Navigare necesse est

Chiny & Meksyk

Dalekie podróże morskie w okresie, gdy Europejczycy dokonywali wielkich odkryć geograficznych, takich jak chociażby wyprawa Krzysztofa Kolumba w 1492 r. do Indii Zachodnich, byłyby najprawdopodobniej nie do pomyślenia gdyby nie kompas.
Ten najprostszy a zarazem najważniejszy instrument nawigacyjny, który wykorzystywany jest epoce globalnych i precyzyjnych satelitarnych systemów lokalizacyjno-pozycyjnych został wynaleziony ponad dwa tysiące lat temu w Chinach, skąd do Europy przywędrował dopiero w XIII w. za pośrednictwem arabskich handlarzy.

 

Już dwa tysiące lat temu Chińczycy stworzyli pierwowzór dzisiejszego kompasu, który składał się z kawałka magnetytu – rudy żelaza występującej w stanie naturalnym w przyrodzie. Następnie z kawałka magnetytu wycinali chochlę, którą kładli na starannie wygładzonej kamiennej płycie. Następnie chochla obracała się w taki sposób, aby „rączka” wskazywała południe, ponieważ masa chochli skupiona była w łyżce, dzięki czemu to właśnie ten koniec obracał się ku północy. Chińczycy wybrali specjalnie kształt chochli zamiast klasycznej, smukłej igły, gdyż przypominała on Wielki Wóz, a jak wiadomo skrajne dwie gwiazdy Wielkiego Wozu leżą na jednej linii z Gwiazdą Polarna, która jest uważana powszechnie za główny astronomiczny punkt odniesienia dla nawigatorów. Pierwsze urządzenie do nowoczesnej nawigacji, które zostało nazwane „sinan” zostało opisane już w IV w. p.n.e. Niemniej dokładny opis na wskroś nowoczesnego kompasu pojawił się dopiero dużo później, bo około 1127 lub 1129 r. w dziele Shi Lin Kuang Ji. Był to już stały kompas ze stałą osią, podobny do współczesnych urządzeń nawigacyjnych, ale w miejsce banalnej igły magnetycznej użyto modelu żółwia, w którym ukryty był magnes. Żółw obracał się na szpilce z bambusu. Kolejnym udoskonaleniem było wprowadzenie przez Chińczyków tarczy, podobnej do tej jaką stosowano we wcześniejszym „sinan”, ale z zaznaczonymi 24 kierunkami, dzięki czemu powstał pierwszy w historii świata kompas stricte żeglarski, którym nawigator mógł bez przeszkód pewnie określić kierunek.

W następnych latach Chińczycy za sprawą udoskonalonego instrumentu nawigacyjnego opłynęli wszystkie morza Azji Wschodniej i Południowo-Wschodniej opisując je w pierwszych na świecie podręcznikach nawigacyjnych, znanych również pod nazwą „przewodników igłowych”, które zawierały sprawdzone i pewne informacje na temat kursów w oparciu o kompas. O wysokim poziomie wiedzy średniowiecznych chińskich nawigatorów może świadczyć fakt, że doskonale zdawali sobie oni sprawę z tego, że północ geograficzna nie pokrywała się dokładnie z północą magnetyczną. Zjawisko to, znane jako tzw. deklinacja magnetyczna, zostało dostrzeżone w Europie dopiero w 1492 r., podczas sławetnej wyprawy Krzysztofa Kolumba do Nowego Świata.

 

Wielce interesującego odkrycia w latach 60. XX w. dokonała również grupa archeologów z Michaelem Coe na czele, która poszukiwała pozostałości po cywilizacji Olmeków w San Lorenzo, w rejonie Veracruz, na terenie Meksyku. W trakcie owych prac naukowcy przypadkiem natrafili na tajemniczy przedmiot, który był kawałkiem starannie wyciętego pręta z hematytu, o długości około 3 cm, z wyżłobionym precyzyjnie wzdłuż rowkiem. Zaintrygowany dziwnym znaleziskiem M. Coe postanowił znając właściwości magnetyczne hematytu sprawdzić jak będzie zachowywał się owy przedmiot, kiedy umieści się go na kawałku korka i wstawi do wody. W ten prosty sposób M. Coe odkrył, że ten niepozorny przyrząd jest niczym innym, jak pierwowzorem dzisiejszego kompasu, ponieważ pręt pływając na korku po wodzie ustawiał się zawsze w tym samym kierunku, nieco na zachód od północy magnetycznej, natomiast po przekręceniu pręt ustawiał się nieco na wschód od północy magnetycznej. Po wielu żmudnych testach i badaniach laboratoryjnych przeprowadzonych przez wybitnego fizyka Johna B. Carlsona udało się stwierdzić ponad wszelką wątpliwość, że odnaleziony w San Lorenzo przez archeologów przedmiot jest kompasem. Zatem wynika z tego, że został on zrobiony co najmniej 1000 lat p.n.e. i w związku z tym wyprzedza najstarszy chiński kompas. Historia ta jest doskonałym przykładem na to, że identyczne urządzenie nawigacyjne mogło być wynalezione niezależnie od siebie w dwóch skrajnie różniących się od siebie kulturach i epokach.  

Mimo znacznego upływu czasu od momentu wynalezienia kompasu jest on uważany do dnia dzisiejszego przez nawigatorów za najważniejszy instrument nawigacyjny na pokładzie każdej jednostki pływającej. Jest najprostszym i najmniej zawodnym urządzeniem służącym do określania kierunku, umożliwiającego na pewne sterowanie wcześniej określonym kursem oraz pozwala na dokładne ustalenie pozycji jednostki z namiarów branych na znaki nawigacyjne i obiekty brzegowe. Kompasu używa się również do ustalania namiarów innych jednostek znajdujących się w tym czasie na wodzie.

 

Budowa

Na jednostkach pływających stosuje się wyłącznie tzw. mokry kompas, który składa się z kulistego naczynia – obudowy nazywanej potocznie kociołkiem, wykonanego z materiału niemagnetycznego np.: wysokoudarowego tworzywa ABS lub mosiądzu. Wewnątrz obudowy znajduje się podparta na osi lub pływaku tzw. róża kompasowa, na której została umieszczona dokładna podziałka w stopniach lub rumbach. Kociołek wypełniony jest płynem – mieszaniną wody, alkoholu i gliceryny w celu zmniejszenia ciężaru róży oraz jej wahań w czasie silnego kołysania jednostką. Siła wyporu, która działa na różę kompasową zanurzoną w ww. płynie, zmniejsza jej nacisk w miejscu podparcia, dzięki czemu zmniejsza się tym samym siła tarcia, co prowadzi do zwiększenia czułości urządzenia. Płyn pełni również rolę spowalniacza jej obrotów. Poniżej umieszczone są co najmniej dwa magnesy prętowe, odpowiedzialne za ustawienie się tak róży kompasowej, aby oznaczony na niej kierunek północny był styczny do południka magnetycznego. Dalej na wewnętrznej ściance kociołka kompasu jest umieszczona kreska kursowa, która zawsze powinna znajdować się w osi symetrii jednostki. Jest ona skierowana w stronę dziobu, dzięki czemu wyznacza kurs jachtu. W niektórych kompasach znajduje się jeszcze jedna kreska kursowa (druga), która dla odmiany jest umiejscowiona po przeciwnej stronie kulistej obudowy. Druga kreska kursowa wyznacza tzw. kontr kurs, a kreski umieszczone na linii prostopadłej do osi symetrii wyznaczają dodatkowo prawy i lewy trawers. Dodatkowo kociołek jest jeszcze obciążony ołowiem, zawieszonym na przegubie Cardana, które gwarantuje, że kompas przyjmuje położenie poziome i nie reaguje na gwałtowne ruchy jednostki (nagłe przechyły). Tak funkcjonujący kompas jest dodatkowo jeszcze osadzony na podstawie, zwanej naktuzem. 

W nawigacji opartej o kompas mokry obowiązuje zasada, że kurs jednostki wyznacza się wyłącznie w oparciu o kompas główny, a na kompasie sterowym utrzymuje się jedynie taki kurs, jaki wskazuje ten pierwszy!

Dewiacja kompasu

Należy do najpoważniejszych zakłóceń w pracy kompasu magnetycznego i od zawsze była największym utrapieniem uniemożliwiającym prowadzenie dokładnej nawigacji na wodzie. 

Polega na tym, że kompas nie może wskazywać prawidłowo północy magnetycznej ze względu na różne występujące na pokładzie naszej jednostki pola magnetyczne. Dzieje się tak za sprawą użytych do budowy jednostki elementów żelaznych, wyposażenia oraz takielunku które następnie magnesują się samoistnie pod wpływem oddziaływania pola magnetycznego Ziemi. Zakłócenia w pracy kompasu mogą również pojawić się wtedy, jeżeli w jego bezpośrednim sąsiedztwie znajdą się inne urządzenia elektrotechniczne np. niektóre zegarki, telefony komórkowe, lornetki, głośniki lub urządzenia radiowe. Działaniu takiemu sprzyja również długi okres niezmiennego ustawienia jachtu a nawet wstrząsy mechaniczne. W następstwie prowadzi to do tego, że powstają znaczne różnice między kierunkami rzeczywistymi, a wskazanymi przez kompas główny na pokładzie. Jedną z metod przeciwdziałania dewiacji jest demagnetyzacja jednostki i kompensacja dewiacji. Demagnetyzacja polega na tym, że eliminuje się magnetyzm jachtu za pomocą pola magnetycznego, wytworzonego przez odpowiednio rozmieszczone uzwojenia, które wytwarzają silne prądy elektryczne. Metodę tą stosuje się wyłącznie na żaglowcach i jachtach metalowych, natomiast w wypadku pozostałych jednostek zjawisko to kompensuje się. Kompensacja polega na umieszczeniu w pobliżu kompasu głównego dwóch prostopadle ustawionych do siebie magnesów (o kształcie sztabek), tak by ich pole oddziaływało na różę kompasu przeciwnie aniżeli pole magnetyczne jednostki.

Żelazo znajdujące się na pokładzie jednostki dzieli się na: twarde, pośrednie i miękkie, a w zależności od tego ma różny wpływ na opisywane zjawisko. Żelazo twarde magnesuje się stosunkowo trudno i długo, ale nabyte właściwości magnetyczne zachowuje adekwatnie długo. Żelazo miękkie magnesuje się znacznie szybciej, ale równie szybko traci swoje właściwości.

W związku z tym każdy szanujący się żeglarz, który poważnie myśli o bezpiecznej żegludze powinien przynajmniej raz na sezon należycie sprawdzić dewiację swojego kompasu głównego oraz sterowego. Jeżeli zauważy, że występuje dewiacja, powinien niezwłocznie sporządzić tabelę korygującą. Natomiast jeżeli dewiacja kompasu jest większa aniżeli 6 stopni powinien zgłosić się jak najszybciej do serwisanta – dewiatora w celu dokonania zmiany ustawienia magnesów.

Na koniec należy dodać jeszcze kilka słów odnośnie pojęcia samej dewiacji, która jest kątem zawartym pomiędzy kierunkiem północy magnetycznej (Nm), a kierunkiem północy wskazywanej przez urządzenie (Nk). Istotne w tym wszystkim jest również to, że jeżeli kierunek północy kompasowej leży na prawo (na wschód) od kierunku północy magnetycznej to dewiacja jest wtedy dodatnia, natomiast w przeciwnym przypadku jest ona zawsze ujemna.

Wśród kompasów pokładowych znany jest również kompas żyroskopowy-elektromechaniczny, który tym różni się od klasycznego magnetycznego, że w ogóle nie reaguje na magnetyzm jednostki. Sercem tego urządzenia dla odmiany jest żyroskop wirujący wokół własnej osi z prędkością dochodzącą do 40 tys. obr./min. Działanie takiego kompasu polega na tym, że oś wirującego żyroskopu zachowuje zawsze stały kierunek w przestrzeni, natomiast urządzenia korekcyjne wymuszają zachowywanie przez oś stałego kierunku względem południka geograficznego.

W kompasy wyposażone są również rozbudowane odbiorniki lokalizacyjno-pozycyjne typu GPS NAVSTAR, które mają wbudowany kompas elektroniczny, który – podobnie jak kompas tradycyjny – mierzy pole magnetyczne ziemi. Urządzenie takie każdorazowo automatycznie koryguje pomiar o lokalny kąt deklinacji magnetycznej, dając w ten sposób niezwykle dokładne wskazanie rzeczywiste odczytu.

Deklinacja magnetyczna

Polega na odchyleniu igły kompasowej od północnego kierunku geograficznego w danym punkcie powierzchni Ziemi pod wpływem magnetyzmu ziemskiego. Odchylenia te różnią się naturalnie wielkością w zależności od punktu na kuli ziemskiej i zmieniają się
w czasie. Deklinacja oraz jej zmiany podawane są zawsze na mapie morskiej danego akwenu.