Sekstans

Sekstantu jest odblaskowy urządzeniem nawigacyjnym stosowany do pomiaru kątowego odległość pomiędzy dwoma punktami zarówno pionowo jak i poziomo. Służy głównie do odsunięcia punktu widzenia od Ziemi, odczytując wysokość kątową gwiazdy nad horyzontem (patrz artykuł: nawigacja astronomiczna ). Powszechnym zastosowaniem sekstantu jest określenie wysokości kątowej słońca w południe , co pozwala na określenie szerokości geograficznej punktu obserwacyjnego za pomocą tabeli deklinacji słońca. Może być również używany w nawigacji przybrzeżnej do obliczania odległości do punktu orientacyjnego lub kąta poziomego między dwoma niezwykłymi punktami. Sekstant jest nadal używany w lotnictwie , marynarce wojennej , nalotach lądowych itp., Chociaż jego użycie jest ograniczone ze względu na rozwój systemów pozycjonowania satelitarnego , niemniej pozostaje niezawodnym środkiem, z którego nawigator musi wiedzieć, jak dobrze wykorzystać (jego obecność pozostaje obowiązkowe na pokładzie statków handlowych).

Historia

Nowoczesny sekstant został wynaleziony w 1730 przez dwóch niezależnych osób: John Hadley ( 1682 - 1744 ), a brytyjski matematyk i astronom i Thomas Godfrey ( 1704 Wyroby - 1749 ), to amerykański wynalazca .

Specyfika sekstansu w porównaniu z astrolabium polega na tym, że dwa kierunki, których kąt chcemy mierzyć, są obserwowane w tym samym czasie , co sprawia, że ​​pomiar jest mniej więcej niezależny od ruchów statku. Sekstant jest trzymany na wysokości oczu, podczas gdy astrolabium wymaga punktu zawieszenia, które jest tym wyższe, że celuje się w gwiazdę wysoko położoną.

Zasada

Sekstant może mierzyć kąty do 120 °, chociaż rąbek tworzy tylko jedną szóstą koła (dzięki czemu zyskał swoją nazwę). To właśnie dzięki podwójnemu odbiciu gry lustrzanej ta akcja jest wykonywana. Przyjmuje się, że ośrodek otaczający sekstant jest przezroczysty, jednorodny i izotropowy (tj. Wszędzie taki sam bez odchylania promieni świetlnych). Stosując prawa Snella-Kartezjusza , przy takich samych współczynnikach załamania światła (powietrze wokół sekstansu jest identyczne), kąt padania i kąt odbicia są więc równe.

Niech A będzie dużym zwierciadłem, AM 'jego płaszczyzna styczna jest prostopadła do normalnej do dużego lustra; B małe lusterko, BM 'jego płaszczyzna styczna jest prostopadła do normalnej do małego lusterka.

W każdym trójkącie ABM 'suma kątów jest równa 180 °

bWM′^+WbM′^+WM′b^=180∘{\ displaystyle {\ widehat {BAM '}} + {\ widehat {ABM'}} + {\ widehat {AM'B}} = 180 ^ {\ circ}}

(90∘-ja)+(90∘+r)+γ=180∘{\ Displaystyle (90 ^ {\ Cir} -i) + (90 ^ {\ Cir} + R) + \ gamma = 180 ^ {\ Cir}}

⟹γ=ja-r{\ displaystyle \ Longrightarrow \ gamma = ir}

W każdym trójkącie ABC suma kątów jest równa 180 °

bWVS^+WbVS^+bVSW^=180∘{\ displaystyle {\ widehat {BAC}} + {\ widehat {ABC}} + {\ widehat {BCA}} = 180 ^ {\ circ}}

180∘-2ja+2r+θ=180∘{\ displaystyle 180 ^ {\ circ} -2i + 2r + \ theta = 180 ^ {\ circ}}

⟹θ=2(ja-r){\ Displaystyle \ Longrightarrow \ theta = 2 (ir)}

⟹θ=2γ{\ Displaystyle \ Longrightarrow \ theta = 2 \ gamma}

Aby móc odczytywać bezpośrednio na rąbku, wygrawerowane tam stopnie mają w rzeczywistości pół stopnia. Bęben i śruba mikrometryczna pozwolą na dokładność pomiaru w stosunku do obliczeń nautycznych.

Dokładność pomiarów i regulacji

Odczyt dobrze nastrojonego sekstansu pozwala na dokładność do 0,2 ′ łuku. W teorii obserwator mógłby więc określić swoje położenie z dokładnością do 0,2 mili morskiej (ponieważ 1 mila odpowiada 1 ′ łuku dużego koła), czyli około 370 metrów. W praktyce nawigatorzy uzyskują dokładność rzędu od 2 do 5 mil morskich (ruchy statków, puchnięcie, mniej lub bardziej wyraźny horyzont, niedokładność czasu lub oszacowania między kolejnymi obserwacjami tej samej gwiazdy lub różnych gwiazd).

Instrumentalne błędy sekstantu to ekscentryczność i kolimacja.

• Ekscentryczność to dane specyficzne dla sekstansu podczas budowy i nie można ich poprawić. Zależy to od zmierzonego wzrostu i jest napisane na certyfikacie w pudełku na sekstans. Jego wartość jest funkcją zmierzonego kąta.
• Kolimację można regulować i należy ją sprawdzać przed każdą obserwacją, nakładając bezpośredni obraz gwiazdy i jej odbity obraz i odwrotnie, przy czym kolimacja jest równa średniej z tych dwóch pomiarów.

Jeżeli kolimacja przekracza 3 ′, należy sprawdzić i skorygować:

• oś optyczna (stare sekstanty), która musi być równoległa do płaszczyzny rąbka, porównując celownik laski na 30  m . przez teleskop i jeźdźców umieszczonych na rąbku. Następnie działamy na śruby regulacyjne kołnierza oprawki okularów;
• duże lustro, które musi być, porównując bezpośredni widok jeźdźca z wzrokiem odbitym w dużym lustrze drugiego jeźdźca. Następnie działamy na śrubę regulacyjną dużego lustra;
• małe zwierciadło, które musi być prostopadłe do płaszczyzny rąbka i równoległe do dużego zwierciadła, skierowane w odległy punkt lub horyzont: oba obrazy muszą być pomieszane i pozostać takimi przez przechylenie sekstansu. Działamy na śruby regulacyjne małego lusterka.

Do nieinstrumentalnych błędów i poprawek wpływających na dokładność pomiaru należą:

+ Poprawki związane z protokołem pomiarowym

• Depresja: oko obserwatora nie znajduje się na poziomie gruntu, jego widzialny horyzont jest dalej niż prawdziwy.
• Półśrednica: pomiary mają być dokonywane poprzez objęcie środka gwiazdy na horyzoncie, co w praktyce nie jest możliwe dla pobliskich ciał niebieskich i prowadzi do kolejnej korekty do wykonania.
• Załamanie: promień światła dochodzący z kosmosu i wchodzący do ziemskiej atmosfery zmienia swoje medium propagacji, przez co jego droga jest odchylona (nie widzimy gwiazdy „tam, gdzie ona”, jak słomka w szklance wody)
• Paralaksa: zakłada się, że obserwator znajduje się w środku Ziemi podczas pomiarów, co oczywiście nie ma miejsca i dlatego prowadzi do kolejnej korekty.

Wszystkie te współczynniki korygujące nie są „doskonałe”, na przykład współczynniki załamania światła są podane w tabelach jako funkcja temperatury i ciśnienia atmosferycznego (mierzone na pokładzie) i będą tylko częściowo reprezentatywne dla warunków na drodze wiązki. .

+ Błędy obserwatora

• błąd kąta: w zależności od ostrości horyzontu, przejrzystości nieba, jakości sekstansu i jego umiejętności, obserwatora.
• błąd czasu: nawigator musi skoordynować swój pomiar kąta z pomiarem czasu, niezbędna jest idealna synchronizacja pomiarów, stoper musi mierzyć czas z dokładnością do sekundy (gdzie znana jest jego korekta szybkości)
• błąd pozycji oszacowanej w czasie pomiaru: patrz właściwy artykuł wysokości .

Pomiar wysokości gwiazdy na sekstancie

Przed i podczas pomiarów dziennych będą używane dwa zestawy filtrów skojarzonych z lusterkami. To małe lustro, aby uniknąć oślepienia horyzontem, duże lustro chroniące oczy przed światłem słonecznym. Obserwacja polega na „sprowadzeniu” odbitego obrazu gwiazdy na horyzont i ustawieniu go stycznie do horyzontu (stąd ruch wahadłowy ręki trzymającej sekstant). Jeśli jest to słońce lub księżyc, ustawiamy styczną jego dolną lub górną krawędź. W przypadku gwiazd i planet wskazane jest „wspinanie się po horyzoncie” w pobliżu gwiazdy przez odwrócenie sekstansu, a następnie normalna obserwacja.

Wysokość zmierzona sekstantem musi zostać skorygowana o błędy instrumentalne i pewną liczbę parametrów właściwych dla wysokości obserwatora nad wodą, refrakcji astronomicznej i gwiazdy docelowej.

Rzeczywistą wysokość wyprowadza się z wysokości zmierzonej według wzoru godzv{\ displaystyle h_ {czas} \,}godzm{\ displaystyle h_ {m.} \,}

godzv=godzm+ε+vs-re-R+P.±δ{\ displaystyle h_ {v} = h_ {m} + \ varepsilon + cd-R + P \ pm \ delta \,} z: ε{\ displaystyle \ varepsilon \,} , ekscentryczność sekstansu, niezmienna „wada konstrukcyjna”; vs{\ displaystyle c \,} , kolimacja sekstansu; re{\ Displaystyle d \,} , obniżenie horyzontu, funkcja wysokości oka obserwatora, podana przez efemerydę; R{\ Displaystyle R \,} , refrakcja astronomiczna, związana z atmosferą ziemską; P.{\ Displaystyle P \,} , paralaksa (pomijalna dla gwiazd i planet), ze względu na to, że obserwator ma znajdować się w środku Ziemi; δ{\ displaystyle \ delta \,} , półśrednica (widoczna) księżyca lub słońca, na którą ma wpływ znak +, jeśli wycelowaliśmy w dolną krawędź, znak - jeśli wycelowaliśmy w górną krawędź.

W przypadku słońca efemerydy podają wartość dzienną oraz sumę  ; będąca średnią połową średnicy i stosuje się drugą korektę: dla dolnej krawędzi i dla górnej krawędzi. δ{\ displaystyle \ delta \,}-re-R+P.+δm{\ Displaystyle -d-R + P + \ delta _ {m} \,}δm{\ displaystyle \ delta _ {m.} \,}+(δ-δm){\ Displaystyle + (\ delta - \ delta _ {m.}) \,}-(δ+δm){\ Displaystyle - (\ delta + \ delta _ {m.}) \,}

Dla księżyca stosujemy analogiczny wzór z wartościami podanymi przez efemerydy.

W przypadku gwiazd i planet: jest nieistotna; jest znikoma, z wyjątkiem Marsa i Wenus. Suma jest dostarczana przez efemerydy oraz wartość dla Marsa i Wenus. δ{\ displaystyle \ delta \,}P.{\ Displaystyle P \,}-(re+R){\ Displaystyle - (d + R) \,}P.{\ Displaystyle P \,}

Inne zastosowania

Odległość od gorzkiego

Sekstantem mierzymy wysokość kątową punktu orientacyjnego, którego wysokość znamy. Należy jednak uważać:

• budynek musi być całkowicie widoczny: nie może stawiać stóp w wodzie ani częściowo znajdować się za horyzontem;
• wysokości budynku nie należy mylić z elewacją paleniska latarni morskiej lub światła, która sama jest wymieniana na mapach morskich i liczona od poziomu wód pełnomorskich średniej wody źródlanej (współczynnik 95).

Odległość wyrażona w milach morskich jest: z wysokości budynku w metrach i wysokości instrumentalnej w minutach. re=1,856∗(H.godzja){\ Displaystyle D = 1856 * ({\ Frac {H} {h_ {i}}})}H.{\ displaystyle H}godzja{\ displaystyle h_ {i}}

Kąty poziome

Za pomocą sekstansu w płaszczyźnie poziomej można zmierzyć kąt między dwoma obiektami. Ta metoda umożliwia wyznaczenie punktu za pomocą odpowiednich łuków  ; zobacz artykuł: Nawigacja przybrzeżna .

Podróż kosmiczna

Pierwsze loty kosmiczne , zwłaszcza te z programu Apollo , wykorzystywały urządzenia pomiarowe oparte na tej samej zasadzie co sekstanty, aby znaleźć drogę w kosmosie .

Uwagi i odniesienia

1. SOLAS rozdział V, prawidło 19
2. (w) Paul E. Ceruzzi ( Narodowe Muzeum Lotnictwa i Kosmosu ), „  Sextant, Apollo Guidance and Navigation System  ” Muzeum Nawigacji, Instytut Nawigacji.

Zobacz też

Powiązane artykuły

• Nawigacja astronomiczna
• Historia nawigacji astronomicznej
• Kwadrant nawigacji
• Astrolabium morskie
• Jakuba
• Sąsiedztwo Davis
• Pierścień równonocy
• Oktant
• Astrowieżyczka

Linki zewnętrzne

• Media: książka Nautical Instruments Pierre Deseck. Opublikowane w 1976 roku przez Éditions Toulon w Oostendzie.
• (en) The American pratical Navigator - Rozdział 16: Instrumenty do nawigacji niebiańskiej [PDF] , (Bowditch, NIMA 2002)  : kompletny kurs o sekstancie
• Zestawienie informacji na temat sekstantu [PDF] , (Charbonnel, 2005)  : prezentacja różnych ustawień i zastosowania sekstantu (rektyfikacja, kolimacja, pomiar wysokości)
• Zobacz szczegółowy schemat Sextanta
• Zobacz diagram blokowy Sextant animowany przez aplet Cabrijava
• Zobacz przykłady Sextants
• Witryna popularyzacyjna

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">