Navigieren Sie ins Unbekannte

Neugier und Forscherdrang zeichnen die menschliche Seele seit jeher aus und mit diesen Impulsen hat die Menschheit den Mut gefunden, die Angst vor dem Unbekannten, den realen Gefahren und dem Schrecken der imaginären Monster zu überwinden, die die kollektive Mentalität bevölkerten. Unerschrockene Seefahrer des Unbekannten haben unglaubliche Stürme und endlose Stille erlebt und Grenzen überquert, die für eine Zeit, in der jeder glaubte, man müsse ins Leere fallen, wenn man das Ende der Welt erreicht hätte, undenkbar gewesen wären. Zuerst passierten sie die Säulen des Herkules, dann gelangten sie immer weiter, bis zum amerikanischen Kontinent, und nachdem sie tausend Schwierigkeiten und Gefahren überwunden hatten, umsegelten sie den Globus.

Christoph Kolumbus, Vasco da Gama, Bartolomeo Diaz und Ferdinand Magellan machten es möglich, Karten einer völlig neuen Welt zu zeichnen, und die wissenschaftlichen Erkenntnisse begannen wirklich Fortschritte zu machen, als die Seewege eröffnet wurden, die die vier Ecken der Erde verbinden würden. Die Fortschritte in der Seeschifffahrt haben es der Menschheit tatsächlich ermöglicht, ihr Wissen auf unserem Planeten enorm zu erweitern und Vorstellungen, Kulturen und Ideen zu verbreiten.

Die überwiegende Mehrheit der Menschen auf der Erde hat heute ein umfassendes Bild unseres Planeten im Kopf. Heute wissen wir alle, dass es in den Vereinigten Staaten noch Nacht ist, wenn in Europa die Sonne aufgeht, oder dass auf der Südhalbkugel Winter ist, wenn hier Sommer ist. Die Welt ist mittlerweile zu einem globalen Dorf geworden, dessen Bewohner von Tag zu Tag die gegenseitige Abhängigkeit steigern.

Doch vor einigen Jahrhunderten war dies keine Selbstverständlichkeit, und der Weg dorthin war heute nicht einfach.

Antike Navigation

Zu Beginn des Lebens der Völker stellte das Meer eine Barriere dar, hinter der sich das Unbekannte befand. Doch getrieben von der Neugier, dem Wunsch zu erforschen, aber auch von Hunger, dem Bedürfnis nach Fortpflanzung, dem Bedürfnis, neue Ressourcen zu finden, sah sich der Mensch Unbekannten und Gefahren gegenüber, entdeckte neue Länder und neue Völker jenseits des Meeres und etablierte den ersten Seeverkehr, der, mit dem Fortschritt des Schiffbaus immer weiter ausgebaut.

Zur Zeit von Rudermarine In geschlossenen Meeren florierte vor allem der Küstenverkehr. Die Ruderflotte könnte tatsächlich als „heimisches“ Navigationsmittel bezeichnet werden. Die Schiffe waren an der Küste festgemacht, hatten eine schlechte Seetüchtigkeit und waren für lange Seereisen nicht geeignet. Aus diesen Gründen mussten sie ununterbrochen und abhängig von den Wetterbedingungen und der Länge der zurückzulegenden Entfernungen navigieren. So fuhren die Schiffe in der „guten Jahreszeit“ aufs Meer und die Tagesschifffahrt fand hauptsächlich durch die Jahreszeit statt Erkennung von Küstenmerkmalen (Berge, Städte, Wachtürme, Golfe usw.) und Nachtnavigation blickte zu den Sternen auf um zu verstehen, ob die Route die richtige war.

Die damaligen Seeverkehrsverbindungen ermöglichten jedoch die Verbreitung von Wissen und einen angemessenen Verkehr mit kostbaren und leichten Gütern, was nicht nur das Wachstum der Seevölker stark beeinflussteⁱ. Der Wunsch, die immer weiter entfernte Welt kennenzulernen und zu erkunden, ermöglichte später die Entwicklung von Schiffbautechniken, die für den Umgang mit dem offenen Meer und den damit verbundenen größeren Gefahren geeignet waren.

Die Entwicklung der Segelmarine, dank einer unermüdlichen und völlig freien Antriebsmethode wie der Wind, markierte den Beginn des Wettlaufs um Meeresrouten, entlang derer die Küsten tagelang nicht sichtbar waren. Die allmähliche Verbreitung des Segelsports auf Offshore-Rümpfen hat es den Seefahrern tatsächlich ermöglicht, sich auf der ganzen Welt auszubreiten.

Die Einheiten hatten eine größere Reichweite und größere Ladekapazität und angesichts der günstiger als der Seetransport, ein im Wesentlichen noch heute gültiger Grundsatz, markierte auch den Beginn echten Wohlstands für die kontinentalen Völker.

Allerdings stellten die Entfernung von der Küste und das Fehlen bestimmter Bezugspunkte lange Zeit ein Problem für die Seefahrer dar, die die Routen eher auswendig und instinktiv verfolgten als mit der mathematischen Sicherheit ihrer Position, die als präziser geografischer Punkt verstanden wurde Breiten-und Längengrad.

Auf der Nordhalbkugel beispielsweise war der Breitengrad nachts durch Messungen leicht zu ermitteln die „Höhe“ des Polarsterns, d. h. der Winkel zwischen der Richtung des Meereshorizonts und der Richtung des Sterns, der es dem Navigator ermöglicht, seinen eigenen Breitengrad direkt zu kennen. Am Äquator ist die Höhe des Polarpols tatsächlich gleich Null, wie man sie an der Horizontlinie beobachten kann, und nimmt mit zunehmender Breite bis zum Nordpol zu, wo ihre Höhe maximal ist und 90° beträgt ( über unserem Kopf). Möglich wurde dies durch optische Instrumente zur Messung der Winkel zwischen zwei Objekten, die sich nach und nach bis zum Ende des XNUMX. Jahrhunderts entwickelten, dem Sextantenⁱⁱ Marine. Durch einige Spiegel, die das Licht des Sterns reflektierten, und geeignete Geräte zum Ablesen des Winkels wurde die Höhe jedes Objekts/Sterns am Horizont gemessen. Die ständige Bewegung des Schiffes erschwerte jedoch die Beobachtung und bei bewölktem Himmel oder Nebel war eine Messung praktisch unmöglich.

Die Berechnung des Längengrads hingegen stellte lange Zeit das größte nautische Problem dar, da sie nicht direkt aus Sternbeobachtungen abgeleitet werden konnte, da der Längengrad eng mit der Zeit verknüpft ist. Da die Erde in 360 Stunden eine volle 24-Grad-Rotation durchläuft, bedeutet ein Längengradunterschied von 15 Grad, dass die Zeit eine Stunde höher oder niedriger als der Referenzpunkt ist. Wenn man den Zeitunterschied kennt, mit dem das gleiche astronomische Phänomen an zwei verschiedenen Orten auftritt, kann man daher den Längengradunterschied berechnen. Dieser Zeitunterschied, gemessen in Stunden, Minuten und Sekunden, hat tatsächlich eine Äquivalenz im Längengrad und stellt daher den Längengradunterschied zwischen dem bekannten Punkt und der eigenen Position dar.

Alles in allem ist der theoretische Diskurs recht einfach, seine praktische Umsetzung verlief angesichts der damaligen Technologie jedoch nicht ohne technische Schwierigkeiten. Um genaue Berechnungen durchführen zu können, war es nämlich unerlässlich, die Genauigkeit der Zeit an Bord der Schiffe sicherzustellen, da die Daten sonst nicht der Wahrheit entsprochen hätten.

Pulveruhren (der Begriff „Sanduhr“ im Italienischen kann manchmal auch auf den Typ hinweisen Wasser) dienten nur zur Kennzeichnung des Bordlebens (Uhrwechsel, Mahlzeiten usw.) und Taschenuhren waren für die Längengradberechnung nicht geeignet, da sie nicht die erforderliche Präzision gewährleisteten.

Die Unbestimmtheit des Längengrades führte daher manchmal zu einem dramatischen Ende der Schifffahrt mit Schiffbrüchen, da die tatsächliche Position nicht mit der angenommenen übereinstimmte. Am 22. Oktober 1707 beispielsweise sanken vier britische Kriegsschiffe, weil sie errechnet hatten, dass sie sich noch auf offener See befanden, doch in der Nacht befanden sie sich plötzlich an der Küste der Scilly-Inseln, etwa 45 km südwestlich von Cornwall. Der Unfall verursachte den Verlust von etwa zweitausend Seeleuten.

Die genaue Berechnung des Längengrads war erst möglich, nachdem der Engländer John Harrison, ein mechanisches Genie, im Jahr 1764 das Chronometer erfand, also eine präzise und tragbare Uhr, die beispielsweise nicht durch Temperaturschwankungen oder Beschleunigungen durch Schiffsbewegungen beeinträchtigt wurde. Dies stellte einen echten Wendepunkt für die Navigationskunst dar. Die Bedeutung der Zeitgenauigkeit wurde so groß, dass auf See ein Wachdienst eingerichtet wurde, um zu überprüfen, ob der Chronometer immer lief.

Um es festzuhalten: Harrisons Erfindung stieß auf großen Widerstand und erst nach ein paar Jahren gelang es ihm, die volle Anerkennung zu erhalten ... und einen Teil des beträchtlichen Preises zu erhalten.

Seit Jahrhunderten, Beobachtungen der Sterne waren die einzige Möglichkeit, die Position im offenen Meer zu berechnen, auch nach dem Aufkommen und der raschen Verbreitung mechanischer Antriebe und den darauffolgenden raschen technologischen Fortschritten. auch dort FlugnavigationTatsächlich wurden im Wesentlichen dieselben Instrumente zur Beobachtung und Messung der Sternenhöhen verwendet, die von Schiffen verwendet wurden, und zwar durch eine Kuppel für die Beobachtungen, mit der Hinzufügung geeigneter Korrekturtabellen für die Beobachtungshöhen, ohne Berücksichtigung dessen, was die gesammelten Daten tun würden wurden verzerrt und das Endergebnis hätte sich erheblich verändert. Bis zur Herstellung radioelektrischer Navigationsgeräte.

Schifffahrt im XNUMX. Jahrhundert

Tatsächlich war die Entdeckung des Radios nicht nur für den Telekommunikationssektor innovativ, sondern hatte auch wichtige Auswirkungen auf die See- und Luftfahrt. Tatsächlich wurden im XNUMX. Jahrhundert zahlreiche Funknavigationssysteme entwickelt, die den Empfang radioelektrischer Impulse von verschiedenen Sendestationen an festen und bekannten Positionen nutzen. Deshalb entstanden, um nur einige der bekanntesten zu nennen, die niederfrequenten Loran-Systeme (Langstreckennavigation) und Decca.

Das Funktionsprinzip des Loran-Systems basierte auf Zeitunterschied beim Empfang zwischen Signalen, die von zwei Radiosendern gesendet werden. Anhand der spezifischen Karten konnte dann die Schiffsposition ermittelt werden. Das Decca-System nutzte das Prinzip von Phasendifferenz der von Bodenstationen ausgesendeten Signale. Im Gegensatz zu Loran, wo die Stationen in Impulsen sendeten, strahlten die Stationen bei der Decca kontinuierliche Frequenzen aus. Obwohl die Decca einerseits eine geringere effektive Reichweite als die Loran hatte, ermöglichte dies andererseits eine genauere Positionsbestimmung.

Auch für die Flugsicherung Funkhilfen am Boden (VOR, NDB, TACAN, ILS, MLS usw.) waren und sind teilweise immer noch ein unverzichtbares Hilfsmittel, um die eigene Position zu kennen. Einige Systeme liefern Positionsdaten in drei Dimensionen (daher auch mit Höhendaten), was zur allgemeinen Sicherheit der Flugnavigation beiträgt und den Piloten umfassendere Informationen über ihre Position im dreidimensionalen Raum liefert. Diese Lokalisierungs- und Funknavigationssysteme erfordern das Vorhandensein von Sendestationen am Boden und daher ist es notwendig, über eine beträchtliche Anzahl davon zu verfügen, um eine globale Abdeckung zu gewährleisten, wobei die orografischen und Emissionsleistungsbeschränkungen zu berücksichtigen sind.

Angesichts der Nützlichkeit all dieser Systeme hat die ständige Suche nach neuen Wegen, immer präzisere Positionsdaten zu erhalten, zur Entwicklung globaler Positionierungssysteme geführt, die ein Netzwerk mit einer begrenzten Anzahl von Satelliten im Orbit nutzen, um Funksignale zu senden, die von dekodiert werden ein kleines elektronisches Gerät, das uns direkt die grafische Darstellung unserer Position auf der Erdoberfläche sowie Breiten- und Längengraddaten liefert, ohne dass wir mathematische Berechnungen durchführen müssen. Es erledigt die gesamte elektronische Ausrüstung. Solche sind zum Beispiel die Navigationssatelliten-Timing- und Ranging-Global-Positioning-System (NAVSTAR GPS), das wir alle als GPS kennen, erfunden von den USA, den Russen GLObal'naja NAvigacionnaja Sputnikovaja Sistema (GLONASS), das chinesische BeiDou oder das GALILEO-System, entwickelt von der Europäischen Union in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation.

Die nächste herausragende Navigation

Der Forschungsdrang, der die Menschheit dazu veranlasste, zu reisen, um zu sehen, was sich jenseits der flüssigen Weiten befindet, die durch die Meere und Ozeane der Welt repräsentiert werden, ist unverändert geblieben. Neugier und Wissensdurst, die es uns in der Vergangenheit ermöglichten, atavistische Ängste zu überwinden und uns ins Unbekannte zu wagen, treiben uns heute zu den Sternen.

Die Suche nach anderen Formen intelligenten Lebens, der Wunsch, die Mechanismen des Universums zu verstehen oder die Suche nach neuen Welten, in denen man vielleicht in sehr ferner Zukunft menschliche Kolonien gründen kann, genau wie die alten Seefahrer des Unbekannten, wirtschaftlichen Rückhalt finden sie überwiegend in den Beweggründen der RaumsuchendenBeschaffung von Rohstoffen oder für Verteidigungs- und Sicherheitsangelegenheiten. Früher oder später wird die Menschheit über die Technologie verfügen, um den epochalen Sprung zu wagen und Besatzungen zu immer weiter entfernten Zielen im Weltraum zu befördern. Erkundungs- und Wissenschaftsreisen mit Kosmonauten, die bereits heute durch zahlreiche Science-Fiction-Filme oder TV-Serien vorweggenommen werden.

Seit Beginn der Navigation haben wir immer in den Himmel geschaut, um unsere Position zu erfahren und somit zu wissen, welcher Route wir folgen müssen. Daher muss auch die Navigation künftiger Weltraumkaravellen Daten von den Sternen erfassen, um die neuen und komplexen Probleme der Positionsberechnung zu lösen, da diese „universell“ sein müssen, d. h. auf einer Referenz basieren müssen System unabhängig von der Erde oder unserem Sonnensystem. Abgesehen von all diesen bekannten und „sicheren“ Punkten wird die Berechnung der Position tatsächlich weitere Schwierigkeiten in die Gesamtbewertung einbringen. Erstens die Unmöglichkeit, Signale von terrestrischen Positionierungssystemen zu empfangen. Das gute GPS wird daher künftigen „Captain Kirks“ nicht dabei helfen können, ihre Position im Weltraum zu bestimmen.

Daher besteht die Notwendigkeit, alternative Navigationssysteme zu finden, die die Aufgabe erfüllen können, die genaue Position des Raumfahrzeugs zu ermitteln. Genau wie frühere Seeleute, die den Nordstern als Bezugspunkt für die Überquerung des Ozeans nutzten, könnten zukünftige Astronauten dies tun Vertrauen auf Presse zur Positionierung, Navigation usw zeitliche Koordinierung (PNT) im Weltraum.

Le Presse sind Neutronensterne, die dank der Kombination ihrer Rotation und des Magnetfelds in der Lage sind, Lichtblitze und intensiv pulsierende Radiosignale und andere Strahlungen mit äußerst präzisen Kadenzen auszusenden. Sie sind im Großen und Ganzen wie Götter Funkfeuer im Universum platziert. Was heute mit GPS-Empfängern passiert, die die von Satelliten des jeweiligen Positionierungsnetzwerks gesendeten Signale nutzen, um ihre Entfernung zu diesen Satelliten zu bestimmen und ihre Breite, Länge und Höhe zu berechnen, würde mit den Empfängern an Bord von Raumfahrzeugen passieren, die Folgendes erkennen würden: Messen und nutzen Sie die regelmäßigen und äußerst präzisen Impulse von Presse alle paar Millisekunden, um ihre Position im Raum zu berechnen.

Astrophysiker sagen uns, dass die Presse Heutzutage sind Tausende davon bekannt, aber es scheint, dass nur sechs oder sieben in der Lage sind, Signale zu liefern, die glatt genug und stark genug sind, um für Kurzzeitmessungen verwendet zu werden, wie sie für präzise PNT-Funktionen erforderlich sind. Doch selbst eine so geringe Zahl könnte in Zukunft bereits eine zuverlässige Navigation durch den Kosmos ermöglichen.

Im Moment sind die Werkzeuge zur Erkennung der Emissionen von Presse Sie basieren auf Röntgenstrahlen, die die Erdatmosphäre nicht durchdringen und daher nur im Weltraum nützlich sind. Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass diese Röntgensignale eines Tages umgewandelt und an terrestrische Plattformen übertragen werden könnten, sodass sie überall für die Navigation verwendet werden könnten, sogar auf der Erde (als Backup oder zur Verbesserung der Genauigkeit des GPS-basierten Systems). PNT) oder beispielsweise bei der Navigation rund um den Mond. Seit 2017 gibt es ein experimentelles Röntgenteleskop, genannt Entdecker der Innenzusammensetzung von Neutronensternen (NICER), das die Größe einer Waschmaschine hat und dazu dient, die Eigenschaften von Neutronensternen besser zu verstehen. Die auf dem SSI aufeinander folgenden Crews haben NICER mit dem gepaart Software. Flug im Rahmen einer aufgerufenen Mission Station Explorer für Röntgen-Timing- und Navigationstechnologie (SEXTANT), der Beobachtungen von verwendet Presse Röntgenaufnahme zur Bestimmung der genauen Orbitalposition der Raumstation. Der Team von SEXTANT hat im November 2018 eine erste Demo erfolgreich abgeschlossen. Die Europäische Weltraumorganisation evaluiert ebenfalls den Zeitpunkt basierend auf Presse um die Genauigkeit der vom Galileo PNT-Satellitennetzwerk bereitgestellten Daten zu verbessern.

Schlussfolgerungen

Die Reise ins Unbekannte ist eine der Fantasien vieler, die seit ihrer Kindheit davon träumen, die Heldentaten von Kolumbus, Magellan ... oder Armstrong nachzuahmen. Mittlerweile die gesamte Erdoberfläche erkundet zu haben und ins Unbekannte vorzudringen, in die Tiefen des Universums, das uns umgibt, bleibt die am weitesten verbreitete Fantasie. Das führt dazu, dass wir nach oben blicken und davon träumen, die Grenzen des Wissens immer weiter zu verschieben. Auf den Karten der alten Römer gab es eine Inschrift, die die Gebiete des Planeten angab, die noch nicht erforscht, zu gefährlich und unbekannt waren: hic sunt leones, von hier an gibt es die Bestien. Es war ein Hinweis darauf, dass der Rand der bekannten Welt erreicht war.

Jahrhunderte sind vergangen, aber die Menschheit hat immer noch den Wunsch, dem Horizont entgegenzusegeln, ihn zu überwinden und das Unbekannte zu erforschen. Der Wissenshorizont hingegen ist wie der Horizont des Meeres, er bewegt sich kontinuierlich vorwärts. Hier besteht unser Wunsch weiterhin darin, zu erforschen und dies voranzubringen hic sunt leones im Idealfall immer weiter, über den Mond hinaus, über den Mars hinaus, über die Grenzen des Sonnensystems hinaus, in den interstellaren Raum.

Zeiten, Mittel und Menschen ändern sich, aber der Antrieb zur Erkundung des Unbekannten ist derselbe und Navigationssysteme basieren, auch wenn sie immer perfekter und präziser werden, auf ziemlich gemeinsamen Prinzipien. Um ein Lucio Anneo Seneca zugeschriebenes Zitat zu paraphrasieren: „... Es gibt keinen günstigen Weg für den Seemann, der nicht weiß, wohin er gehen soll ...“ und ich würde pflichtbewusst hinzufügen ... und vor allem weiß er es nicht wo er ist ... Die Astronauten, die aus wissenschaftlichen, kommerziellen oder militärischen Gründen segeln, müssen es tatsächlich tun genau wissen, wo sie sich befinden, um richtig zu ihrem Ziel navigieren zu können.

Wir wissen nicht, wie viel Zeit noch vergehen wird, bis die erste Weltraumforschung jenseits des Sonnensystems durchgeführt werden kann. Derzeit fehlt die Technologie, die für einen effizienten Antrieb über große Entfernungen erforderlich ist. Während auf geeignete Triebwerke gewartet wird, geht die Arbeit der Wissenschaftler weiter, mit dem Ziel, die Anzahl zu erhöhen Presse als galaktische Uhren verwendet werden. Durch eine eingehende Analyse ihrer Signale können diese ausgewählt werden Presse die auf langen Zeitskalen die gleiche Stabilität wie Labor-Atomuhren gewährleisten und sich mit den in unserem Besitz befindlichen Instrumenten nicht messbar bewegen. Dies wird es zukünftigen Navigatoren des Unbekannten ermöglichen, genau zu wissen, wo sie sich befinden.

Wenn die Raumfahrt und galaktische Erkundungen mit künstlichen Sonden den Menschen bisher Erkenntnisse darüber vermittelt haben, was bis vor einem Jahrhundert nur in Studien und Beobachtungen von der Erde aus oder sogar in der Fantasie der Menschen lag, ist es sehr wahrscheinlich, dass es sich dabei um zukünftige Raumfahrten handelt zu wissenschaftlichen Zwecken, wird erhebliche wirtschaftliche Motive (Suche oder Gewinnung von Rohstoffen und Energieressourcen), militärische oder sogar (warum nicht?) Tourismus haben. Ohne zu berücksichtigen, dass es aller Wahrscheinlichkeit nach in Zeiten, die wahrscheinlich nicht einmal unsere Urenkel interessieren, notwendig sein wird, einen dauerhaften Aufenthalt fernab unseres Planeten zu planen.

Um zu wissen, wohin man gehen soll, ist es daher unerlässlich, über umfassende Kenntnisse des Universums zu verfügen, aber vor allem über Systeme zu verfügen, die es uns ermöglichen genau wissen, wo wir uns im Weltraum befinden, ein kleines, aber entscheidendes Detail, das zukünftigen Kosmonauten dabei helfen wird, ins Unbekannte zu navigieren und die Menschheit zu neuen Horizonten zu führen.