ملاحة فلكية

300 بكسل

يظهر على اليمين مثال توضيحي للمقصود بـ طريقة التقاطع في تحديد الموضع. (وهناك طريقتان شائعتان في تحديد الموضع بطريق الملاحة الفلكية هما طريقة قياس الطول الجغرافي بالكرونومتر وطريقة ما بعد الزوال.) ويظهر على الخريطة دائرتان تمثلان خط موضع الشمس والقمر في الساعة الثانية عشر حسب توقيت غرينيتش بتاريخ 29 أكتوبر 2005. وفي هذا الوقت، قام ملاح بقياس زاوية انحراف القمر من على سطح سفينة في البحر فوجدها 56 درجة من الأفق مستخدمًا في ذلك آلة السدس. وبعد عشر دقائق، وُجد أن انحراف الشمس من الأفق يساوي 40 درجة. وفي كل مرة تُحسب خطوط الأفق ويحدد موقعها. وحيث إن زاوية انحراف الشمس والقمر كانت من النقطة نفسها، فلا بد أن يكون الملاح واقعًا في إحدى نقاط التلاقي بين الدائرتين.

وفي المثال الذي نحن بصدده، إما أن يكون الملاح في المحيط الأطلسي على بعد نحو 350 ميل بحري (650 كم) غرب جزر ماديرا، أو أنه في أمريكا الجنوبية على بعد نحو 90 ميل بحري (170 كم) جنوب غرب أسونسيون بباراجواي. وفي أغلب الأحيان، يكون اختيار أي التقاطعين أمرًا واضحًا للملاح، حيث يكون بينهما آلاف الأميال. وطالما أنه من غير المتوقع أن تبحر السفينة في أمريكا الجنوبية، فيبقى احتمال وحيد وهو أنها في المحيط الأطلسي. وتجدر الإشارة إلى أن خطوط الموضع في هذا الشكل مشوهة بفعل إسقاط الخرائط، وإلا لكانت دائرية لو أن الخريطة على هيئة كرة أرضية.

إذا كان الملاح في منطقة شاكو فسيخيل إليه القمر إلى شمال الشمس، ولو أنه في منطقة ماديرا فسيخيل إليه أن القمر إلى يمين الشمس، ويدرك هذه الملاحظة كل من سبق له قياس الارتفاعين.^{[بحاجة لمصدر]}

استخدام سدس بحري لقياس ارتفاع الشمس من الأفق.

تطورت القياسات الدقيقة للزوايا بمرور السنين. فأبسط صورها هو أن ترفع يديك وتبسطها في السماء. فيمثل عرض الخنصر زاوية لا تزيد كثيرًا عن 1.5 درجة في حال بسط اليد، وبهذه الطريقة يمكن تحديد ارتفاع الشمس عن مستوى الأفق ومن ثم يمكن تقدير وقت الغروب. وكانت الحاجة إلى قياسات أكثر دقة هي ما دعا إلى تطوير عدد غير متناه من الأدوات منها كمال والأسطرلاب والثمنية والسدس. وتتميز السدس والثمنية بدقة فائقة نظرًا لأنها تقيس الزوايا من الأفق مما يبعدها عن الأخطاء الناجمة عن تحديد الزاوية بمؤشر في الأداة المستخدمة.

وتقاس المسافات على الكرة الأرضية بالدرجة أو بالدقيقة القوسية أو بالثانية القوسية. A والميل البحري يساوي 1852 مترًا ويساوي أيضًا (وليس ثمة خطأ في ذلك) زاويّة صغيرة جدًا لخط الزوال على الأرض. ويعطي السدس نتائج دقيقة حتى 0.2 دقيقة قوسية. لذا يمكن (من الناحية النظرية) تحديد موضع الراصد في حدود 0.2 ميل أي نحو 400 ياردة (370 متر). ويمكن لأغلب ملاحي المحيط - الذين يرصدون من منصات متحركة - الحصول على دقة فعلية على مدى 1.5 ميل (2.8 كم)، وهي دقة تكفي للإبحار الآمن بعيدًا عن اليابسة.^{[بحاجة لمصدر]}

تحتاج الملاحة الفلكية عمليًا إلى كرونومتر بحري لقياس الوقت، وسدس لقياس زاوية الانحراف، وتقويم لتوفر جداول بإحداثيات الأجسام الفلكية، ومجموعة من جداول تقليل قراءة الشاخص لتساعد في إجراء قياسات الارتفاع والسمت، وخريطة لمكان الإبحار. وبتوافر جداول تقليل قراءة الشاخص تكون العمليات المطلوبة ما هي إلا عمليات جمع وطرح. وتسهم أجهزة الحاسوب اليدوية الصغيرة والحاسوب المحمول بل وأيضًا الحاسبة العلمية في «إنقاص» شواخص السدس في غضون دقائق معدودة ببرمجة جميع الحسابات وخطوات البحث عن البيانات أوتوماتيكيًا. والفرد العادي يمكنه إجادة إجراءات الملاحة الفلكية بعد يوم أو يومين من التوجيه والتدريب، حتى وإن كانت بطريقة الحساب اليدوي.

عادة، يستخدم الملاحون العمليون في العصر الحديث الملاحة الفلكية بجانب الملاحة الساتلية لتصحيح مسار تقدير الموضع، وهذا هو المسار المُقدر رجوعًا إلى موقع السفينة ومسارها وسرعتها. يستطيع الملاح اكتشاف الأخطاء وتسهيل العمليات باستخدام عدة طرق. عند استخدامه لهذه الطريقة، يستطيع قياس الارتفاع من آن لآخر بآلة السدس، ثم مقارنة ذلك بالارتفاع قبل حسابه استنادًا على الوقت المحدد والموقع المُقدر للرصد. رجوعًا للرسم البياني، يلزم استخدام الملاح لمسطرة تقويم جهاز الرسم البياني لعمل خط الموضع. يمكن القيام بأكثر من عملية رصد لإعادة تشغيل مسار تقدير الموضع، إذا اتضح أن أحد خطوط الموضع تبعد لأكثر من أميال قليلة عن الموقع المُقدر.

في حالة حدوث خلل كهربائي أو عطل في أحد المعدات، يستطيع الملاح العودة إلى الميناء بكل سهولة عند اجتيازه خطوط الشمس في مدة زمنية قصيرة في اليوم وتطوير ذلك من خلال تقدير الموضع للحصول على المادة الخام الثابتة له.

اُكتشف الخط الفلكي لمفهوم الموضع عام 1837عن طريق توماس هيوبارد سامنر (Thomas Hubbard Sumner)، بعد قيامه بعملية رصد واحدة حيث قام بحوسبة وتخطيط الطول الجغرافي له في أكثر من تجربة للعرض الجغرافي للمنطقة المجاورة له - ولاحظ أن المواقع تقع على خط طول. وباستخدام جهازين في هذه الطريقة، استطاع الملاحون أخيرًا عبور اثنين من خطوط الموضع مع الاحتفاظ بموقعيهما - وينتج عن ذلك تحديد العرض والطول الجغرافي. وفي أواخر القرن التاسع عشر، جاء التطور في طريقة التقاطع الحديثة (طريقة مارك هيلار (Marcq St. Hilaire))؛ وبهذه الطريقة تُحسب زاوية الارتفاع وزاوية السمت لتتلائم مع موقع الاختبار والمقارنة مع الارتفاع المرصود. فالاختلاف في الدقائق القوسية هو الميل البحري «لتقاطع» المسافة التي يحتاجها خط الموضع للاستبدال تجاه أو بعيدًا عن اتجاه جهاز نظام الاحداثيات. (تستخدم طريقة التقاطع المفهوم الموضح في المثال في الجزء السابق «كيف تعمل».) وهناك طريقتان أخريتان لتقليل القراءات وهما طريقة قياس الطول الجغرافي بالكرونومتر وما بعد الزوال.

وبينما أصبحت الملاحة الفلكية متكررة بطريقة متزايدة مع الإقبال القليل والدقة العالية لأجهزة الاستقبال الخاصة بالملاحة الساتلية (نظام التموضع العالمي)، فما زالت تُستخدم إلى حد كبير في الطيران حتى الستينيات من القرن العشرين، وفي الملاحة البحرية إلى عهد قريب. ولكن حيث إن البحار لا يعتمد على أي من تلك الوسائل الفردية لتحديد موقعه، فما زالت تطلب العديد من الهيئات البحرية الدولية أطقم للسفن لتقديم معرفتهم عن الملاحة الفلكية في الاختبارات، والتي تعتبر في المقام الأول كخلفية عن الملاحة الإلكترونية. وأحد الاستخدامات الحالية الأكثر شيوعًا في الملاحة الفلكية على متن السفن التجارية الكبيرة هي معايرة البوصلة وفحص الأخطاء في البحر في حالة عدم توفر الإشارات الأرضية المتاحة.

وقد واصلت القوات الجوية الأمريكية والبحرية الأمريكية تعليم الطيارين العسكريين استخدام الملاحة الفلكية حتى عام 1997، وذلك بسبب أنها:

• من الممكن أن تُستخدم بطريقة مستقلة في المساعدات الأرضية
• لها تغطية عالمية
• لا يمكن تشويشها (رغم أنه من الممكن حجبها عن طريق السحب)
• لا تعطي أي إشارات يمكن للعدو اكتشافها[4]

وقد أعلنت الأكاديمية البحرية الأمريكية إيقاف دورتها التدريبية في الملاحة الفلكية، التي تعتبر واحدة من أكثر الدورات التدريبية المطلوبة، من المنهج الدراسي الرسمي في ربيع عام 1998 حيث أوضحت أن آلة السدس تقيس بدقة في دائرة نصف قطرها ثلاثة أميال (5 كم)، بينما تتمكن أجهزة الحاسوب المرتبطة بالساتل من تحديد موقع السفينة في خلال 60 قدم (18 م). وفي الوقت الحاضر، يواصل ضباط الصف البحريون تعلمهم لاستخدام آلة السدس، ولكن بدلاً من إجراء عملية رياضية مملة مكونة من 22 خطوة للتخطيط لدورة تدريبية خاصة بالسفن، يقوم ضابط الصف البحري بتغذية الحاسوب بالمعلومات الأولية لها.[5] وما زال الطلاب يتلقون دورات تدريبية في الملاحة الفلكية في غيرها من أكاديمية الاتحادية للخدمات والأكاديمية البحرية التجارية الأمريكية، حيث إن هذا مطلوب في اجتياز اختبارات رخصة خفر السواحل الأمريكية.

وقد استخدمت الملاحة الفلكية في الطيران التجاري حتى بدايات عصر الطائرة النفاثة التي أطلقت في الستينيات من القرن العشرين مع ظهور أنظمة الملاحة بالقصور الذاتية.

وما زالت الملاحة الفلكية تدرس للجنود أثناء تدريبهم في البحرية التجارية البريطانية والتي تعتبر كشرط للحصول على شهادة الكفاءة.

وقد اُستخدم التغير في الملاحة الفلكية الأرضية للمساعدة في توجيه مركبة أبولو الفضائية وهي في طريقها إلى القمر ومنه. وحتى ذلك اليوم، كانت البعثات الفضائية، مثل قراصنة استكشاف المريخ تستخدم النجوم المتعاقبة لتحديد الارتفاع الزاوي لمركبة الفضاء.

وفي وقت مبكر من منتصف ستينيات القرن العشرين، طورت الأنظمة الإلكترونية والحاسوبية المتقدمة تأهيل الملاحين للحفاظ على ثبات أرائهم الفلكية التلقائية. وتستخدم تلك الأنظمة بدقة عالية على أسطح السفن وطائرات القوات الجوية الأمريكية على حد سواء، وقادرة على الالتحام حتى 11 نجم (حتى في وقت النهار) وتثبيت موقع الطائرة على مستوى أقل من 300 قدم (91 م). وتعتبر طائرة الاستطلاع إس أر-71 ذات السرعة القصوى هي أحد نماذج الطائرات المستخدمة في الملاحة الفلكية الآلية. ورغم أن تلك الأنظمة النادرة مكلفة جدًا، إلا أن القليل منها لا زال يستخدم حتى اليوم حيث يعتبر كدعم للعديد من الأنظمة التي يعول عليها لتحديد المواقع باستخدام السواتل.

وما زالت تُستخدم الملاحة الفلكية لدى أصحاب اليخوت الخاصة، وبخاصة من جانب اليخوت المبحرة لمسافات طويلة في جميع أنحاء العالم. أما بالنسبة لأطقم القوارب الصغيرة المبحرة، فتعتبر الملاحة الفلكية عندهم عادةً كمهارة أساسية عندما يغامرون خارج نطاق الرؤية من الأرض. وعلى الرغم من اعتمادهم على تقنية نظام التموضع العالمي، إلا أن أصحاب اليخوت البعيدة عن الشاطئ يستخدمون الملاحة الفلكية إما كأداة ملاحية أولية أو على سبيل التدعيم.

وتُستخدم القذائف العابرة للقارات الملاحة الفلكية لفحص وتصحيح مسارها (المجموعة الأولية لاستخدام الجيروسكوبات الداخلية) بينما تستخدم خارج الغلاف الجوي للأرض. حيث تعتبر المناعة من الإشارات التشويشية هي المحرك الرئيسي وراء تلك التقنيات المهجورة.

يجمع مدربو الملاحة الفلكية بين جهاز محاكاة الطيران البسيط والبلانتاريوم بغرض تدريب أطقم الطائرة على الملاحة الفلكية.

ويمثل النموذج السابق جهاز "لنك " للتدريب على الملاحة الفلكية الذي استخدم في الحرب العالمية الثانية.[6][7] الكائن في 45 قدم (14 م) مبنى مرتفع، حيث يظهر مركز القيادة الذي يتأقلم مع الطاقم الكامل لـ قاذفة القنابل من (الطيار والملاح والمدفعي). ويظهر مركز القيادة الرصيف كاملاً من خلال آلات يستخدمها الطيار في الطيران الاصطناعي الطائرة. وينظم ثبات مركز القيادة أعلى قبة الإضاءة، وبعض المحاكاة الموازية للكواكب التي يحددها الملاح من خلال موضع الطائرة. ويحاكي تحرك القبة للمواضع المتغيرة للنجوم مع تغير الوقت وتحرك الطائرة حول الكرة الأرضية. ويستقبل الملاح إشارات لاسلكية محاكية من موضع مختلفة من على الأرض.

لقد أدى تحرك «طبقات التضاريس الأرضية» - الكبيرة من تحت مركز القيادة، إلى التقاط صور جوية للكرة الأرضية من وضع الحركة، والتي أعطت طاقم الطائرة انطباعًا عن الرحلة وتمكين قاذفة القنابل من ممارسة الاصطفاف لأهداف القصف.

وجلس فريق من المشغلين في مقصورة التحكم على الأرض أسفل الطائرة حتى يتمكنو من محاكاة الأحوال الجوية مثل الرياح والسحب. وتعقب هذا الفريق أيضًا مسار الطائرة عن طريق تحريك «نموذج لطائرة» (علامة) على الخريطة الورقية.

وطُور جهاز «لنك» للتدريب على الملاحة الفلكية في الاستجابة للطلب المقدم من قبل سلاح الجو الملكي البريطاني (أر إية إف) في عام 1939. وأمر سلاح الجو الملكي بالحصول على 60 من تلك الآلات، حيث بنيت الأولى في عام 1941. في حين استخدم سلاح الجو الملكي القليل من تلك الآلات، مؤجرًا المتبقي منها الولايات المتحدة وفي نهاية المطاف اُستخدمت المئات من تلك الآلات.

• بوابة نجوم
• بوابة رحلات فضائية
• بوابة المجموعة الشمسية
• بوابة الفضاء
• بوابة جغرافيا
• بوابة طيران
• بوابة استكشاف
• بوابة ملاحة
• بوابة علم الفلك