Jak se neztratit na moři
Širý oceán - plocha bez jediného orientačního bodu, všude samé vlny, občas nějaký ten delfín a létající ryby. Kolem dokola pustý horizont. Tento prostor, kde jakoby ani čas neplatil a který na člověka svou rozhlehlostí působí občas až skličujícím dojmem, lodě po staletí překonávají. Dřív trvala cesta mezi kontinenty až několik měsíců, dnes už jsou podobné přejezdy záležitostí týdnů. Zásadní zkrácení přeplutí oceánu způsobily dva vynálezy - lodní šroub a zdokonalení navigačních technik, zejména schopnost spolehlivě určit pozici lodi. V dřívějších dobách se tradiční navigace spoléhala hlavně na dva přístroje: kompas a předchůdce dnešního sextantu. Přeplutí oceánu bylo nanejvýš dobrodružnou (a nejistou) záležitostí. Navigátoři při svých transoceánských cestách následovali loxodromu (křivka protínající všechny poledníky pod stejným úhlem, která je na standardních navigačních mapách projekce Mercatora znázorněna jako přímka - čili linie kurzu). To znamená, že před vyplutím určili jednotný kurz - azimut na cíl, což mohl být ostrov, či přístav na druhé straně oceánu a tento kurz následovali celou cestu.
Jak to ale na moři chodí, loď nikdy nepluje po vytyčené kurzové linii - driftuje, je strhávána větrem a unášena proudy, její kompas je ovlivněn magnetickou variací a deklinací, takže i když loď způsobně pluje stále stejným kurzem, jedná se pouze o kruz zdánlivý, v extrémních případech je možné, že se loď pohybuje více do boku, než vpřed, nebo dokonce couvá. Proto je třeba pravidelně ověřovat geografickou polohu lodi a tu pak vyznačovat v mapě - tím velice rychle zjistíme, že je loď ze své kurzové linie znášena. Ale jak naší geografickou pozici zjistíme? Dříve se na otevřeném moři používalo výhradně určování zeměpisné šířky při kulminaci slunce - to jest v pravé poledne, kdy je slunce na zenitu, a v noci pomocí výšky hvězdy Polárky nad horizontem. Tyto dvě metody při pečlivém měření dodají poměrně přesnou geografickou šířku. Jak asi tušíte, tyto metody měly i své nevýhody. V prvé řadě nejsou tato dvě vesmírná tělesa vždy pořádně viditelná. Pokud je tedy obloha zatažená, můžeme na přesné určení šířky zapomenout. Frekvence určení šířky je taky relativně nízká - prakticky se jedná o jedno měření během dne, jen v noci bylo možné změřit šířku vícekrát, pokud byla Polárka dostupná. Zírání do slunce skrz primitivní úhloměr ničilo zraky navigátorů - ne nadarmo se říkalo, že každý správný kapitán je přisleplý na jedno oko.
I když navigátoři dostali přesnou šířku, zjistili pouze, jestli jsou nad, nebo pod kurzem. Spolehlivé určování zeměpisné délky na moři bylo možné až s vynálezem námořního chronometru v roce 1773 a minimálně do roku 1800 trvalo, než se tento způsob určování délky zdokonalil. Před tím pluli navigátoři metodou schodů - nastavili kurz, během dne zjistili, že se nachází třeba 10 mil jižně, nebo severně od vyznačené linie kurzu a zpět na ní se vrátili plutím přímo na sever, nebo na jih. Asi si dokážete představit, jak časově náročná byla tato metoda překonáváná oceánů - ještě, když museli navigátoři brát v potaz směr větru, protože loď plula na plachty…
Dnes už si nemusíme vypalovat zrak sluncem, ani počítat sáhodlouhé výpočty k získání naší pozice - všechno to za nás odpracují přístroje. Podívejme se tedy, jaké všechny možnosti se dnešnímu navigátorovi nabízí.
Nejprve je třeba rozlišit dva způsoby navigace a těmi jsou navigace příbřežní (v dohledu břehu) a navigace oceánská. Obě mají rozdílné metody určování polohy lodi. V reálu se dnes při přejezdu oceánů i při navigaci v příbřežních vodách používá satelitní navigace jako hlavní způsob určování geografické pozice. GPS a podobné systémy jsou na námořních školách stále “persona non-grata” a tolerují se hlavně při oceánských plavbách. Běda ale, kdyby kandidát na důstojnický diplom zmínil při zkoušce satelitní navigaci jako hlavní metodu určování polohy v příbřežní navigaci! V dohledu pevniny se stále preferují (akademicky) tradičnější metody určování polohy jako například náměry na dobře rozlišitelné navigační objekty na břehu, jako jsou třeba majáky a jejich světla. Doopravdy však dnešní navigátor používá zpravidla GPS za všech podmínek a pak to i bezelstně ve školách přiznává, což nejednomu přineslo trudné chvíle při studiu na opakování zkoušek, které díky své upřímnosti proletěl…
Správné metody určování polohy jsou tedy následovné:
Oceánská plavba
GPS
Vynález satelitní navigace přinesl klid a mír do srdcí navigátorů. Vždyť znát průběžně svoji přesnou geografickou polohu bylo snem všech námořníků. Dnes se k navigaci užívají sofistikované přijímače signálu GPS a GLONASS (některé dokáží odebírat signál od obou systémů zároveň), které jsou často ještě tzv. diferenciální - to znamená, že ověřují přesnost vypočítané polohy s pobřežními stanicemi, pokud jsou v jejich rádiovém dosahu. Diferenciální GPS přijímače dokáží spolehlivě určit polohu lodi v jednotkách metrů, přijímače, které tuto funkci nemají určí pozici lodi s přesností kolem třiceti metrů. Jak ovšem s oblibou říkával náš učitel navigace - pokud navigátor spoléhá na přesnost jednotek metrů při proplouvání kolem mělčin, měl by rovnou zavolat námořní záchrannou službu… Pokrytí systémem satelitní navigace je celosvětové a dostupné 24/7, pouze v polárních oblastech může vlivem náměru přijímače na geostacionární satelity umístěné nad rovníkem vzniknout poměrně velká nepřesnost v určení výšky, ale ta navigátory stejně nezajímá. Rovněž také nebudou ve vysokých geografických šířkách dostupné pro přijímač všechny satelity, což může zhoršit přesnost výpočtu pozice (ale opět maximálně v jednotkách metrů) - platí zde totiž pravidlo, které by se dalo zjednodušit na “čím více satelitů (respektive pozičních linií), tím přesnější pozice”. Nejpřesnější by z důvodů uspořádání satelitů systému měla být pozice určená na rovníku, kde jsem ale paradoxně zaznamenal nejvíc výpadků signálu.
Ano, ani satelitní navigace není bezchybná a její zápory mohou vést k tragickým důsledklům. Ačkoliv jsou přijímače signálu na lodi dva a ještě ke všemu nezávislé na sobě, může se stát, že vlivem silných solárních bouří je příjem signálu ztížen. Dále bychom neměli zapomenout, že se jedná o vojenské systémy, které mohou být v případě potřeby svými stvořitely vypnuty, či pozice z nich získané zkresleny (GPS - USA, GLONASS - Rusko). Na trhu jsou k dispozici i rušičky signálu, které se mohou dostat do nepovolaných rukou, například pirátů. Nejčastěji však dochází k haváriím vinou špatného nastavení GPS navigátorem, neznalostí jeho funkcí a principu operace a fyzickému poškození antén (například v bouři). Proto by měli být navigátoři při oceánských plavbých schopni používat sekundární systém určování geografické polohy a tím je:
Astronavigace
Všemi obávaná a zároveň přitažlivá. Studium astronavigace na námořní škole je jedna z těch obtížnějších věcí a každý se bojí, že se nějaký ten příkládek dostane do závěrečných zkoušek. V astronavigaci se hojně využívá sférické trigonometrie, rýsování a všemožných almanachů plných čísel - občas to až připomíná alchymii. K tomu je třeba umět správně měřit úhlovou výšku hvězd sextantem. Jaký to je ale skvělý pocit, když se tím vším člověk nějak prokouše a podaří se mu určit geografickou pozici - je k tomu potřeba jen chronometr, sextant a almanch a výsledek může být velice přesný - zkušení navigátoři dokáží takto vypočítat pozici s odchylkou jedné míle, ale i dvě, tři míle (4-6 km) jsou pro oceánskou navigaci dostačující. Kvalitní měření je však závislé na stavu počasí - zatažená obloha nám plány překazí, také přílišné houpání lodi měření značně ztíží. Kromě toho jsou časté různé chyby při měření a výpočtech - ať už fyzických odchylkách sextantu, přes špatně seřízený chronometr, až po chyby ve výpočtech. Dnes již výpočty zjednodušují všemožné počítačové programy, které výslednou pozici i vykreslí.
Tradičně se geografická pozice z nebeských těles určovala v pravé poledne (ranním a poledním měřením slunce) a při ranním a večerním soumraku, kdy je zároveň vidět horizont a hvězdy - úhlová výška nebeského tělesa se totiž měří od horizontu. Po určení pozice se vykreslila linie kurzu a při zohlednění rychlosti a potenciálních hodnot driftu se spočítala odhadovaná geografický pozice pro čas dalšího měření - ta se pak porovnala s aktuálně spočítanou pozicí a celý proces se opakoval. Pokud následující měření nemohlo proběhnout a pozice tak nemohla být aktualizována, počítalo se dál od předchozí odhadované pozice - někdy se takhle mohlo “na slepo” plout i několik dní. Ani pozice získaná z hvězd nemohla být automaticky považována za správnou - záleželo na umu navigátora. Proto se nezřídka stávalo, že loď dorazila k břehům kontinentu klidně o sto mil dál od svého cíle, v ten moment se museli navigátoři zorientovat v pobřežních významných bodech - proto ty majáky - a posléze pokračovat podél pobřeží k cíli. Záměrně používám minulý čas, protože takto “poctivě” se astronavigace používala naposledy v osmdesátých letech před rozšířením GPS přijímačů. Dnes již pomocí astronavigace určují pozici víceméně jen nadšenci a to ještě s vědomím, že si mohou svůj výsledek porovnat s GPS. Ale i tak už jsem slyšel nejeden příběh o tom, jak loď při bouři ztratila antény a navigátoři museli pak rychle oprašovat svoje astronavigační znalosti, aby se dostali do cíle.
Pobřežní navigace
Geografická pozice z náměrů a vzdáleností od navigačních objektů na pevnině
Tento způsob by měl být správně primární navigační metodou při plavbách podél pobřeří. Geografická pozice získaná protnutím minimálně dvou linií náměru na pobřežní objekty (nebo jedné linie náměru a kružnice vzdálenosti od objektu) je přesnou metodou určení geografické pozice, která není závislá na předchozích měřeních a i poměrně nezkušený navigátor jí zvládne s velkou přesností. Poziční linie lze získat vizuálním náměrem na objekt pomocí náměrníku - přes den lze využít různých prominentních staveb na pobřeží a v noci světel majáků. Alternativním a stejně přesným způsobem je využití lodního radaru k získání radarových náměrů a radary poskytují i příjemnou možnost velmi přesného měření vzdáleností od objektu. Radar dokáže přesně rozlišit linii pobřeží, ale na majáky stojící na pevnině je krátký - pokud tedy nejsou vybaveny radarovým reflektorem. Radarem se tedy dá přesně určit geografická pozice i tehdy, je-li pevnina zakrytá mlhou, nebo když na ní nejsou postaveny žádné majáky a navigační objekty. Výborně se této metody dá využívat například při navigaci po Amazonce, kde je velké množství ostrůvků zarostlých pralesem. Přestože i tuto metodu upozadila GPS, je pořád poměrně hojně používaná svědomitými navigátory.
Další metodou používanou k určování a monitorování pozice lodi v blízkosti pobřeží je sledování nárůstu a poklesu hloubky echosondou a následné porovnávání hodnot s izobatami (linie stejné hloubky) zakreslenými na mapách a paralelní index, což je radarová metoda monitorování vzdálenosti vybraného objektu paralelně ke kurzu lodi. Na radaru se skrz objekt prostě vyznačí čára rovnoběžná s kurzem v požadované vzdálenosti, kterou má loď kolem objektu proplout a pak už se pouze sleduje, jestli vyznačená rovnoběžka pořád probíha skrz objekt, nebo se od něho vzdaluje. To navigátora upozorná na driftování lodi ku, nebo od objektu.
Mezi již nepoužívané metody určování geografické pozice patří radiomajáky a LORAN (Long Range Navigation) - systémem hyperbolické radiové navigace, který v minulosti využívala jak lodní, tak letecká doprava.
Toto byl tedy přehled hlavních navigačních systémů a metod. Rád bych dnešní, poněkud suchopárný, článek zakončil výstižnými slovy Douglase Adamse: “I may not have gone where I intended to go, but I think I have ended up where I needed to be.” I ti, kteří se na oceánu ztratí si mohou být jisti, že jednou k cíli dorazí - vždyť nejbližší pevninu mají dvě míle pod kýlem…
Obrázek: Archiv autora
Jak to ale na moři chodí, loď nikdy nepluje po vytyčené kurzové linii - driftuje, je strhávána větrem a unášena proudy, její kompas je ovlivněn magnetickou variací a deklinací, takže i když loď způsobně pluje stále stejným kurzem, jedná se pouze o kruz zdánlivý, v extrémních případech je možné, že se loď pohybuje více do boku, než vpřed, nebo dokonce couvá. Proto je třeba pravidelně ověřovat geografickou polohu lodi a tu pak vyznačovat v mapě - tím velice rychle zjistíme, že je loď ze své kurzové linie znášena. Ale jak naší geografickou pozici zjistíme? Dříve se na otevřeném moři používalo výhradně určování zeměpisné šířky při kulminaci slunce - to jest v pravé poledne, kdy je slunce na zenitu, a v noci pomocí výšky hvězdy Polárky nad horizontem. Tyto dvě metody při pečlivém měření dodají poměrně přesnou geografickou šířku. Jak asi tušíte, tyto metody měly i své nevýhody. V prvé řadě nejsou tato dvě vesmírná tělesa vždy pořádně viditelná. Pokud je tedy obloha zatažená, můžeme na přesné určení šířky zapomenout. Frekvence určení šířky je taky relativně nízká - prakticky se jedná o jedno měření během dne, jen v noci bylo možné změřit šířku vícekrát, pokud byla Polárka dostupná. Zírání do slunce skrz primitivní úhloměr ničilo zraky navigátorů - ne nadarmo se říkalo, že každý správný kapitán je přisleplý na jedno oko.
I když navigátoři dostali přesnou šířku, zjistili pouze, jestli jsou nad, nebo pod kurzem. Spolehlivé určování zeměpisné délky na moři bylo možné až s vynálezem námořního chronometru v roce 1773 a minimálně do roku 1800 trvalo, než se tento způsob určování délky zdokonalil. Před tím pluli navigátoři metodou schodů - nastavili kurz, během dne zjistili, že se nachází třeba 10 mil jižně, nebo severně od vyznačené linie kurzu a zpět na ní se vrátili plutím přímo na sever, nebo na jih. Asi si dokážete představit, jak časově náročná byla tato metoda překonáváná oceánů - ještě, když museli navigátoři brát v potaz směr větru, protože loď plula na plachty…
Dnes už si nemusíme vypalovat zrak sluncem, ani počítat sáhodlouhé výpočty k získání naší pozice - všechno to za nás odpracují přístroje. Podívejme se tedy, jaké všechny možnosti se dnešnímu navigátorovi nabízí.
Nejprve je třeba rozlišit dva způsoby navigace a těmi jsou navigace příbřežní (v dohledu břehu) a navigace oceánská. Obě mají rozdílné metody určování polohy lodi. V reálu se dnes při přejezdu oceánů i při navigaci v příbřežních vodách používá satelitní navigace jako hlavní způsob určování geografické pozice. GPS a podobné systémy jsou na námořních školách stále “persona non-grata” a tolerují se hlavně při oceánských plavbách. Běda ale, kdyby kandidát na důstojnický diplom zmínil při zkoušce satelitní navigaci jako hlavní metodu určování polohy v příbřežní navigaci! V dohledu pevniny se stále preferují (akademicky) tradičnější metody určování polohy jako například náměry na dobře rozlišitelné navigační objekty na břehu, jako jsou třeba majáky a jejich světla. Doopravdy však dnešní navigátor používá zpravidla GPS za všech podmínek a pak to i bezelstně ve školách přiznává, což nejednomu přineslo trudné chvíle při studiu na opakování zkoušek, které díky své upřímnosti proletěl…
Správné metody určování polohy jsou tedy následovné:
Oceánská plavba
GPS
Vynález satelitní navigace přinesl klid a mír do srdcí navigátorů. Vždyť znát průběžně svoji přesnou geografickou polohu bylo snem všech námořníků. Dnes se k navigaci užívají sofistikované přijímače signálu GPS a GLONASS (některé dokáží odebírat signál od obou systémů zároveň), které jsou často ještě tzv. diferenciální - to znamená, že ověřují přesnost vypočítané polohy s pobřežními stanicemi, pokud jsou v jejich rádiovém dosahu. Diferenciální GPS přijímače dokáží spolehlivě určit polohu lodi v jednotkách metrů, přijímače, které tuto funkci nemají určí pozici lodi s přesností kolem třiceti metrů. Jak ovšem s oblibou říkával náš učitel navigace - pokud navigátor spoléhá na přesnost jednotek metrů při proplouvání kolem mělčin, měl by rovnou zavolat námořní záchrannou službu… Pokrytí systémem satelitní navigace je celosvětové a dostupné 24/7, pouze v polárních oblastech může vlivem náměru přijímače na geostacionární satelity umístěné nad rovníkem vzniknout poměrně velká nepřesnost v určení výšky, ale ta navigátory stejně nezajímá. Rovněž také nebudou ve vysokých geografických šířkách dostupné pro přijímač všechny satelity, což může zhoršit přesnost výpočtu pozice (ale opět maximálně v jednotkách metrů) - platí zde totiž pravidlo, které by se dalo zjednodušit na “čím více satelitů (respektive pozičních linií), tím přesnější pozice”. Nejpřesnější by z důvodů uspořádání satelitů systému měla být pozice určená na rovníku, kde jsem ale paradoxně zaznamenal nejvíc výpadků signálu.
Ano, ani satelitní navigace není bezchybná a její zápory mohou vést k tragickým důsledklům. Ačkoliv jsou přijímače signálu na lodi dva a ještě ke všemu nezávislé na sobě, může se stát, že vlivem silných solárních bouří je příjem signálu ztížen. Dále bychom neměli zapomenout, že se jedná o vojenské systémy, které mohou být v případě potřeby svými stvořitely vypnuty, či pozice z nich získané zkresleny (GPS - USA, GLONASS - Rusko). Na trhu jsou k dispozici i rušičky signálu, které se mohou dostat do nepovolaných rukou, například pirátů. Nejčastěji však dochází k haváriím vinou špatného nastavení GPS navigátorem, neznalostí jeho funkcí a principu operace a fyzickému poškození antén (například v bouři). Proto by měli být navigátoři při oceánských plavbých schopni používat sekundární systém určování geografické polohy a tím je:
Astronavigace
Všemi obávaná a zároveň přitažlivá. Studium astronavigace na námořní škole je jedna z těch obtížnějších věcí a každý se bojí, že se nějaký ten příkládek dostane do závěrečných zkoušek. V astronavigaci se hojně využívá sférické trigonometrie, rýsování a všemožných almanachů plných čísel - občas to až připomíná alchymii. K tomu je třeba umět správně měřit úhlovou výšku hvězd sextantem. Jaký to je ale skvělý pocit, když se tím vším člověk nějak prokouše a podaří se mu určit geografickou pozici - je k tomu potřeba jen chronometr, sextant a almanch a výsledek může být velice přesný - zkušení navigátoři dokáží takto vypočítat pozici s odchylkou jedné míle, ale i dvě, tři míle (4-6 km) jsou pro oceánskou navigaci dostačující. Kvalitní měření je však závislé na stavu počasí - zatažená obloha nám plány překazí, také přílišné houpání lodi měření značně ztíží. Kromě toho jsou časté různé chyby při měření a výpočtech - ať už fyzických odchylkách sextantu, přes špatně seřízený chronometr, až po chyby ve výpočtech. Dnes již výpočty zjednodušují všemožné počítačové programy, které výslednou pozici i vykreslí.
Tradičně se geografická pozice z nebeských těles určovala v pravé poledne (ranním a poledním měřením slunce) a při ranním a večerním soumraku, kdy je zároveň vidět horizont a hvězdy - úhlová výška nebeského tělesa se totiž měří od horizontu. Po určení pozice se vykreslila linie kurzu a při zohlednění rychlosti a potenciálních hodnot driftu se spočítala odhadovaná geografický pozice pro čas dalšího měření - ta se pak porovnala s aktuálně spočítanou pozicí a celý proces se opakoval. Pokud následující měření nemohlo proběhnout a pozice tak nemohla být aktualizována, počítalo se dál od předchozí odhadované pozice - někdy se takhle mohlo “na slepo” plout i několik dní. Ani pozice získaná z hvězd nemohla být automaticky považována za správnou - záleželo na umu navigátora. Proto se nezřídka stávalo, že loď dorazila k břehům kontinentu klidně o sto mil dál od svého cíle, v ten moment se museli navigátoři zorientovat v pobřežních významných bodech - proto ty majáky - a posléze pokračovat podél pobřeží k cíli. Záměrně používám minulý čas, protože takto “poctivě” se astronavigace používala naposledy v osmdesátých letech před rozšířením GPS přijímačů. Dnes již pomocí astronavigace určují pozici víceméně jen nadšenci a to ještě s vědomím, že si mohou svůj výsledek porovnat s GPS. Ale i tak už jsem slyšel nejeden příběh o tom, jak loď při bouři ztratila antény a navigátoři museli pak rychle oprašovat svoje astronavigační znalosti, aby se dostali do cíle.
Pobřežní navigace
Geografická pozice z náměrů a vzdáleností od navigačních objektů na pevnině
Tento způsob by měl být správně primární navigační metodou při plavbách podél pobřeří. Geografická pozice získaná protnutím minimálně dvou linií náměru na pobřežní objekty (nebo jedné linie náměru a kružnice vzdálenosti od objektu) je přesnou metodou určení geografické pozice, která není závislá na předchozích měřeních a i poměrně nezkušený navigátor jí zvládne s velkou přesností. Poziční linie lze získat vizuálním náměrem na objekt pomocí náměrníku - přes den lze využít různých prominentních staveb na pobřeží a v noci světel majáků. Alternativním a stejně přesným způsobem je využití lodního radaru k získání radarových náměrů a radary poskytují i příjemnou možnost velmi přesného měření vzdáleností od objektu. Radar dokáže přesně rozlišit linii pobřeží, ale na majáky stojící na pevnině je krátký - pokud tedy nejsou vybaveny radarovým reflektorem. Radarem se tedy dá přesně určit geografická pozice i tehdy, je-li pevnina zakrytá mlhou, nebo když na ní nejsou postaveny žádné majáky a navigační objekty. Výborně se této metody dá využívat například při navigaci po Amazonce, kde je velké množství ostrůvků zarostlých pralesem. Přestože i tuto metodu upozadila GPS, je pořád poměrně hojně používaná svědomitými navigátory.
Další metodou používanou k určování a monitorování pozice lodi v blízkosti pobřeží je sledování nárůstu a poklesu hloubky echosondou a následné porovnávání hodnot s izobatami (linie stejné hloubky) zakreslenými na mapách a paralelní index, což je radarová metoda monitorování vzdálenosti vybraného objektu paralelně ke kurzu lodi. Na radaru se skrz objekt prostě vyznačí čára rovnoběžná s kurzem v požadované vzdálenosti, kterou má loď kolem objektu proplout a pak už se pouze sleduje, jestli vyznačená rovnoběžka pořád probíha skrz objekt, nebo se od něho vzdaluje. To navigátora upozorná na driftování lodi ku, nebo od objektu.
Mezi již nepoužívané metody určování geografické pozice patří radiomajáky a LORAN (Long Range Navigation) - systémem hyperbolické radiové navigace, který v minulosti využívala jak lodní, tak letecká doprava.
Toto byl tedy přehled hlavních navigačních systémů a metod. Rád bych dnešní, poněkud suchopárný, článek zakončil výstižnými slovy Douglase Adamse: “I may not have gone where I intended to go, but I think I have ended up where I needed to be.” I ti, kteří se na oceánu ztratí si mohou být jisti, že jednou k cíli dorazí - vždyť nejbližší pevninu mají dvě míle pod kýlem…
Obrázek: Archiv autora
Komentáře
Okomentovat