Sextant - Sextant

Un sextant

Un sextant est un instrument de navigation à double réflexion qui mesure la distance angulaire entre deux objets visibles. L'utilisation principale d'un sextant est de mesurer l'angle entre un objet astronomique et l' horizon à des fins de navigation céleste .

L'estimation de cet angle, l'altitude, est connue sous le nom de visée ou de prise de vue de l'objet, ou de prise de vue . L'angle et l'heure à laquelle il a été mesuré peuvent être utilisés pour calculer une ligne de position sur une carte marine ou aéronautique — par exemple, l'observation du Soleil à midi ou du Polaris la nuit (dans l'hémisphère nord) pour estimer la latitude (avec vue réduction ). L'observation de la hauteur d'un point de repère peut donner une mesure de la distance et, tenue horizontalement, un sextant peut mesurer les angles entre les objets pour une position sur une carte . Un sextant peut également être utilisé pour mesurer la distance lunaire entre la lune et un autre objet céleste (comme une étoile ou une planète) afin de déterminer le temps moyen de Greenwich et donc la longitude .

Le principe de l'instrument a été mis en œuvre pour la première fois vers 1731 par John Hadley (1682-1744) et Thomas Godfrey (1704-1749), mais il a également été retrouvé plus tard dans les écrits inédits d' Isaac Newton (1643-1727).

En 1922, il fut modifié pour la navigation aéronautique par le navigateur et officier de marine portugais Gago Coutinho .

Sextants de navigation

Utiliser un sextant

Comme le quadrant Davis , le sextant permet de mesurer les objets célestes par rapport à l'horizon, plutôt que par rapport à l'instrument. Cela permet une excellente précision. Aussi, contrairement au backstaff , le sextant permet des observations directes d'étoiles. Ceci permet l'utilisation du sextant la nuit lorsqu'un backstaff est difficile à utiliser. Pour les observations solaires, des filtres permettent une observation directe du soleil.

Comme la mesure est relative à l'horizon, le pointeur de mesure est un faisceau de lumière qui atteint l'horizon. La mesure est donc limitée par la précision angulaire de l'instrument et non par l' erreur sinusoïdale de la longueur d'une alidade , comme c'est le cas dans un astrolabe de marin ou un instrument similaire plus ancien.

Un sextant ne nécessite pas un objectif complètement stable, car il mesure un angle relatif. Par exemple, lorsqu'un sextant est utilisé sur un navire en mouvement, l'image de l'horizon et de l'objet céleste se déplacera dans le champ de vision. Cependant, la position relative des deux images restera stable, et tant que l'utilisateur pourra déterminer à quel moment l'objet céleste touche l'horizon, la précision de la mesure restera élevée par rapport à l'amplitude du mouvement.

Le sextant ne dépend pas de l'électricité (contrairement à de nombreuses formes de navigation moderne) ou d'ailleurs de tout ce qui dépend de signaux contrôlés par l'homme (comme les satellites GPS). Pour ces raisons, il est considéré comme un outil de navigation de secours éminemment pratique pour les navires.

Concevoir

Le cadre d'un sextant a la forme d'un secteur qui fait environ 16 de cercle (60°), d'où son nom ( sextāns, sextantis est le mot latin pour « un sixième »). Les deux instruments plus petits et plus grands sont (ou sont) en cours d' utilisation: l' octant , quintant (ou pentant ) et les secteurs de portée quadrant (doublement de réflexion) d'environ 1 / 8 de cercle (45 °), 1 / 5 d'un cercle ( 72°) et 14 d'un cercle (90°), respectivement. Tous ces instruments peuvent être appelés "sextants".

Sextant marin
Utiliser le sextant pour mesurer l' altitude du Soleil au-dessus de l'horizon

Le "miroir horizon", un bras index qui déplace le miroir index , un télescope de visée, des pare-soleil, une échelle graduée et une jauge à tambour micrométrique pour des mesures précises sont attachés au cadre . L'échelle doit être graduée de sorte que les divisions de degrés marquées enregistrent le double de l'angle de rotation du bras d'index. Les échelles de l'octant, du sextant, du quintant et du quadrant sont graduées de moins de zéro à 90°, 120°, 140° et 180° respectivement. Par exemple, le sextant illustré a une échelle graduée de -10° à 142°, ce qui est fondamentalement un quintant : le cadre est un secteur de cercle sous-tendant un angle de 76° au pivot du bras d'index.

La nécessité de la lecture de l'échelle doublée découle de la considération des relations du rayon fixe (entre les miroirs), du rayon objet (de l'objet visé) et de la direction de la normale perpendiculaire au miroir d'indice. Lorsque le bras de l'index se déplace d'un angle, disons 20°, l'angle entre le rayon fixe et la normale augmente également de 20°. Mais l'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion donc l'angle entre le rayon objet et la normale doit également augmenter de 20°. L'angle entre le rayon fixe et le rayon objet doit donc augmenter de 40°. C'est le cas illustré sur le graphique.

Il existe aujourd'hui deux types de rétroviseurs horizontaux sur le marché. Les deux types donnent de bons résultats.

Les sextants traditionnels ont un miroir demi-horizon, qui divise le champ de vision en deux. D'un côté, il y a une vue sur l'horizon ; de l'autre côté, une vue de l'objet céleste. L'avantage de ce type est que l'horizon et l'objet céleste sont brillants et aussi clairs que possible. C'est supérieur la nuit et dans la brume, lorsque l'horizon et/ou une étoile en vue peuvent être difficiles à voir. Cependant, il faut balayer l'objet céleste pour s'assurer que le membre le plus bas de l'objet céleste touche l'horizon.

Les sextants à horizon entier utilisent un miroir d'horizon à moitié argenté pour fournir une vue complète de l'horizon. Cela permet de voir facilement quand le membre inférieur d'un objet céleste touche l'horizon. Étant donné que la plupart des vues sont du soleil ou de la lune et que la brume est rare sans ciel couvert, les avantages de faible luminosité du miroir demi-horizon sont rarement importants dans la pratique.

Dans les deux types, des miroirs plus grands offrent un champ de vision plus large et facilitent ainsi la recherche d'un objet céleste. Les sextants modernes ont souvent des miroirs de 5 cm ou plus, tandis que les sextants du XIXe siècle avaient rarement un miroir de plus de 2,5 cm (un pouce). En grande partie, c'est parce que les miroirs plats de précision sont devenus moins chers à fabriquer et à argenter .

Un horizon artificiel est utile lorsque l'horizon est invisible, comme cela se produit dans le brouillard, les nuits sans lune, dans le calme, lors de l'observation à travers une fenêtre ou sur une terre entourée d'arbres ou de bâtiments. Il existe deux conceptions courantes d'horizon artificiel. Un horizon artificiel peut consister simplement en un bassin d'eau à l'abri du vent, permettant à l'utilisateur de mesurer la distance entre le corps et son reflet, et de diviser par deux. Une autre conception permet le montage d'un tube rempli de fluide avec bulle directement sur le sextant.

La plupart des sextants ont également des filtres à utiliser pour observer le soleil et réduire les effets de la brume. Les filtres consistent généralement en une série de verres de plus en plus foncés qui peuvent être utilisés seuls ou en combinaison pour réduire la brume et la luminosité du soleil. Cependant, des sextants avec des filtres polarisants réglables ont également été fabriqués, où le degré d'obscurité est ajusté en tournant le cadre du filtre.

La plupart des sextants montent un monoculaire de puissance 1 ou 3 pour la visualisation. De nombreux utilisateurs préfèrent un tube de visée simple, qui a un champ de vision plus large et plus lumineux et est plus facile à utiliser la nuit. Certains navigateurs montent un monoculaire amplificateur de lumière pour aider à voir l'horizon les nuits sans lune. D'autres préfèrent utiliser un horizon artificiel éclairé.

Les sextants professionnels utilisent une mesure de degré d'arrêt par clic et un ajustement de ver qui se lit à une minute , 1/60 de degré . La plupart des sextants comprennent également un vernier sur le cadran à vis sans fin qui indique 0,1 minute. Étant donné qu'une minute d'erreur correspond à environ un mille marin , la meilleure précision possible de la navigation céleste est d'environ 0,1 mille marin (200 m). En mer, des résultats à plusieurs milles marins, bien à portée visuelle, sont acceptables. Un navigateur hautement qualifié et expérimenté peut déterminer la position avec une précision d'environ 0,25 mille marin (460 m).

Un changement de température peut déformer l'arc, créant des imprécisions. De nombreux navigateurs achètent des boîtiers étanches afin que leur sextant puisse être placé à l'extérieur de la cabine pour s'équilibrer avec les températures extérieures. Les conceptions de cadre standard (voir l'illustration) sont censées égaliser l'erreur angulaire différentielle due aux changements de température. La poignée est séparée de l'arc et du cadre afin que la chaleur corporelle ne déforme pas le cadre. Les sextants à usage tropical sont souvent peints en blanc pour refléter la lumière du soleil et rester relativement frais. Les sextants de haute précision ont un cadre et un arc en invar (un acier spécial à faible dilatation). Certains sextants scientifiques ont été construits en quartz ou en céramique avec des expansions encore plus faibles. De nombreux sextants commerciaux utilisent du laiton ou de l'aluminium à faible expansion. Le laiton a une expansion plus faible que l'aluminium, mais les sextants en aluminium sont plus légers et moins fatigants à utiliser. Certains disent qu'ils sont plus précis parce que la main tremble moins. Les sextants à cadre en laiton massif sont moins susceptibles de vaciller par vent fort ou lorsque le navire travaille par grosse mer, mais comme indiqué, ils sont considérablement plus lourds. Des sextants avec des cadres en aluminium et des arcs en laiton ont également été fabriqués. Essentiellement, un sextant est intensément personnel à chaque navigateur, et ils choisiront le modèle ayant les caractéristiques qui leur conviennent le mieux.

Les sextants d' avion sont maintenant hors de production, mais avaient des caractéristiques spéciales. La plupart avaient des horizons artificiels pour permettre de voir à travers une fenêtre suspendue affleurante. Certains avaient également des moyenneurs mécaniques pour effectuer des centaines de mesures par vue pour la compensation des accélérations aléatoires dans le fluide de l'horizon artificiel. Les sextants d'avions plus anciens avaient deux chemins visuels, l'un standard et l'autre conçu pour être utilisé dans les avions à cockpit ouvert qui permettaient de voir directement au-dessus du sextant sur ses genoux. Les sextants d'avions plus modernes étaient périscopiques avec seulement une petite projection au-dessus du fuselage . Avec ceux-ci, le navigateur a pré-calculé leur vue, puis a noté la différence entre la hauteur observée et la hauteur prévue du corps pour déterminer leur position.

Prendre une vue

Une vue (ou une mesure ) de l'angle entre le soleil , une étoile ou une planète , et l' horizon se fait avec le « télescope d' étoiles » monté sur le sextant à l'aide d'un horizon visible. Sur un navire en mer, même par temps brumeux , une vue peut être effectuée depuis une faible hauteur au-dessus de l'eau pour donner un horizon plus défini et meilleur. Les navigateurs tiennent le sextant par sa poignée dans la main droite, en évitant de toucher l'arc avec les doigts.

Pour une vue solaire, un filtre est utilisé pour contrer l' éblouissement tel que des "nuances" couvrant à la fois le miroir d'index et le miroir d'horizon conçu pour éviter les dommages oculaires. En réglant la barre d'index à zéro, le soleil peut être vu à travers le télescope. En relâchant la barre d'index (soit en relâchant une vis de serrage, soit sur les instruments modernes, à l'aide du bouton de déverrouillage rapide), l'image du soleil peut être ramenée à peu près au niveau de l'horizon. Il est nécessaire de retourner l'abat-jour du miroir d'horizon pour pouvoir voir l'horizon, puis la vis de réglage fin à l'extrémité de la barre d'index est tournée jusqu'à ce que la courbe inférieure (le membre inférieur ) du soleil touche juste l'horizon. " Basculer " le sextant autour de l'axe du télescope assure que la lecture est prise avec l'instrument tenu verticalement. L'angle du viseur est ensuite lu à partir de l'échelle sur l'arc, en utilisant l'échelle micrométrique ou vernier fournie. L'heure exacte de la vue doit également être notée simultanément, et la hauteur de l'œil au-dessus du niveau de la mer enregistrée.

Une autre méthode consiste à estimer l' altitude actuelle (angle) du soleil à partir des tables de navigation, puis de régler la barre d'index sur cet angle sur l'arc, d'appliquer des nuances appropriées uniquement au miroir d'index et de pointer l'instrument directement vers l'horizon, en balayant d'un côté à l'autre jusqu'à ce qu'un éclair des rayons du soleil soit vu dans le télescope. Des réglages fins sont ensuite effectués comme ci-dessus. Cette méthode a moins de chances de réussir pour l'observation des étoiles et des planètes.

Les vues des étoiles et des planètes sont normalement prises au crépuscule nautique à l' aube ou au crépuscule , tandis que les corps célestes et l'horizon marin sont visibles. Il n'est pas nécessaire d'utiliser des ombres ou de distinguer le membre inférieur car le corps apparaît comme un simple point dans le télescope. La lune peut être aperçue, mais elle semble se déplacer très rapidement, semble avoir des tailles différentes à différents moments, et parfois seul le membre inférieur ou supérieur peut être distingué en raison de sa phase .

Une fois qu'une vue est prise, elle est réduite à une position en examinant plusieurs procédures mathématiques. La réduction de la vue la plus simple consiste à tracer le cercle d'égale altitude de l'objet céleste aperçu sur un globe. L'intersection de ce cercle avec une piste à l'estime, ou une autre observation, donne un emplacement plus précis.

Les sextants peuvent être utilisés très précisément pour mesurer d'autres angles visibles, par exemple entre un corps céleste et un autre et entre des points de repère à terre. Utilisé horizontalement, un sextant peut mesurer l'angle apparent entre deux points de repère tels qu'un phare et une flèche d' église , qui peut ensuite être utilisé pour trouver la distance au large ou au large (à condition que la distance entre les deux points de repère soit connue). Utilisée verticalement, une mesure de l'angle entre la lanterne d'un phare de hauteur connue et le niveau de la mer à sa base peut également être utilisée pour l'éloignement.

Ajustement

En raison de la sensibilité de l'instrument, il est facile de dérégler les miroirs. Pour cette raison, un sextant doit être vérifié fréquemment pour les erreurs et ajusté en conséquence.

Il y a quatre erreurs qui peuvent être ajustées par le navigateur, et elles doivent être supprimées dans l'ordre suivant.

Erreur de perpendicularité
C'est lorsque le miroir d'indexation n'est pas perpendiculaire au cadre du sextant. Pour tester cela, placez le bras index à environ 60° sur l'arc et tenez le sextant horizontalement avec l'arc éloigné de vous à bout de bras et regardez dans le miroir index. L'arc du sextant devrait sembler continuer sans interruption dans le miroir. S'il y a une erreur, les deux vues apparaîtront brisées. Ajustez le miroir jusqu'à ce que la réflexion et la vue directe de l'arc paraissent continues.
Erreur latérale
Cela se produit lorsque le verre d'horizon/le miroir n'est pas perpendiculaire au plan de l'instrument. Pour tester cela, commencez par mettre à zéro le bras de l'index, puis observez une étoile à travers le sextant. Tournez ensuite la vis tangente d'avant en arrière pour que l'image réfléchie passe alternativement au-dessus et au-dessous de la vue directe. Si en passant d'une position à une autre, l'image réfléchie passe directement sur l'image non réfléchie, aucune erreur latérale n'existe. S'il passe d'un côté, une erreur de côté existe. L'utilisateur peut tenir le sextant sur le côté et observer l'horizon pour vérifier le sextant pendant la journée. S'il y a deux horizons, il y a erreur latérale ; ajustez le verre d'horizon/le miroir jusqu'à ce que les étoiles fusionnent en une seule image ou que les horizons soient fusionnés en une seule. L'erreur secondaire est généralement sans conséquence pour les observations et peut être ignorée ou réduite à un niveau qui est simplement gênant.
Erreur de collimation
C'est lorsque le télescope ou le monoculaire n'est pas parallèle au plan du sextant. Pour vérifier cela, vous devez observer deux étoiles distantes de 90 ° ou plus. Faites coïncider les deux étoiles à gauche ou à droite du champ de vision. Déplacez légèrement le sextant pour que les étoiles se déplacent de l'autre côté du champ de vision. S'ils se séparent, il y a une erreur de collimation . Comme les sextants modernes utilisent rarement des télescopes réglables, ils n'ont pas besoin d'être corrigés pour les erreurs de collimation.
Erreur d'index
Cela se produit lorsque les miroirs d'index et d'horizon ne sont pas parallèles l'un à l'autre lorsque le bras d'index est réglé sur zéro. Pour tester l'erreur d'index, mettez le bras d'index à zéro et observez l'horizon. Si l'image réfléchie et directe de l'horizon est alignée il n'y a pas d'erreur d'index. Si l'un est au-dessus de l'autre ajustez le miroir d'index jusqu'à ce que les deux horizons se confondent. Cela peut être fait la nuit avec une étoile ou avec la lune.

Formation moderne de l'US Navy

Après une interruption de 15 ans, le 30e chef des opérations navales de l' US Navy en 2016 a demandé à ce que la formation à l'utilisation du sextant comme appareil de navigation de secours reprenne, car elle ne repose pas sur des systèmes électriques.

Voir également

Remarques

Les références

Liens externes