Компас

Компас — это устройство, предназначенное для определения сторон света и ориентирования на местности. Основным принципом работы классического магнитного компаса является взаимодействие постоянного магнита (стрелки) с магнитным полем Земли, в результате чего стрелка устанавливается вдоль силовых линий этого поля, указывая приблизительное направление на магнитные полюса. Компасы используются в навигации, геодезии, туризме, военном деле и многих других областях, где требуется определение направления движения или азимута.

История

Первые упоминания о приборах, способных указывать направление, относятся к Древнему Китаю, где, по разным оценкам, в III веке до н. э. — I веке н. э. начали использовать намагниченные предметы для ориентации на местности. Китайские компасы того времени представляли собой ложкообразный магнит на бронзовой пластине — «сынань», который вращался и указывал на юг. В X—XI веках в Китае уже применяли магнитную стрелку для навигации, а к концу XI века компас попал в арабский мир и затем в Европу.

В Европе компас получил широкое распространение в XII—XIII веках. В 1269 году Пётр Перегрин (Пьер де Марикур) описал усовершенствованную конструкцию — стрелку на шпильке с градуированным кругом. В XIV веке компас был дополнен картушкой (шкалой, разделённой на румбы), что сделало его удобным для морской навигации. В последующие столетия конструкция совершенствовалась: появились жидкостные компасы (XVIII век) и гирокомпасы (начало XX века).

Классификация

Существует несколько основных типов компасов, различающихся принципом действия и областью применения.

Магнитные компасы

Наиболее распространённый тип, основанный на взаимодействии постоянного магнита с магнитным полем Земли. Делятся на:

• Жидкостные компасы — стрелка или картушка помещена в жидкость (обычно спиртово-водный раствор или масло), что гасит колебания. Используются в морской навигации, геологии, туризме. Например, компас системы Адрианова (СССР) с жидкостным демпфированием.
• Сухие компасы — стрелка вращается в воздушной среде, имеет пониженное демпфирование, поэтому быстрее устанавливается, но сильнее раскачивается. Применяются в некоторых спортивных и армейских моделях.

Гирокомпасы

Приборы, определяющие истинный (географический) полюс, а не магнитный. Работают на основе гироскопа, ось которого под действием вращения Земли стремится установиться в плоскости истинного меридиана. Гирокомпасы не зависят от магнитных полей, применяются на крупных морских судах, подводных лодках, в авиации и на современных кораблях, в том числе Военно-морского флота России.

Электронные (цифровые) компасы

Устройства, определяющие направление с помощью магниточувствительных датчиков (магнитометров) и микропроцессоров. Часто встраиваются в смартфоны, навигаторы, часы и другие гаджеты. Могут компенсировать влияние близлежащих металлов и магнитных полей, а также вычислять истинный азимут с учётом магнитного склонения.

Спутниковые компасы

Системы, основанные на приёме сигналов от спутниковых навигационных систем (GPS в США, ГЛОНАСС в России). Они вычисляют направление движения по изменению координат (курс). Поскольку это не компасы в классическом смысле (не указывают север неподвижно), их часто называют «спутниковыми курсоуказателями». Применяются в транспорте, но работают только при движении.

Устройство и характеристики

Магнитный жидкостный компас

Типичный жидкостный компас состоит из:

• Корпуса (пластиковый или металлический), заполненного незамерзающей жидкостью.
• Капсулы (колбы) с герметично запаянной стрелкой (картушкой), на которой нанесены деления (азимут или румбы).
• Магнитной стрелки — постоянного магнита, ориентированного по оси север-юг.
• Шкалы (лимба) с градуировкой от 0° до 360° (или румбами).
• Поворотной крышки с визиром (целик и мушка) для взятия азимута на объект.
• Шкалы для измерения расстояний на карте (линейка, шкалы километров).

Основные характеристики

• Цена деления — шаг шкалы, обычно 1° или 2°.
• Точность определения азимута — для бытовых моделей ±1°…±3°, для профессиональных ±0,5°.
• Быстродействие — время установки стрелки после поворота.
• Диапазон рабочих температур — компас может работать при +50°C до -30°C (в некоторых моделях до -50°C).
• Устойчивость к магнитным помехам — у жидкостных компасов отсутствуют встроенные магниты, кроме стрелки, что минимизирует ошибки.
• Вес — от 30 г до 300 г.

Гирокомпас

Состоит из гироскопического чувствительного элемента, систем управления, датчиков и блока питания. Принцип основан на свойстве гироскопа сохранять ориентацию оси в пространстве, а также на прецессии, вызываемой вращением Земли. Время выхода на меридиан (период успокоения) может составлять от 20 минут до нескольких часов. Точность гирокомпасов высока — до 0,1°.

Применение

• Морская навигация — основной тип компаса — магнитный жидкостный (с арретиром) и гирокомпас. Применяются для удержания курса и определения пеленга.
• Геодезия и картография — с помощью компаса определяют магнитные азимуты и склонения, проводят рекогносцировку.
• Туризм и активный отдых — жидкостные компасы (Silva, Suunto, отечественные модели «Азимут», «Компас Адрианова») — незаменимы для ориентирования на местности.
• Военное дело — компасы входят в снаряжение артиллеристов (артиллерийский компас, АК), разведчиков, спецназа. В России используются образцы: АК-2, АК-3, «Компас визирный» (КВ), а также гирокомпасы на бронетехнике.
• Авиация — магнитные и гироскопические компасы (ГМК-1, ГИК-1), а также курсовые системы.
• Строительство и горное дело — для разметки осей шахт, тоннелей, ориентирования в шахтах.
• Образование — классический компас используется на уроках географии и физики для демонстрации магнитного поля Земли.

Уход и эксплуатация

Магнитные компасы требуют осторожного обращения. При использовании необходимо:

• Держать компас на расстоянии от металлических предметов (ножи, телефоны, ключи) и источников магнитного поля (электролинии, рельсы).
• Не подвергать ударам и падениям (особенно жидкостные — возможна разгерметизация).
• Не хранить вблизи мощных магнитов или ферромагнитных материалов.
• Периодически проверять компас на точность: сравнивать показания с известным направлением (например, с Полярной звездой в Северном полушарии).

Интересные факты

• В СССР и России выпускались компасы с подсветкой (радиевый состав) — это позволяло ориентироваться ночью.
• В 1980-х годах конструкторы разработали жидкостные компасы с гашением колебаний за 3–5 секунд.
• Компас системы Адрианова (назван по имени русского астронома и геодезиста) был принят на вооружение Русской армии и производился вплоть до 1990-х годов, затем вытеснен современными жидкостными моделями.
• Гирокомпас впервые был построен в 1908 году немецким инженером Германом Аншютцем-Кемпфе, а в 1915 году — в России (Санкт-Петербургские заводы).
• В современной морской навигации гирокомпасы постепенно дополняются спутниковыми системами, но остаются резервным средством.

Источники

• «Компас» // Большая советская энциклопедия, 3-е издание, т. 12, М.: Советская энциклопедия, 1973.
• Справочник по навигации: А. М. Дмитриев, «Навигация и лоция», М.: Транспорт, 1986.
• Статья «Компас» в энциклопедии «Военная энциклопедия» под ред. П. С. Грачёва, т. 4, М.: Воениздат, 1999.
• «Гирокомпас» // БСЭ, 3-е изд., т. 6, М.: Советская энциклопедия, 1971.
• Общие сведения о магнитных компасах: учебное пособие для вузов, под ред. В. И. Соколова, М.: Мортех, 2004.
• «Компас. Технические характеристики и применение» — материалы производителя, https://www.suunto.com (архив).
• Научно-популярная статья «Магнитный компас: история и современность» — журнал «Наука и жизнь», №3 2012.