Астрономическое обеспечение судна по маршруту перехода

 

            Министерство образования и науки

                               Украины,

         Первый Украинский Морской Институт

 

 

         Кафедра Судовождения и безопасности  мореплавания

                             факультета Судовождения

 

 

Учебная дисциплина:

«Мореходная Астрономия»

 

Курсовая работа

 

«Астрономическое  обеспечение судна по маршруту перехода»

для направления 7.070104 «Морской и речной транспорт»

профессиональное направление  “Судовождение“

 

 

                                                              Вариант № 2

Студента  группы СВз-311

Ф.И.О.    Кузьменко Олег Анатольевич

 

 

                              Национальная шкала_____________

                                 Количество баллов______________

                                 Оценка ECTS___________________

 

 

 

 

 

 

                                   Преподаватель:  Федоренко Н.И.

                                        

                                             _____  ___________2013г.

 

г.Севастополь

 

 

1. Оглавление:

- Введение.

-  Задание по курсовой работе и условные обозначения.

- Расчет курсовой работы:

     1. Расчет поправки хронометра, определение поправки индекса навигационного секстанта по звезде.

    2. Расчет Тс восхода, кульминации и захода солнца (для точки отхода).

   3. Расчет пройденного судном расстояния.

    4. Расчет координат судна на моменты восхода, кульминации и захода Солнца.

      5. Расчет Тс сумерек, восхода/захода и кульминации Солнца.

      6. Подбор звезд для наблюдений.

      7. Расчет h_с и A_с выбранных звезд.

      8. Расчет поправки компаса по  азимуту видимого восхда нижнего  края солнца.

      9. Определение широты по меридиональной  высоте Солнца.

    10. Подбор навигационных планет, Луны  для наблюдений в вечерние  сумерки.

    11. Расчет h_с и A_с выбранных навигационных планет.

    12. Определение широты места судна  по высоте Полярной звезды.

   - Заключение.

   - Список  литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Введение.

 

   Основная цель судовождения – обеспечение безопасного, по возможности, быстрого и экономически выгодного перехода судна из одного пункта в другой. В процессе плавания, штурманский состав ведет непрерывное счисление пути судна при помощи навигационных пособий и приборов.

   Мореходная  астрономия, являясь частью практической  астрономии по наблюдениям небесных светил, решает задачи морской навигации в любом районе Мирового океана, главными из которых являются:

      - определение поправок морских  курсоуказателей;

      - определение места судна.

   Кроме  того, важными задачами морской  астрономии остаются:

      - изучение астронавигационной обстановки;

      - определение и хранение точного  времени на судне;

      - астронавигационное ориентирование  при плавании с поврежденными  техническими средствами навигации  и на спасательных средствах.

    Приемы и методы морской астронавигации, позволяющие с достаточной точностью контролировать счисление пути независимо от работы судовых измерителей курса и скорости, доступны судоводителю любого судна в любом районе плавания. 

    Современные суда морского и прибрежного плавания имеют спутниковые, радиолокационные и радиотехнические средства навигации, автоматизированные комплексы обработки текущих данных, которые определяют необходимый технический уровень профессиональной подготовки судоводителей.

    Вместе с тем, требования Международной конвенции о подготовке и дипломированию моряков и несении вахты(ПДМНВ-78), обязывают судоводителей знать и уметь использовать приемы и методы мореходной астрономии для определения поправок курсоуказателей и выполнения обсерваций по наблюдению светил. На практике эти методы чаще всего используются в качестве контрольных, а в аварийных случаях приемы мореходной астрономии, как правило, являются единственными.

   

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет курсовой работы.

    

   Задание по курсовой работе:

 

Плавание совершается  в июне 2005 года.

Дата:         2/06

Тс о. :        01,00

φо :           28°00.0' N

λо:            25°00.0' W

ОС п.и.:     0°01,5'

Час.пояс:   1W

ИК° :         60°

Vс уз. :      12

КП в.С. :    64°

ОС м.в.С:   82°48

ОС П.з :     29°10

U хр на 31 мая = +8 с. Суточный ход ω= +2 с.

Расчет Ас и hс звезд на конец утрен. сумерек, интервал 2мин. Тс выбирает студент.

Расчет Ас и hс планет на конец вечер. сумерек, интервал 2 мин. Тс выбирает студент.

Высота глаза наблюдателя  – е=10м

 

   Условные обозначения:

 

φо, λо – начальные  координаты судна (точки отхода)

φв, λв – координаты судна на момент восхода Солнца

φк, λк – координаты судна на момент кульминации Солнца

φз, λз – координаты на момент захода Солнца

Тс – судовое  время, (час.мин)

Тс о. – судовое время отхода, (час.мин)

№ чп -  номер  часового пояса

Vc – скорость судна в узлах

ОС м.в.С  – отсчет секстанта меридиональной высоты Солнца, (°,')

ОС П.з –  отсчет секстанта Полярной звезды, (°,')

ОС п.и. –  отсчет секстанта при определении  поправки индекса, (°,')

КП в.С. –  компасный пеленг восхода Солнца, (°)

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет поправки хронометра, определение поправки индекса навигационного секстанта по звезде.

 

Поправку  хронометра определяем по формуле:

 Uхр = Uхр_о + ω_хр*(Т₂-Т₁) где:

Uхр_о - поправка хронометра 31 мая =+8сек

(Т₂-Т₁) – разность в сутках между 31 мая и 2 июня = 2 суток

Uхр на 2 июня = +8с+(2с*2)= +8+4=+12с

 

  Определяем  поправку секстанта по звезде:

1. Наводим зрительную трубу секстанта на звезду и наводим ее на резкость.
2. Вращением угломерного барабана добиваемся точного совмещения прямовидимого и дважды отраженного изображений.
3. Снимаем отсчет секстанта: принимаем ОС= 0°01,5'
4. Рассчитываем поправку индекса по формуле:

I = 360°-ОС = 360°-0°01,5' = -1.5

   Навигационный  секстант и хронометр подготовлены к астрономическим наблюдения.

 

 

2. Расчет Тс восхода, кульминации и захода солнца (для точки отхода).

 

Из ежедневных таблиц Nautical Almanac 2005 выбираем tм восхода и захода солнца для ближайшей широты 30°. Определяем разность между φ=30°N и φ=20°N, делим на 10 и умножаем на 2. Полученный результат прибавляем к φ=30° при восходе и отнимаем при заходе. В результате получаем tм восхода/захода. tм кульминации выбираем внизу листа на 02/6 = 11ч58. Исправляем tм восхода, кульминации и захода, долготой λ= 25°W = +1ч40м, получаем номер часового пояса и получаем Тс восхода, захода и кульминации Солнца на 2 июня 2005г. для φо=28°N и λо=25°W.

 

                              Восход          Кульминация           Заход

Тм на 30° =            04ч59м                                         18ч56м

ΔТ на 2°   =                +4                                                 -4

Тм на 28° =            05  03                11ч58м                 18 52

λ w    +    =              1  40                  1  40                    1 40

Тгр         =              06 43                13 38                   20 32  

№ w-       =               1                     1                           1   

Тс          =              05ч43м              12ч38м                 19ч32м

 

 

Время начала движения Тс=01.00

Время в пути: до восхода Солнца – Т1=05,43-01,00=4ч43мин.,

до момента  кульминации Солнца – Т2=12,38-01,00=11ч38мин.,

до момента захода Солнца – Т3=19,32-01,00=18ч32мин.

 

 

         3. Расчет пройденного судном расстояния.

  В связи  с тем, что судно на ходу, его координаты постоянно меняются, также изменяется судовое время  восхода, кульминации и захода  Солнца. Для расчета координат  необходимо знать расстояние, которое  прошло судно с точки отхода.

   Расстояние  определяем по формуле: S=V*T

Плавание  до точки восхода Солнца:

S1=V*T1= 12*4,43=53,2 мили

Плавание  до точки кульминации Солнца:

S2=V*T2=12*11,38=136,6 мили

Плавание  до точки захода Солнца:

S3=V*T3=12*18,32=219,8 мили.

 

      4. Расчет координат судна на  моменты восхода, кульминации и захода Солнца.

 

   Отложив  плавание S по курсу на МНК мы получим точку и координаты точки снимаем с МНК. При отсутствии карты мы можем рассчитать координаты по формулам аналитического счисления, используемые в навигации. Вначале рассчитываем новые Δφ и Δλ, а затем новые φ и λ.

    Формулы  письменного счисления:

Δφ=S*cos K ;  Δλ=ОТШ*sin φ_ср ;  ОТШ=S*sin K ; sinφ=1/cos φ ;

Отсюда: Δλ= S*sinK/cos φ; где:

S – плавание от начальной точки до расчетной;

К – ПУ или  ИК судна;

ОТШ – разность между начальным и конечным меридианами в морских милях.

φ_ср – средняя широта между начальной и конечной точкой (для нас особой точности в координатах не требуется, поэтому считаем φ_ср=φ₀ ).

                 Данные заносим в таблицу и  производим расчет:

1 – координаты судна на момент восхода Солнца;

2 – координаты  судна на момент кульминации  Солнца;

3 – координаты  судна на момент захода Солнца.

 

 

 

 

 

№	φ0/λ0	S1/Sw/S3 Мили	Cos 60°	Δφ' °.'	φ1/φ2/φ3	Sin 60°	ОТШ мили	Cos 28°	Δλ' °.'	λ1/λ2/λ3
1	28°N	53.2	0.5	+26,6	28°26,6          N	0.87	46,3	0.88	52.6
	25°W			0°26.6 kN					0°52,6	24°07,4        W
2	28°N	136.6	0.5	+68,3	29°08,3          N	0.87	118,8	0.88	135.1
	25°W			1°08,3 kN					2°15,1	22°44,9        W
3	28°N	219.8	0.5	+109,9	29°49,9          N	0.87	191,2	0.88	217.3
	25°W			1°49.9 kN					3°37,3	21°22,7        W

 

Точка 1 –  на моменте восхода Солнца:

             φ₁=28°26,6'N,  λ₁=24°07,4'W

Точка 2 –  на моменте кульминации Солнца:

            φ₂=29°08,3'N,   λ₂=22°44,9'W

Точка 3 –  на момент захода Солнца:

             φ₃=29°49,9'N,   λ₃=21°22,7'W

 

 

5. Расчет Тс сумерек, восхода/захода и кульминации Солнца.

 

Из Nautical Almanac на 2.06.2005 для ближайшей широты 30°N находим время начала и конца гражданских и навигационных сумерек, а так же время восхода, захода и кульминации солнца. Определяем поправки времени между широтой 30°N и точками φ₁ и φ₃ и вычисляем местное время Т_м.

 

	Начало    н.с.	Начало    гр.с	Восход	Кульм	Заход	Конец гр.с.	Конец н.с.
Tм 30°N	04:00	04:32	04:59		18:56	19:24	19:56
ΔT	+5	+4	+3		-4	-5	-5
Tм	04:05	04:36	05:02	11:58	18:52	19:19	19:51
λ   +w	+1.36	+1.36	+1.36	+1.31	+1.25	+1.25	+1.25
Tгр	05:41	06:12	06:38	13:29	20:17	20:44	21:16
№ -w	-1	-1	-1	-1	-1	-1	-1
Тс	04:41	05:12	05:38	12:29	19:17	19:44	20:16

 

 

 

 

 

 

 

6. Подбор звезд для наблюдения.

 

На конец утренних навигационных сумерек выбираем

Т_с= 05ч00м   02.06.2005 для координат

φ₁=28°26,6'N,  λ₁=24°07,4'W

 

Рассчитываем S_м на Т_с= 05ч00м

 

Т_с= 05ч00м  

№= +1 w                        

Т_гр=06ч00м

 

Из МАЕ  определяем Гринвичский Часовой Угол

GHA на 06ч00м = 338°50,2'

И находим  Звездное Местное Время

 

GHA = 338°50,2'

    λ₁= 24°07,4'

LHA = 314°42,8

 

Устанавливаем звездный глобус по широте φ=28° и местному звездному времени LHA = 314°

 

Подбираем для  наблюдения три навигационные звезды расположенные примерно с разностью азимутов в 120° и желательно по высоте от 30° до 60°.

 

Принимаем время  для наблюдения Т_с каждой звезды с интервалом 2 минуты.

 

	Звезда	Созвездие	h	A	Тхр
1	Alpheratz	α Андромеды	48°46,0	77,2°	06ч00м00с
2	Altair	α Орла	64°12,0	134,2°	06ч02м00с
3	Kochab	β М.Медведицы	42°08,0	270,1°	06ч04м00с

 

 

   

7. Расчет h_с и A_с выбранных звезд.

 

Координаты  счислимого места принимаем точку 1 –восхода Солнца.

Рассчитываем  Т_гр, исправляя Т_хр поправках хронометра U_хр =+12с

На рассчитанное Т_гр определяем по таблицам ТВА-52/57 h_с и A_с

          L.H.A. E = 360° - L.H.A. W

 

       Схема вычислений h_c и A_с по таблице «ТВА-57»:

1. Записываем в схему вычислений исходные данные звезд (δ,t_м,φ_с).

2. По аргументу δ для каждой звезды выбираем из «ТВА-57» значение функции T(δ) и записываем их в схему вычислений.

3. По аргументу t выбираем из «ТВА-57» значение функции T(t) и S(t) и записываем их в схему вычислений.

    Примечание: если величина t > 90°, то и величина X > 90°, то есть вход в таблицу «ТВА-57» будет снизу (градусы), справа (минуты) и снизу (десятые доли минут).

4. Рассчитываем  значение функций T(X)=T(δ) + S(t) и полученные величины записываем в схему вычислений.

5. По значениям T(X), из «ТВА-57» выбираем значения Х, придав ему наименование N и значение функции S(X). Записываем выбранные величины в схему вычислений.

    Примечание: Величина Х всегда одного значения  с наименованием склонения δ.

6. Рассчитываем значения функции Т(Р) = Т(t) – S(X) и записываем их в схему вычислений.

7. Рассчитываем величину Y=90°+(X~ φ_c) 

    Знак «~» при вычислении величины Y означает вычитание из большей величины меньшей, при одноименных X и φ_c , и вычитание при разноименных.

8. По аргументу Y из «ТВА-57» выбираем значения функции S(Y) и T(Y) и записываем их в схему вычислений.

9. Рассчитываем  значения функции T(A) = T(P) + S(Y) и записываем в схему вычислений.

10. По значению  функции Т(А), из «ТВА-57» выбираем  значение счислимого азимута  А_с и значение функции S(A).

    Примечание:

    а) Из таблицы «ТВА-57» азимут выбирается в четвертном счете.

    б)  При четвертном счете азимута,  первая буква его наименования  одноименна с φ_с только при X > φ_с и одноименных. Во всех остальных случаях первая буква наименования азимута разноименная с φ_с . Вторая буква наименования азимута всегда одного наименования с t_м.

11. Рассчитываем значения функции T(h) = T(Y) – S(Y) и записываем их в схему вычислений.

12. По значению  функции T(h), из «ТВА-57» выбираем значения счислимой высоты h_c и записываем их в схему вычислений.

13. Переводим  счислимые азимуты из четвертного  счета в круговой и округляем  значения до десятых долей  градуса.

 

 

 

 

 

 

 

      В результате расчетов получили  следующие данные:

	Тс	Звезда	Созвездие	Тгр	Aс	hc
1	05ч00м	Alpherat	Андромеда	06ч00м12	77,2°	48°46,0
2	05ч02м	Altair	Орла	06ч02м12	134,2°	64°12,0
3	05ч04м	Kochab	Б.Медведица	06ч04м12	270,1°	42°08,0

   

    Взяв высоты вышеуказанных звезд в рассчитанное время и исправив их поправками, получим h₀ каждой звезды.

    Сравнив h₀ и h_с получим перенос Δh, откладываем его на линии азимута, получаем ВЛП, пересечение которых и даст обсервованные координаты места судна.

 

  8. Расчет поправки компаса по азимуту видимого восхода нижнего края солнца.

 

         Для определения поправки компаса  по видимому восходу нижнего  края Солнца пользуемся таблицей 3.37 МТ-2000. Из таблицы выбираем  азимут по дате и широте  места судна φ=28°26,6'N на время восхода Солнца:

 

         Выбранному табличному значению  азимута следует приписывать  наименование:

- первая буква  наименования азимута одноименна  с широтой

- вторая буква  наименования азимута → E – при восходе и W – при заходе.

 

         Выбираем табличные значения:

для φ=28°:  31/05  А=64,8°; 03/06  А=64,4°

                 рассчитываем для φ=28° на 2/06  А=64,5°

для φ=30°:  31/05  А=64,3°; 03/06  А=63,8°

                 рассчитываем для φ=30° на 2/06  А=63,7°

Определяем  азимут на 2/06 для φ=28°26,6'N  А=64,3°NE, ИП=64,3°

  

      Рассчитываем ΔК=ИП – КП = 64,3 –  64= 0,3

 

Поправка  компаса ΔК=0,3°

Поправка  компаса по видимому восходу Солнца не считается точной, и мы принимаем  эту поправку как контрольную.

 

 

 

     9. Определение широты по меридиональной высоте Солнца.

 

    Широта места судна по меридиональной высоте светила рассчитывается по формуле:  φ₀ = (90° - H*) +/- δ*

  где: H* - меридиональная (наибольшая) высота светила;

δ* - склонение светила (+δ* - при одноименных φ и δ; -δ* - при разноименных φ и δ ).

     Наблюдения за высотой светила  начинаем за 5-10 минут до его  кульминации, в нашем случае  примерно с Т_с = 12ч20мин, и прекращаем после кульминации Солнца (когда увеличение отсчета секстана прекращается).

      

 

 

 

 

   Условно принимаем – ОС=82°48,0'

Значение  δ Солнца выбираем из МАЕ или Nautical Almanac, а ОС исправляем поправками:   ОС = 82°48,0'         δ = 22°14,2'

                                         i =       -1,5'        Δ =      +0,1

                                         h_и = 82°46,5'         δ = 22°14,3'N    общая поправка из NA…… Δh =    +10,3  

                                         Hо =82°56,8'   

φ₀ = (90° - H₀) + δN = 90° - 82°56,8' + 22°14,3'N = 29°17,5N

                                                                

φ₀  = 29°17,5N             

    

 

       10. Подбор навигационных планет, Луны для наблюдений в          вечерние сумерки.

 

           Для подбора навигационных планет и Луны для наблюдений, сначала наносим все планеты и Луну на звездный глобус, затем глобус устанавливаем по широте и звездному времени и определяем планеты или Луну для наших наблюдений.

           Планеты и Луна на звездный  глобус наносятся по SHA и склонению δ на время начала вечерних навигационных сумерек 02.06.2005г.  Выбираем данные из Nautical Almanac 2 June

 

	Венера	Марс	Юпитер	Сатурн	Луна
SHA – τ*	274°	6°	171°	243°	°
δ планеты	24°N	4°S	2°S	21°N	9°N

 

         По данным таблицы наносим планеты и Луну на звездный глобус, устанавливаем его по широте φ=30° и звездному местному времени на Т_гр 20ч48м:       t_гр= 206°25,5

                                          Δt=    3,04,8

                                          _ t=203°20,7

                                            λ=21°22,7'W

                                           t_м =183°

 Наиболее лучшие планеты для наблюдения:

      Юпитер: Азимут = 191°; h = 57°23,6

      Сатурн:  Азимут = 285°; h = 18°02,8

 Рассчитываем  горизонтальные координаты:

Для Юпитера  на Т_с = 20ч48м

Для Сатурна  на Т_с = 20ч50м

 

 

 

 

 11. Расчет А_с и h_c выбранных навигационных планет.

 

 

В результате расчетов получили следующие данные:

	Тс	Планета	Тгр	Ас	hc
1	20ч48м	Юпитер	21ч48м12с	191°	57°23,6
2	20ч50м	Сатурн	21ч50м12с	285°	18°02,8

 

   Взяв  высоты вышеуказанных планет в рассчитанное время и исправив их поправками, получим h₀ каждой планеты.

   Сравнив h₀ и h_с получим Δh, откладываем его на линии азимута, получаем ВЛП, пересечение которых и даст обсервованные координаты места судна.

   Обсервованное  место не принимаем к учету и продолжаем счисление пути со счислимых координат.

      12. Определение широты места судна по высоте Полярной звезды.

 

    Широту  места судна по высоте Полярной  звезды рассчитываем в вечерние  сумерки (начало навигационных  сумерек) Тс = 19ч50м, счислимые координаты принимаем на время захода Солнца: 

φ=29°49,9'N,   λ=21°22,7'W

    Широта  по высоте Полярной звезды  определяется в следующем порядке:

    Определяем  навигационным секстаном высоту  полярной Звезды – ОС, исправляем  поправками, рассчитываем время взятия. Рассчитываем на момент взятия высоты местный часовой угол LHA Aries (точки Овна) по которому выбираем из таблиц

Nautical Almanac: Polaris (Pole Star) tables, 2005, поправки.

ОС = 29°10,0'           Т_с = 19ч50м             t_т = 176°20,6

i+s =      -1,5             № = +1w                 Δ =   12,31,8

h_и  =  29,08,5            Т_хр= 20ч50м00с      _t_гр= 163,48,8

Δh =      +7,4             U_хр =             +12с            λ  =  21,22,7

Н₀ =  29°15,9            T_гр =20ч50м12с     LHAγ = 142°26,1

    Исправляем  Н₀ – высоту Полярной поправками и получаем φ₀.

Н₀ ……………………………….= 29°15,9                      

d₀ (argument LHAγ 142°26,1) =   1,08,7

d₁ (Lat. 35° approx/) ………………..=           0,5

d2 (June) …………………………….=            1,0

                                                             = - 1°

                                                       φ₀  =  20°26,1

      Обсервованную широту принимаем к учету. Долготу оставляем счислимую на время наблюдения Полярной звезды.  φ₀  = 20°26,1 ,   λ_с=21°22,7'W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IV.    Заключение.

 

    В данной курсовой работе по дисциплине «Мореходная астрономия» был изучен и закреплен материал соответствующих разделов программы, приобретен опыт в решении астрономических задач и умение пользования мореходными таблицами и литературой, а так же были получены знания для самостоятельного производства предварительных расчетов по астрономическому обеспечению рейса.