الملاحة السماوية

الملاحة السماوية ، والمعروفة أيضًا باسم الملاحة الفلكية ، هي ممارسة تحديد المواقع باستخدام النجوم والأجرام السماوية الأخرى التي تمكن الملاح من تحديد موقعه الفعلي الحالي في الفضاء أو على سطح الأرض بدقة دون الاعتماد فقط على حسابات المواقع المقدرة، والمعروفة باسم التقدير الميت . يتم إجراء الملاحة السماوية دون استخدام الملاحة عبر الأقمار الصناعية أو غيرها من وسائل تحديد المواقع الإلكترونية أو الرقمية الحديثة المماثلة.

تستخدم الملاحة السماوية "المناظر" أو القياسات الزاوية الموقوتة، والتي يتم إجراؤها عادةً بين جرم سماوي (مثل الشمس أو القمر أو كوكب أو نجم ) والأفق المرئي . يمكن للملاحة السماوية أيضًا الاستفادة من القياسات بين الأجرام السماوية دون الرجوع إلى أفق الأرض، كما هو الحال عندما يتم استخدام القمر والأجرام الأخرى المختارة في الممارسة التي تسمى "الأقمار" أو طريقة المسافة القمرية ، والتي تستخدم لتحديد الوقت الدقيق عندما يكون الوقت غير معروف.

تُستخدم الملاحة السماوية من خلال مشاهدة الشمس والأفق أثناء التواجد على سطح الأرض بشكل شائع، مما يوفر طرقًا مختلفة لتحديد الموقع، أحدها الطريقة الشائعة والبسيطة المسماة "الملاحة عند الظهيرة" - وهي ملاحظة واحدة للارتفاع الدقيق للشمس والوقت الدقيق لذلك الارتفاع (المعروف باسم "الظهيرة المحلية") - أعلى نقطة للشمس فوق الأفق من موضع الراصد في أي يوم واحد. هذه الملاحظة الزاوية، جنبًا إلى جنب مع معرفة وقتها الدقيق المتزامن، المشار إليه بالوقت عند خط الزوال الرئيسي، تقدم مباشرة خط عرض وخط طول ثابتين في وقت ومكان الملاحظة من خلال الاختزال الرياضي البسيط. يمكن للقمر أو كوكب أو نجم الشمال أو أحد النجوم الملاحية السبعة والخمسين الأخرى التي تم جدولة إحداثياتها في أي من التقاويم البحرية أو الجوية المنشورة أن تحقق نفس الهدف أيضًا.

تحقق الملاحة السماوية غرضها باستخدام القياسات الزاوية (المشاهد) بين الأجرام السماوية والأفق المرئي لتحديد موقع المرء على الأرض، سواء على الأرض أو في الجو أو في البحر. بالإضافة إلى ذلك، حققت الملاحظات بين النجوم والأجرام السماوية الأخرى نفس النتائج أثناء وجودها في الفضاء، - والتي استخدمت في برنامج أبولو الفضائي ولا تزال تستخدم على العديد من الأقمار الصناعية المعاصرة. وبالمثل، يمكن استخدام الملاحة السماوية أثناء وجودك على أجسام كوكبية أخرى لتحديد الموقع على سطحها، باستخدام أفقها المحلي والأجرام السماوية المناسبة مع جداول الاختزال المطابقة ومعرفة الوقت المحلي.

بالنسبة للملاحة بالوسائل السماوية، عندما يكون الجرم السماوي على سطح الأرض في أي لحظة معينة من الزمن، فإنه يقع مباشرة فوق نقطة واحدة على سطح الأرض. يُعرف خط العرض وخط الطول لتلك النقطة باسم الموقع الجغرافي للجرم السماوي (GP)، والذي يمكن تحديد موقعه من الجداول الموجودة في التقويم البحري أو الجوي لتلك السنة. ترتبط الزاوية المقاسة بين الجرم السماوي والأفق المرئي ارتباطًا مباشرًا بالمسافة بين الموقع الجغرافي للجرم السماوي وموقع الراصد. بعد بعض العمليات الحسابية، والتي يشار إليها باسم " تقليل الرؤية "، يتم استخدام هذا القياس لرسم خط الموضع (LOP) على مخطط ملاحي أو ورقة عمل رسم بياني، مع وضع الراصد في مكان ما على هذا الخط. يعد LOP في الواقع جزءًا قصيرًا من دائرة كبيرة جدًا على الأرض تحيط بالموقع الجغرافي للجرم السماوي المرصود. (إن المراقب الموجود في أي مكان على محيط هذه الدائرة على الأرض، والذي يقيس زاوية نفس الجسم السماوي فوق الأفق في تلك اللحظة من الزمن، سوف يلاحظ أن هذا الجسم عند نفس الزاوية فوق الأفق.) إن المشاهد على جسمين سماويين تعطي خطين من هذا القبيل على الخريطة، يتقاطعان عند موضع المراقب (في الواقع، فإن الدائرتين سوف تسفران عن نقطتي تقاطع ناشئتين عن المشاهد على نجمين موصوفين أعلاه، ولكن يمكن تجاهل إحداهما لأنها ستكون بعيدة عن الموضع المقدر - انظر الشكل في المثال أدناه). سوف يستخدم معظم الملاحين مشاهد من ثلاثة إلى خمسة نجوم، إذا كانت متاحة، لأن ذلك سيؤدي إلى تقاطع مشترك واحد فقط ويقلل من فرصة الخطأ. هذه الفرضية هي الأساس لأكثر الطرق استخدامًا في الملاحة السماوية، والتي يشار إليها باسم "طريقة اعتراض الارتفاع". يجب رسم ثلاث نقاط على الأقل. عادة ما يوفر تقاطع الرسم مثلثًا حيث يكون الموضع الدقيق بداخله. يتم الإشارة إلى دقة المشاهد من خلال حجم المثلث.

استخدم جوشوا سلوقوم نظام الملاحة بالرؤية عند الظهيرة ونظام الملاحة بالرؤية النجمية لتحديد موقعه الحالي أثناء رحلته، وهي أول رحلة بحرية مسجلة حول العالم قام بها شخص واحد بمفرده. بالإضافة إلى ذلك، استخدم طريقة المسافة القمرية (أو "الأقمار") لتحديد والحفاظ على الوقت المعروف في جرينتش (خط الزوال الرئيسي)، وبالتالي الحفاظ على دقة "ساعته الصفيحية" وبالتالي تحديد موقعه بدقة.

لا يمكن للملاحة السماوية تحديد خط الطول إلا عندما يكون الوقت عند خط الزوال الرئيسي معروفًا بدقة. وكلما كان الوقت عند خط الزوال الرئيسي معروفًا بدقة أكبر (خط الطول 0 درجة)، كانت الدقة أكبر؛ في الواقع، يمكن أن يؤدي كل خطأ في مصدر الوقت (عادةً ما يكون كرونومترًا أو في الطائرات، " ساعة قرصنة " دقيقة) إلى خطأ في الموقع يبلغ ميلًا بحريًا واحدًا . عندما يكون الوقت غير معروف أو غير موثوق به، يمكن استخدام طريقة المسافة القمرية كطريقة لتحديد الوقت عند خط الزوال الرئيسي. يتم استخدام ساعة عاملة مع عقرب ثوانٍ أو رقم، وتقويم مع تصحيحات قمرية، وسدس. في حالة عدم وجود معرفة بالوقت على الإطلاق، يمكن للحساب القمري (مع وجود قمر قابل للرصد على ارتفاع محترم) توفير الوقت بدقة تصل إلى ثانية أو ثانيتين مع حوالي 15 إلى 30 دقيقة من الملاحظات والتخفيض الرياضي من جداول التقويم. بعد الممارسة، يمكن للمراقب استنتاج الوقت وإثباته بانتظام باستخدام هذه الطريقة في حدود ثانية واحدة تقريبًا، أو ميل بحري واحد، من خطأ ملاحي بسبب أخطاء منسوبة إلى مصدر الوقت.

مثال

يظهر على اليمين مثال يوضح المفهوم الكامن وراء طريقة التقاطع لتحديد الموقع. (هناك طريقتان شائعتان أخريان لتحديد موقع المرء باستخدام الملاحة السماوية هما خط الطول باستخدام الكرونومتر وطرق خارج خط الزوال .) في الصورة المجاورة، تمثل الدائرتان على الخريطة خطوط موضع الشمس والقمر في الساعة 12:00 بتوقيت جرينتش يوم 29 أكتوبر 2005. في هذا الوقت، قام ملاح على متن سفينة في البحر بقياس القمر ليكون 56 درجة فوق الأفق باستخدام أداة السدس . وبعد عشر دقائق، لوحظ أن الشمس تكون 40 درجة فوق الأفق. ثم تم حساب خطوط الموضع ورسمها لكل من هذه الملاحظات. نظرًا لأن كل من الشمس والقمر تمت ملاحظتهما بزواياهما الخاصة من نفس الموقع، فيجب أن يكون الملاح موجودًا في أحد الموقعين حيث تتقاطع الدائرتان.

في هذه الحالة، يكون الملاح إما موجودًا على المحيط الأطلسي، على بعد حوالي 350 ميلًا بحريًا (650 كم) غرب ماديرا ، أو في أمريكا الجنوبية، على بعد حوالي 90 ميلًا بحريًا (170 كم) جنوب غرب أسونسيون ، باراجواي. في معظم الحالات، يكون تحديد أي من التقاطعين هو التقاطع الصحيح واضحًا للمراقب لأنهما غالبًا ما يكونان على بعد آلاف الأميال. نظرًا لأنه من غير المحتمل أن تبحر السفينة عبر أمريكا الجنوبية، فإن الموضع في المحيط الأطلسي هو الموضع الصحيح. لاحظ أن خطوط الموضع في الشكل مشوهة بسبب إسقاط الخريطة؛ ستكون دائرية إذا تم رسمها على الكرة الأرضية.

سوف يرى المراقب عند نقطة غران تشاكو القمر على يسار الشمس، وسوف يرى المراقب عند نقطة ماديرا القمر على يمين الشمس.

القياس الزاوي

تطورت القياسات الدقيقة للزوايا على مر السنين. إحدى الطرق البسيطة هي وضع اليد فوق الأفق مع تمديد الذراع. يبلغ العرض الزاوي للإصبع الصغير أكثر من 1.5 درجة عند طول الذراع الممدود ويمكن استخدامه لتقدير ارتفاع الشمس عن مستوى الأفق وبالتالي تقدير الوقت حتى غروب الشمس. أدت الحاجة إلى قياسات أكثر دقة إلى تطوير عدد من الأدوات الدقيقة بشكل متزايد، بما في ذلك الكمال والإسطرلاب والثمني والسدس . يعتبر السدس والثمني أكثر دقة لأنهما يقيسان الزوايا من الأفق، مما يزيل الأخطاء الناجمة عن وضع مؤشرات الأداة، ولأن نظام المرآة المزدوجة الخاص بهما يلغي الحركات النسبية للأداة، مما يُظهر رؤية ثابتة للجسم والأفق.

يقيس الملاحون المسافة على الأرض بالدرجات والدقائق القوسية والثواني القوسية . يُعرَّف الميل البحري بأنه 1852 مترًا ولكنه أيضًا (وليس عن طريق الصدفة) دقيقة قوسية واحدة من الزاوية على طول خط الزوال على الأرض. يمكن قراءة السدس بدقة في حدود 0.1 دقيقة قوسية، لذلك يمكن تحديد موضع المراقب في حدود (نظريًا) 0.1 ميل بحري (185.2 مترًا، أو حوالي 203 ياردة). يمكن لمعظم الملاحين في المحيطات، الذين يقيسون من منصة متحركة في ظل ظروف عادلة، تحقيق دقة عملية تبلغ حوالي 1.5 ميل بحري (2.8 كم)، وهو ما يكفي للملاحة بأمان عند الخروج من مجال رؤية الأرض أو المخاطر الأخرى. ^[1]

الملاحة العملية

تتطلب الملاحة السماوية العملية عادةً كرونومترًا بحريًا لقياس الوقت، ومسطرة قياس الزوايا، وتقويمًا [ ^2] يعطي جداول إحداثيات الأجرام السماوية، ومجموعة من جداول تقليل الرؤية للمساعدة في إجراء حسابات الارتفاع والسمت ، ومخططًا للمنطقة. ^[3] مع جداول تقليل الرؤية، فإن الحسابات الوحيدة المطلوبة هي الجمع والطرح. ^[4] تمكن أجهزة الكمبيوتر المحمولة الصغيرة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وحتى الآلات الحاسبة العلمية الملاحين المعاصرين من "تقليل" مشاهد المسطرة في دقائق، من خلال أتمتة جميع خطوات الحساب و/أو البحث عن البيانات. ^[5] يمكن لمعظم الناس إتقان إجراءات الملاحة السماوية الأكثر بساطة بعد يوم أو يومين من التعليم والممارسة، حتى باستخدام طرق الحساب اليدوية.

يستخدم الملاحون العمليون المعاصرون عادةً الملاحة السماوية بالاشتراك مع الملاحة عبر الأقمار الصناعية لتصحيح مسار التقدير الميت ، أي المسار المقدر من موقع السفينة ومسارها وسرعتها. يساعد استخدام طرق متعددة الملاح على اكتشاف الأخطاء وتبسيط الإجراءات. عند استخدام هذه الطريقة، يقيس الملاح من وقت لآخر ارتفاع الشمس باستخدام أداة قياس الزوايا، ثم يقارن ذلك بارتفاع محسوب مسبقًا بناءً على الوقت الدقيق والموضع المقدر للملاحظة. على الرسم البياني، يمكن للحافة المستقيمة للرسام تحديد كل خط موضع. إذا أشار خط الموضع إلى موقع يبعد أكثر من بضعة أميال عن الموضع المقدر، فيمكن إجراء المزيد من الملاحظات لإعادة تشغيل مسار التقدير الميت. ^[6]

في حالة تعطل المعدات أو الكهرباء، فإن أخذ خطوط الشمس عدة مرات في اليوم وتقديمها عن طريق الحساب المباشر يسمح للسفينة بالحصول على إصلاح تشغيلي بدائي كافٍ للعودة إلى الميناء. يمكن للمرء أيضًا استخدام القمر أو كوكب أو نجم الشمال أو أحد 57 نجمًا ملاحيًا آخر لتتبع المواقع السماوية.

خط العرض

كان يتم قياس خطوط العرض في الماضي إما عن طريق قياس ارتفاع الشمس عند الظهيرة ("مشهد الظهيرة") أو عن طريق قياس ارتفاعات أي جسم سماوي آخر عند عبور خط الزوال (يصل إلى أقصى ارتفاع له عند الشمال أو الجنوب)، وكثيرًا عن طريق قياس ارتفاع نجم الشمال (على افتراض أنه مرئي بدرجة كافية فوق الأفق، وهو ليس كذلك في نصف الكرة الجنوبي ). يبقى نجم الشمال دائمًا في حدود درجة واحدة من القطب الشمالي السماوي . إذا قام الملاح بقياس الزاوية مع نجم الشمال ووجد أنها 10 درجات من الأفق، فإنه يكون على بعد حوالي 10 درجات شمال خط الاستواء. ثم يتم تصحيح خط العرض التقريبي هذا باستخدام جداول بسيطة أو تصحيحات التقويم لتحديد خط عرض دقيق نظريًا في حدود جزء من الميل. يتم قياس الزوايا من الأفق لأن تحديد النقطة فوق الرأس مباشرة، أو السمت ، غير ممكن عادةً. عندما يحجب الضباب الأفق، يستخدم الملاحون أفقًا اصطناعيًا، وهو عبارة عن مرايا أفقية أو أحواض من السوائل العاكسة، وخاصة الزئبق. وفي الحالة الأخيرة، تكون الزاوية بين الصورة المنعكسة في المرآة والصورة الفعلية للجسم في السماء ضعف الارتفاع المطلوب تمامًا.

خط الطول

إذا كان من الممكن قياس الزاوية إلى نجم الشمال بدقة، فإن قياسًا مماثلًا لنجم بالقرب من الأفق الشرقي أو الغربي سيوفر خط الطول . تكمن المشكلة في أن الأرض تدور بمقدار 15 درجة في الساعة، مما يجعل مثل هذه القياسات تعتمد على الوقت. يؤدي القياس قبل أو بعد نفس القياس في اليوم السابق ببضع دقائق إلى حدوث أخطاء ملاحية خطيرة. قبل توفر الكرونومتر الجيد ، كانت قياسات خط الطول تعتمد على عبور القمر أو مواقع أقمار المشتري . في الغالب، كان من الصعب جدًا استخدامها من قبل أي شخص باستثناء علماء الفلك المحترفين. أدى اختراع الكرونومتر الحديث بواسطة جون هاريسون في عام 1761 إلى تبسيط الحساب الطولي إلى حد كبير.

استغرق حل مشكلة خط الطول قرونًا من الزمان، واعتمدت على بناء ساعة غير بندولية (حيث لا يمكن لساعات البندول أن تعمل بدقة على سفينة مائلة، أو حتى مركبة متحركة من أي نوع). تطورت طريقتان مفيدتان خلال القرن الثامن عشر ولا تزالان تُمارسان حتى اليوم: المسافة القمرية ، والتي لا تنطوي على استخدام كرونومتر، واستخدام ساعة دقيقة أو كرونومتر.

في الوقت الحاضر، يمكن إجراء حسابات عامة لخطوط الطول من خلال ملاحظة الوقت المحلي الدقيق (مع استبعاد أي مرجع للتوقيت الصيفي ) عندما تكون الشمس في أعلى نقطة لها في سماء الأرض. يمكن إجراء حساب الظهيرة بسهولة ودقة أكبر باستخدام قضيب صغير عمودي تمامًا يتم دفعه في أرض مستوية - خذ الوقت في القراءة عندما يشير الظل إلى الشمال تمامًا (في نصف الكرة الشمالي). ثم خذ قراءة الوقت المحلي واطرحه من GMT ( توقيت غرينتش )، أو الوقت في لندن، إنجلترا. على سبيل المثال، ستحدث قراءة الظهيرة (12:00) بالقرب من وسط كندا أو الولايات المتحدة في حوالي الساعة 6 مساءً (18:00) في لندن. الفرق الذي يبلغ 6 ساعات هو ربع يوم مكون من 24 ساعة، أو 90 درجة من دائرة 360 درجة (الأرض). يمكن أيضًا إجراء الحساب عن طريق أخذ عدد الساعات (استخدم الكسور العشرية لكسور الساعة) مضروبًا في 15، وهو عدد الدرجات في الساعة الواحدة. على أية حال، يمكن إثبات أن جزءًا كبيرًا من وسط أمريكا الشمالية يقع عند أو بالقرب من خط الطول 90 درجة غربًا. ويمكن تحديد خطوط الطول الشرقية بإضافة الوقت المحلي إلى توقيت جرينتش، باستخدام حسابات مماثلة.

المسافة القمرية

كانت هناك طريقة أقدم ولكنها لا تزال مفيدة وعملية لتحديد الوقت الدقيق في البحر قبل ظهور قياس الوقت الدقيق وأنظمة الوقت القائمة على الأقمار الصناعية تسمى " المسافات القمرية" أو "القمرية"، والتي كانت تستخدم على نطاق واسع لفترة قصيرة وتم تحسينها للاستخدام اليومي على متن السفن في القرن الثامن عشر. تراجع الاستخدام خلال منتصف القرن التاسع عشر مع توفر ساعات أفضل وأفضل (كرونومتر) للسفينة المتوسطة في البحر. على الرغم من استخدامها مؤخرًا فقط من قبل هواة ومؤرخي السدس، إلا أنها أصبحت الآن أكثر شيوعًا في دورات الملاحة السماوية لتقليل الاعتماد الكلي على أنظمة GNSS كمصدر الوقت الدقيق الوحيد المحتمل على متن السفينة. تم تصميمها للاستخدام عندما لا تتوفر ساعة دقيقة أو تكون دقة الساعة مشكوك فيها أثناء رحلة بحرية طويلة، يقيس الملاح بدقة الزاوية بين القمر والشمس أو بين القمر وواحد من عدة نجوم بالقرب من مسار الشمس . يجب تصحيح الزاوية المرصودة لتأثيرات الانكسار والمنظر، مثل أي مشهد سماوي. لإجراء هذا التصحيح، يقيس الملاح ارتفاعات القمر والشمس (أو نجم آخر) في نفس وقت زاوية المسافة القمرية تقريبًا. ولا يلزم سوى قيم تقريبية للارتفاعات. ويتطلب الحساب باستخدام جداول منشورة مناسبة (أو كتابة يدوية باستخدام اللوغاريتمات والجداول الرسومية) حوالي 10 إلى 15 دقيقة من العمل لتحويل الزاوية (الزوايا) المرصودة إلى مسافة قمرية مركزية الأرض. ثم يقارن الملاح الزاوية المصححة بتلك المدرجة في صفحات التقويم المناسبة لكل ثلاث ساعات من توقيت غرينتش، باستخدام جداول الاستيفاء لاستنتاج القيم الوسيطة. والنتيجة هي الفرق في الوقت بين مصدر الوقت (الوقت غير المعروف) المستخدم للملاحظات ووقت خط الزوال الرئيسي الفعلي (وقت "خط الزوال صفر" في غرينتش، والمعروف أيضًا باسم UTC أو GMT). وبمعرفة UTC/GMT، يمكن للملاح أخذ مجموعة أخرى من المشاهد وتقليصها لحساب موقعها الدقيق على الأرض كخط عرض وخط طول محليين.

إستخدام الوقت

كانت الطريقة الأكثر شيوعًا (ولا تزال) هي استخدام ساعة دقيقة لقياس وقت منظار السدس مباشرةً. أدت الحاجة إلى الملاحة الدقيقة إلى تطوير كرونومتر أكثر دقة تدريجيًا في القرن الثامن عشر (انظر جون هاريسون ). اليوم، يتم قياس الوقت باستخدام كرونومتر، أو ساعة كوارتز ، أو إشارة وقت راديوية قصيرة الموجة تبث من ساعة ذرية ، أو الوقت المعروض على جهاز استقبال إشارة وقت القمر الصناعي . ^[7] تحافظ ساعة اليد الكوارتز عادةً على الوقت في غضون نصف ثانية في اليوم. إذا تم ارتداؤها باستمرار، مع الحفاظ عليها بالقرب من حرارة الجسم، يمكن قياس معدل انجرافها بالراديو، ومن خلال تعويض هذا الانجراف، يمكن للملاح الحفاظ على الوقت أفضل من ثانية في الشهر. عندما يكون الوقت عند خط الزوال الرئيسي (أو نقطة بداية أخرى) معروفًا بدقة، يمكن للملاحة السماوية تحديد خط الطول، وكلما زادت دقة معرفة خط العرض والوقت، زادت دقة تحديد خط الطول. تعتمد السرعة الزاوية للأرض على خط العرض. عند القطبين، أو عند خط العرض 90 درجة، تصل سرعة دوران الأرض إلى الصفر. عند خط العرض 45 درجة، تعادل ثانية واحدة من الزمن في خط الطول 1077.8 قدمًا (328.51 مترًا )، أو عُشر الثانية يعني 107.8 قدمًا (32.86 مترًا) ^[8] عند خط الاستواء المنتفخ قليلاً، أو خط العرض 0 درجة، تصل سرعة دوران الأرض أو ما يعادلها في خط الطول إلى أقصى حد لها عند 465.10 مترًا في الثانية (1525.9 قدمًا في الثانية ). ^[9]

تقليديًا، كان الملاح يفحص كرونومتره باستخدام أداة السدس عند علامة جغرافية يمسحها فلكي محترف. هذه مهارة نادرة الآن، ولا يستطيع معظم رؤساء الموانئ تحديد موقع علامة مرفأهم. غالبًا ما كانت السفن تحمل أكثر من كرونومتر واحد. كانت الكرونومتر تُحفظ على محاور في غرفة جافة بالقرب من مركز السفينة. كانت تُستخدم لضبط ساعة الاختراق للرؤية الفعلية، بحيث لا تتعرض أي كرونومتر للرياح والمياه المالحة على سطح السفينة. كان لف الكرونومتر ومقارنته من المهام الحاسمة للملاح. حتى اليوم، لا يزال يتم تسجيل ذلك يوميًا في سجل سطح السفينة وإبلاغه إلى القبطان قبل ثمانية أجراس في مناوبة الظهيرة (ظهر السفينة). يضبط الملاحون أيضًا ساعات السفينة والتقويم. يوفر كرونومترين تكرارًا معياريًا مزدوجًا ، مما يسمح بوجود نسخة احتياطية إذا توقف أحدهما عن العمل ولكن لا يسمح بأي تصحيح للخطأ إذا عرض الاثنان وقتًا مختلفًا، لأنه في حالة وجود تناقض بين الكرونومترين، فسيكون من المستحيل معرفة أيهما كان خاطئًا (سيكون اكتشاف الخطأ الذي تم الحصول عليه هو نفسه وجود كرونومتر واحد فقط والتحقق منه بشكل دوري: كل يوم عند الظهر مقابل الحساب الميت ). توفر ثلاثة كرونومتر تكرارًا معياريًا ثلاثيًا ، مما يسمح بتصحيح الخطأ إذا كان أحد الثلاثة خاطئًا، لذلك سيأخذ الطيار متوسط الاثنين بقراءات أقرب (تصويت الدقة المتوسطة). هناك مقولة قديمة بهذا الشأن، تنص على: "لا تذهب إلى البحر أبدًا بكرونومترين؛ خذ واحدًا أو ثلاثة." ^[10] تحمل السفن المشاركة في أعمال المسح عمومًا أكثر من ثلاثة كرونومتر - على سبيل المثال، حملت سفينة إتش إم إس بيجل 22 كرونومترًا . ^[11]

الملاحة السماوية الحديثة

تم اكتشاف مفهوم خط الموضع السماوي في عام 1837 بواسطة توماس هوبارد سومنر عندما قام بعد ملاحظة واحدة بحساب ورسم خط الطول الخاص به عند أكثر من خط عرض تجريبي في محيطه ولاحظ أن المواضع تقع على طول خط. باستخدام هذه الطريقة مع جسمين، تمكن الملاحون أخيرًا من عبور خطي موضع والحصول على موقعهم، وبالتالي تحديد كل من خط العرض وخط الطول. في وقت لاحق من القرن التاسع عشر جاء تطوير طريقة الاعتراض الحديثة (مارك سانت هيلير) ؛ باستخدام هذه الطريقة، يتم حساب ارتفاع الجسم والسمت للحصول على موضع تجريبي مناسب ومقارنته بالارتفاع المرصود. الفرق في الدقائق القوسية هو مسافة "الاعتراض" بالميل البحري التي يحتاج خط الموضع إلى تحويلها نحو أو بعيدًا عن اتجاه النقطة الفرعية للجسم. (تستخدم طريقة الاعتراض المفهوم الموضح في المثال في قسم "كيف تعمل" أعلاه). هناك طريقتان أخريان لتقليل المشاهد هما خط الطول بالكرونومتر وطريقة خارج خط الزوال .

في حين أصبحت الملاحة السماوية غير ضرورية بشكل متزايد مع ظهور أجهزة استقبال الملاحة عبر الأقمار الصناعية ( GNSS ) غير المكلفة والدقيقة للغاية، فقد تم استخدامها على نطاق واسع في الطيران حتى ستينيات القرن العشرين والملاحة البحرية حتى وقت قريب جدًا. ومع ذلك، نظرًا لأن البحار الحكيم لا يعتمد أبدًا على أي وسيلة وحيدة لتحديد موقعه، فإن العديد من السلطات البحرية الوطنية لا تزال تطلب من ضباط السطح إظهار معرفتهم بالملاحة السماوية في الاختبارات، في المقام الأول كنسخة احتياطية للملاحة الإلكترونية أو عبر الأقمار الصناعية. أحد أكثر الاستخدامات الحالية شيوعًا للملاحة السماوية على متن السفن التجارية الكبيرة هو معايرة البوصلة والتحقق من الأخطاء في البحر عندما لا تتوفر مراجع أرضية.

في عام 1980، كانت لوائح البحرية الفرنسية لا تزال تتطلب وجود ساعة تعمل بشكل مستقل على متن السفينة بحيث يمكن تحديد موقع السفينة عن طريق الملاحة السماوية، وذلك بالاشتراك مع أداة قياس الزوايا. ^[12]

استمرت القوات الجوية والبحرية الأمريكية في تدريب الطيارين العسكريين على استخدام الملاحة السماوية حتى عام 1997، وذلك للأسباب التالية:

يمكن استخدام الملاحة السماوية بشكل مستقل عن المساعدات الأرضية.
الملاحة السماوية لها تغطية عالمية.
لا يمكن التشويش على الملاحة السماوية (على الرغم من أنه من الممكن أن تحجبها السحب).
لا ترسل الملاحة السماوية أي إشارات يمكن للعدو اكتشافها. ^[13]

أعلنت الأكاديمية البحرية الأمريكية (USNA) أنها أوقفت دورة الملاحة السماوية (التي تعتبر واحدة من أكثر دوراتها غير الهندسية تطلبًا) من المنهج الرسمي في ربيع عام 1998. ^[14] في أكتوبر 2015، مستشهدة بمخاوف بشأن موثوقية أنظمة GNSS في مواجهة القرصنة المعادية المحتملة ، أعادت الأكاديمية البحرية الأمريكية التعليم في الملاحة السماوية في العام الدراسي 2015 إلى 2016. ^[15]^[16]

في أكاديمية خدمة فيدرالية أخرى، وهي أكاديمية البحرية التجارية الأمريكية، لم يكن هناك انقطاع في التعليم في مجال الملاحة السماوية حيث يُطلب اجتياز امتحان ترخيص خفر السواحل الأمريكي للدخول إلى البحرية التجارية . كما يتم تدريسها في جامعة هارفارد ، مؤخرًا باسم علم الفلك 2. ^[17]

لا يزال أصحاب اليخوت الخاصة يستخدمون الملاحة السماوية، وخاصة اليخوت السياحية الطويلة المدى حول العالم. وبالنسبة لأطقم القوارب السياحية الصغيرة، تعتبر الملاحة السماوية بشكل عام مهارة أساسية عند المغامرة خارج نطاق الرؤية للأرض. وعلى الرغم من أن تقنية الملاحة عبر الأقمار الصناعية موثوقة، إلا أن أصحاب اليخوت السياحية يستخدمون الملاحة السماوية إما كأداة ملاحية أساسية أو كنسخة احتياطية.

استُخدمت الملاحة السماوية في الطيران التجاري حتى الجزء الأول من عصر الطائرات النفاثة؛ كانت طائرات بوينج 747 المبكرة تحتوي على "منفذ سدسي" في سقف قمرة القيادة. ^[18] ولم يتم التخلص منها إلا في الستينيات مع ظهور الملاحة بالقصور الذاتي وأنظمة الملاحة دوبلر، وأنظمة الأقمار الصناعية الحالية التي يمكنها تحديد موقع الطائرة بدقة تصل إلى كرة 3 أمتار مع عدة تحديثات في الثانية.

تم استخدام أحد أشكال الملاحة السماوية الأرضية للمساعدة في توجيه مركبة الفضاء أبولو في طريقها إلى القمر ومنها. وحتى يومنا هذا، تستخدم البعثات الفضائية مثل مركبة استكشاف المريخ أجهزة تعقب النجوم لتحديد اتجاه المركبة الفضائية.

في وقت مبكر من منتصف الستينيات، تطورت الأنظمة الإلكترونية والحاسوبية المتقدمة مما مكن الملاحين من الحصول على إصلاحات رؤية سماوية آلية. تم استخدام هذه الأنظمة على متن كل من السفن وطائرات القوات الجوية الأمريكية، وكانت دقيقة للغاية، وقادرة على التركيز على ما يصل إلى 11 نجمًا (حتى في النهار) وتحديد موقع المركبة إلى أقل من 300 قدم (91 مترًا). كانت طائرة الاستطلاع عالية السرعة SR-71 مثالاً على طائرة تستخدم مزيجًا من الملاحة السماوية والقصور الذاتي الآلية . ومع ذلك، كانت هذه الأنظمة النادرة باهظة الثمن، والقليل منها الذي لا يزال قيد الاستخدام اليوم يعتبر بمثابة نسخ احتياطية لأنظمة تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية الأكثر موثوقية.

تستخدم الصواريخ الباليستية العابرة للقارات الملاحة السماوية للتحقق من مسارها وتصحيحه (يتم ضبطه في البداية باستخدام جيروسكوبات داخلية) أثناء الطيران خارج الغلاف الجوي للأرض . إن المناعة ضد إشارات التشويش هي المحرك الرئيسي وراء هذه التقنية التي تبدو قديمة.

الملاحة والتوقيت المستند إلى النجوم النابضة بالأشعة السينية (XNAV) هي تقنية ملاحة تجريبية للفضاء حيث تُستخدم إشارات الأشعة السينية الدورية المنبعثة من النجوم النابضة لتحديد موقع مركبة، مثل مركبة فضائية في الفضاء السحيق. ستقارن المركبة التي تستخدم XNAV إشارات الأشعة السينية المستلمة بقاعدة بيانات لترددات النجوم النابضة ومواقعها المعروفة. وعلى غرار نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية، ستسمح هذه المقارنة للمركبة بتحديد موقعها بدقة (±5 كم). تتمثل ميزة استخدام إشارات الأشعة السينية على الموجات الراديوية في أنه يمكن جعل تلسكوبات الأشعة السينية أصغر حجمًا وأخف وزنًا. ^[19]^[20]^[21] في 9 نوفمبر 2016، أطلقت الأكاديمية الصينية للعلوم قمرًا صناعيًا تجريبيًا للملاحة بالنجوم النابضة يسمى XPNAV 1 . ^[22]^[23] SEXTANT (مستكشف المحطة لتقنية التوقيت والملاحة بالأشعة السينية) هو مشروع ممول من وكالة ناسا تم تطويره في مركز جودارد لرحلات الفضاء والذي يختبر XNAV في المدار على متن محطة الفضاء الدولية فيما يتعلق بمشروع NICER ، الذي تم إطلاقه في 3 يونيو 2017 في مهمة إعادة إمداد محطة الفضاء الدولية CRS-11 التابعة لسبيس إكس. ^[24]

تمرين

تجمع معدات تدريب الملاحة السماوية لطواقم الطائرات بين جهاز محاكاة طيران بسيط ومتحف فلكي .

من الأمثلة المبكرة على ذلك جهاز تدريب الملاحة السماوية Link Celestial Navigation Trainer ، الذي استُخدم في الحرب العالمية الثانية . ^[25]^[26] يقع في مبنى يبلغ ارتفاعه 45 قدمًا (14 مترًا)، ويتميز بقمرة قيادة تستوعب طاقم قاذفة كامل (طيار وملاح وقاذف قنابل). قدمت قمرة القيادة مجموعة كاملة من الأدوات ، والتي استخدمها الطيار لتحليق الطائرة المحاكاة. تم تثبيت مجموعة من الأضواء على قبة فوق قمرة القيادة، بعضها موازٍ ، وتحاكي الأبراج ، والتي حدد الملاح منها موضع الطائرة. تحاكي حركة القبة المواضع المتغيرة للنجوم بمرور الوقت وحركة الطائرة حول الأرض. كما تلقى الملاح إشارات راديو محاكاة من مواقع مختلفة على الأرض. أسفل قمرة القيادة تحركت "لوحات التضاريس" - صور جوية كبيرة قابلة للتحريك للأرض أدناه - مما أعطى الطاقم انطباعًا بالطيران ومكن القاذفة من التدرب على محاذاة أهداف القصف. كان فريق من المشغلين يجلسون في كابينة تحكم على الأرض أسفل الآلة، حيث يمكنهم محاكاة الظروف الجوية مثل الرياح أو السحب. كما قام هذا الفريق بتتبع موقع الطائرة عن طريق تحريك "سرطان البحر" (علامة) على خريطة ورقية.

تم تطوير جهاز Link Celestial Navigation Trainer استجابة لطلب تقدمت به القوات الجوية الملكية البريطانية (RAF) في عام 1939. وقد طلبت القوات الجوية الملكية البريطانية 60 من هذه الآلات، وتم بناء أول واحدة منها في عام 1941. استخدمت القوات الجوية الملكية البريطانية عددًا قليلاً فقط من هذه الآلات، واستأجرت الباقي للولايات المتحدة، حيث تم استخدام المئات منها في النهاية.

انظر أيضا

مراجع

^ ما مدى دقة الملاحة السماوية مقارنة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)؟
^ التقويم البحري المجاني عبر الإنترنت بصيغة PDF.
^ "07.03.09: الديناميكيات الرياضية للملاحة السماوية والملاحة الفلكية". teacherinstitute.yale.edu . تم الاسترجاع في 2023-07-23 .
^ Navigator, Ocean (2003-01-01). "مقارنة بين طرق تقليل الرؤية - Ocean Navigator" . تم الاسترجاع في 2023-07-23 .
^ الملاح العملي الأمريكي، ملخص الملاحة، ص 270.
^ "دورات الملاحة البحرية: خطوط المواضع، LOPs". www.sailingissues.com . تم الاسترجاع في 2023-07-23 .
^ Mehaffey, Joe. "ما مدى دقة عرض الوقت على جهاز GPS الخاص بي؟". gpsinformation.net . مؤرشف من الأصل في 4 أغسطس 2017 . تم الاسترجاع في 9 مايو 2018 .
^ أخطاء في تحديد خطوط الطول والعرض والسمت - الجزء الأول، بقلم ف. أ. ماكديارميد، الجمعية الفلكية الملكية الكندية، 1914.
^ آرثر ن. كوكس، محرر (2000). كميات ألين الفلكية (الطبعة الرابعة). نيويورك: مطبعة إيه آي بي. ص 244. رقم ISBN 978-0-387-98746-0تم الاسترجاع بتاريخ 17 أغسطس 2010 .
^ بروكس، فريدريك ج. (1995) [1975]. شهر الرجل الأسطوري . أديسون ويسلي. ص. 64. ISBN 0-201-83595-9.
^ ر. فيتزروي. "المجلد الثاني: وقائع الحملة الثانية". ص 18.
^ الكرونومتر البحري في عصر الكهرباء بقلم ديفيد ريد، سبتمبر 2015
^ كتيب القوات الجوية الأمريكية (AFPAM) 11-216، الفصول 8-13
^ لن يتخلص طلاب البحرية من أجهزة قياس الزوايا الخاصة بهم محفوظ في 13 فبراير 2009 على موقع واي باك مشين ، نيويورك تايمز بقلم ديفيد دبليو تشين نُشر في: 29 مايو 1998
^ رؤية النجوم مرة أخرى: الأكاديمية البحرية تعيد تفعيل الملاحة السماوية أرشيف 2015-10-23 على موقع واي باك مشين ، جريدة كابيتال جازيت بقلم تيم برودينتي نُشر بتاريخ: 12 أكتوبر 2015
^ بيترسون، أندريا (17 فبراير 2016). "لماذا يتعلم طلاب الأكاديمية البحرية الإبحار وفقًا للنجوم لأول مرة منذ عقد من الزمان". واشنطن بوست . مؤرشف من الأصل في 22 فبراير 2016.
^ – علم الفلك 2 الملاحة السماوية بقلم فيليب سادلر محفوظ في 22 نوفمبر 2015 على موقع واي باك مشين
^ كلارك، بيليتا (17 أبريل 2015). "مستقبل الطيران". فاينانشال تايمز . مؤرشف من الأصل في 14 يونيو 2015. تم الاسترجاع 19 أبريل 2015 .
^ Commissariat, Tushna (4 June 2014). "النجوم النابضة ترسم الطريق للمهام الفضائية". عالم الفيزياء . مؤرشف من الأصل في 18 أكتوبر 2017.
^ "نظام تحديد المواقع العالمي بين الكواكب باستخدام إشارات النجوم النابضة". مراجعة تكنولوجيا معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا . 23 مايو 2013. مؤرشف من الأصل في 29 نوفمبر 2014. تم الاسترجاع في 29 أغسطس 2017 .
^ بيكر، فيرنر؛ بيرنهاردت، مايك جي؛ جيسنر، أكسل (2013-05-21). "الملاحة المستقلة للمركبات الفضائية باستخدام النجوم النابضة". أكتا فوتورا . 7 (7): 11-28. arXiv : 1305.4842 . Bibcode :2013AcFut...7...11B. doi :10.2420/AF07.2013.11. S2CID 118570784.
^ كريبس، غونتر. "XPNAV 1". صفحة غونتر الفضائية . مؤرشف من الأصل في 2016-11-01 . تم الاسترجاع في 2016-11-01 .
^ "الصين تطلق أول قمر صناعي للملاحة باستخدام النجوم النابضة من طراز لونج مارش 11 إلى مداره". Spaceflight101.com. 10 نوفمبر 2016. مؤرشف من الأصل في 24 أغسطس 2017.
^ "NICER Manifested on SpaceX-11 ISS Resupply Flight". أخبار NICER. ناسا. 1 ديسمبر 2015. مؤرشف من الأصل في 24 مارس 2017. تم الاسترجاع في 14 يونيو 2017. كان من المقرر سابقًا إطلاق NICER في ديسمبر 2016 على SpaceX-12، وسيطير NICER الآن إلى محطة الفضاء الدولية مع حمولتين أخريين على SpaceX Commercial Resupply Services (CRS)-11، في صندوق مركبة Dragon غير المضغوط.
^ "الحرب العالمية الثانية". تاريخ موجز لمحاكاة طيران الطائرات . مؤرشف من الأصل في 9 ديسمبر 2004. تم الاسترجاع في 27 يناير 2005 .
^ "العريف تومسيتا "تومي" فليمنج كيلي-USMC-مدرب الملاحة السماوية −1943/45". ذكريات الحرب العالمية الثانية . مؤرشف من الأصل في 2005-01-19 . تم الاسترجاع في 27 يناير 2005 .