Czym jest nawigacja?

Nawigacja jest to nauka techniczna obejmująca całokształt wiadomości niezbędnych do prowadzenia statku wodnego lub powietrznego i wyznaczania jego położenia. Nawigacja sprowadza się do wyznaczenia pozycji obiektu (określenia jego szerokości i długości geograficznej) oraz wytyczenia właściwego kursu.

Rozróżnia się nawigację podstawową (wg mapy, busoli), uproszczoną (wzrokową), bezwładnościową, astronawigację, meteonawigację i radionawigację.


Historia nawigacji.

Na pytanie, kiedy i jak powstała nawigacja nie da się wymyślić sensownej odpowiedzi. Nauka o tym jak trafić z punktu wyjściowego do punktu przeznaczenia na pewno jest starsza od historii pisanej. Właściwie to nie została ona stworzona przez ludzi- przecież sporo gatunków zwierząt miało już swoje wrodzone zdolności nawigacyjne. Stworzenie od zawsze starały się zorientować gdzie się znajdują.

Ale wróćmy do ludzi. Starożytne legendy i eposy zawsze opisują jakieś podróże. Co ciekawe, ich bohaterowie z reguły docierali tam gdzie chcieli dotrzeć. Wszystkie znaczniejsze narody basenu Morza Śródziemnego bardzo dobrze żeglowały.
Starożytni ludzie rzadko oddalali się od brzegów. W położeniu orientowali się według charakterystycznych punktów wybrzeża, a na noc kotwiczyli. Ich zasługą są pierwsze pomoce nawigacyjne w postaci przekazywanych z pokolenia na pokolenia opisów tras i punktów orientacyjnych.
Fenicjanie i Grecy byli pierwszymi, którzy nawigowali się w nocy i zapuszczali się dalej od brzegów. Potrafili na podstawie położenia słońca albo gwiazd wyznaczać kierunki świata, a co ważniejsze umieli wykorzystywać tą wiedzę. Stworzyli podstawy nawigacji zliczeniowej polegającej na określaniu aktualne pozycji, zliczonej od ostatniej pozycji obserwowanej (punktu obserwacyjnego) na podstawie znajomości kursu rzeczywistego i przebytej drogi. Wczesne doświadczenia z nawigacją zliczeniową dały początek systematycznemu zbieraniu informacji o stałych wiatrach, prądach morskich i innych potencjalnie przydatnych albo niebezpiecznych zjawiskach w obrębie znanego świata.
Wiedzę tę przejmowali od Greków Rzymianie, których własne doświadczenia nawigacyjne były uboższe z racji mniej rozwiniętej linii brzegowej. Za to stworzyli księgi opisujące znane trasy, punkty orientacyjne, kotwicowiska, porty i obszary niebezpieczne. Opisy takie nazywano wówczas periplus. Z nich wywodzą się dzisiejsze locje dla akwenów całego świata.
Od Greków i Rzymian pochodzą pierwsze informacje o sporadycznym użyciu kompasu w starożytności. Własności kawałków magnetytu, ustawiających się według linii sił ziemskiego pola magnetycznego, były z pewnością znane w Chinach. Stamtąd zapewne przywożono magnetyczne figurki, które zawieszone na nitce wskazywały stały kierunek. Znane są także przyrządy z magnesów oprawnych w lekkie drewno, wskazujące kierunek po położeniu na wodzie.
Kompasu w dzisiejszym kształcie, z igłą wskazującą północ i różą wiatrów użyto dopiero w XII wieku we Włoszech, mniej więcej jednocześnie z pojawieniem się tam pierwszych map nawigacyjnych. Mapy te, nazywane portolano, miały naniesioną linię brzegową, notatki o głębokości wód, przeszkody żeglugowe, a co najważniejsze linie kierunków geograficznych, ułatwiające wyznaczanie kursu.
Zarówno kompas, jak i udoskonalone mapy stanowiły wsparcie dla nadal bardzo zgubnego zliczania pozycji. Pomimo iż zasady astronawigacji były znane, pomiary wysokości kątowej Słońca robiono raczej na lądzie, w celu wyznaczenia szerokości geograficznej i czasu. Jedyne wówczas tablice astronomiczne, "Tablice Alfonsa X Kastylijskiego", opierały się bardziej na naukach Kościoła niż na obserwacjach. Trochę niewiarygodne, ale z taką techniką i wiedzą meteorologiczną, Europa weszła w okres wielkich odkryć geograficznych.
Kolumb i Magellan bardziej eksperymentowali z astronawigacją, niż jej używali. A powodem był prozaiczny fakt, że żaden z tych panów nie dysponował zegarem, mogącym działać na pokładzie statku. A ten był niezbędny do określenia różnicy czasu między południem w domu a obserwowanym górowaniem Słońca (różnica 4 minut odpowiada 1 stopniowi długości geograficznej).

W pierwszych latach XX wieku lotnictwo było jeszcze w powijakach. Poważniejsze przeloty wzbudzały sensację. Nawigacja lotnicza polegała głównie na czytaniu mapy i obserwowaniu ziemi. Potrzeba posiadania chociażby radiostacji na pokładzie pojawiła się dopiero wraz ze sterowcami, które jako jedyne wówczas mogły wyruszać na dłuższe trasy. Pierwsze komercyjne towarzystwo lotnicze, niemiecki "DELAG" w latach 1910 - 1914 wykonało 1604 loty, przewożąc sterowcami około 30 tysięcy pasażerów (ze średnia prędkością 50 km/h). W Polsce pierwsza przesyłka lotnicza została dostarczona 10 czerwca 1913 roku - Marcel Brindejonc de Moulinais na Morane-Saulnier przewiózł z Paryża do Warszawy wydanie specjalne dziennika "Le Matin".
W latach I wojny światowej na niemieckich sterowcach wojskowych instalowano stacje radiotelegraficzne, a radiostacje naziemne zaczęto wyposażać w ręcznie obracane anteny ramowe ze skalą kątowa, przeznaczone do radionamierzania. Pod koniec wojny radiostacje zaczęto montować także na samolotach.


Nawigacja morska.

Nawigacja morska to proces prowadzenia statku morskiego bezpieczną i możliwie najszybszą trasą do punktu przeznaczenia. Wymaga to umiejętności określania pozycji statku i wytyczania właściwego kursu statku. Zależnie od stosowanych środków i metod nawigacja morska dzieli się na:
- pilotową- polegającą na określaniu pozycji i wytyczaniu kursu według mijanych nabieżników wyznaczających tory wodne;
- terestryczną- polegającą na określaniu pozycji na podstawie wzrokowej obserwacji rozpoznawanych obiektów lądowych, np. latarni morskich;
- astronomiczną- polegającą na określaniu pozycji statku metodą pomiarów astronomicznych, stosowaną w żegludze oceanicznej;
- zliczeniową- polegająca na określaniu pozycji statku na podstawie znajomości jego kursu, wyznaczonego za pomocą kompasu magnetycznego;
- inercjalną- polegającą na automatycznym określaniu pozycji statku na podstawie pomiaru parametrów jego ruchu za pomocą systemu przyspieszeniomierzy liniowych i kątowych oraz girokompasu, stosowana jedynie na okrętach podwodnych;
- radiową- czyli radionawigację, do której zalicza się też nawigację radarową i satelitarną;
- meteorologiczną- polegającą na prowadzeniu statku szlakiem sprzyjającej pogody.


Współczesna nawigacja morska opiera się głównie na metodach radionawigacyjnych.


Nawigacja lotnicza.


Nawigacja lotnicza to proces a także wiedza o procesie kierowania lotem statku powietrznego w przestrzeni w taki sposób, aby zrealizować zaprogramowaną trajektorię lotu od punktu startu do punktu lądowania w określonym obszarze powietrznym, z zachowaniem odpowiednich odległości i zgodnie z przepisami międzynarodowymi. Istnieje wiele sposobów uzyskiwania informacji nawigacyjnej i jej wykorzystywania przy użyciu różnych przyrządów i układów pomiarowych. Każdy z nich sprowadza się do nawigacji zliczeniowej lub nawigacji wg pomiaru pozycji.
Nawigacja lotnicza zliczeniowa polega na ekstrapolacji drogi odniesienia do znanej pozycji w określonym momencie w przeszłości. Wymaga pomiaru kierunku ruchu statku powietrznego i jego prędkości lub przyspieszenia. W najprostszym przypadku pilot odczytując kurs na busoli magnetycznej, prędkość lotu na prędkościomierzu i czas lotu na zegarze pokładowym. Może obliczyć przebytą drogę, przenieść te dane na mapę i wyznaczyć aktualne współrzędne położenia statku.

Obecnie podstawowym urządzeniem nawigacji lotniczej zliczeniowej jest radar dopplerowski, umożliwiający dokładny pomiar prędkości rzeczywistej względem ziemi i kąta znoszenia. Rozwój obliczeniowej techniki cyfrowej i pojawienie się dokładnych giroskopowych platform stabilizowanych pionu i kierunku spowodowało rozpowszechnienie stosunkowo prostych i skutecznych dopplerowskich układów nawigacyjnych. Centralnym ogniwem takiego układu jest komputer nawigacyjny, na którego wejściu podawane są sygnały składowych prędkości rzeczywistej z radaru dopplerowskiego oraz kursu, przechylenia i pochylenia z platformy giroskopowej.

Nawigacja lotnicza wg namiaru pozycji polega na wyznaczeniu pozycji statku powietrznego przez określenie co najmniej 2 nierównoległych linii pozycyjnych i ich punktu przecięcia. Linie pozycyjne mogą być określane różnymi metodami, np. przelot nad linią dającą się jednocześnie zidentyfikować (rzeka, autostrada, tory kolejowe), mierzenie kierunku lub odległości do rozpoznanego punktu naziemnego o znanej lokacji, obserwacja astronomiczna wysokości ciała niebieskiego , prowadzenie radionamiarów za pomocą odbiorników pokładowych, układów radionawigacyjnych i innych. Najbardziej rozpowszechnioną metodą jest wykorzystywanie istniejących licznych systemów- radionawigacji globalnej dalekiego i bliskiego zasięgu, z jednoczesną automatyzacją namiarów. Współczesne wyposażenie transportowych i wojskowych statków powietrznych pozwala na wykorzystywanie obu metod w systemie nawigacji kompleksowej.