الملاحة ( Navigation )
☰ جدول المحتويات
 |
أحد الملاحين يعيِّن مسار مركبته وموقعها على الخريطة التي تظهر الخصائص الطبيعية في منطقته. |
وتستخدم المركبات مساعدات ملاحيَّة أخرى مثل الكرونومتر، وهو جهاز تحديد وقت الرحلة بدقة عالية جدًا، ومحدد للسرعة، يُعْرَف بمؤشر سرعة الهواء في الطائرة، ومسجل السرعة في القطع البحرية، ومقياس السرعة في المركبات الأرضية.
وهناك بصفة مبدئية خمس طرق للملاحة: 1- طريقة تقدير الموضع 2- الطريقة الاسترشادية (الدليل)، 3- الملاحة الفلكية، 4- الملاحة الإلكترونية، 5- التوجيه بالقصور الذاتي. ويستخدم الملاح إحدى أو مجموعة من هذه الطرق بحسب نوع المركبة أو الظروف الجوية.
طريقة تقدير الموضع
تعتمد هذه الطريقة على تقدير موقع المركبة بتحديد اتجاهها بعد رحيلها عن نقطة ثابتة. وهذه الطريقة ليست بالغة الدقة، وقد اعتاد الملاحون على استخدامها في تقدير مواقعهم بالإضافة إلى أي من الطرق الأخرى.
وعند استخدام طريقة تقدير الموضع فإن الملاح يقوم بتحديد موقع المركبة بالنسبة لآخر نقطة ثابتة تحركت منها. والنقطة الثابتة موقع معروف للمركبات، ويقوم الملاح بتوقيعها على الخريطة كنقطة محددة، ويرسم منها خطا يمثل اتجاه السير، ويحدد المسافة التي قطعتها المركبة من هذه النقطة. ويكون الموقع الفعلي للمركبة عند نهاية هذا الخط. ويستطيع الملاح تحديد الاتجاه بالبوصلة، وتحديد المسافة من حاصل ضرب السرعة في الزمن الذي قطعته المركبة من النقطة الثابتة حتى الوصول إلى هذا الموقع.
ولا تأخذ طريقة تقدير الموضع في الاعتبار عوامل التيار وأخطاء التوجيه أو الرياح. وقد يتسبب أي نوع من هذه العوامل في أن تكون المركبة في موقع يختلف عن الموقع الذي قام الملاح بتقديره، وعلى الملاح حينئذ أن يستخدم وسيلة أخرى أكثر دقة لتحديد نقطة ثابتة جديدة.
وتحقق طريقة تقدير الموضع للملاح الاحتفاظ بسجل عن موضع مركبته بالنسبة للنقاط الثابتة. وهي تستخدم أيضا في التقدير المسبق للمواقع التي ستصل إليها، وتقدير الزمن اللازم لوصول المركبة إلى غايتها.
وتستخدم بعض السفن الكبيرة جهازًا يسمى رسَّام تقدير الموضع لبيان موضع المركبات إلكترونيًا على شاشة بيان إلكترونية. ويراقب الرسام حركة المركبة من خلال مسجل السرعة والبوصلة الجيرسكوبية لتحديد المسافة المقطوعة والاتجاه المحدد. وتدون هذه المعلومة أوتوماتيا وفوريا على الخريطة أو تعرض على أحد المبيِّنات.
الطريقة الاسترشادية (الدليل)
يقوم الملاح في هذه الطريقة بتحديد موقع المركبة بالنسبة لنقطة إرشادية واحدة أو أكثر. وهذه النقطة أو الدليل علامة أرضية مميزة يسترشد بها الملاح. وتعد الخرائط الحديثة من أهم المساعدات الملاحية في هذه الطريقة، حيث يتم تحديد مواقع العلامات الأرضية الطبيعية مثل الجبال والجزر، وكذلك المواقع الاصطناعية مثل المباني والطافيات والمنارات على الخريطة. وتتضمن هذه الطريقة تحديد الاتجاه الزاوي للعلامة الأرضية، والمسافة بينها وبين المركبة.
وبجهاز يُسمَّى العضادة يمكن قياس الاتجاه الزاوي مباشرة، وهو جهاز يشبه البوصلة، ويقيس الاتجاه الزاوي لعلامة أرضية بالنسبة لسفينة. ولهذا الجهاز واجهة دائرية مدرجة، ويتحرك عليها مؤشر رؤية. ويقوم الملاح بتوجيه هذا المؤشر إلى العلامة الأرضية فتمكنه من قراءة الاتجاه الزاوي مباشرة على التدريج. وهناك جهاز ملاحي آخر يسمى دائرة السمت، يلحق بالبوصلة ويمكن توجيهه مثل مؤشر الرؤية لتحديد الاتجاه الزاوي، كما يمكن استخدام البوصلة اليدوية أيضًا.
ويتضمن أبسط وسائل الطريقة الاسترشادية تحديد الاتجاه الزاوي لعلامتين أرضيتين أو أكثر. ويمثل الاتجاه الزاوي للعلامة الأرضية على الخريطه بخط يُسمَّى خط الموقع، حيث يحدد الملاح الاتجاه الزاوي لإحدى العلامات الأرضية، ثم يرسم خط الموقع من العلامة الأرضية في الاتجاه الذي تحدده البوصلة أو العضادة، ومن البديهي أن المركبة تقع على هذا الخط. ثم يتأكد الملاح من الاتجاه الزاوي لعلامة أرضية أخرى ويرسم منها خط موقع آخر، فيكون موقع المركبة هو نقطة تلاقي هذين الخطين.
وهناك أساليب أخرى للطريقة الاسترشادية وتشتمل على: 1- متابعة الاتجاه الزاوي لعلامة أرضية واحدة على فترات زمنية مختلفة، 2- متابعة لحظة وجود المركبة على اتجاه زاوي واحد مع علامتين أرضيتين.
ويمكن استخدام الطريقة الارسترشادية في الملاحة لمعظم أنواع المركبات. وتستخدم السفن هذه الطريقة عند الدخول إلى الموانئ أو الخروج منها، وكذلك عند الاقتراب من البر. وتعتمد العديد من السفن الصغيرة في قيادتها على بوصلة وخريطة فقط. وبالإضافة إلى استخدام جهاز البوصلة، يمكن أن يستخدم الملاحون جهازا آخر يُسمَّى محدد الأعماق، وهو جهاز يقيس عمق المياه، حيث يقارن الملاح الأعماق التي يقيسها بالجهاز بالأعماق المبينة في الخرائط.
الملاحة الفلكية
يتم تحديد موقع المركبة باستخدام هذه الطريقة بوساطة متابعة مواقع الأجسام في القبة السماوية مثل الشمس والقمر والنجوم والكواكب. وهناك منشورات تُسمَّى التقويم الفلكي، بها سجل كامل عن مواقع هذه الأجسام طوال أوقات العام. ويعتمد تحديد الوقت في هذه الطريقة على استخدام التوقيت الوسطي لجرينيتش أي التوقيت في جرينيتش بإنجلترا. ★ تَصَفح: الوقت.
وهنــاك كثير من الاختلافات في طرق الملاحة الفلكية. وكطريقـة عامــة، فـإن المــلاَّح يحــدد موقع المركبة بالنسبة لموقع مفترض. ويمثل هذا الموقع نقطه يختارها الملاح بحيث تكون قريبة من الموقع التقديري للمركبة.
ولتحديد موقع المركبة، يستخدم الملاح جهازًا يُسمَّى السدسية يقيس به البعد الزاوي لجسم سماوي فوق خط الأفق. ويُسمَّى هذا القياس الارتفاع الملحوظ للجسم السماوي. ومن هذا القياس يحسب الملاح زاوية الارتفاع الحسابي، وهي زاوية ارتفاع الجسم إذا كانت المركبة في الموقع المفترض. ثم يحدد الملاح قيمة الارتفاع الحسابي كحل لمسألة رياضية لمثلث كروي له ثلاثة رؤوس محددة كمايلي: 1ـ الموقع المفترض، 2ـ القطب الشمالي أو الجنوبي، 3ـ الموقع الجغرافي، وهو نقطة على الكرة الأرضية تقع مباشرة أسفل الجسم السماوي الذي تم قياس زاوية ارتفاعه، والذي حدد الملاح موقعه من التقويم الفلكي.
وباستخـدام آلــة حاسبـة خاصـة أو إحدى المساعدات الملاحية التي تُسمَّى جداول الرؤية الموجزة، يمكن حل المثلث السابق لإيجــاد زاويــة الارتفاع الحسابي، ثم يجـري الملاح بعض الحسابات لمقارنة زاوية الارتفاع الملحوظ وزاويـة الارتفاع الحسابي، ويستنتج منهما تحديد خط موقع المركبة، وبتكرار هذه العملية مع جسم سماوي آخر أو عدة أجسام يمكن إيجاد موقع محدد للمركبة.
ويمكن استخدام الملاحة الفلكية في توجيه معظم القطع البحرية، وذلك عندما تكون السماء صافية فقط. وكذلك يمكن استخدام هذه الطريقة في الطائرات والسفن الفضائية عند الطيران فوق السحاب. وبالنسبة للغواصات، فإنها تستخدم بريسكوبًا خاصًا بها يستطيع الملاح من خلاله رؤية الأجسام السماوية عندما تكون الغواصة تحت الماء.
| أسلوب متبع في الملاحة الفلكية | |||||||||
|
الملاحة الإلكترونية
تعتمد نظم الملاحة الإلكترونية المختلفة على أجهزة إلكترونية، يستخدم معظمها إشارات راديوية. وتختلف تلك الإشارات في تردداتها وهي معدل اهتزازات الموجات الراديوية عند انتقالها في الهواء أو الفضاء. والإشارات الراديوية ذات التردد العالي تحقق دقة عالية في تحديد الموقع، بينما لا يتعدى مجال استقبال تلك الإشارات إلى أبعد من دائرة الأفق. وفي الوقت نفسه، تتميز الإشارات ذات الترددات المنخفضة بإمكان استقبالها على مسافة تصل إلى آلاف الأميال، ولكن يعيبها أيضا أنها لا تستطيع تحديد الموقع بدقة الإشارات ذات التردّد العالي.
وهنـاك نظم الملاحـة التي تعتمد بوجه عام على استقبال موجات راديوية وتشتمل على: نظام الملاحة البعيدة المدى (لوران)، نظام أوميغا، نظام المدى الشمولي، نظام تحديد اتجاه الموجات الراديوية. وتحدد في معظم الدول قواعـد أرضية لإرسال الموجات الراديوية إلى تلك النظم، وتتولى الحكومات إدارة معظم هذه القواعد. وهناك نظم أخرى تعتمد على استخدام الإشارات الراديوية، وتشتمل على الرادار والأقمار الصناعية الملاحية. ومن الممكن حمل أجهزة الرادار على متن إحدى المركبات أو وضعها في قاعدة أرضية. وبالنسبة للأقمار الصناعية الملاحية، تتولى الإرسال قواعد فضائية.
 |
نظـام الملاحة البعيدة المدى نظام ملاحة إلكتروني غالبًا ما يتكون منمحطة رئيسية تشترك مع كل منمحطتين تابعتين لها. وبوضع أجهزة خاصة على المركبة لاستقبال الإشارات الصادرة من تلك المحطات يمكن عمل خطوط للموقع وبالتالي تحديد مكان المركبة. |
نظام الملاحة البعيدة المدى (اللوران):
يستخدم لإرشاد البواخر والطائرات عند اقترابها من المياه الإقليمية للبلاد. ويستخدم هذا النظام نوعين من المحطات يطلق عليهما المحطة الرئيسية والمحطة التابعة. وبوضع أجهزة خاصة في المركبات، يمكن استخدام نبضات راديوية ذات تردّد متوسط أو منخفض ترسلها تلك المحطات، حيث يمكن باستخدامها إنشاء خط موقع لوراني. ويكون موقع المركبة على الخريطة عند نقطة تقاطع عدة خطوط لموقع يحددها استخدام زوجين من محطات لوران لكل خط. وتستخدم في معظم الأحوال محطة رئيسية واحدة تزدوج مع كل من محطتين تابعتين.ويمكن أن يصل مدى نظام لوران إلى أكثر من 1,600كم خلال ساعات النهار، كما يمكن استقبال إشاراته في مواقع يزيد بعدها على 4,800كم في ظروف جوية ،خاصة خلال ساعات الليل، عندما يمكن للموجات الراديوية منخفضة التردد الوصول إلى مسافات أبعد. وتصل دقة تحديد الموقع بهذه الطريقة إلى حدود 0,4كم. ★ تَصَفح: الملاحة البعيدة المدى.
نظام أوميغا:
نظام عالمي يُستخدم في الطائرات والسفن. ولهذا النظام ثمانية أجهزة إرسال توضع في أماكن مختلفة من العالم، ويحتاج تشغيله إلى وجود تعاون دولي، وتوضع معدات إلكترونية خاصة على متن المركبات لاستقبال الإشارات المرسلة من أي جهازين من أجهزة إرسال نظام أوميغا وتعديلها. وبهذه المعدَّات، يمكن إنشاء خطي موقع للمركبة في اتجاه جهازي الإرسال، وتكون المركبة في الموقع الذي تحدده نقطة تقاطع خطَّي الموقع أو في موقع قريب منها.نظام المدى الشمولي:
نظام ملاحي قصير المدى يستخدم في المركبات الهوائية التي تطير فوق الأرض مباشرة. في هذا النظام، يوضع على متن الطائرة جهاز استقبال خاص يمكنه الرصد الإلكتروني لإرشادات جهاز إرسال نظام المدى الشمولي بحيث يحدد الاتجاه الزاوي لجهاز الإرسال المبين على الخرائط الجوية. وهناك كثير من محطات المدى الشمولي التي ترسل إشاراتها إلى معدات قياس المسافات المحمولة جوا والتي يمكنها حساب بُعْد المركبة عن أجهزة الإرسال.نظام تحديد اتجاه الموجات الراديوية:
يتضمن تحديد الاتجاه الزاوي لجهاز إرسال يُسمَّى المنارة الراديوية، حيث يقوم جهاز محمول على متن المركبة يُسمَّى محدد اتجاه الموجات الراديوية بالتقاط إشارة المنارة الراديوية. ويدير الملاح هوائي محدد الاتجاه لتحديد اتجاه المنارة الراديوية. ويوضح المحدد اللحظة التي يشير فيها الهوائي إلى الاتجاه الصحيح للمنارة.وتعد طريقة تحديـد اتجــاه الموجـات الراديوية من أقدم نظم الملاحة الإلكترونية في الطائرات والسفن بوجه عــام. وهـو يستخدم عمومًا مساعـدًا استرشـاديًا على طـول المياه الإقليمية. ويعتمد مدى إشارة تحديد اتجاه الموجات الراديوية على المنارة الراديوية المستخدمة.
الرادار:
يعتمد الرادار على إرسال إشارات راديوية في اتجاه الهدف المطلوب تحديد مكانه، والتقاط الإشارات التي ترتد من هذا الهدف. وتمثَّل الإشارات المرتدة بنقطة على شاشة الرادار توضِّح اتجاه الهدف وبُعده عن المركبة.وللرادار استعمالات كثيرة في الملاحة ؛ حيث يساعد الملاح في القيام بعملية الإرشاد والتوجيه بتحديد موقع المركبة لعلامات أرضية ليلاً، أو عندما يسوء الطقس، ويُستخدم أيضا في تحديد مواقع الأجسام التي يمكن أن تعترض طريق المركبة، ولمنع التصادم بالمركبات الأخرى. وبالإضافة إلى ذلك، يستخدم الملاحون الرادار في متابعة سير الطائرات والقذائف الموجهة وسفن الفضاء والسفن البحرية.
الملاحه باستخدام الأقمار الصناعية:
هناك العديد من نظم الملاحة التي تستخدم الأقمار الصناعية، ومن المحتمل أن يكون نظام البحرية الأمريكية ترانزيت الذي بدأ ينتشر عالميا منذ عام 1964م، هو أفضل أنواع نظم الملاحة باستخدام الأقمار الصناعية. ويتكون نظام ترانزيت من سبعة أقمار صناعية تعمل بصفة دائمة، وكذلك هناك العديد من الأقمار الصناعية الاحتياطية التي تدور حول الأرض في أفلاك أخرى متباعدة. ويمكن باستخدام جهاز استقبال ملحق بحاسوب موضوع على المركبة تحديد موقع تلك المركبة من خلال تحليل إزاحة دوبلر للإشارة المبثوثة بأحد أقمار ترانزيت أثناء اقترابه أو مروره فوق المركبة. ★ تَصَفح: دوبلر، تأثير. |
نظام نافستار العالمي لتحديد المواقع يتكون من مجموعة من الأقمار الصناعية التي تحيط دائريًا بالكرة الأرضية وتذيع عن موقعها بصفة مستمرة. ويمكن للمركبة أن تحدد مكانها بحساب أبعادها عن تلك الأقمار. |
التوجيه بالقصور الذاتي
تعتمد هذه الطريقة على استخدام حاسوب وجهاز يسمَّى ملاح القصور الذاتي يقوم باستمرار بملاحظة أي تغيّرات في حركة المركبة، ويرسل هذه المعلومات إلى الحاسوب. ويعتمد الحاسوب على هذه التغيرات بالإضافة إلى المسافة المقطوعة واتجاه المركبة لتحديد مسار المركبة وموقعها حسابيا. ويستخدم ملاح القصور الذاتي في توجيه العديد من المركبات بما فيها الطائرات والغواصات، كما تستخدم بعض القذائف الموجَّهة نظم التوجيه بالقصور الذاتي في حركتها. ★ تَصَفح: التوجيه بالقصور الذاتي.
نبذة تاريخية
في الأزمنة السحيقة، أبحر البحارون بمتابعة حركة الأجرام والأبراج السماوية ودراسة الاتجاهات الموسمية للرياح. وفي العصور الوسطى بين القرنين الخامس والسادس عشر الميلاديين، قام الملاحون برسم خرائط مبسطة اشتملت على اتجاهات الرياح في المواسم المختلفة بالإضافة إلى اتجاهات البوصلة.
 |
الأسطرلاب استخدمه الملاحون قبل اختراع السدسية لقياس الزاوية بين أي نجم وخط الأفق. |
كما يرجع إليهم الفضل في تقسيم الإبرة المغنطيسية واستخدامها في الملاحة. واستعانوا بالجداول الفلكية التي وصفها علماؤهم مثل الزرقالي، والبيروني، والفزاري، سواء في البر أو البحر.
اشتهر من بين الملاحين العرب كثيرون يأتي في مقدمتهم سليمان التاجر، وابن ماجد، وسليمان المهري. ويعد سليمان التاجر من رواد البحر العرب، حيث كتب رسالة عن الملاحـة ضمنها رحلاتـه من الصين حتى الخليج العربي، وفيها وصفٌ للظـواهر الجويـة التي تعيـق الملاحـة كالزوابع، والأنــواء، والأعاصـير الحلزونيــة. وابن ماجد أسـد البحر أمهر الملاحين في زمانه قاطبة. وقد ألف مجموعـة من الكتب والرسائـل التي تحـدث فيها عن علـوم البحـر والملاحة وفنونهما وكانت أهم مرجع جغرافي في بدايـة العصور الوسطى. ففيها مباحث عن تــاريخ الملاحة وحركة القمر ومهب الرياح وتحديد الوجهات للمسـافرين ومطالـع النجـوم ومواسم الرياح والمد والجزر وحدد المسافات بين كثير من مدن العالم القديم.
والعديد من المعدات الملاحية التي نستخدمها اليوم هي في حقيقة الأمر تطوير للمعدات التي تم استخدامها منذ مئات السنين. وعلى سبيل المثال فإن أول بوصلة استُخْدِمَت تكونت من قطعة من المغنطيس على قش يطفو على سطح وعاء به ماء. والسدسية تطوير لجهاز الأسطرلاب والثُّمانيَّة وهما جهازان استخدما في قياس الزاوية بين الأجسام السماوية وخط الأفق. فقد اشتمل الأسطرلاب على قرص مستدير مع مؤشر يدور حول محور ارتكاز، وكان للثمانية ترتيب المرايا نفسه في السدسية. ★ تَصَفح: العلوم عند العرب والمسلمين (المراصد وأدوات الرصد، روَّاد علم الفلك).
وقد كان البحار البريطاني جيمس كوك أول من استخدم طرق الملاحة الفلكية الحديثة خلال القرن الثامن عشر الميلادي. وقام كوك بعمل الكثير من الرحلات بالمحيط الهادئ باستخدام هذه الأساليب المتقدمة.
وقد أدى التطور في علوم الراديو ثم استخدامها في الطائرات والمراكب في أوائل القرن العشرين الميلادي إلى إعطاء إشارة البدء للملاحه الإلكترونية. وقد قام العلماء الألمان خلال الحرب العالميه الثانيه (1939 - 1945م) بتطوير نظم الملاحة، واستخدامها في توجيه صواريخ V-1 و V-2. وعلى جبهة الحلفاء، قام العلماء الأمريكيون والبريطانيون بإدخال تطورات مهمة في تقنية الرادار.
وقد بدأت عام 1960م، ملاحة الأقمار الصناعية، عندما أطلقت الولايات المتحدة قمرًا صناعيًا يدعى ترانزيت1ب، ولم يبدأ هذا النظام العمل بصفة يومية حتى عام 1964م. وأطلقت الولايات المتحدة أيضًا عدة أقمار صناعية كجزء من نظام نافستار العالمي لتحديد المواقع خلال السبعينيات. وكان من المخطط لهذا النظام أن يبدأ في العمل بصورة كاملة عام 1992م بعد أن يكون آخر أقماره الصناعية قد بدأ أيضا في العمل. وفي عام 1995م، بدأ استخدام نظام نافستار العالمي لتحديد المواقع، الذي أقامته القوات الجوية الأمريكية، بطاقته القصوى. وفي عام 1996م، توقفت البحرية الأمريكية عن العمل بالنظام الملاحي بالأقمار الصناعية (تراتزيت) بعد 32 سنة من استخدامه.
| تواريخ مهمة في الملاحة | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|