הסקרנות והרצון לחקור תמיד הבחינו בנפש האדם, ובעזרת הדחפים הללו האנושות מצאה את האומץ להתגבר על הפחד מהלא נודע, על הסכנות האמיתיות ואימת המפלצות הדמיוניות שאכלסו את המנטליות הקולקטיבית. נווטים חסרי פחד של הלא נודע התמודדו עם סערות מדהימות ושלווה אינסופית, שחצו גבולות בלתי נתפסים לתקופה שבה כולם האמינו שצריך ליפול לריק ברגע שמגיעים לסוף העולם. תחילה עברו את עמודי הרקולס, אחר כך הלכו עוד ועוד, עד ליבשת אמריקה ולאחר שהתגברו על אלף קשיים וסכנות, הקיפו את הגלובוס.
כריסטופר קולומבוס, ואסקו דה גאמה, ברטולומיאו דיאז, פרדיננד מגלן אפשרו לשרטט את המפות של עולם חדש לגמרי והידע המדעי החל באמת להתקדם כאשר נפתחו דרכי הים שיחברו בין ארבע פינות כדור הארץ. ההתקדמות שהושגה בניווט ימי, למעשה, אפשרה לאנושות להרחיב מאוד את הידע על הפלנטה הזו שלנו ולהפיץ מושגים, תרבויות ורעיונות.
לרובם המכריע של האנשים על כדור הארץ כיום התמונה המלאה של כוכב הלכת שלנו חקוקה במוחם. היום כולנו יודעים שכשהשמש זורחת באירופה, זה עדיין לילה בארצות הברית או שכשקיץ כאן, זה חורף בחצי הכדור הדרומי. העולם הפך כעת לכפר גלובלי שתושביו, יום אחר יום, מגבירים את התלות ההדדית.
עם זאת, לפני כמה מאות שנים זה לא היה מובן מאליו והדרך להגיע היום לא הייתה קלה.
ניווט עתיק יומין
בתחילת חיי העמים, הים ייצג מחסום שמעבר לו היה הלא נודע. אולם, מונעים על ידי סקרנות, הרצון לחקור, אבל גם הרעב, הצורך להתרבות, הצורך למצוא משאבים חדשים, האדם התמודד עם אלמונים וסכנות, גילוי ארצות חדשות ועמים חדשים מעבר לים והקים את התנועה הימית הראשונה אשר, עם התקדמות בניית הספינות, התרחב יותר ויותר.
בזמן ה חיל הים חתירה בעיקר תנועת החוף פרחה בים סגור. חיל הים החתירה יכול להיקרא, למעשה, אמצעי ניווט "ביתי". הספינות היו קשורות לחוף, היו בעלות כושר ים גרוע ולא התאימו להפלגות ימיות ארוכות. מסיבות אלו נאלצו לנווט באופן לא רציף ובכפוף לתנאי מזג האוויר ולאורך המרחקים שיש לעבור. כך קרה שהספינות עלו לים במהלך "העונה הטובה" והניווט בשעות היום התקיים בעיקר דרך הכרה במאפייני החוף (הרים, עיירות, מגדלי שמירה, מפרצים וכו'...) וניווט לילי הביט אל הכוכבים כדי להבין אם המסלול היה הנכון.
עם זאת, התקשורת הימית של אותה תקופה אפשרה הפצת ידע ונפח תנועה סביר של סחורות יקרות וקלות, מה שהשפיע רבות על צמיחתם של עמים ימיים, ולא רקi. הרצון להכיר ולחקור את העולם ההולך ורחוק איפשר בהמשך לפתח טכניקות בניית ספינות המתאימות להתמודדות עם הים הפתוח ולסכנות הגדולות יותר הקשורות בו.
הפיתוח של ה חיל הים השייט, הודות לשיטת הנעה בלתי נלאית וחופשית לחלוטין כמו הרוח, סימנה את תחילת המירוץ אחר מסלולי האוקיינוס, שלאורכם לא נראו החופים במשך ימים ארוכים. האישור ההדרגתי של הפלגה המוחל על גופי ספינה ימית איפשר למעשה לנווטים להתפשט ברחבי העולם.
ליחידות היה טווח גדול יותר ויכולת עומס גדולה יותר, ובהתחשב ב זול יותר מתחבורה ימיתעיקרון שעדיין תקף באופן מהותי כיום, זה גם סימן את תחילתו של שגשוג אמיתי עבור עמי היבשת.
עם זאת, המרחק מהחוף והיעדר נקודות התייחסות מסוימות היו במשך זמן רב בעיה עבור הנווטים, אשר עקבו אחר המסלולים יותר בעל פה ובאופן אינסטינקטיבי מאשר עם הוודאות המתמטית של מיקומם, המובן כנקודה גיאוגרפית מדויקת המזוהה על ידי קו רוחב ואורך.
בחצי הכדור הצפוני, למשל, במהלך הלילה ניתן היה לדעת בקלות את קו הרוחב על ידי מדידה ה"גובה" של כוכב הקוטב, כלומר הזווית הנוצרת בין כיוון האופק הימי לכיוון הכוכב, המאפשרת לנווט לדעת ישירות את קו הרוחב שלו. בקו המשווה, למעשה, גובה הקוטב הקוטבי שווה לאפס כפי שניתן לצפות בו על קו האופק, והוא גדל ככל שקו הרוחב עולה עד הקוטב הצפוני, שם גובהו מרבי ושווה ל-90° ( מעל הראש שלנו). הדבר התאפשר באמצעות מכשירים אופטיים המתאימים למדידת הזוויות בין שני עצמים, שהתפתחו בהדרגה עד סוף המאה ה-XNUMX, הסקסטנטii ימי. דרך כמה מראות שהחזירו את אור הכוכב ומכשירים מתאימים לקריאת הזווית, נמדד גובהו של כל עצם/כוכב באופק. עם זאת, התנועה המתמדת של כלי השיט הקשתה על התצפית, וכאשר השמים היו מעוננים או ערפל, כמעט בלתי אפשרי לבצע מדידה.
חישוב קו האורך, לעומת זאת, ייצג במשך זמן רב את הבעיה הימית העיקרית, שכן לא ניתן היה להסיק אותה ישירות מתצפיות כוכבים, מכיוון שקווי האורך קשור קשר הדוק לזמן. מכיוון שכדור הארץ משלים סיבוב מלא של 360 מעלות תוך 24 שעות, הבדל של 15 מעלות בקו האורך אומר שהזמן הוא שעה אחת למעלה או למטה מנקודת הייחוס. הכרת הפרש הזמן שבו מתרחשת אותה תופעה אסטרונומית בשני מקומות שונים, מאפשרת אפוא לחשב את ההבדל בקו האורך. לאותו הבדל בזמן, הנמדד בשעות, דקות ושניות יש, למעשה, שווי ערך בקו האורך ולכן מייצג את ההבדל בקו האורך בין הנקודה הידועה למיקום האדם..
בסך הכל, השיח התיאורטי די פשוט, אבל היישום המעשי שלו לא היה חף מקשיים טכניים, בהתחשב בטכנולוגיה של אותה תקופה. על מנת לבצע חישובים מדויקים, למעשה, היה חיוני לוודא את דיוק הזמן על סיפון הספינות, אחרת הנתונים לא היו נכונים.
שעוני אבקה (המונח "שעון חול" באיטלקית יכול לפעמים גם לציין את הסוג למים) שימשו רק לציון חיים על הסיפון (החלפת שעון, ארוחות וכו'...) ושעוני כיס לא התאימו לחישוב קו אורך מכיוון שלא הבטיחו את הדיוק הדרוש.
אי-הקביעת קו האורך גרמה אפוא לעיתים לסיום הדרמטי של הניווט עם ספינות טרופות, בשל העובדה שהמיקום בפועל לא היה זה שנקבע. ב-22 באוקטובר 1707, למשל, טבעו ארבע ספינות מלחמה בריטיות משום שחישבו שהן עדיין בים הפתוח, אך במהלך הלילה הן מצאו את עצמן לפתע על החוף של איי סקילי, כ-45 ק"מ מדרום-מערב לקורנוול. התאונה גרמה לאובדן של כאלפיים מלחים.
החישוב המדויק של קו האורך היה אפשרי רק לאחר שהאנגלי ג'ון הריסון, גאון מכני, ב-1764 המציא את הכרונומטר, כלומר שעון מדויק ונייד שלא הושפע, למשל, משתנות טמפרטורה או תאוצות עקב תנועת הספינה. זה היווה נקודת מפנה אמיתית לאמנות הניווט. החשיבות של דיוק הזמן הפכה לכזו ששירות שעון הוקם בים במיוחד כדי לבדוק שהכרונומטר פועל תמיד.
למען הפרוטוקול, ההמצאה של הריסון זכתה להתנגדות רבה ורק לאחר מספר שנים הוא הצליח לקבל הכרה מלאה...וחלק מהפרס המהותי.
במשך מאות שנים, תצפיות על הכוכבים היו הדרך היחידה לחשב את המיקום בים הפתוח, גם לאחר הופעתה והתפשטותה המהירה של ההנעה המכנית וההתקדמות הטכנולוגית המהירה לאחר מכן. גם שם ניווט אווירילמעשה, השתמשו במידה ניכרת באותם מכשירים לתצפית ומדידה של גבהים של הכוכבים המשמשים את הספינות, באמצעות כיפת התצפיות, בתוספת טבלאות תיקון מתאימות לגבהים התצפיתיים, מבלי לקחת בחשבון אילו הנתונים שנאספו יעשו. היו מעוותים והתוצאה הסופית הייתה משתנה באופן משמעותי. עד ייצור ציוד ניווט רדיו-חשמלי.
ניווט במאה ה-XNUMX
גילוי הרדיו, למעשה, לא היה חדשני רק עבור מגזר התקשורת, אלא גם היה בעל השלכות חשובות על הניווט הימי והאווירי. למעשה, במאה ה-XNUMX פותחו מערכות ניווט רדיו רבות המנצלות את קליטת הדחפים הרדיו-חשמליים המגיעים מתחנות שידור שונות המוצבות במיקומים קבועים וידועים. לכן, רק כדי למנות כמה מהידועים שבהם, מערכות הלורן בתדר נמוך הופיעו (ניווט לטווח ארוך) ודקה.
עיקרון הפעולה של מערכת לורן התבסס עליו הפרשי זמן בעת קליטה בין אותות המשודרים על ידי שתי תחנות שידור רדיו. בתרשימים הספציפיים ניתן היה לזהות את נקודת הספינה. מערכת Decca השתמשה בעקרון של הפרש פאזות של אותות הנפלטים מתחנות קרקע. בניגוד ל-Loran, בו התחנות שידרו בפולסים, בדקה התחנות שידרו תדרים רציפים וזאת, אם מצד אחד לדקה היה טווח אפקטיבי נמוך יותר מה-Loran, מצד שני היא אפשרה לקבל מיקום מדויק יותר.
גם לניווט אווירי le עזרי רדיו על הקרקע (VOR, NDB, TACAN, ILS, MLS וכו'...) ייצגו וחלקם עדיין מייצגים עזר הכרחי כדי לדעת את עמדתו. חלק מהמערכות מספקות נתוני מיקום בתלת מימד (לכן גם עם נתוני גובה), תורמות לבטיחות הכללית של ניווט אווירי ולספק לטייסים מידע מלא יותר על מיקומם במרחב התלת מימדי. מערכות לוקליזציה וניווט רדיו אלו מחייבות נוכחות של תחנות שידור הממוקמות על הקרקע, ולכן יש צורך במספר לא מבוטל מהן על מנת לקבל כיסוי עולמי, תוך התחשבות במגבלות הכוח האורוגרפיות והפליטה.
לאור התועלת של כל המערכות הללו, החיפוש המתמשך אחר דרכים חדשות לקבל נתוני מיקום מדויקים יותר ויותר הוביל לייצור מערכות מיקום גלובליות, המנצלות רשת עם מספר מוגבל של לוויינים במסלול כדי לשלוח אותות רדיו המפוענחים על ידי מכשיר אלקטרוני קטן המספק לנו ישירות את הייצוג הגרפי של מיקומנו על פני כדור הארץ ונתוני קווי הרוחב והאורך, ללא צורך בביצוע חישובים מתמטיים. זה עושה את כל הציוד האלקטרוני. כאלה הם, למשל, ה מערכת מיקום גלובלית של NAVigation לווייני תזמון וטווחים (NAVSTAR GPS), שכולנו מכירים כ-GPS, שהומצא על ידי ארה"ב, הרוסית GLObal'naja NAvigacionnaja Sputnikovaja Sistema (GLONASS), BeiDou הסינית או מערכת GALILEO, שפותחה על ידי האיחוד האירופי בשיתוף סוכנות החלל האירופית.
הניווט הכוכב הבא
הרצון לחקור, שהוביל את האנושות לנסוע כדי לראות מה נמצא מעבר לאותם מרחבים נוזליים המיוצגים על ידי הימים והאוקיינוסים של העולם נותר ללא שינוי. הסקרנות והרצון לדעת, שבעבר אפשרו לנו להתגבר על פחדים אטאוויסטים ולצאת אל הלא נודע, דוחפים אותנו כעת לעבר הכוכבים.
החיפוש אחר צורות אחרות של חיים תבוניים, הרצון להבין את מנגנוני היקום או החיפוש אחר עולמות חדשים שבהם, אולי בעתיד הרחוק מאוד, יוכלו לייסד מושבות אנושיות, בדיוק כמו הנווטים העתיקים של הלא נודע, למצוא תמיכה כלכלית בעיקר במניעים של אלה שמסתכלים על שטח עבוררכש חומרי גלם או לנושאי ביטחון וביטחון. במוקדם או במאוחר, לאנושות תהיה הטכנולוגיה לעשות את הזינוק העידן וצוותי שיגור ליעדי חלל מרוחקים יותר ויותר. מסעות חקירה ומדעיים עם קוסמונאוטים, שכבר נוצרו היום על ידי מספר רב של סרטי מדע בדיוני או סדרות טלוויזיה.
מאז שהחל הניווט תמיד הסתכלנו לשמיים כדי לדעת את מיקומנו ולכן יודעים באיזה מסלול ללכת. לכן, גם הניווט של קרולות חלל עתידיות יצטרך לרכוש נתונים מהכוכבים כדי לפתור את הבעיות החדשות והמורכבות של חישוב המיקום, בהתחשב בכך שהוא יצטרך להיות "אוניברסלי", כלומר הוא יצטרך להתבסס על התייחסות מערכת בלתי תלויה בכדור הארץ או במערכת השמש שלנו. התרחקות מכל הנקודות המוכרות וה"בטוחות" הללו, למעשה, חישוב התפקיד יוסיף קשיים נוספים להערכות הכוללות. קודם כל חוסר האפשרות לקבל אותות ממערכות מיקום יבשתיות. ה-GPS הטוב היקר, אם כן, לא יוכל לעזור ל"קפטן קירקס" העתידי בזיהוי מיקומם בחלל העמוק.
מכאן הצורך למצוא מערכות ניווט חלופיות, שיוכלו למלא את המשימה של זיהוי המיקום המדויק של רכבי חלל. בדיוק כמו מלחים של פעם, שהשתמשו בכוכב הצפון כנקודת התייחסות לחציית האוקיינוס, אסטרונאוטים עתידיים יכולים הסתמכות על הפולסר עבור מיקום, ניווט וה תזמון (PNT) בחלל העמוק.
Le הפולסר הם כוכבי נויטרונים שבזכות השילוב של סיבובם והשדה המגנטי מסוגלים לפלוט הבזקי אור ואותות רדיו פועמים עזים וקרנות אחרות בקצבים מדויקים ביותר. הם, בגדול, כמו אלים משואות רדיו המוצבות ביקום. מה שקורה היום עם מקלטי GPS, המשתמשים באותות הנשלחים על ידי לוויינים של רשת האיכון הספציפית, כדי לקבוע את המרחק שלהם מלוויינים אלה ולחשב את קווי הרוחב, האורך והגובה שלהם, יקרה עם המקלטים על סיפונה של רכבי חלל, שיזהו, למדוד ולהשתמש בפולסים הרגילים והמדויקים ביותר הנפלטים על ידי הפולסר כל כמה אלפיות שניות כדי לחשב את מיקומם בחלל.
אסטרופיזיקאים אומרים לנו כי הפולסר ישנם אלפים ידועים כיום, אך נראה כי רק שישה או שבעה מסוגלים לספק אותות חלקים מספיק וחזקים מספיק כדי לשמש למדידות קצרות זמן, כנדרש עבור פונקציות PNT מדויקות. עם זאת, אפילו מספר כה קטן כבר יכול לאפשר ניווט אמין דרך הקוסמוס בעתיד.
כרגע, הכלים לזיהוי פליטות של הפולסר הם מסתמכים על קרני רנטגן, שאינן חודרות לאטמוספירה של כדור הארץ, מה שהופך אותן לשימושיות רק בחלל. עם זאת, קיימת אפשרות שיום אחד אותות הרנטגן הללו יומרו וישודרו לפלטפורמות יבשתיות, ובכך יאפשרו להשתמש בהם לניווט בכל מקום, אפילו על פני כדור הארץ (כגיבוי או כדי לשפר את הדיוק של ה-GPS מבוסס ה-GPS. PNT). או בניווט סביב הירח, למשל. מאז 2017, טלסקופ רנטגן ניסיוני, שנקרא סייר הרכב פנים ניוטרון סטאר (NICER), שהוא בגודל של מכונת כביסה ומשמש להבנה טובה יותר של תכונותיהם של כוכבי נויטרונים. הצוותים שעקבו זה אחר זה ב-SSI חברו ל-NICER עם תוֹכנָה טיסה כחלק ממשימה נקראת Station Explorer עבור טכנולוגיית תזמון רנטגן וניווט (SEXTANT), המשתמש בתצפיות מ הפולסר צילום רנטגן לקביעת מיקום המסלול המדויק של תחנת החלל. ה נבחרת של SEXTANT השלימה בהצלחה הדגמה ראשונה בנובמבר 2018. סוכנות החלל האירופית גם מעריכה את התזמון על סמך הפולסר לשיפור הדיוק של הנתונים המסופקים על ידי רשת הלוויינים Galileo PNT.
מסקנות
המסע אל הלא נודע הוא אחת הפנטזיות שמדגדגות את מוחם של רבים שמאז ילדותם חולמים לחקות את מעלליהם של קולומבוס, מגלן... או ארמסטרונג. לאחר שחקרנו עד עכשיו את פני כדור הארץ כולו, נכנסים אל הלא נודע, אל מעמקי היקום המקיף אותנו, נותרה הפנטזיה הנפוצה ביותר. זה מוביל אותנו להרים את עינינו ולחלום להרחיק את גבולות הידע עוד ועוד. על המפות של הרומאים הקדמונים הייתה כתובת המציינת את אזורי הפלנטה שטרם נחקרו, מסוכנים מדי ולא ידועים: ליונס סונט, מכאן ואילך יש את הבהמות. זה היה אינדיקציה לכך שקצה העולם הידוע הושג.
חלפו מאות שנים אבל לאנושות ממשיכה להיות הרצון להפליג לעבר האופק, להתגבר עליו, לחקור את הלא נודע. אופק הידע, לעומת זאת, הוא כמו אופק הים, הוא נע ללא הרף קדימה. כאן, הרצון שלנו ממשיך להיות לחקור, להביא את זה ליונס סונט באופן אידיאלי עוד ועוד, מעבר לירח, מעבר למאדים, מעבר לגבולות מערכת השמש, אל החלל הבין-כוכבי.
הזמנים, האמצעים והאנשים משתנים, אבל הדחפים לחקר הלא נודע זהים ומערכות ניווט, גם אם הולכות ומשתכללות ומדויקות, מבוססות על עקרונות נפוצים למדי. בפרפרזה על ציטוט המיוחס ללוסיו אנו סנקה, ל"... אין מסלול נוח למלח שאינו יודע לאן ללכת...", אוסיף בצייתנות... ומעל לכל, הוא אינו יודע. איפה הוא... האסטרונאוטים, למעשה, המפליגים מסיבות מדעיות, מסחריות או צבאיות, הם צריכים לדעת בדיוק היכן הם נמצאים, כדי להיות מסוגלים לנווט נכון ליעדם.
איננו יודעים כמה זמן עוד יצטרך לעבור עד שיתבצע חקר החלל הראשון מעבר למערכת השמש. כרגע חסרה הטכנולוגיה הדרושה להנעה יעילה לעבור את המרחקים הגדולים הללו. בזמן ההמתנה לדחפים מתאימים נמשכת עבודתם של המדענים, במטרה להגדיל את מספר הפולסר לשמש כשעונים גלקטיים. על ידי ניתוח האותות שלהם לעומק, ניתן לבחור את אלה הפולסר אשר על פני סולמות זמן ארוכים מבטיחים את אותה יציבות כמו שעוני מעבדה אטומיים ואשר אינם זזים בצורה ניתנת למדידה, עם המכשירים שברשותנו. זה יאפשר לנווטים עתידיים של הלא נודע לדעת בדיוק היכן הם נמצאים.
אם עד כה מסע בחלל וחקר גלקטי עם בדיקות מלאכותיות הביאו את בני האדם לידע על מה שעד לפני מאה שנה התגורר רק במחקרים ותצפיות שנעשו מכדור הארץ או אפילו בדמיונם של אנשים, סביר מאוד להניח שמדובר במסע עתידי בחלל, בנוסף למטרות מדעיות, יהיו בעלי מניעים כלכליים משמעותיים (חיפוש או מיצוי חומרי גלם ומשאבי אנרגיה), צבאי או אפילו (למה לא?) תיירות. מבלי לקחת בחשבון שבסבירות גבוהה, בזמנים שכנראה אפילו לא יעניינו את הנינים שלנו, יהיה צורך אולי לתכנן שהייה קבועה הרחק מהכוכב שלנו.
כדי לדעת לאן ללכת, לפיכך, יהיה חיוני להכיר את היקום לעומק, אך מעל לכל, להיות ברשותנו מערכות המאפשרות לנו לדעת בדיוק היכן אנו נמצאים בחלל, פרט קטן אך מכריע, שיעזור לקוסמונאוטים עתידיים לנווט לעבר הלא נודע, ולוקח את האנושות לעבר אופקים חדשים.
i אמיליו פרנקרדי, הערות היסטוריות של חיל הים, האקדמיה הימית, ליבורנו, 1977
ii השם נובע מהעובדה שלקשת המדורגת שלו יש רוחב של שישית היקף (60°). העיקרון האופטי שבו הוא משתמש הוא די פשוט. אם קרן אור מוחזרת פעמיים באותו מישור על ידי שתי מראות מישוריות, הזווית שבה היא מוסטת שווה לכפולה מהזווית בין שתי המראות.
תמונה: נאס"א - כריסטופר מוריסון / web / Elie plus / RAF
