Astronomische navigatie
Gevoeligheid van GPS voor storingen: jamming en spoofing
De onafhankelijke positiebepaling wint weer aan relevantie: organisaties zoals IMO, ICAO en ITU waarschuwen uitdrukkelijk voor storingen van GNSS (Global Navigation Satellite System, dus alle satellietondersteunde systemen voor positiebepaling: GPS (VS), Galileo (EU), GLONASS (Rusland) en BeiDou (China)).
De meest voorkomende storingsmethoden heten jamming en spoofing. GPS-jammers verstoren de ontvangst van de GPS-gegevens van de satellieten zodanig dat de ontvanger aan boord helemaal geen positie meer weergeeft. Nog verraderlijker is spoofing. Hierbij genereert de zogenaamde pseudoliet formeel geldige, maar onjuiste positiegegevens en verzendt deze om aanvaringen of grondrakingen uit te lokken.
Sinds 2022 worden GPS-storingen ook steeds vaker in Europa waargenomen. De Oostzee is daar regelmatig door getroffen. Waar de ontvangst van de GPS-signalen verstoord is, toont de dagelijks bijgewerkte internetpagina GPSJAM.
Astronomische navigatie als onafhankelijke back-up
Conventionele, van GNSS onafhankelijke procedures zijn daarom geen nostalgische hobby, maar een serieus te nemen veiligheidsbackup. Astronavigatie staat daarom ook bij de marines van deze wereld (weer) op het lesprogramma.
De sextant is weliswaar allang niet meer het primaire navigatie-instrument aan boord. Wie er echter mee kan omgaan, heeft een functionerende, onafhankelijke procedure wanneer elektronische systemen uitvallen of hun gegevens niet meer betrouwbaar zijn. De sextant is dus geen stofvanger voor nostalgici maar de robuuste noodgarantie voor veilige navigatie.
De ontwikkeling van de astronomische navigatie
Sinds eeuwen worden hoogte en richting van zon, maan, planeten en vaste sterren voor positiebepaling gebruikt. Na aanvankelijk relatief eenvoudige instrumenten zoals jakobsstaf, astrolabium, kwadrant of kamal zette in de 18e eeuw het principe van dubbel reflecterende instrumenten door. Een eerste concept had Isaac Newton al rond 1700 opgesteld. Het bleef echter onopgemerkt. Eerst ontstond de octant, waarvan de gradenboog een achtste cirkel (45°) omvat. De schaal is met de dubbele waarde, dus 90° aangeduid. Bij de verdere ontwikkeling sextant wordt een zesde cirkel (60°) op de gradenboog afgebeeld. Ook hier is vanwege de reflectiewet invalshoek = uitvalshoek de totale reflectiehoek dubbel zo groot als de zwenkhoek van de alhidade. De schaal toont dus 120°.
Als uitvinders van de sextant worden vaak de Engelse wiskundige John Hadley en de US-Amerikaan Thomas Godfrey genoemd, die rond 1730 onafhankelijk van elkaar instrumenten presenteerden. Volgens David Barries onderzoek naar SEXTANT – DIE VERMESSUNG DER MEERE gaf Captain John Campbell van de Britse Royal Navy in 1757 de leidende instrumentenbouwer John Bird opdracht tot de vervaardiging van de eerste sextant.
Met de sextant werd de geografische breedte bepaald. Verder werd hij gebruikt om de maanafstanden voor lengtebepaling te meten (na te lezen in Dava Sobels fantastische boek LÄNGENGRAD).
De meetnauwkeurigheid van de sextant werd door de micrometertrommel verfijnd. Bij moderne trommelsextanten kan de hoek in graden, minuten en tienden van minuten nauwkeurig worden afgelezen.
Van beginners- tot professionele sextant
Het TOPLICHT-assortiment reikt van eenvoudige oefenapparaten om kennis te maken met astronavigatie tot het professionele precisie-instrument voor de beroepsscheepvaart.
Bij de professionele sextanten vertrouwen wij op de beide Duitse fabrikanten CASSENS & PLATH in Bremerhaven en FREIBERGER Präzisionsmechanik in het Saksische Freiberg. De FREIBERGER-sextanten zijn vervaardigd uit zeewaterbestendig aluminium, CASSENS & PLATH freest zijn sextanten uit messingblokken.
Het werken met de trommelsextant wordt vereenvoudigd door een verlichtingseenheid, een chronograaf voor exacte tijdmeting of een kunstmatige horizon voor (oefen-)situaties zonder zichtbare kim.
Een halfopen of volledig open sextant?
Bij de traditionele halfzicht-sextant is één helft van de horizonspeigel verzilverd. Door de onverzilverde zijde vindt het onbeïnvloede zicht op de horizon plaats. Zijn voordeel ligt in de hoge lichtopbrengst, vooral bij schemeringswaarnemingen; bovendien vergemakkelijkt de spiegelrand de verticale oriëntatie van het instrument. Het nadeel: hemellichaam en horizon zijn ruimtelijk gescheiden, en bij onrustige zee of onnauwkeurige richting wordt de waarneming veeleisender.
De volzichtspiegel is over de volledige omvang halfverzilverd en dus voorzien van een halfdoorlatende spiegellaag. Deze laat ca. 50% van het horizonbeeld door en reflecteert tegelijkertijd ca. 50% van het hemellichaamsbeeld.
Daardoor blijven hemellichaam en horizon tegelijkertijd in het blikveld, wat de waarneming vereenvoudigt en het houden van het hemellichaam bij bewegende zee vergemakkelijkt. Daarvoor is het horizonbeeld iets lichtzwakker, wat bij schemering nadelig kan zijn.
Om de voordelen van de halfzicht- en volzichtspiegel te verenigen, heeft Cassens & Plath de vrijzichtspiegel ontwikkeld. Alleen het middelste verticale deel van de vrijzichtspiegel is halfverzilverd en dus halfdoorlatend. De onverzilverde zijranden bieden een onbelemmerd kimzicht. Zo zijn hemellichaam en horizon in de middenzone tegelijkertijd in het blikveld, wat de meting (dankzij goede lichtopbrengst bij dag en nacht) vereenvoudigt.
De persoonlijke voorkeur laat zich het eenvoudigst in directe vergelijking bepalen. Bezoek ons gerust in de TOPLICHT-winkel en vergelijk daar het zicht door volzicht- en halfzichtmodellen.
Sextant-halfzicht
Sextant-volledig zicht
Sextant-vrij zicht
Aufbau eines Sextanten
Een sextant bestaat uit meer dan 100 afzonderlijke onderdelen zoals talrijke schroeven en veren. Het grootste onderdeel is het frame. De gradenboog wordt gegraveerd of gelaserd. Na het lakken worden vervolgens alle onderdelen aangebracht.
De belangrijkste elementen van een sextant zijn:
- Frame met gradenboog
- Telescoop
- Index- en horizonspiegel
- Index- en horizonschaduwglazen
- Handgreep
- Trommel met minutendeling (nonius)
- Vergrendelpal
- Alhidade/indexarm
Controle van een sextant
Een sextant is een precisie-instrument dat om de drie, uiterlijk vijf jaar moet worden onderhouden. Daarbij worden frame en optische onderdelen gereinigd en gecontroleerd. Indien nodig wordt een kostenraming voor de vervanging of reparatie van afzonderlijke componenten opgesteld. Aan het einde wordt de sextant opnieuw gejusteerd en op de testbank gecontroleerd. Daarna ontvangt hij een nieuw kwaliteitscertificaat.
Het onderhoud van sextanten bieden wij ook aan voor instrumenten van andere fabrikanten dan FREIBERGER of CASSENS & PLATH.
Astronavigatie in de praktijk
Goed begrijpelijke literatuur en formulieren vergemakkelijken de instap in de astronavigatie en dienen in het dagelijks gebruik als geheugensteun en zinvolle hulpmiddelen. Helmut Hoffrichter toont in ASTRONAVIGATION – ENDLICH ZEITGERECHT, dat het meten van de hoogtehoeken van de zon in combinatie met de door hem ontwikkelde smartphone-app een ongecompliceerde navigatiebackup oplevert.
Lutz Böhme en Leon Schulz bekijken de astronavigatie met de focus op de examenvoorbereiding voor het Duitse Sporthochseeschifferschein (SHS) resp. de Britse RYA Yachtmaster Ocean.
Het Nautische Jaarboek levert de gedrukte databasis voor astronavigatie op zee: efemeriden voor zon, maan, planeten en vaste sterren, tafels, sterrenkaarten, op- en ondergangstijden evenals verdere hulpmiddelen voor positiebepaling.
Voor de praktijk goed om te weten: De tweede duizend hoogtehoekmetingen zouden al duidelijk nauwkeuriger moeten worden dan de eerste duizend. 😉
