Развитие методов эфемеридного обеспечения мореходной астрономии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.03.01, кандидат физико-математических наук Малков, Алексей Алексеевич

• Малков, Алексей Алексеевич
• кандидат физико-математических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Малков, Алексей Алексеевич

Введение

1. Отечественные морские астрономические издания.

2. Иностранные морские астрономические ежегодники

3. Предмет диссертации.

ГЛАВА I. МОРСКОЙ АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЕЖЕГОДНИК,

ЕГО ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ СУДОВОЖДЕНИЯ

1.1 Методы мореходной астрономии.

1.2 Структура Морского астрономического ежегодника.

1.3 Анализ астрономических параметров МАЕ.

Г Л А В А II. ПРОГРАММНО - ИЗДАТЕЛЬСКИЙ КОМПЛЕКС МАЕ

2.1.1 Алгоритмы вычисления основных параметров МАЕ.

2.2.2 Компьютерная верстка с пакетом PageMaker 6.

ГЛАВА III. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МОРСКОГО

АСТРОНОМИЧЕСКОГО ЕЖЕГОДНИКА

3.3 Усовершенствование ежедневных таблиц МАЕ.

3.3.1 Таблица азимутов видимых восходов и заходов Солнца для определения поправки компаса.

3.3.2 Таблица видимых мест звезд.

Г Л А В А IV. ДВУХЛЕТНИЙ МОРСКОЙ АЛЬМАНАХ (МА-2)

4.1 Обоснование замены Морского астрономического ежегодника пособием, расчитанным на более длительный срок использования

4.2 Содержание ежедневных таблиц нового Морского альманаха

4.2.1 Левые страницы ежедневных таблиц МА—2.

4.2.2 Правые страницы ежедневных таблиц МА-2.

ВВЕДЕНИЕ

1. ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ МОРСКИЕ АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ИЗДАНИЯ

В соответствии с конвенциями Международной морской организации (IMO ) по дипломированию, несению вахты и охране жизни на море и наставлениями по организации штурманской службы Военно-Морского Флота России каждый штурман обязан владеть методами классической мореходной астрономии.

До последнего времени МАЕ был основным и главным пособием штурмана для определения места судна и поправки курсоуказателей (компасов). Спутниковые навигационные системы заметно ограничили использование МАЕ, однако, объективная вероятность аварии на судне,полная автономность, незаменимость при определении поправки компаса в открытом море, наконец, непрекращающееся военное противостояние, еще долгое время не позволят отказаться от ежегодника.

Обеспечение быстрого, безопасного и экономичного плавания является основной задачей судовождения. Для ее решения методами классической мореходной астрономии необходимы астрономические наблюдения небесных светил, которые осуществляются в море с помощью секстана и пеленгатора с регистрацией времени наблюдения хронометром, и последующая обработка наблюдений с помощью разнообразных таблиц и пособий. Целью всей этой работы является определение места судна в море и получение поправки компаса.

Последующая обработка наблюдений производится с помощью Морского астрономического ежегодника ( МАЕ ), одного из типов таблиц высот и азимутов: ВАС-58 или ТВА—57 и мореходных таблиц МТ-75.

До 1930 года в стране не было специального морского ежегодника, моряки пользовались иностранными изданиями и "Инструкцией к временному употреблению в 1919 году для целей кораблевождения сокращенного и полного астрономических календарей Nautical Almanac на 1918 и другие годы", составлен-ленную В. В. Каврайским [1]. Некоторые ее положения вошли впоследствии в

§ 10 существующего МАЕ. Подчеркивалось, что при отсутствии ежегодников на 1918 год, можно пользвоваться, в ущерб точности, и более старыми изданиями, приведены значения поправок для ежегодника 1915 года издания.

К 1921 году в России появились свои эфемериды: — Астрономический ежегодник на 1921 год, в котором координаты Солнца и звезд даны с точностью до Of 01 [2].

Морской астрономический календарь на 1921 г. , изданный Управлением по обеспечению безопасности кораблевождениия на Черном и Азовском морях под редакцией директора Одесской обсерватории проф. А.Я. Орлова. На 50 страницах небольшого формата были даны эфемериды Солнца, планет, Полярной, средние места близполюсных и навигационных звезд [3];

Ежегодник Русского астрономического общества [4].

Ни одно из этих пособий не удовлетворяло моряков либо по содержанию, либо по сложности использования.

К началу XX века метод определения места судна в море, предложенный Т. X. Сомнером и усовершенствованный М. Сент-Илером, утвердился окончательно. Одним из существенных положений его было использование местного часового угла светила tM.

Получение tM с помощью МАЕ, первый выпуск которого состоялся в 1930г. [5], представляло собой довольно трудную задачу. Часовые углы Солнца, (Табл.1), вычислялись с помощью вспомогательных величин Е и R.

Эти два параметра в МАЕ приводились лишь на момент средней гринвичской полночи, что влекло за собой громоздкие интерполяции.

Значительным неудобством являлось задание их во временной мере. Для Луны, четырех навигационных планет (Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна) и в таблицах видимых мест звезд в МАЕ ( Табл. 2, Табл. 3, Табл. 4, Табл. 5 ) были даны их прямые восхождения. Для планет и звезд — только на О11 всемирного времени, для Луны - с О11 всемирного времени с шагом 4 часа.

В таблице 1.

Е - часовой угол Солнца на меридиане Гринвича в гринвичскую полночь;

R - звездное время на меридиане Гринвича в гринвичскую полночь; Гринвичский часовой угол Солнца вычислялся по формуле: trp = То + Е, ( 1 ) где То - гринвичское гражданское (всемирное) время. Звездное время тоже приходилось получать с помощью R :

S = То+ R. ( 2 )

Через несколько лет информацию для Солнца в МАЕ стали представлять с шагом в 2 часа, что явилось его значительным качественным улучшением. До 1946 года ежегодник выходил с небольшими изменениями и отличался от английского

The Nautical Almanac " более низким полиграфическим качествоми отсутствием рекламы.

В таблицах 1—5 представлены основные фрагменты этого ежегодника.

Таб. 1. январь 1930. солнце

День День Средн. гринвичская полночь ( 0h всемирн. времени ) Восход Заход года Склонение Е R Для N широты

Ср. 1 Чт. 2 Пт. 3 Сб. 4 Вс. 5 1 2 3 4 5 S 23°05:0„ 23 0.34 22 55.1 " 22 49.4 fi9 22 43.2 h ms 11 5646.3 285 11 56 18.028з 11 5549.7278 11 55 21.9 11 54 14.1 27] h ms 6 3940.6 6 43 37.1 6 4733.7 6 5130.3 6 5526.8 7h59m 7 59 7 59 7 59 7 59 16h 8m

Полудиаметр: Янв. 1 — 16?3 ; Янв. 15 - 16?3 ; Янв. 31—16'3 ;

Таб. 2. видимые места звезд

Название звезды Зв. вел. Прямое восхожд. Склонение Название звезды Зв. вел. Прямое восхожд. Склонение a Androm. 1.2 О" 04™ 45s N 28°42'3 a Tauri 1.1 4"3ft4s N 16°22f а Phoenicis 2.4 0 22 49 S 4241.4 ß Orionis 0.3 0 22 11 S 8 16. а Cassiop. 2.1—2.6 0 36 29 N 56 9.4 а Aurigae 0.2 0 36 32 N 45 55. Ceti 2.2 0 40 04 S 1822.4 у Orionis 1.7 0 40 23 N 6 17. Androm. 2.4 0 05 47 N 3515.1 ß Tauri 1.8 0 05 53 N 28 33.

Таб. 3. январь 1930. планеты

ВЕНЕРА МАРС

День Прямое восхо>вд. Склонение Прямое восхожд. Склонение

0h всемирн. времени Кульминация Oh всемирн. времени Кульминация

Ср. 1 Чт. 2 Пт. 3 Сб. 4 Вс. 5 18 04 38 18 10 07 0 18 15 37 9 18 21 06 18 26 36 S 23°31Г5 23 32.9 23 33.7 23 33.7 " 23 32.9 * 14 llh26m 11 27 11 29 11 30 11 32 h ms 18 08 24 18 И 42193 18 15 00 18 18 18 18 21 36 199 S 24 6 Г9 24 6.6 3 24 6.1 5 24 5.3 8 24 4.3 10 13 Ii" 28т

Таб. 4. январь 1930. луна

День h 0 всемирн. времени (средняя гринв. полночь) На меридиане Гринвича Возраст в О11 всем, времени

Полудиаметр Горизонт, параллакс Восход в широте N 50° Кульминация Заход в широте N 50°

Ср. 1 147 54 Ю 9h35m 13h20m5 17h12m d 1.

ЧТ. 2 14.7 53.9 10 04 1408.5 18 20 2.

Пт. 3 14.7 54.0 10 27 1454.1 19 30 3.

Сб. 4 14.8 54.2 10 45 1537.4 20 41 4.

Вс. 5 14.9 54.5 11 00 1619.2 21 51 5.

Таб. 5. январь 1930. луна всем. время а 8 а 6 а

Среда 1 Вторник 7 Понедельник h h m s

0 19 33 29 26 32Г1 0 15 19 1 38ГЗ 5 35 55 26 55?

4 19 42 12 2615.8 0 22 41 0 40.7 5 47 06 2708.

8 19 50 52 25 57.6 0 30 05 0 17.1 5 58 21 27 19.

12 19 59 30 2537.4 0 37 31 1 15.2 6 09 41 27 26.

16 20 08 04 2515.3 0 44 59 2 13.5 6 21 04 27 30.

20 20 16 35 2451.4 0 52 30 3 11.9 6 31 29 2730.

В 1946 г. И. Д. Жонголович, который с 1933 по 1981 гг. был бессменым ответственным редактором МАЕ и Н. Н. Матусевич реализовали несколько новых идей, совершенно преобразивших не только отечественный МАЕ, но и его зарубежные аналоги [6].

1. Часовой угол светила не вычислялся, а задавался теперь в ежегоднике непосредственно по аргументу всемирного времени с точностью до 0'1 (как и склонения). Штурман в значительной мере освобождался от утомительных вычислений с использованием вспомогательных величин Е и £

2. Прямые восхождения звезд были заменены на величины т, названные звездными дополнениями: т = 360° - а. Теперь при получении местного часового угла звезды к гринвичскому значению часового угла звезды следовало прибавлять звездное дополнение, а не вычитать, как раньше, прямое восхождение, что уменьшало вероятность промахов при вычислениях.

3. Часовые углы и склонения светил были представлены только в градусной мере через каждые 2 часа на весь год.

4. Значительное количество эфемеридного материала было задано по дням года, а не по объектам, как раньше, например, в Табл. 1 — вся информация о Солнце или в Табл. З — о планетах и несколько сокращен список навигационных звезд.

5. Введено понятие квазиразности, связанное с получением часовых углов на промежуточные моменты времени, учитывающее неравномерность изме-менения t. Квазиразность для всех светил всегда положительна: из фактической разности двух соседних значений часовых углов вычитается постоянная величина, являющаяся наименьшим в году изменением часового угла за 1 час гринвичского времени ( разная для Солнца, Луны и планет).

Новый МАЕ заменил прежний ежегодник после выпуска пробных образцов, а в 1948 году были изданы оба МАЕ — и старый, и новый.

Таблица 6 дает представление о части рабочей страницы этого МАЕ.

Табл.

ЯНВАРЬ 1948 г.

Гринвичское звездное время

Солнце.

Кульминация

Венера

Кульминация

Кульминация

99°33'8 129 38.8 159 43.7 189 48.

219 53.6 249 58.5 280 03.4 310 08.

389 13.3 10 18.2 40 23.1 70 28.

179°15 fO 209 14.5 239 13.9 269 13.

299 12.7 329 12.1 359 11.5 29 10.

59 10.3 89 09.7 119 09.1 149 08.

12h03m

Четверг 1(1)

23°06 '. 5 23 06 .1 23 05.7 23 05.

23 04 .9 23 04 .5 23 04.2 23 03.

23 03.4 23 03.

1б'.3 0'.

14742 '.2 177 41.8 207 40.4 237 38.

267 37.6 297 36.2 327 34.8 357 33.

27 32.0 57 30.6 87 29.2 117 27.

19°43 Г8 19 42 .1 19 40.5 19 38.

19 37.1 19 35.5 19 33.

19 30.5 19 28.9 19 27.2 19 25.

16'.3 о:

299°20Г6 329 25.0 359 29.4 29 33.

59 38.3 89 42.7 119 47.2 149 51.

179 56.1 210 00.6 240 05.0 270 09.

1Р55 '■ 9 11 55 .9 11 55.9 11 55.

16'.3 0.

Пятница 2 (2)

На левом развороте ежегодника даны эфемериды на 4 дня, аналогичные эфемеридам Табл. 6, на правом - они дополнены эфемеридами Юпитера, Сатурна и Луны. Из 296 страниц МАЕ -1948 ежедневные таблицы ( вида Табл. 6 ) занимают 191, на остальных - обширные таблицы восходов и заходов Солнца и Луны, видимых мест звезд, Полярной, различные вспомогательные таблицы.

Один из существенных недостатков МАЕ-48 заключался в сложности выборки поправок к табличным значениям часовых углов и склонениям светил, особенно Луны и планет, из-за несовершенства интерполяцонных таблиц и учетом трех поправок к табличномузначению гринвичского часового угла.

В таком виде этот ежегодник выходил до 1961 года, оказав сильнейшее влияние на развитие морских астрономических эфемерид. С 1951 года американский ежегодник "The American nautical almanac" [7], с 1952 — английский "The Abridjed nautical almanac "[8] стали помещать местные часовые углы в градусной мере вместо прямых восхождений небесных светил.

В современной мореходной астрономии понятие прямого восхождения используется лишь в учебниках, в работах со звездным глобусом, а в ежегодники входит через понятие звездного дополнения

В 1961 году МАЕ выпускается по новой форме, которая, как сказано в предисловии ". окончательно отработана с учетом многочисленных отзывов и пожеланий, высказанных лицами, пользующимися этим изданием .".

Основное отличие нового МАЕ [9] от прежнего состояло в том, что эфемериды точки Овна, Солнца, Луны и планет стали приводится на каждый час всемирного времени. Штурман был освобожден от частого перелистывания издания, поскольку необходимый эфемеридный материал на данный день располагался на одной странице. МАЕ-61 отличался от аналогичных иностранных ежегодников, которые уже несколько лет выходили по этой форме, лишь схемой расположения материала на страницах.

Таблица 7 дает представление о странице этого МАЕ: Таблица

1961 г. Январь 1 Воскресенье

Т Солнце Луна гр (Srp) 'гр оо" 01 02 03 04 05 100°24:з 115 26.8 130 29.2 145 31.7 160 34.2 175 35.6 179-09:4 S 23-06 : 5 194 09.1 23 06.1 20908.8 23 05.7 22408.5 23 05.3 23908.2 23 04.9 35407.9 23 04.5 10°35:5 18°44:2 25 06.5 18 45.2 39 37.4 18 46.1 54 08.3 18 46.9 68 39.2 18 47.6 83 10.1 18 48.

23* 86-21 :о 164°02:6 S 22°57: 6 Л-02 А-02 344-28:0 18-44 :

Тк l/l6m Тк R р 12H04m 16'.3 0'.15 Тк R р 11к40тк о\ 14'.8 54'.2 - в 24 16'.3 54'.

Восход Солнца Заход Солнца Прод. сум. Гражд. Навиг.

74* . 72 ш 70 ш 68 ■ 66 10 28+2м 64 10 28+2 13 39-3м 14 18-2 XXX XXX XXX XXX XXX XXX 1ч35м 2ч51м 1 15м

60 02 43 -2 21 23 +1 1 35 " "

Венера -3. гр 179°09?4 194 09.

20908.8 22408.5 23908.

35407. 23°06 Г 5 23 06 .1 23 05.7 23 05.

179°09Г4 S 23°06 '■ 5 Д-02 А

12 04™

R р 16'.3 0'.

Марс -1. гр

§ 179°09Г4 S 23°06 Г

194 09.1 23 06.

20908.8 23 05.7 22408.5 23 05.3 23908.2 23 04.

35407.9 23 04.

179-09 'Л S 23°06 Г 5 Д-0.2 А JX „ JT\

R 16'.

Юпитер —1.

179-09i4 S 23°06 Г 5 194 09.1 23 06.

20908.8 22408.5 23908.

35407.

179-09:4 S 23-06 :

Д-0.2 Д-0.

Тк R р 12 04м 16'.3 0'

Сатурн +0. гр 179°09:4 194 09.

20908.8 22408.5 23908.

35407.

123-06 :5 23 06 .1 23 05 .7 23 05.3 23 04.

179°09:4 S 23-06 : 5 А-02 А

Тк R р 12 04m 16'.3 0'.

Восход Луны

13.0 -0.8 13.9 -0.8 14.4 -0.8 14.8 -0.

20.1 -0.7 20.3 -0.

Заход Луны

10.3 -0.

09.5 -0.9 09.0 -0.

09.6 -0.

03.2 -0.1 02.0 -0.

Существенными недостатками этого МАЕ стали значительный объем (440 страниц ) и нестандартный формат.

В 1976 вышел новый МАЕ, который с небольшими изменениями выходил до 2000 года. Новая форма [10] была заимствована у американского ежегодника "The Nautical almanac" [11], по которой он выходил еще с 1958 года.

Поскольку именно этот ежегодник стал базовым для последующих нововведений, приведем полностью в таблицах 9 и 10 на стр. 44 и 45 вид его ежедневных таблиц.

Специфика работы штурмана заключается в том, что помимо МАЕ ему нужно пользоваться некоторым количеством математических, астрономических, навигационных и справочных таблиц.

За всю историю мореходной астрономии было создано более 200 различных таблиц и пособий, предназначеных для обработки наблюдений светил.В штурманской практике именно табличные методы обработки наблюдений, как влекущие меньшую вероятность промахов и ошибок и временных затрат по сравнению с вычислением по формулам, стали основными.

Из всего табличного многообразия на российском флоте остались лишь три вида пособий:

Таблицы для вычисления высоты и азимута(ТВА-57)"А.П.Ющенко [12].

Они являются переизданием таблицы 27 МТ-43 и таблиц ТВА-52, ( которые будут подробно представлены в Главе VI). Эти таблицы превосходят все таблицы тригонометрического типа благодаря отсутствию интерполяции, возможности решения многих мореходных задач: определение поправки компаса, расчет плавания по дуге большого круга и т.д., возможности обрабатывать любое светило в любой широте, достаточной точности при любой высоте (порядка ± 0'1— 0'2 ) и, что немаловажно — они компактны— всего 138 страниц в твердом переплете и просты в применении.

Высоты и азимуты светил (ВАС-58)" .Численные таблицы [13], состоящие из 4 томов большого формата, позволяющие решать большое количество штурманских задач с необходимой точностью, но имеющие и серьезные недостатки: относитель-наясложность, отсутствие некоторых диапазонов склонения, ограничения по высоте. Работа с таблицами требует высокой квалификации и систематических тренировок Мореходные таблицы (МТ-63) или (МТ-75)".

Мореходные таблицы МТ-75 [14] представляют собой книгу объемом 320 стра-страниц, содержащую 4 вида таблиц: математические, астрономические, навигационные и справочные. МТ-75 по сути является постоянной частью МАЕ. Это последнее справочное пособие из серий, выходившее в обновленном виде каждые 10 лет. Намечавшийся еще 10 лет назад выпуск МТ-90 безнадежно завис из-за финансовых проблем.

Астрографики "[16]. Впервые они были изданы в США в 1928 г. , а в нашей стране появились позднее, для обеспечения быстрых обсерваций на дрейфующей станции СП-1. С их помощью можно было получать за несколько минут обсервованные координаты, зная счислимые весьма приближенно, не пользуясь МАЕ. Препятствием к их широкому использованию были низкая точность (4-5миль), ограниченный широтный диапазон, небольшое (до 15) количество ярких звезд и чрезмерно большой объем издания.

Таблицы азимутов светил " А.П Ющенко [17], дающие высокую точность в азимуте (порядка ± 0.1°- 0.2°). Они были просты: на одно определение требовалось 3— 4 минуты с выборкой часового угла. Из недостатков отметим ограниченность по склонению светил 5< 30°, большой объем — 9 томов (около 1200 страниц) и неудобства полукругового счета азимута.

Таблицы истинных пеленгов светил ТИПС-56" , разработанные А.П. Деминым [18], предназначались для получения азимутов при определении поправки компаса. Их небольшой объем и простота получения результата могли быть применены лишь для ограниченного набора светил с 5 < 24° и h < 30° с меньшей точностью: ± 0.5°

Таблицы истинных пеленгов Солнца и звезд " КС. Юрьева [19] позволяли при получении истинного пеленга обходиться без МАЕ, но были ограничены небольшим количеством светил, многотомны, да и просто не удобны в работе. Точность получения ИП была несколько ниже чем по таблицам Ющенко: порядка ± 0.2°— 0.3°, но достаточная для целей судовождения.

Астронавигационный альманах на 1984 — 1989 гг." и "Астронавигационный альманах на 1990 — 1995 гг. "\21 ].

Эти издания предусматривали использование штурманского вычислительного комплекта " Электроника МА-52-Астро"и программируемых калькуляторов типа МК-61. В них были приведены алгоритмы и программы для получения места судна и поправки компаса, а также коэффициенты полиномов Чебышева для вычисления эфемерид навигационных небесных светил. На Альманах возлагались большие надежды, но из-за громозд кости алгоритмов, дискомфорта ввода программ в калькулятор и отсутствия материальной базы он выдержал лишь два издания, а быстрое развитие персональных ЭВМ сделали их совершенно не нужными Итак, штурман в настоящее время может располагать пособиями:

Морской астрономический ежегодник — издание, выходящее каждый год, но из-за экономичсеких проблем зачастую с большой задержкой, что недопустимо для военно-морского флота, а суда транспортного флота вынуждает приобретать дорогостоящие иностранные материалы.

ТВА-57, ВАС-58, МТ-75 — пособия, на которых воспитывалось несколько поколений штурманов, которые не потеряли актуальности, но обновление и переиздание их стало большой проблемой.

2. ИНОСТРАННЫЕ МОРСКИЕ АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ИЗДАНИЯ.

Наиболее распространенными морскими астрономическими изданиями зарубе-жом являются: англо-американский" The Nautical Almanac " и британский "Brown's Nautical Almanac".

Британско-американское издание "The Nautical Almanac" (NA) [22]. выпускается совместно H.M. Nautical almanac Office, Королевской Гринвичской Обсерваторией и Nautical almanac Office, Обсерваторией военно-морского флота США, печатается отдельно в США и в Великобритании. Именно это издание и стало прообразом нашего МАЕ.

Несмотря на внешнее подобие имются заметные различия в ежедневных таблицах МАЕ и NA: в NA не даны суточные изменения восходов и заходов Солнца и Луны; в часовые углы Солнца, которые можно вычислить так: tvp. = (Гп, ± 12ч -Л - Щ- ) + (А7ТР)°, ( 3 ) введена величина ^ для того, что бы не вычислять вторую поправку часового угла Солнца; заранее в величине часового угла Солнца делается ошибка ±0f 15.

В промежуточных значениях trP эта ошибка будет меньше, чем ±0? 15, а в середине промежутка равна 0. (В соотношении (3)--изменение уравнения времени за час): приведены ежедневные таблицы видимых мест 57 звезд; горизонтальный параллакс Луны дан на каждый час; В NA приведены: Sight Reduction procedures " - описание алгоритма получения места судна на калькуляторе или компьютере после наблюдения светил с помощью секстана.

Sight Reduction Tables"— таблицы, предназначенные для получения счис-лимых высот и азимутов.

Оба фрагмента NA сложны и непопулярны на российском флоте, обоим есть альтернативы в виде менее сложных алгоритмов и таблиц ТВА-57 [12].

В NA более привлекательны таблицы Полярной: они компактнее за счет объединения таблиц "Азимут Полярной" и "Широта по высоте Полярной" в одну таблицу и за счет более рационального вида таблиц поправок.

Британский Навигационный Альманах Брауна "Brown's Nautical Almanac"(BNA) [23]. Он содержит обширнейшую информацию, касающуюся самых разных сторон судовождения.

BNA издаваться ежегодно с 1877 года, регулярно меняя, в осном, рекламу. Издателем является фирма Brown, son & Ferguson, Ltd. в Глазго, Шотландия.

На более чем 1000 страницах, заполненных не очень крупным шрифтом, размещены астрономические и навигационные таблицы, таблицы приливов, таблицы курсов и расстояний, средств радионавигации, реклама и т.д. . Увесистый том в качественном твердом переплете претендует, казалось бы, на энциклопедичность, но объективный анализ издания не позволяет дать ему высокую оценку .Часть таблиц недостаточно точна, часть — неудобна, например, небольшая табличка "Полудиаметр Солнца" (для исправления высот Солнца). В BNA она дается на каждый месяц, но без дат, что приводит к скачкам 0.2 на стыках месяцев. Вычисленная в М АЕ,например,на каж дый день величина R для Солнца исключает и скачки, и интерполяцию.

Часть таблиц вообще не нужна: например, таблица "Параллакс Солнца по высоте "или таблица "Перевод направлений из кругового счета в четвертной и обратно". В МАЕ параллакс Солнца отдельно не учитывается, он объединен для Солнца с поправкой за рефракцию, а второй таблицы нет ни в одном отечественном издании из-за ее крайней простоты.Зато в NBA отсутствуют такие ва-ные таблицы, как "Приведение к одному зениту"," Поправкии высот за температуру и давление " и ряд других. Затрудняютработу мелкий шрифт ( особенно с такими важными таблицами, как ежедневные) и обилие рекламы. Из множества мореходных таблиц наиболее интересны таблицы:

Burdwood — " Sun's true bearings or azimyth tables"[24] - одни из наиболее старых таблиц азимутов (1-е издание в 1852г.). Они составлены для ср 30—64°, 8<24° и часового угла в пределах видимого суточного пути светила. Ими можно пользоваться и без Ежегодника, требуется интерполяция по трем аргументам, что неудобно, они менее точны чем, например, таблицы Ющенко.

Norie's Nautical Tables[26] издание, похожее на наши "Мореходные таблицы".

REED'S Nautical Almanac and Tide Tables [25] - огромный, содержащий около 1200 страниц самой разнообразной морской информации (как и NBA, но с ежедневными таблицами еще более мелкими и неудобными).

НО-214 — "Table of computed Altitude and Azimuth" [27] — таблицы дают счислимую высоту и азимут Солнца, Луны, планет и 60 навигационных звезд отно-осительно счислимого места и перемещенного места. Они изданы в девяти томах, процесс вычисления hc и Ас занимает около 3 минут.

HD-486 [28] — аналогичные предыдущим таблицы, переизданные английским

Адмиралтейством в 1953 г. Оба класса таблиц наиболее распространены за рубежом, но точность их несколько ниже чем ВАС-58, особенно при h>50°. По исследованию И. Д. Жонголовича [28], это объясняется тем, что при больших высотах линейное интерполирование недопустимо, так как нельзя пренебрегать членами второго и выше порядка малости при интервале интерполирования в1°.

НО-249 [29]- таблицы подобранных звезд. Они рассчитаны для целочис-леных значений широты от 89°S до 89°N и целочисленных значений звездного времени через 1°. По этим аргументам приводятся готовые значения hc и Ас , которые для перемещенного места получаются без всяких поправок. Таблицы составлены для 41 звезды, их нельзя использовать для Солнца, Луны и планет, точность их ниже, чем у ВАС -58. НО-249 издаются на срок ± 5 лет от некоторой эпохи, поэтому нужно исправлять найденное место вектором коррекции, учитывающим поправки за прецессию и нутацию. Изменения координат от аберрации не учитвываются, что, естественно, сказывается на точности. Но, с другой стороны, данные в таблицах /г и А близки к действительным и позволяют находить звезды в трубу секстана в гражданские сумерки, когда они еще не видны невооруженным глазом. Других таблиц, обладающих этим качеством нет.

Приведенный выше далеко не полный перечень отечественных и иностранных пособий для решения мореходных задач позволяет сделать следующие выводы:

Критериями качества пособия является точность результата, быстрота его получения, степень сложности табличных конструкций

Отечественные табличные пособия, уступая зарубежным в быстроте получения результата, зачастую превосходят их в точности.

Они более компактны и, как следствие, дешевле. На небольших судах весьма проблематично держать многотомные пособия (типа НО-214).

На наших флотах как-то не прижились громоздкие фолианты типа NBA, да и их регулярный выпуск практически невозможен.

При том месте, которое занимает классическая мореходная астрономия в условиях доминирования спутниковых навигационных систем и утраты штурманским персоналом практических навыков в работе с секстаном, в обработке наблюдений и прокладке, усовершенствование пособий, создание долгосрочных изданий, насыщение их нужной информацией и отфильтровывание второстепенной, разнообразие этих изданий, их доступность — вот реальный путь поддержки позиций классической мореходной астрономии. Административные шаги в виде наставлений ГУНиО и конвенций IMO преследуют ту же цель.

3. ПРЕДМЕТ ДИССЕРТАЦИИ.

Цель работы, представленной в диссертации, состоит: в проведении анализа морских астрономических ежегодников и ряда мореходных таблиц для выявления неактуальной и избыточной информации; создании новых вариантов астрономических пособий для судоводителй.

Практическая ценность работы состоит в создании трех видов пособий:

Морской астрономический ежегодник (МАЕ) на 2001 год;

Морской альманах (МА-2), рассчитанный на 2 года;

Морской альманах (МА-4), рассчитанный на 4 года.

Они включают в себя помимо усовершенствованных ежедневных таблиц еще и таблицы высот и азимутов, сохраняют точность представления информации, незначительно увеличены в объеме и не требуют для обработки наблюдений привлечения других таблиц, становясь, тем самым, совершенно автономным изданием.

В ежедневные таблицы введены таблицы азимуты восходов и заходов Солнца (для определения поправки компаса) — более удобные, точные и простые, чем существующие таблицы в МТ-75 и видимые места 63 ярких звезд, включая Полярную, для более качественного определения места судна и поправки компаса.

В МА нет привычных обширных таблиц восходов и заходов Луны, для вычисления моментов этих явлений предложена новая методика.

Морские альманахи сокращают расходы потребителей и решают важную проблему, заключающуюся в непрерывном наличии на борту российских судов обязательного навигационного пособия. В настоящее время наши суда, находящиеся в длительных рейсах, вынуждены покупать дорогостоящие издания типа АГА или ВЫА.

Новый МАЕ-2001 находится в печати. Его тираж составит 9 ООО экземпляров.

Апробация работы и публикации. Основные результаты, представленные в диссертации, докладывались на следующих совещаниях и научных конференциях:

Заседании Ученого совета ИПА РАН, февраль 1999;

Межведомственном совещании представителей ГосНИНГИ МО РФ, ВВМУ им. М.В. Фрунзе, ГМА им. адм.С.О. Макарова, ИПА РАН, март 1999;

Заседании кафедры Кораблевождения ВСОК ВМФ, март 1999;

5-й научной школе " Астронавигация - 2000", Санкт-Петербург, март 2000;

Международной конференции "Астрометрия, геодинамика и небесная механика на пороге XXI века", Санкт-Петербург, июнь 2000 г.; а также на семинарах ИПА РАН.

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ:

1. Морской астрономический ежегодник на 1999 г., ГУНиО МО РФ,

Санкт-Петербург, 1998,320 стр.

2. Голубев Г. А. , Малков А. А. Морские астрономические эфемериды. Труды ИПА "Астрометрия, геодинамика и небесная механика ", 1999, вып.4, стр 342 - 347.

3. Морской астрономический ежегодник на 2000 г., ГУНиО МО РФ, Санкт-Петербург, 1999, 320 стр.

4. Голубев Г. А. , Малков А. А. Получение поправки компаса по моментам видимого восхода и захода Солнца. Записки по гидрографии, 2000, 5 стр.

5. Морской астрономический ежегодник на 2001 г. ГУНиО МО РФ, Санкт-Петербург, 2000, 320 стр.

6. Валяев В. И., Глебова Н. И., Малков А. А. Астрономические ежегодники: настоящее и будущее. Труды ИПА Радиоастрометрия и эфемеридная астрономия, 2000, вып.5.

В работах [1,3,5] автору принадлежат вычисления основных таблиц, в [2] — описание идей усовершенствования МАЕ и создания МА, уточнение ряда формул и вычислительная часть, в [6] — раздел, относящийся к мореходной астрономии.

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, шесть глав, заключение, список цитируемой литературы (45 наименований). Она изложена на 85 страницах, включает 3 рисунка и 22 таблицы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие методов эфемеридного обеспечения мореходной астрономии»

В первой главе дается перечень основных задач, решаемых штурманом на мостике, обсуждается значимость МАЕ в их решении, анализируется структура МАЕ .

Во второй главе дается краткое описание алгоритмов и пакета программ для создания новых пособий.

В третьей главе представлен усовершенствованный МАЕ-2001, приводятся оригинал-макеты левых и правых страниц ежедневных таблиц, перечислены преимущества нового пособия.

В четвертой и пятой главах обосновываются принципы перехода от МАЕ к новым пособиям для штурманов — Морским альманахам, приводятся оригинал-макеты левых и правых страниц ежедневных таблиц.

В шестой главе дается описание нового вида таблиц для получения счис-лимых высот и азимутов.

В заключении перечислены основные результаты работы.

Заключение диссертации по теме «Астрометрия и небесная механика», Малков, Алексей Алексеевич

Результаты работы этих программ, отдельная программа sum.for формирует к виду максимально соответствующему требуемому для дальнейшей верстки. На выходе - 122 файла вида 027.txt (нечетные страницы), где имя файла это номер страницы, а расширение *.txt - необходимо для обработки в PageMaker. 122 файла занимают в NC 1 037 Кбайт памяти.

Программы вычисления азимута Полярной, поправок к широте Полярной, результаты работы которых входят в Приложения 2-3 МАЕ, составлены П.В. Земовым. Они совершенны и без редакции входят в банк программ вычисления МАЕ, программа же вычисления видимых мест звезд для использования ее в ежедневных таблицах подверглась существенным преобразованиям, в числе которых был и учет орбитального движения яркой компонеты в системе двойной звезды, предложенным M.JI. Свешниковым в [36]. Для МА-2 и МА-4 дана новая форма табличного представления результата.

II. 1.2 КОМПЪЮТЕРНАЯ ВЕРСТКА С ПАКЕТОМ PAGEMAKER 6.5

В Институте прикладной астрономии РАН помимо МАЕ выпускаются еще два издания фундаментального характера. Это "Астрономический ежегодник" и "Эфемериды малых планет". В последние годы их издания осуществлются с помощью "Системы верстки табличных изданий СВИТА" [37], в то же время, оригинал-макет МАЕ готовится настольной издательской системой PageMaker 6.0 [38].

Причины столь разного подхода к этим изданиям состоят в следующем. В 1994 году, когда институт (тогда еще ИТА) резко обновлял свой вычислительный парк, а в ГУНиО менялись полиграфические средства, весьма остро встал вопрос о срочном преобразовании оргинал-макета МАЕ. Плановое представление издания в ГУНиО срывалось: группа системных программистов была занята подготовкой АЕ и ЭМП, для их методов, кроме того, требовался иной вид формирования исходных данных.

Проблему решил П.В. Земов, применивший PageMaker 5.0. Созданный им оригинал-макет полностью отвечал требованиям ГУНиО, был максимально приближен к форме МАЕ образца 1976-1994 гг. и качественно отличался от МАЕ 1995-1996 гг., подготовленного сотрудниками ГУНиО в PageMaker 4.0. По методике П. В. Земова ежегодник выходил в течение трех лет.

МАЕ на 2000 и 2001 гг. (МАЕ-2001 по новой форме) вышли с помощью системы PageMaker 6.5 с применением несколько иного подхода.

Гарнитурой прежних ежедневных таблиц была Antiqua. Вид страниц строго соответствовал прежним МАЕ, но их верстка требовала известных усилий, поскольку применявшийся шрифт не был моноширинным и для построения строго выровненной таблицы приходилось использовать символы табуляции. Процесс табуляции заметно и усложнял, и растягивал во времени верстку издания.

Для последующих МАЕ нами была предложена моноширинная гарнитура Courier.

Подготовленный для верстки файл с расширением *.txt при формировании страницы выравнивался автоматически, что не только ускоряло верстальный процесс, но и позволяло более комфортно создавать новые версии ежедневных таблиц для Морских альманахов. Структура Courier а по сравнению с Antiqua более легка и в громоздких ежедневных таблицах визуально менее тяжеловесна. Возможно, по этим причинам она применена и в зарубежных морских астрономических ежегодниках.

В соответствии с договором между ИПА РАН и ГУНиО МО РФ для выпуска МАЕ в институте готовятся три типа материалов: оригинал-макет МАЕ на бумаге; зеркальное отображение оригинал-макета на кальке; архивированный вариант оригинал-макета в PageMaker на дискетах. Тираж МАЕ реализуется на основе второго типа — зеркала макета, бумажный вариант, раньше использовавшийся как основа тиража, применяется для корректурных работ, которые ГУНиО проводит независимо от ИПА РАН. Дискетный вариант макета применяется для возможных оперативных правок работниками типографии. Полностью подготовленный вариант МАЕ на 2001 год занимает в PageMaker около 30Мбайт памяти.

Производство оригинал-макета состоит из следующих этапов: подготовка и вычисление исходных данных — этот процесс был уже описан; конструирование таблиц - эта процедура подробно представлена в различных руководствах по PageMaker, поэтому нет необходимости детально описывать эту работу. МАЕ , состоявший из 12 типов ежегодно заново составляемых таблиц, с 1976 незначительно менял форму, судоводители к ней привыкли, и от разработчика требовалось лишь аккуратно воспроизвести таблицы, пользуясь практически неограниченными возможностями системы. Эти возможности еще более эффективно реализуются при создании новых типов таблиц для новых пособий — морских альманахов.

12 типов таблиц включают в себя ежедневные таблицы, таблицы видимых мест звезд, таблицы Полярной и Венеры и тридцатистраничные интерполяционные таблицы, которые без изменения каждый год печатаются в конце ежегодника. К ним, вследствие предпринятых реформ МАЕ, добавятся еще таблицы для вычисления счислимых высот и азимутов на 16 страницах, они тоже не будут меняться от года к году, поэтому описание конструирования их в этой работе излишне; импорт текстовых блоков в PageMaker и верстка издания; Ввод данных в систему можно поизвести двояко: вручную и полуавтоматически. Для левого и правого разворотов заранее строятся по 12 файлов (по числу месяцев). В первом случае каждый из 244 файлов типа 027.txt вводится на соответствующую данному месяцу страницу шаблона с последующей версткой. Во втором - указанные выше файлы группируются соответственно нужному месяцу и с использованием нужной пиктограммы помещаются в определенное место. Иногда произ ( водится небольш ая коррекция. И спользование тэгов стилеи к специальные команды, вставленные непосредственно в текст) позволяет без последующих действий получать нужную стилевую картину — выделение строк полужирным шрифтом, изменение интерлиньяжа и др.

К оформлению страницы привлекаются давно вошедшие в употребление нестандартные полиграфические символы, характеризующие то или иное атмосферное состояние или астрономическое явление. Примером такой символики являются: наклонные линии /// , указывющие на наличие сумерек; прозрачные □ или черные н прямоугольники, немедленно информирующие символы словесным описанием явления, в дальнейшем вернулись к прежним обозначениям; графические изображения фаз Луны: в)С) 0,0,0,3,® и некоторые другие. Природа движений небесных светил такова, что регулярная структура табличного численного представления нередко прерывается необходимостью описать то или иное явление с помощью этих символов и здесь без ручной верстки не обойтись. Делались попытки автоматизировать эти описания программным образом, но громоздкость алгоритма нисколько не компенсирует ручных затрат. Вероятность допустить промах при ручной верстке низка, поскольку постоянное осознание физического смысла явления и непосредственное сопоставление символа с соседними параметрами создает непосредственный контролирующий эффект. Такого рода правки лишены строгой периодичности — на каких-то страницах этих символов их нет, а другие едва ли не усыпаны ими.

Одно из преимуществ системы PageMaker перед системой СВИТА состоит в том, что в последней затруднен доступ к отдельному числу или символу, нуждающемуся в коррекции. Речь идет даже не об исправлении допущенной ошибки, а о замене, к примеру, времени восхода или захода Луны на более сложную конструкцию, описывающую двойной восход или заход, что, конечно, проще сделать вручную, чем громоздить сложные программные конструкции. PageMaker дает возможность мгновенно вывести нужный элемент чуть ли не на весь экран монитора, сведя проблему ручной верстки к удобной и простой.

Ввод и последующая верстка таблиц, составляющих приложения МАЕ, это таблицы видимых мест звезд, Полярной, Венеры, производится вручную. Эти таблицы однородны, просты по структуре их заполнение требует минимальных усилий.

ГЛАВА III. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МАЕ

3.3 УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЕЖЕДНЕВНЫХ ТАБЛИЦ МАЕ

Весной 1999 года на межведомственном совещании представителей ГУНиО, МО РФ, ВВМУ им. М. В. Фрунзе, ГМА им. адм. С. О. Макарова и ИПА РАН соображения о второстепенности ряда параметров МАЕ и дополнении его содержания были высказаны, результатом чего стало решение об усовершенствовании МАЕ, зафиксированное соответствующим протоколом.

Основываясь на принципах актуальности и избыточности информации (см. стр. 24), автор предложил вместо суточных изменений моментов восходов и заходов Солнца и Луны, включить в МАЕ следующие матералы: значения азимутов видимого восхода и захода верхнего края Солнца для получения поправки компаса (аналогов такой информации нет ни в одном МАЕ); таблицу видимых мест звезд (что давно освоено зарубежными МАЕ).

Проф. Голубев предложил включить в МАЕ таблицы ТВА-52 для вычисления счислимых высот и азимутов.

Решение совещания было реализовано в оригинал-макете МАЕ на 2001 год.

Левые страницы МАЕ изменились незначительно - исчезла правая колонка с гринвичским всемирным временем ( аналогичная левой ). Это позволило более свободно расположить колонки с часовыми углами и склонениями. Увеличился размер кегля самой последней строки страницы с представлением Тк, а, р0. . При прежнем размере эти параметры требовали особого стилевого оформления.

Правые же страницы приобрели совершенно иной вид. Рассмотрим более подробно ту часть правого разворота ежедневных таблиц МАЕ, где представлены моменты восхода и захода Солнца и их суточные изменения. В эти моменты происходит включение или выключение ходовых, якорных или маячных огней, подъем или спуск флага, определяется поправка компаса, оценивается освещенность горизонта или береговой черты, вычисляются моменты начала сумеречных наблюдений.

В МАЕ эти моменты рассчитаны для высоты глаза е = 0, т.е. с уровня моря на среднюю дату трехсуточного интервала для 30 значений широт ( от 74°М до 60°5 ) на меридиане Гринвича (А,=0°). Слева и справа от них приводятся суточные изменения со своими знаками, что позволяет получить время восхода и захода Солнца соответственно для предыдущих и последующих суток.

В высоких широтах абсолютные величины суточных изменений могут доходить до 5 - 6 минут, в районе экватора они нулевые, в дни равноденствий они максимальны, в дни солнцестояний - минимальны. Суточные изменения моментов восхода и захода Солнца являют собой типичный пример неактуальной ( в нашей терминологии ) информации. Они считаются и интерполируются в уме с возможной ошибкой ± 1 мин. Следует лишь обращать внимание на знак суточного изменения, поскольку в таблицах поправок за долготу, дающуюся в приложении 1 МАЕ, знак поправки определяется знаком этого суточного изменения. В дальнейшем будет показано, что эти таблицы могут быть заменены более простыми алгоритмами, чем, кстати, и пользуются штурманы в своей работе. На том же правом развороте ежедневных таблиц даны моменты восходов и заходов Луны с суточными изменениями. Здесь же эти параметры несут иную функциональную нагрузку— они входят в соотношение для определения местного времени явления в долготе X:

Тм = Ттабл + Д7ф + АТк (6) где ДГф — поправка за широту, АТх- поправка за долготу, л г - ±АГ^ ¿\1% 3б0о а суточное изменение момента явления, причем для восточных долгот знак "+", для западных "—". Аналогичная процедура реализуется и при определении местного времени кульминации Луны и планет в долготе X, но в этом случае суточные изменения в МАЕ не приводится — штурман их вычисляет.

Суточные изменения моментов восхода и захода Солнца и Луны занимают около трети правой страницы ежедневных таблиц МАЕ и при очевидной, на наш взгляд, простоте получения могут быть заменены более существенным материалом. Ни в одном из иностранных ежегодников их нет и включение их в МАЕ объяснялось, повидимому, желанием отойти от внешней похожести пособий. Одним из вариантов замены стало размещение на правой странице информации для получения поправки компаса, чего не было ни в одном МАЕ.

Систематическое определение поправки компаса ДК является рабочей задачей штурмана. В прибрежном плавании она определяется по береговым ориентирам, а в открытом море астрономический способ является единственным.

Теория поправки компаса детально разработана [30,44] и по сути представляет собой сравнение истинного и компасного направлений на светило.

АК = МП - КП (7)

На практике получение ДК реализуется либо методом моментов, либо методом высот. Оба эти метода несколько громоздки и моряки предпочитают, как только представляется возможность, пользоваться одним из частных случаев, а именно, по восходу (заходу) Солнца или (реже) по Полярной.

Ш.2. ТАБЛИЦЫ АЗИМУТОВ И ВРЕМЕН ВОСХОДА И ЗАХОДА СОЛНЦА Моменты и азимуты этих явлений определяются функциями: А= / (ср, 8, Н), и Т = / (ф, 5, Н). Наиболее неопределенным аргументом является высота Н (снижение ) Солнца.

Исследования земной атмосферы и особенно рефракции приземных ее слоев позволили получить следующие параметры: рефракция приземного слоя находится в пределах 30' — 45'; коэффициент земной рефракции 0.14' — 0.20'.

Эти числа точно предсказать невозможно из-за зависимости плотности атмосферы от переменных значений температуры воды, воздуха, давления, влажности и т.д. Поэтому примем к соглашению, что погрешность снижения лежит в пределах 7'от принятой средней рефракции 35.0'

Снижение Солнца определяется соотношением г = -(1 - р0 ( 8 ) где с1 - наклонение видимого горизонта, р0 — средняя рефракция. В Пулковских таблицах рефракции р0 может быть точно вычислена для высот Н >10°. Влияние отклонений р0 и (1 от принятых средних значений приводит к изменению снижения А Ь , а его влияние на А и ^ может быть рассчитано по формулам, по которым составлена таблица 8:

АН

ААь = ^ Ф соэесА• АН ; А1 = з1пА.С05ф , ( 9 )

Табл.8. Изменение А и Т восхода (захода) Солнца от изменения снижения йот принятых постоянных.

Г 2' 3' 4' 5' 6' 7'

40° ДА" 0.0° 0.0° 0.0° 0.1° 0.1° 0.1° 0.1°

АГ 0.1м 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

50° ДА° 0.0 0.0 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2

АГ 0.1 0.2 0.4 0.5 0.6 0.8 0.9

60° ДА" 0.0 0.1 0.1 0.2 0.2 0.2 0.3 дГ 0.2 0.4 0.6 0.8 0.9 1.1 1.3

65° АА° 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.4 0.5

АТ 0.3 0.6 1.0 1.3 1.6 2.0 2.2

70° ДА 0.2 0.4 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5

АГ 0.9 2.0 3.0 4 .0 5.0 6 7

1. Взяты средние азимуты явлений для данных широт.

2. ДЬ' = ±7' - приняты средние значения от возможных отклонений от 30' — 45'.

Анализ данных аблицы 13 и ежедневных таблиц МАЕ-2001 свидетельствует, что для широт ф до 62° N,5 погрешность ДИ' = ±7' не оказывает заметного влияния на азимут и лежит в пределах необходимой точности ( 0.1° - 0.2° ). (Официальные таблицы ВАС-58 дают решение для точного определения АК равное ±0.1° —0.2°). Поэтому в широтах > 62° определять поправку компаса АК не рекомендуется

На величину снижения оказывает непосредственное влияние принятое для его расчета высота глаза наблюдателя "е". (рис. 3) е = Ом, Ь = -51.3

ОТ е = 6 - 8м, Ь = -56.0

6° е = 12м, Ь = -58'0

12° е = 25м, И = -61.1

-18°

AT^^^ Ah

В МАЕ по традиции принято е = 0 м, в Мореходных таблицах МТ-75 е = 12 м, в зарубежных пособиях е = 6.1 м (20 фут).

Действительная высота глаза (высота мостика) дает систематический сдвиг, аналогичный влиянию Ah (погрешности снижения), который можно учесть специальной поправкой, приведенной в описании МАЕ-2001, что усложняет процесс получения А К.

Принятое в МТ-75 е = 12 м не требует дополнительных расчетов, хотя и дает заметную погрешность для е = 1 —2 м. Наиболее приемлемой высотой глаза следует принять е = 6 - 8 м, что делает ненужными любые дополнительные поправки .

Кроме перечисленных выше факторов на азимут влияет и изменение склонения Солнца А8 в течение суток:

AAg = cos5 ctg ф cosecA AS. (11)

В МАЕ-2001 азимуты восходов и заходов Солнца даны для Х=0° т.е. склонение для вычисления азимутов принято на момент восхода (или захода) на 0-м меридиане. Так как долготы наблюдателя могут быть любыми в пределах от0°до 180° (0-124), то и соответственно им времена Т , для которых р должно быть выбрано склонение, будут отличаться в этих же пределах.

Влияние изменения склонения А5 практически незаметно в дни солнцестояний (июнь, июль, декабрь, январь), наибольших значений А5 достигает в периоды равноденствий (март, апрель, сентяьрь, октябрь) — А5 = 1 за час и, соответственно, 0.2° за 12 часов

Вычисления показывают, что для ф < 45° N. Б и для Я,=0° — 90° погрешностью АА§ вполне можно пренебречь. Во всех остальных случаях АА$ легко учитывается интерполированием между соседними сутками по долготе места, выраженной в часах или долях суток, или вычислением по формуле (7). Знак поправки определяется по правилам, аналогичным для расчета моментов восхода Луны. Вышеизложенное позволяет сделать следующие выводы:

1. Включение в ежедневные таблицы МАЕ азимутов восхода и захода Солнца необходимо, так как дает возможность безошибочно и просто контролировать работу курсоуказателей.

2. Этот метод достаточно точен для широт ср до 62° N. Б.

3. Чтобы исключить систематическую погрешность в А и Т от принятого снижения для е = 0, следует в последующих изданиях (МАЕ-2002) принять е = 6м (оптимально 8 м), что обеспечивает необходимую точность при высоте глаза от О до 20м.

Традиционно значение истинного азимута при пользовании этим методом выбиралось из Мореходных таблиц: из МТ-63 и из МТ-75 ( таблицы 20-а и 20-6 ). Таблицы составлены по аргументам: широте а и склонению д, причем табл. 20-а для одноименных ф и д, а табл. 20-6 - для разноименных. Природа этих таблиц совершенно одинакова, а отличаются они друг от друга тем, МТ-63 вычислены для е=0, а МТ-75 для е=12м. В первом случае для высоты глаза е отличной от 0 следовало выбирать соответствующую поправку из дополнительной таблицы, а во втором — этой поправкой пренебрегают. Величину А К получают по выбранному из МАЕ склонению Солнца в момент явления и широте двойной интерполяцией.

Получение А К по МАЕ-2001 требует только одной интерполяции по широте, (производимой в уме). МАЕ-2001 вычислен для е=0, поэтому для получения поправки азимута АА° при е > 0м и температуре, и давлении воздуха, отличных от табличных, используются таблицы А и В на страницах 280, 284, 285. Поправка АА° вычислена по формуле:

АА° = -0.017^ф-А/г-созесЛ, (13) где: А/г = й+Ыц+Ак^, (1 — наклонение горизонта, А/г^ и АН в — поправки за температуру и давление. Знак поправки АА" одноименен со знаком А/г.

Точность получения АК может быть повышена еще и за счет наблюдения нижнего края Солнца. В этом случае А/г должна быть изменена на величину полудиаметра Солнца, выбираемого на соответствующую дату:

Ак = Мь + 2-/?0 (14)

Естественно, при наличии в ежедневных таблицах значений азимута Солнца необходимость в МТ (таблицы 20-а и 20-6) и в более совершенных, но мало распространенных таблицах Вейхмана [40] отпадает.

Ввод в ежедневные таблицы азимутов Солнца является в практике морских астрономических ежегодников первой попыткой не только облегчить работу штурмана, но и получить более достоверный результат.

Ш.З. ТАБЛИЦЫ ВИДИМЫХ МЕСТ ЗВЕЗД

Одним из недостатков отечественного МАЕ в сравнении с зарубежными является отсутствие в ежедневных таблицах видимых мест звезд. В ЫА подобная информация приводится с 1958 года: в отдельной колонке помещены звездные дополнения и склонения 57 ярких звезд, что по мнению штурманов значительно удобнее большой сводной таблицы, тоже имеющейся в КА.

Из более чем 5000 звезд, видимых невооруженным глазом, судоводители выделили чуть менее 200 ( в ЫА 173 звезды, в МАЕ 160), относительно равномерно распределенных по небесной сфере, что обеспечивает возможность, практически, в любой точке океана получить, как минимум, две линии положения. Для надежного определения места надо отнаблюдать от 4 до 5 звезд, равномерно распределенных по азимуту.

Списки звезд по алфавиту созвездий и перечень собственных имен звезд, помещены в МАЕ [39, с.321], еще более полный список дан в таблице видимых мест звезд [45, с.270-274],

Исходные данные 146 звезд взяты из фундаментального каталога РК5 ( равноденствие и эпоха ^000.0) [42], 14 звезд (слабее 2-й звездной величины) - из каталога ЕКЗ [41].

Из опыта штурманской практики известно, что на качество обработки наблюдений, т.е. на количество ошибок и промахов (а в условиях мостика, качки и т.д. они очень часты ) влияет и количество перелистываний ежегодника.

Начиная с MAE-2Q01 нечто похожее представлено и в отечественном издании ежегодника. Вместо все тех же суточных изменений восходов и заходов Солнца и Луны наряду с величинами азимутов Солнца в правые развороты еже дневных таблиц помещены аналогичные с NA значения звездных дополнений т и склонений 8, с несколькими существенными отличиями от материалов в NA:

1. В МАЕ на одной странице представлены 63 звезды;

На наш взгляд выделение жирным шрифтом каждой 6 строки лучше концентрирует взгляд на нужной строке чем пробел, что и позволило без ущерба для наглядности разместить на 8 звезд больше, хотя увеличение количества не самоцель.

2. Вместо собственных имен звезд даны их порядковые номера. соответствующие номерам в общей таблице видимых мест звезд на стр. 280. Порядковые номера звезд полезнее знания собственных имен звезд, т.к. это позволяет ввести соответствующую информацию в различные вычислительные устройства. (Средний штурман может уверенно назвать 15—20 собственных имен, а за остальными надо все равно обращаться к общей таблице, и без сквозной нумерации, а в NA, кстати, не все звезды пронумерованы, все равно не обойтись.)

3. Одной из 63 звезд является Полярная.

До 1993 в МАЕ т и 8 Полярной приводились лишь на вкладке с 10-дневным интервалом, после 1993 г. - еще и в общей таблице видимых мест звезд с обычным одномесячным интервалом. Традиционно в МАЕ вычисляются таблицы поправок к широте Полярной и таблицы азимутов Полярной по ниже приведенным формулам:

Ф = h — Aq • cos(SM - а0) +

0.5 • Aq • sin(SM - а0) • tanh • arel' + (15) Aq • cos(5M - а0) - Д • cos(SM - а0)], или ф = h - I + II + III, где последние три слагаемых и составляют суть трех табличных поправок к ф .

Поскольку координаты Полярной даны в МАЕ-2001 практически на каждые сутки, формулу (14) можно записать в несколько упрощенном виде:

Ф = h - Д • cos(SM - а) - 0.5 • Д • sin(SM - а) • tanh • arel', (16) или, переходя от прямых восхождений к звездным дополнениям, получим: ф = h - Д • cos(SM + т) + 0.5 • Д • sin(SM + т) • tan/г • arel', (17) где Д — полярное расстояние, а а — прямое восхожение Полярной звезды.

Простота получения широты по (17) дает возможность отказаться от громоздких таблиц с тремя поправками.

По той же причине становится не нужной и таблица "Азимут Полярной". Для этой таблицы азимут вычислялся по формуле:

Л° = БтА-зесф-Бт^м - а0), которая следовала из соотношения: эшЛ = БшЛ-зес/г-БтСБм — а0), (19) после замены синусов полярного расстояния и азимута их первыми членами рядов и приравнивания значения высоты к широте, поскольку их разность не превышала г

55 , а А и а брались осредненными. Теперь же после выборки из ежедневных таблиц координат Полярной величину азимута по формуле (19) можно получить более точно.

Вообще, сама таблица требует небольшого улучшения в представлении конечного результата: азимут в ней представлен в градусах и минутах и всякий раз, получив конечный результат, минуты приходится переводить в градусные доли.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты, выносимые на защиту:

1. Создана новая рабочая версия Морского астрономического ежегодника на 2001 г. — основного пособия для штурманов военного и гражданского флотов, гидрографов, преподавателей мореходной астрономии морских учебныхзаведений.

После аргументированной фильтрации традиционных параметров в ежедневные таблицы МАЕ внесены новые материалы для определения поправки компаса по Солнцу, а также видимые места 63 навигационных звезд. Наличие среди них Полярной упрощает и делает более точными процедуру вычисления широты и поправки компаса по Полярной.

2. В МАЕ помещены преобразованные таблицы для вычисления высот и азимутов светил ТВА-52, делающие его совершенно автономным, а переиздание таблиц ВАС-58 и ТВА-57 не нужными. Реформированный МАЕ сохранил прежний формат, увеличившись в объеме лишь на 16 страниц.

3. С учетом преобразований МАЕ разработаны оригинал-макеты Морского астрономического альманаха, рассчитанные на 2 года и на 4 года. Оба пособия — и МА-2, и МА-4 решают важную проблему непрерывного наличия на борту необходимого навигационного пособия. Оба пособия планируется выпускать в том же формате и почти в том же объеме, что и МАЕ.

4. В МА предложена новая методика вычисления моментов восхода и захода Луны, позволившая освободить значительное страничное пространство для более нужной информации.

Автор выражает сердечную благодарность научному руководителю Генриху Александровичу Голубеву за постоянные консультации и поддержку во время работы над темой диссертации, Павлу Владимировичу Земову, чьи работы заложили основы совершенствования МАЕ, Андрею Михайловичу Финкелыптейну за неизменное внимание и инициирование усилий к написанию диссертации, Михаилу Леонидовичу Свешникову за постоянную помощь в работе, Нине Ивановне и Владимиру Петровичу Алехиным, без заботливой опеки которых о состоянии электронного парка, эта работа была бы просто нереальна.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Малков, Алексей Алексеевич, 2000 год

1. Каврайский В. В. О пользованиями старыми астрономическими календарями. Зап. по гидрографии, XL1., 1921, стр. 89-106.

2. Астрономический ежегодник 1921 г.

3. Морской астрономический календарь 1920 г. Управление по обеспечению безопасности кораблевождения на Черном и Азовском морях, под ред. проф. А.Я Орлова, 1919, Одесса, с. 52.

4. Ежегодник Русского астрономического общества 1921 г.

5. Морской астрономический ежегодник на 1930 г. Изд. Астрономического института. 104 с.

6. Морской астрономический ежегодник на 1946 г. 1945, 244 с.

7. The American Nautical Almanac. 1951, London: His majesty's stationery office, 1950, p. 316.

8. The Abridijed nautical almanac. 1952,London: His majesty's stationery office, 1950, p. 444.

9. Морской астрономический ежегодник на 1961 г., Изд УНГС ВМФ, 1959, 440 с. Ю.Морской астрономический ежегодник на 1976 г., 1974, Изд. ГУНиО МО, 316 с. 11 .The Nautical Almanac. 1958.London: His majesty's stationery office, 1956, p. 310.

10. Ющенко А.П. Таблицы для вычисления высот и азимутов светил.(ТВА-57), Изд. УНГС ВМФ, 138 с.

11. Высоты и азимуты светил (ВАС-58),1957, Изд. УНГС ВМФ, t.I-IV, 684 с.

12. Мореходные таблицы МТ-75, 1975, Изд. ГУНиО МО, 322 с.

13. Жонголович И.Д., Матусевич Н.Н. Проект нового морского астрономического ежегодника. Зап. по гидрографии № 1 (126), 1946, стр.24-45.

14. Астрографики для северных широт. 80°-90°. 1957.

15. Ющенко А.П.Таблицы азимутов светил, 1936, Изд. ГоУМС РККА,т.1-9, 169 с.

16. Демин А.П. Таблицы истинных пеленгов светил ТИПС-56,1956,Изд. УНГС ВМФ, 238 с.

17. Э.Юрьев КС. Таблицы истинных пеленгов Солнца и звезд. 1957.Изд. УНГС ВМФ.

18. Матусевич Н.Н. Лекции по мореходной астрономии, 1946, Гл. XVIII, 133 с.

19. Астронавигационный альманах на 1991-1995 гг., Изд. ГУНиО, 1992, 207 с.

20. Морской астрономический ежегодник на 1999 г.,1998, Изд. ГУНиО МО, 316 с.

21. The nautical almanac. 1999,.London: His majesty's stationery office, 1997, p. 310.

22. Brown's Nautical Almanac Daily Tide Tables for 1996, p. 1015.

23. Burdwood G. Sun's true bearings or azimuth tables. 1852.

24. Blance A.G. Norie's nautical tables, 1977, Saint Ives Cambridgeshire England, 548p.

25. Table of computed altitude and azimuth.Vol I-VIII, Latitudes 0°-79°,inclusive, Pub. United States Navy Department Hydrographic Offis.

26. HD-486, "Admiralty Manual, of Navigation".

27. HO-249, "Admiralty Manual, of Navigation".

28. Красавцев Б.И. Мореходная астрономия, Москва, "Транспорт", 1978, 304 с.

29. Баштанник К.Г. Мореходная астрономия,"Морской Транспорт", 1958, 320 е.

30. Белобров А.П. Мореходная астрономия, Гидрометеоизд, 1953, 314 е.

31. Дьяконов В.Ф. Мореходная астрономия, "Морской Транспорт", 1958,464 е.

32. Efemeridi nautiche, 1996, Genova, 1995,р.328.

33. Астрономический ежегодник на 2000 год. ИПА, Санкт-Петербург, 1999,720 с.

34. Технический отчет ИПА РАН. Разработка алгоритмов расчета экваториальных координат навигациоонных светил. 1999, С.-Петербург.

35. Нецветаева Г.А. Решение проблем подготовки табличных изданий с помощью автоматической верстки. Сообщения ИПА РАН, № 126, 1999, С.-Петербург.

36. PageMaker 6.0 для Windows 95,1997, "BNV С.-Петербург",814 е.

37. ЗЭ.Морской астрономический ежегодник на 2001 г.,С.-Петербург.

38. Rechen-Inst., Berlin, 1936, S.A1-A170. 42.Fricke W. et all. Fifth Fundamental Catalogue (FK5). Part I. The basic fundamental stars. Veroff.Astron. Rechen-Inst., Heidelberg, 1988, n.32.

39. Приходько Г.К. Исследование условий определения места судна по одновременным наблюдениям Солнца, Венеры и Луны. ЛВИМУ, 1974, Ленинград.

40. Кондрашихин В.Г., Раховецкий А.Н. Астрономические определения места судна и поправки компаса. Транспорт, 1971, с 112.

41. Кондрашихин В.Г., Раховецкий А.Н. Точность астрономических определенийместа судна . Транспорт, 1961, с . 72.

42. Sadler D.H. The provision for astronomical navigation. Journal of the Institute of Navigation,Vol. 1,№ 4,1948.

43. П. П. Скородумов Курс кораблевождения, t.II, 1963.