В научная экспедиция на дрейфующей станции. Теории дрейфа материков и литосферных плит. Расчет пути корабля

Дрейф - перемещение корабля относительно водной поверхности под воздействием ветра. На надстройку корабля действует аэродинамическая сипа ветра - Р. Рх; Ру - составляющие силы Р. Рх - проекция силы Р на диамаметральную плоскость корабля, изменяет относительную скорость на величину ∆V и учитывается относительным лагом. Знак ∆V определяется курсовым углом ветра qw: ветер попутный - скорость увеличивается, прогивный - скорость уменьшается.

Составляющая Pу - проекция силы Р на плоскость шпангоутов, вызывает смещение корабля с линии ИК со скоростью Vдр. Таким образом, корабль перемещается со скоростью V = Vo + Vдр по линии пути, где Vо =Vл - Kл

Угол между северной частью истинного меридиана и линией пути - путевой угол при дрейфе - ПУ α. Угол между линией истинного курса и линией пути, обусловленный влиянием ветра на корабль,- угол дрейфа - α .

ПУ α = ИК + α.

Знак угла дрейфа определяется по курсовому углу ветра:
- ветер в левый борт - корабль сносит вправо: α - знак «плюс»;
- ветер в правый борт - корабль сносит влево: α - знак «минус».

Углы дрейфа определяются опытным путем и заносятся в «Справочные таблицы штурмана» для дальнейшего учета в процессе плавания.

Аргументами для выбора угла дрейфа являются отношения скоростей ветра (W в м/с) и корабля (V в узлах) и курсовой угол ветра qw - угол между диаметральной плоскостью корабля и направлением линии действующего ветра. Для определения направления ветра используется мнемоническое правило: «ветер дует в компас» - это значит, что направление ветра указывает, от куда он «дует». Например: северный ветер - с Севера, ветер 230° с направления 230°, т е. с юго-запада, ветер 315° с направления 315° - с северо-запада и т. д.

Например: ПЛ следует истинным курсом ИК=70,0° со скоростью 6 узлов, направление ветра 130°, скорость W= 12м/с. Отношение W/V=12/6=2. Курсовой угол ветра 60° правого борта. Из таблицы углов дрейфа α =4,0°. Ветер в правый борт - знак угла дрейфа минус. Т.о., угол дрейфа a=-4,0°

Путевая скорость корабля V = Vo / cosα = Vo secα, следовательно при углах дрейфа α ≤ 5°, sec α 5°).

Методика учета дрейфа при ручном графическом счислении

Расчет пути корабля:

1. Из «Справочных таблиц штурмана» по курсовому углу ветра qw и отношению скоростей ветра и корабля W/V выбрать угол дрейфа α.
2. Рассчитать путь корабля: ПУ α= ИК + α и проложить его на карте из точки начала учета дрейфа, если α > 5°, то на карте прокладываются линии истинного курса и пути.
3. У линии пути производится надпись: КК 63,0°(+2,0°) α = +3,0°.

1. Из исходной точки на карте проложить линию пути ПУ α, по которой над лежит следовать.
2. Из «Справочных таблиц штурмана» выбрать угол дрейфа α.
3. По курсовому углу ветра определить знак угла дрейфа.
4. Рассчитать истинный курс и компасный курс корабля, задаваемый рулевому: ИК = ПУ α -α; КК = ИК - Δ К.

Расчет счислимого места на заданный момент времени:

Если α ≤ 5,0°

1. Для расчета счислимого места на заданный момент зафиксировать время Т2 и отсчет лага ОЛ2.
2. Рассчитать пройденное по лагу расстояние: Sл=(ОЛ2 - ОЛ1) * кл.
3. Пройденное расстояние Sл отложить от исходной точки по линии пути, полученная точка - счислнмое место на момент Т2

Если α > 5°

1. Пройденное по лагу расстояние Sл отложить от исходной точки по линии ИК.
2. Полученную точку на ИК снести по перпендикуляру к истинному курсу на ПУ α - точка Т2/ОЛ2 - искомoe счислимое место на момент Т2.

Точка на линии пути может назначаться либо по координатам, либо относительно какого-либо объекта (навигационного ориентира) по заданному пеленгу, расстоянию от ориентира, курсовому углу на ориентир, например траверз. Для предвычисления времени и отсчета лага необходимо:

Eсли α ≤ 5,0°

1. Нанести на линию пути ПУ заданную точку C1 (С2, С3)одним из указанных способов.
2. Измерить расстояние Sл, проходимое кораблем по относительному лагу от исходной до заданной точки.
3. Рассчитать РОЛ, на который изменит отсчет счетчик пройденного расстояния лага: РОЛ=Sл / кл.
4. Рассчитать время плавания от исходной точки до заданной: t=Sл /V0
5. Рассчитать искомое время и отсчет лага: Т2 = T1 + t; ОЛ2=ОЛ1+ РОЛ.

Если α >5°

1. Нанести на линию пути ПУα заданную точку С1(С2, С3).
2. Заданную точку С1 (С2, C3)снести по перпендикуляру к ИК на линию истинного курса - полученная точка А1(А2, A3).
3. Измерить расстояние Sл по линии ИК от исходной точки до ТОЧКИ А1 (А2, А3).
4. Рассчитать время плавания t и РОЛ, на который изменит показания счетчик пройденного расстояния лага: t=Sл/V0; РОЛ=Sл / Кл
5. Рассчитать искомое время и отсчет лага Т2 = T1 + t; ОЛ2=ОЛ1 + РОЛ.

— научно-исследовательская станция на дрейфующих льдах в глубоководной части Северного Ледовитого океана. Станции выполняют программу комплексных круглогодичных исследований в области океанологии, ледоведения (физики и динамики льдов), метеорологии, аэрологии, геофизики (наблюдения в ионосферном и магнитном полях), гидрохимии, гидрофизики, а также биологии моря.

История любой дрейфующей станции начинается с поиска подходящей льдины . Ледовые разведчики совершают полеты в Северном Ледовитом океане. Основная сложность поиска пригодной для организации дрейфующей станции льдины заключается в том, что недостаточно найти мощную льдину оптимальных размеров и толщины, надо, чтобы ее не поломало в течение зимовки.

Надо еще, чтобы к этой льдине вплотную примыкал молодой, ровный малозаснеженный лед, называемый "припаем ", аналогично неподвижному льду у берега. Толщина его и размеры должны быть подходящими для строительства на нем в кратчайший срок взлетно-посадочной полосы. И таких "припаев" у многолетней льдины желательно иметь несколько — для запасных аэродромов на случай возможных разломов.

Дрейфующая полярная станция представляет собой небольшое поселение , включающее жилые постройки для полярников и научные помещения, электро- и радиостанции, метеорадиолокатор, основные и аварийные склады.

Необходимость организации дрейфующих станций была вызвана отсутствием суши в центральной части Северного Ледовитого океана, пригодной для устройства постоянных наблюдательных пунктов.

Впервые идею о высадке людей на дрейфующий лед высказал в 1925 году норвежец Фритьоф Нансен . Этот проект не был осуществлен, но многим идея показалась стоящей.

В Советской России ее разделяли академик Отто Шмидт и профессор Владимир Визе. Проект основания научной станции на полюсе был впервые рассмотрен в СССР в 1929 году по предложению Визе, однако до 1935 года практических шагов в этом направлении не предпринималось.

В начале 1936 года правительством Советского Союза был одобрен план организации дрейфующей научно-исследовательской станции, начальником которой был назначен Иван Папанин. В состав экспедиции вошли также геофизик Евгений Федоров, гидролог Петр Ширшов и радист Эрнест Кренкель. 21 мая 1937 года на льдине в районе географического Северного полюса произвел посадку самолет с четверкой "папанинцев" и руководством экспедиции. Через несколько дней оставшаяся группа самолетов доставила грузы дрейфующей станции на льдину.

"СП-2015" удалось провести уникальный летний дрейф в северных широтах, благодаря которому ученые получили интересные данные по биоразнообразию, проявлениям климатических изменений в разных средах.

Решение о запуске очередной станции "Северный полюс" в 2016 году не было принято из-за финансовых трудностей.

Движение судна происходит одновременно в двух средах - в водной и воздушной, которые редко бывают в спокойном состоянии. Воздушная среда оказывает свое действие на движущееся судно прежде всего скоростью (силой) и направлением ветра. Скорость ветра измеряется анемометрами и выражается в метрах в секунду, а сила -в баллах от 0 до 12 по специальной шкале (см. табл. 49 МТ-63).

Курсовой угол ветра называют курсом судна относительно ветра. В зависимости от величины этого угла курсы судна относительно ветра получили различные наименования (рис. 47).

Если ветер дует в правый борт, то курсу судна относительно ветра придается еще название «правого галса», а когда он дует в левый борт - «левого галса».

Когда вследствие изменения направления ветра его курсовой угол уменьшается, говорят, что ветер заходит, или становится круче; если увеличивается, то-ветер отходит, или делается полнее. Когда же изменение угла вызывается переменой курса судна, то в первом случае говорят, что судно приведено к ветру, или легло круче, а во втором, что оно спустилось, или легло полнее.

Рис. 48

Под влиянием ветра и вызываемых им волнения и течения движущееся судно отклоняется от намеченного курса и изменяет свою скорость. Рассмотрим влияние ветра на движущееся судно на следующем примере (рис. 48). Предположим, что судно движется каким-то курсом ИК со скоростью по лагу vл и на него воздействует наблюдаемый (кажущийся) ветер Kw со скоростью w под углом q. Равнодействующая давления ветра на судно, равная вектору A, приложена к центру парусности судна и составляет с его диаметральной плоскостью угол у.

Разложим равнодействующую давления ветра А на две составляющие X и Z. Сила X направлена по диаметральной плоскости и равна X = A cosy, она оказывает влияние на скорость судна относительно воды (в данном случае уменьшает скорость) vл.

Сила Z направлена перпендикулярно диаметральной плоскости, Z = A.siny и вызывает боковое смещение - дрейф судна с линии курса со скоростью V др.

Сложив геометрически скорости судна по лагу vл И дрейфа удр, получим вектор действительной скорости судна относительно воды v0, по направлению которого происходит фактическое перемещение судна при действии этого ветра.

Линия фактического перемещения судна при действии ветра называется линией пути при дрейфе ПУ др, а угол между нордовой частью истинного меридиана и этой линией - путевым углом. Угол а между линией истинного курса и линией пути при дрейфе называется углом дрейфа. При решении задач углу дрейфа присваивается знак: при ветре правого галса - минус, а левого галса - плюс.

При одной и той же силе кажущегося ветра, но при различных курсовых углах влияние его на движущееся судно неодинаково. При курсовых углах ветра, равных 0 или 180°, угол дрейфа равен нулю, а при курсовых углах K w , близких к 50-60°, он достигает максимального значения вследствие того, что направление Kw является равнодействующей скорости и направления истинного ветра и скорости самого судна. При углах K w ~ 50 / 60° угол между направлением истинного ветра и диаметральной плоскостью судна будет примерно 90°.

Рис. 49

Угол дрейфа увеличивается с уменьшением скорости хода судна и при увеличении площади его парусности (в случае уменьшения осадки судна). Практика показывает, что у судов с прямыми штевнями дрейф бывает меньше, чем с наклонными, и что у судов с острыми обводами дрейф оказывается меньше, чем у судов с полными образованиями. Ветер, создавая волнение, вызывает качку судна, ухудшает управляемость, и судно становится менее устойчивым на курсе (у судна появляется рыскливость).

При продолжительном действии ветра в одном направлении создается поверхностное течение, которое также вызывает снос судна с линии истинного курса.

Таким образом, совокупное действие ветра и вызываемых им волнения и течения при плавании необходимо учитывать, вводя поправку на дрейф, равную величине угла дрейфа.

Истинный курс, путевой угол при дрейфе и угол дрейфа находятся в следующей алгебраической зависимости (рис. 49):

При этом следует помнить, что судно, перемещаясь по линии пути при дрейфе ПУ a , сохраняет направление своей диаметральной плоскости параллельно линии ИК и последняя всегда лежит ближе к ветру, а ПУ a - дальше от ветра (см. рис. 49).

Определение угла дрейфа

В настоящее время приборов по определению величины угла дрейфа, удобных для использования на судне, еще нет и только опыт и практика дают возможность судоводителю правильно оценить действие ветра на судно и вероятный его снос ветровым волнением и течением.

В практике судовождения угол дрейфа определяют из непосредственных наблюдений, применяя один из следующих способов.

Рис. 50

При плавании в видимости берегов по береговым ориентирам. Следуя неизменным курсом KK1 (рис. 50), несколько раз (не менее трех) определяют место судна по береговым ориентирам. Затем, соединив полученные точки А1 А2 и А3, измеряют транспортиром угол между нордовой частью истинного меридиана и линией действительного перемещения судна-линией пути ПП1. Угол дрейфа а получают как разность между ПУ и ИК, т. е. а = ПУ - ИК. Эту величину угла дрейфа и учитывают в дальнейшем. Однако следует иметь в виду, что такое определение можно делать, когда в данном районе нет постоянного течения.

Пеленгованием кильватерной струи (применяется как приближенный способ). Кильватерная струя представляет собой след перемещающегося судна вследствие возмущения вращением винтов массы воды. При ветре направление кильватерной струи почти не смещается. Поэтому для получения угла дрейфа можно измерять угол между направлениями диаметральной плоскости судна и кильватерной струи. Пеленги берут по ближайшему к корме компасу, устанавливая визирную плоскость пеленгатора параллельно кильватерной струе. Если отсчет замечают по азимутальному кругу компаса, то

А = КУ - 180°,

А если снимают ОКП, то а = ОКП - КК.

Величину угла дрейфа, определяемую всеми доступными способами, и условия, при которых она определялась (курс судна относительно ветра, скорость судна, сила ветра, состояние судна по загрузке, осадке и т. п.), необходимо записывать в специальной тетради с тем, чтобы можно было в аналогичных условиях заранее учитывать дрейф, т. е. при прокладке учитывать поправку на ветер.

Счисление пути судна при дрейфе

При ведении графического счисления с учетом угла дрейфа, кроме линии истинного курса, прокладывают линию пути при дрейфе ПУ a по заданному или рассчитанному углу дрейфа а и над ней, кроме компасного курса и поправки компаса, указывают величину угла дрейфа с соответствующим знаком. Расстояние, пройденное судном (с учетом поправки или коэффициента лага), учитывается всегда по линии пути ПУ.

Пройденное по лагу (кроме забортного) расстояние при углах дрейфа более 8° рассчитывается с введением поправки на угол дрейфа по формуле

Если пройденное расстояние определяется по оборотам движителей (по таблице соответствия скорости хода оборотам движителей), то никаких поправок не вводят.

При ведении графического счисления с учетом дрейфа следует наносить на карту место судна в момент траверза ориентира; рассчитывать момент прихода судна на траверз ориентира; определять кратчайшее расстояние до ориентира при следовании заданным курсом и момент открытия или скрытия ориентира.

Для нанесения места судна на карту в момент траверза ориентира рассчитывают обратный истинный пеленг по следующим формулам. При наблюдении ориентира: справа

слева
ОИП прокладывают от ориентира до ПУа, и точка А (пересечения ОИП с ПУ a) будет местом судна на карте в момент траверза (рис. 51). Для того чтобы определить, когда судно придет действительно на траверз ориентира, необходимо незадолго до этого поставить пеленгатор компаса на заранее рассчитанный ОКП = КК ±90° (+90° - ориентир слева, -90° - справа) и вести наблюдение. Как только направление на ориентир совпадет с визирной плоскостью пеленгатора, этот момент и будет моментом траверза.

Такую задачу часто приходится решать при определении точки поворота на новый курс.

Рис. 51

Чтобы заранее рассчитать момент прихода судна на траверз ориентира, измеряют на карте по линии пути расстояние S от последней обсервованной точки В до точки А (см. рис. 51), полученной пересечением линии ОИП с линией ПУа, и, разделив его на скорость судна по лагу, получают промежуток времени соответствующий продолжительности перехода судна из точки В в точку А.
Прибавив Т к моменту времени Т1 (обсервации в точке В), получают момент Т2 прихода судна на траверз, т. е. Т2 = Т1 + Т. Для ускорения расчета величины Т пользуются табл. 27-б «Время по расстоянию и скорости» (МТ-63).

Чтобы рассчитать заранее показание лага в момент прихода судна на траверз (в точку А), пользуясь расстоянием S, определяют рол по табл. 28-а или 28-6 (МТ-63) в зависимости от знака Ал или по фор- муле рол = S/Кл. Затем к отсчету лага, во время определения по ори- ентиру (в точке В), прибавляют найденное рол и получают ол2 = ол1 + рол.

В этот день, 21 мая 1937 года - 79 лет назад экспедиция И.Папанина, Э.Кренкеля, П.Ширшова, Е.Федорова высадилась на льдах Северного Ледовитого океана в районе Северного полюса и развернула первую полярную станцию «Северный полюс-1».

На протяжении десятков лет тысячи отчаянных путешественников и исследователей Севера стремились попасть на Северный полюс, старались во что бы то ни стало водрузить там флаг своей страны, ознаменовав победу своего народа над суровыми и могучими силами природы.

С появлением авиации возникли новые возможности для достижения Северного полюса. Такие как полеты Р. Амундсена и Р. Берда на самолетах и полеты дирижаблей «Норвегия» и «Италия». Но для серьезных научных исследований Арктики эти экспедиции были кратковременными и не очень значительными. Настоящим прорывом было успешное завершение первой воздушной высокоширотной советской экспедиции и высадки на дрейфующий лед в 1937 году героической «четверки» под руководством И. Д. Папанина.

Так, О.Ю. Шмидт возглавил воздушную часть переброски на Полюс, а И. Д. Папанин отвечал за ее морскую часть и зимовку на дрейфующей станции «СП-1». В планах экспедиции была высадка в районе Северного полюса на год, в течение которого предполагалось собрать огромное количество разнообразных научных данных по метеорологии, геофизики, гидробиологии. Пять самолетов вылетели из Москвы 22 марта. Перелет завершился 21 мая 1937 года.

В 11 часов 35 минут флагманский самолет под управлением командира летного отряда Героя Советского Союза М.В. Водопьянова опустился на лед, перелетев 20 км за Северный полюс. А последний из самолетов приземлился только 5 июня, столь трудными были условия полета и посадки. Над Северным полюсом 6 июня был поднят флаг СССР, и самолеты отправились в обратный путь.

На льдине осталась четверка отважных исследователей с палаткой для жизни и работы, двумя радиостанциями, соединенными антенной, мастерской, метеорологической будкой, теодолитом для измерения высоты солнца и складами, сооруженными изо льда. В составе экспедиции были: П.П. Ширшов - гидробиолог, гляциолог; Е.К. Федоров - метеоролог-геофизик; Э.Т. Кренкель - радист и И.Д. Папанин - начальник станции. Предстояли месяцы изнурительного труда, нелегкого быта. Но это было время массового героизма, высокой духовности и нетерпеливого стремления вперед.

Каждый день пребывания на Северном Полюсе приносил исследователям новые открытия, и первым из них была глубина воды подо льдом в 4290 метров. Ежедневно в определенные сроки наблюдений отбирали пробы грунта, измеряли глубины и скорость дрейфа, определяли координаты, вели магнитные измерения, гидрологические и метеорологические наблюдения.

Вскоре обнаружился дрейф льдины, на которой располагался лагерь исследователей. Начались ее странствования в районе Северного Полюса, затем льдина устремилась на юг со скоростью 20 км в сутки.

Через месяц после высадки папанинцев на льдину (так окрестили отважную четверку во всем мире), когда в Кремле состоялась торжественная встреча участников Первой в мире воздушной экспедиции на Северный полюс, был зачитан указ о присуждении О.Ю. Шмидту и И.Д. Папанину званий Героя Советского Союза, остальные участники дрейфа были награждены Орденами Ленина. Льдина, на которой располагался лагерь папанинцев, через 274 дня превратилась в обломок шириной не более 30 метров с несколькими трещинами.

Принято решение об эвакуации экспедиции. Позади остался путь в 2500 км по Северному Ледовитому океану и Гренландскому морю. 19 февраля 1938 года полярников сняли со льдины ледоколы «Таймыр» и «Мурман». 15 марта полярники были доставлены в Ленинград.

Научные результаты, полученные в уникальном дрейфе, были представлены Общему Собранию АН СССР 6 марта 1938 года и получили высокую оценку специалистов. Научному составу экспедиции были присвоены ученые степени. Иван Дмитриевич Папанин получил звание доктора географических наук.

С героического дрейфа папанинцев началось планомерное освоение всего Арктического бассейна, что сделало регулярной навигацию по Северному морскому пути. Несмотря на все гигантские препятствия и трудности судьбы, папанинцы своим личным мужеством вписали одну из самых ярких страниц в историю освоения Арктики.