• Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

navigation

Oprindelige forfattere JEjM, Krag, LIJ, OVen, OWD og P-EK Seneste forfatter Redaktionen

Navigation. Udsnit af søkort, der viser farvandet i Øresunds nordlige del. Dette farvand, der ikke bare er hovedruten mellem Nord- og Østersøen, men også har en intens færgetrafik mellem Helsingør og Helsingborg, er et af verdens mest trafikerede, og for at reducere risikoen for kollision er der indført trafikseparation, så nord- og sydgående skibe holdes adskilt. Om bord på et skib, der skal nordud gennem Øresund, har navigatøren i søkortet indtegnet de kurslinjer (angivet med sort streg), han agter at følge, og ved pejlinger af let kendelige punkter, her Kronborg fyr og Kärnan, kontrollerer han løbende sin position. Ved første observation (A) er skibet på kurslinjen, ved anden observation (B) vælger han at bruge ikke-samtidige stedlinjer, da vinklen mellem de to objekter her er for lille; han pejler på ny Kronborg og anvender den tidligere pejling af Kärnan. Ved tredje observation (C) er skibet kommet øst for kurslinjen, og kursen må derfor korrigeres.

Navigation. Udsnit af søkort, der viser farvandet i Øresunds nordlige del. Dette farvand, der ikke bare er hovedruten mellem Nord- og Østersøen, men også har en intens færgetrafik mellem Helsingør og Helsingborg, er et af verdens mest trafikerede, og for at reducere risikoen for kollision er der indført trafikseparation, så nord- og sydgående skibe holdes adskilt. Om bord på et skib, der skal nordud gennem Øresund, har navigatøren i søkortet indtegnet de kurslinjer (angivet med sort streg), han agter at følge, og ved pejlinger af let kendelige punkter, her Kronborg fyr og Kärnan, kontrollerer han løbende sin position. Ved første observation (A) er skibet på kurslinjen, ved anden observation (B) vælger han at bruge ikke-samtidige stedlinjer, da vinklen mellem de to objekter her er for lille; han pejler på ny Kronborg og anvender den tidligere pejling af Kärnan. Ved tredje observation (C) er skibet kommet øst for kurslinjen, og kursen må derfor korrigeres.

navigation, kunsten at bestemme en sikker og hensigtsmæssig rute for et skib, fly eller rumfartøj og derpå føre det sikkert frem ad den valgte rute. Forudsætningen for at kunne gøre det er, at man løbende ved, hvor fartøjet befinder sig, enten gennem observationer eller i mangel af sådanne ved bestikregning, hvor fartøjets plads gisses på basis af den styrede kurs og tilbagelagte distance siden sidste observerede sted.

Ordet navigation kommer af latin navigatio 'sejlads, sørejse', af navigare 'sejle', af navis 'skib' og agere 'føre, lede'.

Navigation til søs

Inden for søfart opdeles navigation i 1) terrestrisk navigation, dvs. navigation baseret på observationer af identificerbare punkter i land og udlagte sømærker samt evt. af vanddybden; 2) astronomisk navigation, dvs. navigation baseret på iagttagelse og måling af Solen og andre himmellegemer, hvilket kan give kompasretningen og mulighed for at beregne bredde og længde; og endelig 3) elektronisk navigation, dvs. navigation baseret på radiobølger udsendt fra skibet selv, fra landstationer eller fra satellitter, der muliggør retnings- og afstandsbestemmelse af objekter uden for synsvidde eller direkte kan give skibets position enten inden for et afgrænset havområde eller globalt.

Terrestrisk navigation

Terrestrisk navigation er i sin enkleste form sejlads med sikker kending, dvs. sejlads i et kystfarvand, hvor man er så fortrolig med farvandet og dets omgivelser, at man løbende ved, hvor man befinder sig i forhold til farer som grunde og skær. Egentlig navigation forudsætter konstatering af skibets nøjagtige plads, hvilket sædvanligvis sker ved at bestemme to eller flere skærende stedlinjer, dvs. linjer eller andre kurveformer, som skibet befinder sig på, og som kan udsættes i et søkort.

Annonce

En stedlinje kan være en kompaspejling til et kendt punkt som et fyr, et kirketårn, en pynt eller lignende. Er pejlingen foretaget over et magnetkompas, skal den rettes for misvisning og deviation, før den kan sættes ud i kortet. En nøjagtigere stedlinje får man i et mærke, dvs. to objekter i samme synslinje, hvilket forudsætter, at skibet befinder sig i samme lodrette plan som objekterne, og at det forreste objekt, formærket, ikke skjuler det bagvedliggende, bagmærket. Endvidere kan konstateret afstand til et objekt, fx et fyrtårn, tjene som stedlinje. For at bestemme afstanden visuelt må man kende objektets højde; med en sekstant måles vinklen mellem objektets top og basis, hvorpå afstanden kan beregnes eller direkte aflæses i en tabel. En horisontal vinkel, målt mellem to kendte objekter, kan også give en stedlinje, idet den målte vinkel er periferivinkel i en cirkel, på hvis periferi både objekterne og skibet befinder sig. I praksis udføres denne observation lettest vha. en stationpointer, der umiddelbart giver en position, hvis man har målt to vinkler mellem tre objekter. Endelig kan en dybdekurve i et søkort også anvendes som stedlinje, om end det bør ske med nogen forsigtighed, da man sjældent ved, hvor nøjagtigt farvandet er målt op.

Den nøjagtigste position fås ved anvendelse af samtidig observerede stedlinjer, men man kan etablere en position ved at sammenføre ikke-samtidige stedlinjer, fx to pejlinger af det samme fyr foretaget med fx en halv times mellemrum. Begge pejlinger sættes ud i kortet, og den første pejling parallelforskydes i kursretningen med udsejlede distance mellem pejlingerne. Pejlingernes skæringspunkt bliver så observeret sted ved anden pejling; metoden er dog behæftet med en usikkerhed, der skyldes, at man ikke nøjagtigt kender vindens og strømmens resulterende påvirkning på skibets kurs mellem de to pejlinger.

Uden mulighed for observationer er man henvist til bestikregning, dvs. regnskab med kurser og distancer, der sammenregnes til bredde- og længdeforandring og giver en gisset plads, der vil være behæftet med fejl, forårsaget af unøjagtig styring og manglende kendskab til især strøm.

Med sikker viden om sin position har man et affarende sted, som man kan sætte sin kurs fra til et påkommende sted, enten destinationen eller næste sted, hvor kursen skal ændres. Den retvisende kurs findes i søkortet og rettes for forventet påvirkning af strøm (sætning) og vind (afdrift) og derpå for lokal misvisning og deviation på kursen, hvorpå man har den styrede kurs.

Sikker terrestrisk navigation forudsætter nogle hjælpemidler: et ajourført søkort over farvandet, et pålideligt kompas og kendskab til dets deviation; endvidere et håndlod eller et ekkolod til at konstatere vanddybden med, en log til at måle fart og udsejlet distance, et ur samt en sekstant eller andet vinkelmålingsinstrument. Hertil kommer eksterne hjælpemidler i form af farvandsafmærkning som fx fyr, flydende sømærker og båker, som findes i de fleste sejlbare farvande og er gengivet i søkortene med identificerbare karakteristika.

Astronomisk navigation

Navigation. Man kan bestemme sin geografiske længde ved en astronomisk observation, hvis man kender sin geografiske bredde og det nøjagtige klokkeslæt i Greenwich (GMT). Det gøres ved at måle højden af et himmellegeme, hvis maksimale bredde (deklination) og længdegrad (sideriske timevinkel) er kendt på observationstidspunktet. Med disse oplysninger kendes tre sider (storcirkeludsnit) i en sfærisk trekant, hvori vinklerne kan beregnes. Polvinklen (HPO) er da forskellen mellem observatørens og himmellegemets geografiske længde, som sammenholdt med den kendte længdegrad af himmellegemet giver observatørens længde.

Navigation. Man kan bestemme sin geografiske længde ved en astronomisk observation, hvis man kender sin geografiske bredde og det nøjagtige klokkeslæt i Greenwich (GMT). Det gøres ved at måle højden af et himmellegeme, hvis maksimale bredde (deklination) og længdegrad (sideriske timevinkel) er kendt på observationstidspunktet. Med disse oplysninger kendes tre sider (storcirkeludsnit) i en sfærisk trekant, hvori vinklerne kan beregnes. Polvinklen (HPO) er da forskellen mellem observatørens og himmellegemets geografiske længde, som sammenholdt med den kendte længdegrad af himmellegemet giver observatørens længde.

Ved hjælp af Sol, Måne, visse planeter og stjerner kan man også etablere stedlinjer for skibet. Det kræver dels et nøjagtigt vinkelmålingsinstrument, sædvanligvis en sekstant, hvormed man kan måle højden, dvs. vinklen mellem himmellegemet og kimingen (linjen, hvor himmel og hav mødes), dels kendskab til himmellegemets deklination på observationstidspunktet, dvs. vinklen mellem ækvator og den breddeparallel, hvor himmellegemet er i zenit (se astronomiske koordinater).

Måles højden, når himmellegemet står højest på himlen, dvs. når det står i syd eller nord, er det en enkel sag at beregne observeret bredde, idet deklinationen og komplementvinklen til højden blot skal adderes eller subtraheres afhængigt af, om skibet er på nordlig eller sydlig bredde, og om deklinationen er nord eller syd.

Kender man også himmellegemets aktuelle timevinkel, dvs. vinklen mellem meridianen, hvor himmellegemet kulminerer, og meridianen gennem Greenwich (længdegrad nul), kan også længden bestemmes. Forudsætningen herfor er, at man kender det nøjagtige klokkeslæt i Greenwich på observationstidspunktet. I princippet beregnes de manglende stykker i en sfærisk trekant, hvilket i praksis sker ved anvendelse af tabelværker, der relativt let giver en azimut, dvs. kompasretningen til himmellegemet, og vinkelret herpå et udsnit af en ligehøjdecirkel, dvs. en cirkel, hvor man overalt ser himmellegemet i samme højde. Dette udsnit er en stedlinje for skibet.

Det er god praksis at etablere sin position ved samtidig observation af to-tre stjerner morgen og aften og beregne ikke-samtidige stedlinjer vha. Solen i løbet af dagen. De sidste kan føres sammen, som beskrevet under terrestrisk navigation, og det gøres sædvanligvis ved middag, hvor formiddagens observationer sammen med middagsbredden giver observeret sted ved middag.

Ud over sekstanten kræves tabeller til at rette den målte højde til observeret højde, en nautisk almanak, der giver deklination og timevinkel for Sol, Måne, de observerbare planeter og udvalgte fiksstjerner samt et tabelværk til beregningen, hvoraf der i tidens løb er udviklet mange; de letteste at anvende er det amerikanske H.O. 249, udviklet til flynavigation. Endelig skal man have et kronometer, dvs. et nøjagtigt ur.

Elektronisk navigation

Navigation. Navigationsradar om bord i et skib, der befinder sig i strædet mellem Stillehavet og Tokyobugten. Radaren, der vha. skibets gyrokompas er nordorienteret, er her sat til 12 sømils dækning, eget skib er i centrum, og der er to sømil mellem de koncentriske, hvide afstandsringe. Vha. indstillelige afstandsringe og pejlestreger, vist med blåt, kan retning og afstand til genkendelige punkter i land bestemmes. Radaren er også koblet til skibets GPS-system, og egen position og positionen af det flyttelige kors th. for centrum kan dermed aflæses direkte i bredde og længde. Andre skibe gengives som punkter, og det er muligt at markere et antal af dem, hvorpå radaren foretager en plotning, dvs. beregner det enkelte skibs kurs, fart, nærmeste afstand og tidspunktet herfor.

Navigation. Navigationsradar om bord i et skib, der befinder sig i strædet mellem Stillehavet og Tokyobugten. Radaren, der vha. skibets gyrokompas er nordorienteret, er her sat til 12 sømils dækning, eget skib er i centrum, og der er to sømil mellem de koncentriske, hvide afstandsringe. Vha. indstillelige afstandsringe og pejlestreger, vist med blåt, kan retning og afstand til genkendelige punkter i land bestemmes. Radaren er også koblet til skibets GPS-system, og egen position og positionen af det flyttelige kors th. for centrum kan dermed aflæses direkte i bredde og længde. Andre skibe gengives som punkter, og det er muligt at markere et antal af dem, hvorpå radaren foretager en plotning, dvs. beregner det enkelte skibs kurs, fart, nærmeste afstand og tidspunktet herfor.

Elektronisk navigation udføres med navigationsinstrumenter, der anvender radiobølger til signaltransmission. Navigationssystemerne består af en eller flere radiosendere, hvis positioner til enhver tid er kendte, og skibets modtager kan vha. tids- eller frekvensdifferencen mellem senderne eller ved retningsbestemte signaler beregne stedlinjer for skibets position. Frekvensvalget har betydning for signalernes rækkevidde og stedlinjernes nøjagtighed. De højfrekvente bølger, der udbredes efter rette linjer, giver stor nøjagtighed, mens lang- (LF) og mellembølger (MF), der udbredes som storcirkler langs havoverfladen, giver mere usikre stedlinjer.

Andre instrumenter som gyrokompas og elektroniske søkortsystemer regnes ofte med til elektroniske navigationsinstrumenter, selvom de ikke anvender radiobølger til signaltransmission. Instrumenterne kan være integrerede i navigationssystemer, hvor informationer fra fx GPS, radar, lod, log, gyro og selvstyrer præsenteres på displays, således at navigatøren konstant har overblik over skibets position og dets omgivelser. Navigatøren kan lægge en sejladsplan med drejepunkter ind i systemet, der vil kontrollere, at kursen følges, og alarmere ved kursafvigelser, dybdeforringelser, og når et andet skib nærmer sig.

Radiopejling benyttes i dag sjældent, og mange marineradiofyr er nedlagt, mens en del flyradiofyr fungerer og kan anvendes af skibe. Det gælder også for det særlige Consol-system, i hvilket pejlinger bestemmes fra signaler udsendt i smalle sektorer, hvis retninger er kendt af navigatøren.

Hyperbelnavigation. Navigationssystemerne Decca, Loran og Omega er hyperbelsystemer, dvs. systemer, hvis stedlinjer udbredes som hyperbler. Decca og Omega afvikledes i slutningen af 1990'erne, mens Loransystemet fortsatte som supplement til GPS-systemet. Det gamle Loran var under afvikling mange steder i den vestlige verden i 2010'erne.

Satellitsystemer. Det første satellitnavigationssystem, TRANSIT, var baseret på polære satellitter, der befandt sig 1100 km over Jorden. Det blev åbnet for civil trafik i 1967, men nedlagt i 1996, da de to nuværende systemer, det amerikanske NAVSTAR GPS og det russiske GLONASS, var fuldt operationelle. Modtagerne er højt udviklede computere, der foruden at beregne positionen også kan vise kurser og distancer og holde styr på sejlplan og ruter. Redningsaktioner foregår med satellitsystemer som positionshjælpemiddel.

Radaren anvendes i navigationen til at bestemme pejlinger og afstande til faste objekter som fyr og bøjer. Den beregner på få minutter kurs, fart og nærmeste passageafstand af andre skibe i nærheden, så navigatøren kan koncentrere opmærksomheden om de objekter, der har betydning for sikker navigering.

Inertinavigationsinstrumenter anvendes ikke af almindelige skibe, men af bl.a. krigsskibe og havundersøgelsesskibe. Ved at holde kontrol med fartøjets accelerationer og deres varighed kan instrumentet udregne en slags bestik på sejlede distancer og retninger og derved løbende afgive bestikpositioner.

Historie

Navigation. Jakobsstaven var det dominerende måleinstrument til søs, indtil det i 1700-t. blev afløst af mere nøjagtige spejlinstrumenter som oktant og sekstant. Anvendelsen er enkel: Staven holdes op til øjet, hvorefter en løs tværpind forskydes, til den lige præcis dækker den lodrette afstand mellem himmellegemet og kimingen. Den målte højde kan så aflæses i en skala på staven. Foretages målingen, når himmellegemet er højest på himlen, og kender navigatøren dets deklination, kan bredden regnes ud. På den pædagogiske tegning anvendes Nordstjernen, der let findes vha. Karlsvognen, og den er så tæt på himlens nordpol, at målt højde omtrent svarer til observatørens bredde.

Navigation. Jakobsstaven var det dominerende måleinstrument til søs, indtil det i 1700-t. blev afløst af mere nøjagtige spejlinstrumenter som oktant og sekstant. Anvendelsen er enkel: Staven holdes op til øjet, hvorefter en løs tværpind forskydes, til den lige præcis dækker den lodrette afstand mellem himmellegemet og kimingen. Den målte højde kan så aflæses i en skala på staven. Foretages målingen, når himmellegemet er højest på himlen, og kender navigatøren dets deklination, kan bredden regnes ud. På den pædagogiske tegning anvendes Nordstjernen, der let findes vha. Karlsvognen, og den er så tæt på himlens nordpol, at målt højde omtrent svarer til observatørens bredde.

Navigationskunsten er lige så gammel som skibsfarten, men de hjælpemidler, som vi op til vor egen tid har anset for uundværlige, fx kompas, søkort og log, er med loddet som sandsynlig undtagelse først blevet taget i brug efter år 1000. Inden da anvendtes Solen og især nattehimlens stjerner som et pålideligt kompas, og vind, vejr og bølger, havdyrs og fugles opførsel og skydannelser kunne bruges både som kursindikatorer, til vejrforudsigelser og til at erkende tilstedeværelsen af land uden for synsvidde. Endvidere gik akkumuleret viden om fx kurser, distancer, landkendinger, grunde og skær i arv fra generation til generation.

Hermed klarede man sig gennem hele oldtiden og et langt stykke ind i middelalderen, i nogle kulturer endda helt op til nutiden. Før, under og efter antikken sejlede fønikiere, grækere, romere og arabere i Middelhavet, og i vikingetiden sejlede nordboerne over Atlanterhavet helt til Grønland og Nordamerika, og endnu i 1900-t. foretog polynesierne i Stillehavet sørejser på 1500-2000 sømil uden instrumenter og uden at se land før destinationen. Flere forskere har ment at kunne påvise, at nordboerne brugte kompasser, baseret på Solens stilling (solkompas). Det fremlagte materiale, der skal understøtte teorierne, er imidlertid langtfra overbevisende.

Magnetkompasset, hvis oprindelse er ukendt, var i brug i Middelhavet i 1100-t., og gennem de følgende århundreder bredte det sig til resten af Europa. Middelhavet var i det hele taget foregangsområde for navigationens udvikling. Fyr havde man haft helt fra antikken, og de første søkort, de såkaldte portolaner, blev tegnet her i 1300-t., mens man i Nordeuropa længe klarede sig med såkaldte læsekort, dvs. tekstbøger med beskrivelse af farvandene og efterhånden også med toningstegninger, dvs. skitser af genkendeligt land. De første søkort over vore farvande kom først i 1500-t.

Omkring 1500 kom også de første deklinationstabeller for Solen, der gjorde nøjagtig breddebestemmelse mulig i rum sø, hvis man havde et instrument til at måle højden med. Det førte til en løbende udvikling af sådanne instrumenter fra astrolaben over jakobsstaven, kvadranten og oktanten til vore dages sekstant. Længdebestemmelse forudsatte imidlertid et nøjagtigt ur, der først blev udviklet i 1700-t. med kronometret.

Farvandsafmærkning var kendt allerede i antikken; herhjemme kom de første fyr i 1200-t., og afmærkning af befærdede farvande med søtønder fandtes efterhånden her og der, men et nogenlunde pålideligt og dækkende system kom først i 1500-t., mange andre steder endda senere. For søkortenes vedkommende kom det store gennembrud omkring 1600 med Mercators projektion, der gav et vinkeltro kort, hvor alle kompaslinjer er rette linjer. Gennem 1700- og 1800-t. blev efterhånden alle sejlbare farvande målt op, først og fremmest af de store søfartsnationer, men også Danmark ydede et betydeligt bidrag ved at opmåle og kortlægge ikke bare danske farvande, men også farvandene omkring vore nordatlantiske besiddelser, Færøerne, Island og Grønland.

1900-t.s elektroniske udvikling, der i sidste del af århundredet førte til elektroniske søkort og satellitbaserede navigationssystemer, der løbende angiver positionen med få meters nøjagtighed, har ført til, at de fleste af den klassiske navigations metoder og instrumenter er blevet overflødiggjort. I princippet er navigatøren også ved at være det, for rent teknisk er der intet til hinder for at konstruere ubemandede skibe, der selv kan finde sikker vej til de fjerneste destinationer.

Flynavigation

Den enkleste form for navigering under flyvning er stedbestemmelse ved jordsigt. Position og kurs bestemmes ved sammenligning med flyvekortet. Ved beregningsnavigation (eng. dead reckoning) bestemmes passageklokkeslættet på en ønsket position samt den kurs, der skal styres, på basis af den ønskede flyveretning, flyets egenfart og den opgivne vind. Flyet skal være udstyret med kompas, evt. kursgyro. Endelig kan navigation gennemføres vha. radio, radar, inertinavigation eller GPS. Der er i luftvejene opstillet radiofyr (Non-Directional Beacons, NDB), som kan pejles med flyets radiokompas (Automatic Direction Finder, ADF). I lufthavne og større knæk i luftveje er der gerne placeret VOR-stationer (VHF Omni Range) suppleret med DME (Distance Measuring Equipment), så piloten kan få opgivet retning og afstand til stationen. Endelig kan en modtager om bord i flyet modtage og behandle signalerne fra et antal GPS (Global Positioning System) satellitter, og derved bestemme flyets nøjagtige position, kurs og hastighed.

Rumnavigation

Navigation af jordnære satellitter og rumfartøjer kan ske ved hjælp af jordbaserede målinger. Rumfartøjets position bestemmes ved afstandsmålinger (ranging), mens fartøjets orientering bestemmes ved brug af jord-, sol- og stjernesensorer på fartøjet. Positionsbestemmelse ved hjælp af ranging kræver i princippet afstandsmålinger til fartøjet fra tre punkter på Jorden (triangulering). Ved at anvende avancerede computermodeller af fartøjets bane kan man imidlertid bestemme baneparametrene alene ud fra vinkel- og afstandsmålinger foretaget fra ét punkt. Jordnære fartøjer kan desuden benytte GPS til positionsbestemmelse.

Ved rejser længere ud i rummet navigeres efter stjernehimlen. Rumfartøjets orientering og position bestemmes ud fra målinger foretaget om bord på fartøjet med sensorer, der detekterer udvalgte stjerner og andre himmellegemer. Kursændringer planlægges og udregnes på computeranlæg på Jorden, og instrukserne sendes via store satellitjordstationer op til fartøjet. Selve kursændringen foretages på det forudberegnede tidspunkt med styreraketter, som aktiveres af fartøjets computer. Ved interplanetariske rumrejser navigeres ofte mod målet ad omveje og meget tæt på planeter for at udnytte disses gravitationsfelter, hvorved fartøjets hastighed kan øges, og kursen ændres. På denne måde er der sendt rumsonder tæt forbi mange af Solsystemets planeter og deres måner samt asteroider og kometer. Sådanne rumrejser tager længere tid end en direkte rejse, men kræver mindre energi. De er kun mulige med meget præcis navigation.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Jørgen Ejnar Marcussen, Fritz Krag, Lars Illum Jørgensen, Ole Ventegodt, Ove W. Dietrich, Poul-Erik Karlshøj: navigation i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 28. april 2017 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=130549