º15,0′N λк 32º00,0′W РШ 2º05,5′кS РШ/2 1º02,8′кS РД 4º36,6′кW φв 37º09,5′N φср 38º12,2′N λв 36º36,0′W РД ОТШ 276,6 кW = 4º36,6′ к W cos ср 4. По МАЕ Рассчитываем судовое время начала навигационных, гражданских сумерек и время восхода Солнца. Тт ΔТφ Тм λW Тгр Nп Тс + – Начало Начало нав.сумерек гражд.сумерек 3ч23м 4ч03м +11 +9 ч м ч 3 34 4 12м 2ч26м 2ч26м 6ч00м 6ч38м 2W 2W ч м 4 00 4ч38м Восход 4ч35м +7 ч 4 42м 2ч26м 7ч08м 2W 5ч08м 5. Определяем судовое время начала наблюдений – это время середины навигационных сумерек Тс = (4ч00м + 4ч38м)/2 = 4ч19м. 6. На начало наблюдений рассчитываем звездное местное время + – Sм = Тс Nп прТгр t тγ Δt tгр λ tγм 4ч19м 30.05 2W 6ч19м 30.05 337º49,1′ 4 45,8 342º24,9′ 36º36,6′W 305º48,3′≈306º 7. Устанавливаем звездный глобус по широте. 8. Устанавливаем звездный глобус по звездному местному времени. 9. Подбираем звезды согласно критериям, изложенным в разделе 1. 10. Подобранные звезды вместе с их высотами и азимутами записываем в таблицу 3. Таблица 3. Планирование утренней обсервации № по МАЕ ОМС Звезда h A ΔA Mo α Орла 146 61º 197º 2* 1,4 86º α Сев.Короны 111 29º 283º α Персея 20 19º 41º 104º 3* 1,2 α Юж.Рыбы 157 14º 145º 138º α Сев.Короны 111 29º 283º 118º α Андромеды 1 43º 83º 114º 1,0 α Орла 146 61º 197º 86º 4* α Сев.Короны 111 29º 283º 77º Полярная 160 37º 360º 83º Подбор звезд можно производить еще при помощи английских «Таблиц подобранных звезд» HO-249 или AP3270. № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Индивидуальное задание Дата φ 13 февраля 25º12,0′N 24 марта 38 15,0 N 29 мая 45 50,0 N 3 августа 22 12,0 S 8 сентября 31 15,0 S 11 октября 47 55,0 S 22 декабря 19 45,0 N 13 февраля 22 20,0 N 29 мая 43 18,0 N 3 августа 21 12,0 S 8 сентября 23 12,0S 11 октября 28 14,0 N 22 декабря 48 38,0 S 13 февраля 43 11,0 N 29 мая 51 13,0 N 3 августа 43 18,0 S 8 сентября 38 55,0 N 11 октября 42 12,0 S 22 декабря 21 50,0 N 13 февраля 37 12,0 S 29 мая 22 14,0 S 3 августа 27 15,0 N 8 сентября 28 14,0 S 11 октября 21 15,0 S 22 декабря 38 12,0 S 29 мая 22 10,0 S 3 августа 38 14,0 N 8 сентября 27 20,0 S 11 октября 29 05,0 N 22 декабря 37 12,0 N λ 141º30,0′E 16 45,0 W 134 25 W 166 35,0 E 77 14,0 W 87 25,0 E 133 40,0 W 152 13,0 E 39 50,0 W 5 14,0 E 75 32,0 E 164 20,0 W 57 29,0 W 34 33,0 E 6 26,0 E 16 25,0 W 58 24,0 W 101 14,0 E 152 25,0 W 163 16,0 W 18 31,0 W 136 12,0 E 43 16,0 W 78 35,0 E 31 16,0 E 42 13,0 E 58 16,0 W 41 44,0 W 33 25,0 W 16 25,0 E ИК 225 285 42 248 330 81 300 140 251 318 65 130 164 242 58 128 240 265 104 61 209 209 215 60 120 248 72 148 68 278 v 13,0 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 12,5 13,5 14,5 15,5 14,0 13,0 13,5 14,0 15,0 16,0 15,5 14,0 16,0 13,5 14,5 14,0 15,0 15,5 16,0 12,5 13,0 14,0 15,0 16,0
