Секстант — навигационный прибор для измерения углов¶

Секстант — это навигационный оптико-механический прибор для измерения углов между видимыми объектами небесной сферы и линией горизонта, а также между двумя видимыми объектами. Секстант относится к классу отражательных астрономических инструментов и применяется преимущественно для определения географических координат судна или самолёта по высоте светил. Прибор получил название от латинского sextans — «шестая часть», так как его лимб (измерительная дуга) охватывает дугу в 60°, то есть одну шестую часть круга.

¶Принцип действия

Принцип работы секстанта основан на законе двойного отражения плоского зеркала, сформулированном математиком Исааком Ньютоном: если луч дважды отражается от двух плоских зеркал, повёрнутых друг относительно друга на угол α, то угол между входящим и выходящим лучами равен 2α. Это позволяет измерять углы, вдвое большие, чем угол поворота подвижного зеркала, и при этом уменьшать размеры прибора.

При наблюдении высоты светила навигатор направляет секстант на горизонт, а затем, поворачивая подвижное зеркало, добивается совмещения изображения светила с изображением горизонта в поле зрения окуляра. Угол, при этом показанный на лимбе, и есть измеряемая высота светила. Совмещение изображений обеспечивается полупрозрачным неподвижным зеркалом (или полупрозрачной частью зеркала), через которое наблюдатель видит горизонт одновременно с отражённым изображением светила.

¶Устройство

Основные элементы секстанта:

• Лимб — дуга с градусной шкалой, обычно охватывающая 60° (отсюда название прибора). В современных приборах шкала может быть градуирована с шагом 0,1° или 0,2°.
• Неподвижное зеркало (зеркало горизонта), установленное перпендикулярно плоскости лимба.
• Подвижное зеркало (зеркало светила), закреплённое на алидаде — стрелке, вращающейся вокруг оси лимба.
• Алидада с визирной трубой (или без неё — в простейших моделях).
• Визирная труба с окуляром и объективом, обеспечивающая наблюдение.
• Микрометрический винт и нониус (или шкала-микрометр) для точного отсчёта долей градуса.
• Зеркальный горизонт — полупрозрачная пластина, позволяющая видеть линию горизонта одновременно с изображением светила.
• Лимб-экран (в отдельных моделях) — светофильтры для наблюдения Солнца.

Вес современного морского секстанта составляет около 1,5–2 кг, точность измерений высоты светила — порядка 0,1–0,2 угловой минуты.

¶История

¶Предшественники

До появления секстанта для измерения высот светил использовались астролябия, квадрант и октант. Астролябия — древний прибор, известный с античности, — позволяла измерять высоту светила, но была громоздкой и требовала сложных вычислений. Квадрант, применявшийся с XIV века, представлял собой дугу в 90° с визирной линией и отвесом; его точность была невелика из-за провисания отвеса при качке судна. Октант — прибор с дугой в 45° (восьмая часть круга), предложенный в 1731 году независимо друг от друга Джоном Гэдом и Томасом Годфри, — уже использовал принцип двойного отражения и стал прямым предшественником секстанта.

¶Создание секстанта

Секстант был изобретён в 1757 году шотландским математиком и астрономом Джоном Кэмпбеллом, который предложил увеличить дугу октанта до 60°. Кэмпбелл обнаружил, что увеличение дуги позволяет измерять высоты светил до 120° (за счёт двойного отражения), что резко расширяет возможности прибора: появляется возможность измерять угол между двумя светилами, а не только высоту одного светила над горизонтом. Кэмпбелл обратился к мастеру-ремесленнику Джону Бёрду, который в 1757–1758 годах изготовил первый секстант. Вскоре после этого аналогичные приборы были изготовлены для британского Адмиралтейства.

¶Распространение и развитие

В 1767 году Британское адмиралтейство начало выпускать «Морские альманахи» (Nautical Almanac), подготовленные Невилом Маскелайном, что сделало применение секстанта массовым. К концу XVIII века секстант стал основным навигационным инструментом моряков всех стран.

В XIX веке секстант совершенствовался: появились модели с латунными лимбами, а затем — с лимбами из инвара (сплава с малым температурным расширением), что повысило точность измерений. Были разработаны морские секстанты с водонепроницаемыми корпусами, а также авиационные секстанты для определения пеленга по Солнцу и звёздам.

В России секстанты производились на заводах «Красный гидроприбор» (Ленинград), «Вега» и других предприятиях. Советские морские секстанты (например, модель СМ-3) широко применялись в военном и гражданском флоте.

¶Применение

¶Морская навигация

Основное применение секстанта — определение широты и долготы судна по высоте светил. Широта определяется по высоте Полярной звезды или по высоте верхней кульминации светила с поправкой на деклинацию. Долгота определяется по хронометру (точным часам) и измеренному углу между меридианом и вертикальной плоскостью светила (пеленгу) или по методу лунных расстояний, который был основным способом определения долготы до изобретения точных хронометров.

¶Авиация

В авиации секстант использовался для определения пеленга по Солнцу и звёздам, а также для контроля показаний гироприборов. С развитием радионавигации и спутниковых систем (ГЛОНАСС, GPS) применение секстанта в авиации практически прекратилось.

¶Современное применение

В XXI веке секстант не утратил практического значения полностью. Он остаётся обязательным элементом снаряжения океанских яхтсменов и используется как резервный (аварийный) навигационный инструмент, не зависящий от электропитания и спутниковых сигналов. Секстант применяется также в геодезии, астрономии и в обучении моряков основам навигации.

¶Виды секстантов

¶Интересные факты

• Секстант позволяет измерять углы до 120°, хотя его лимб охватывает лишь 60°: это возможно благодаря принципу двойного отражения.
• Точность секстанта ограничена не столько качеством прибора, сколько условиями наблюдения: качка судна, атмосферная рефракция и нечёткость линии горизонта вносят основную часть ошибок.
• Некоторые навигаторы утверждают, что при умелом обращении секстант способен давать определения координат с точностью до 0,5 морской мили — сопоставимой с точностью спутниковых систем.

Источники:

• «Морская астрономия» — учебник для морских училищ
• Невил Маскелайн, Nautical Almanac (1767)
• Британское адмиралтейство, руководства по применению секстанта
• Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
• «Корабельная навигация» — учебное пособие ВМФ СССР