Astronomická navigace

Za zhruba století své existence udělalo letectví obrovský pokrok. Vznikla celá řada technologií, technických pomůcek, postupů a samostatných vědních oborů souvisejících s letectvím. Mnohé existují dodnes, jiné zanikly a upadly v zapomnění. Jednou takovou téměř zapomenutou a dnes v letectví takřka nepoužívanou disciplínou byla astronomická navigace, tj. určování polohy letounu vůči zemi podle polohy hvězd.

Astronomickou navigaci převzali letci od námořníků. V letectví to mělo jistou výhodu. Námořník musel čekat, až se roztrhají mraky, aby viděl na hvězdy. Letadlo mohlo (někdy) letět nad mraky a hvězdy tak byly vidět stále. Astronomická navigace tak důsledně následovala pokrok v létání. Při průkopnických přeletech nad mořem, při létání nad pouštěmi, neobydlenými pustinami, nad oběma póly a s rostoucí přeletovou výškou se čím dál víc uplatňovaly její nesporné výhody. A když její budoucí konkurence - rádio se všemi svými tehdy jen tušenými možnostmi bylo ještě v plenkách - astronomická navigace v létání kralovala. Její největší rozmach znamenala první léta 2. světové války. Uplatnila se její spolehlivost, nezávislost na pozemních zařízeních, relativní jednoduchost, propracovanost a dostačující přesnost.

Princip astronomické navigace je vcelku jednoduchý. K pochopení by mělo stačit trochu prostorové představivosti a několik náčrtků. Uvědomme si, že poloha hvězd na nebi je neměnná. Pohyb, který pociťujeme, vykonává Země svou rotací a oběhem okolo Slunce. Čili poloha hvězd na obloze se vůči pozorovateli na Zemi v čase mění. Tyto relativní změny polohy hvězd na obloze byly pozorovány astronomy po staletí a pro potřeby navigace byly na základě těchto pozorování, měření a výpočtů vypracovány podrobné tabulky popisující polohy hvězd v jakoukoli dobu.

V astronomické navigaci se poloha hvězd určuje sextantem jen jako tzv.výška (geometricky spíše úhel) neboli altituda hvězdy nad obzorem. Obzor je v případě letadla nahrazen vodorovnou rovinou danou sextantem (princip vodováhy). Každá hvězda má pro každou dobu (v našem případě samozřejmě čas měření polohy) velmi přesně určenou takzvanou geografickou polohu, tj. její průmět na zemský povrch, kde je v onu určitou dobu hvězda v zenitu (kolmo nad zemským povrchem, v našem případě 90° nad obzorem). Hvězdu nad obzorem v tuto dobu můžeme pod naměřeným úhlem pozorovat pouze z míst, které nazýváme polohovou kružnicí. Je to myšlená kružnice opsaná po zemském povrchu z geografického bodu poloměrem daným naměřeným úhlem výšky hvězdy (ve skutečnosti dochází k jisté nepřesnosti způsobené rozdílnou polohou bodu měření na zemském povrchu či nad ním v letadle a středem Země- viz náčrt, ale vzhledem k obrovským vzdálenostem to nehraje roli).

Princip astronomické navigace

Tato kružnice (lépe řečeno její část, protože její poloměr je obrovský-podle altitudy), se vynáší na speciální leteckou mapu (nebudeme zabíhat do detailů a popisovat zde délkojevné a úhlojevné mapy, či problémy spojené s přenosem zakřiveného zemského povrchu na plochu map), zjednodušenou prakticky velmi dobře použitelnou metodou (Marc St. Hilaire). Měření se následně zopakuje nejméně s jednou další hvězdou, lépe se třemi a více pro zvýšení přesnosti. V průsečíku polohových kružnic se pak nachází naše hledaná poloha.

Přesnost tohoto postupu se pohybuje mezi 3 až 10 kilometry. Závisí na zvolených měřených hvězdách (vůči času a místu), jejich počtu, měřítku mapy, rušivých vlivech letadla a přesnosti měření altitud. Zkušený navigátor tímto způsobem mohl určit polohu letounu během 5 až 10 minut. Jeho výpočty usnadňovaly jednak již zmíněné astronomické tabulky, jednak později i speciální přístroje - astrografy. Rovněž se takto dal velmi dobře nahradit magnetický kompas astronomickým kompasem (zejména v blízkostech pólů, kde chyby magnetického kompasu jsou značné a při dlouhých přeletech, kdy je nutné údaje kompasu opravovat) a letoun se dal vést jen podle hvězd.

Samozřejmě, že k astronomické navigaci se nepoužívaly všechny hvězdy. V letecké navigaci jich bylo jen 24 (viz jejich tabulka a mapy hvězdných obloh), vhodně zvolených po obloze tak, aby pokrývaly s dostatečnou přesností celý zemský povrch (některé se samozřejmě dají použít jen na jedné polokouli zemského glóbu). Samozřejmě jsou to hvězdy dostatečně jasné a na nebi výrazné, aby nemohlo dojít k omylu při jejich určování.

Co tedy bylo třeba? Ony zmíněné astronomické tabulky, přesné hodinky a letecký sextant. Samotné sextanty jsou v principu vertikální úhloměry s přesností jedné úhlové minuty, které k určení vodorovné roviny (námořníci používají mořský obzor) mají soustavu bublinových vodovah. Vývoj sextantů směřoval k automatizaci měření (větší počet měření najednou a stanovení jejich průměru).

Německý letecký sextant

Americký letecký sextant

Ústup ze slávy nastal s příchodem radiogoniometrie a s rozvojem radarových a rádiových navigačních systémů. Ty už mohl ovládat samotný pilot a z posádek letadel se tak postupně vytratila kdysi tak uznávaná a důležitá profese navigátora.

Ale přesto má určování polohy podle hvězd své místo i dnes. Nevěříte? Tak sofistikovaný systém jako je GPS ji nutně potřebuje ke své činnosti. Podle hvězd se totiž určuje poloha navigačních družic na oběžné dráze a zrovna tak podle nebeských těles určují svou polohu kosmické sondy mířící do okolního vesmíru.

Seznam hvězd používaných k navigaci ("JP" značí použití pouze na jižní polokouli)

• Achenar (JP)
• Acrux (JP)
• Aldebaran
• Alferaz
• Altair
• Antares (JP)
• Arcturus
• Betelgueze
• Canopus (JP)
• Capella
• Deneb
• Dubhe
• Fomalhaut
• Peacock (JP)
• Pollux
• Procyon
• Regulus
• Rigel
• Rigel Kent (JP)
• Sirius
• Spica
• Vega
• Benetnasch
• Polárka

Mapy hvězdné oblohy:
Jižní hvězdná obloha
Severní hvězdná obloha

Použité prameny:
Letectví 9/1946
Malý atlas světa, 1956
Archiv autora