מצפנים



ראה גם המצפן המגנטי

המצפנים לסוגיהם השונים הנם מכשירים למדידת זויות במישור האופק. המלה מצפן מקורה בכנוי "צפון" ,שם זה נתן לנקודה ממנה יוצא ציר הסיבוב של כדור הארץ. האזור הקרוב לציר נקרא "אזור הקוטב" והוא מוסתר מקרני השמש כמחצית השנה .
השמש מסתירה = מצפינה את קרניה מאזור זה ולכן המלה צפון.

צפון המצפן משמש נקודה התחלתית (0 מעלות) שממנה מודדים עם כוון השעון - זויות עד תו- כוון(של חרטום כלי השיט או של מד-תכווינים כל שהוא).

פרוט השמושים

1. הגוי/נתוב - שמירה על נתיב תנועה בין שתי נקודות, ושנוי כוון לפנוי דרך ממכשולים ימיים וכלי שיט אחרים.
2. נווט - קריאת תכוינים אל אתרים מזוהים בעין ובמפה הימית וחתוכם לקבלת אתר כלי השיט (Cross Bearing ).
3. בטיחות השיט - על ידי קריאת תכוינים עוקבים לכלי שיט נתן לזהות סכנת התנגשות ולהערך לפנוי דרך.
4. משמרת עוגן - על ידי קריאת תכוינים לנקודות קבועות נתן לזהות עם העוגן יציב או נגרר.
5. לחפוש והצלה-SAR, הפלגה במפנים-Tacking , הסט/צדידה-Leeway- על ידי רשום הזמן שנעים בכוון מסוים נתן לתכנן חזרה לחפוש והצלה, תכנון הפלגה במפנים בשיט-מפרשים, או תקון סטיה מנתיב מסיבה כל שהיא.
6. חישן למכשור אחר - Heading Sensor- כל המצפנים משמשים כחישנים לעזרי נווט אחרים כמו : הגה/נתב אוטומטי-Auto-Pilot , מזעק סטיה מנתיב - Out-of-course-Alarm , רשם נתיבים - Course-Recorder , מד-רוח ועוד...



עקרון מציאת סכנת התנגשות וחישוב זמן וטווח קרבה מירבית על ידי שמוש ב"מצפן תכווינים".

עקרון מציאת האתר בנווט חופי (נקודת חתוך התכווינים במפה בה מזוהים המקומות הנראים גם בעין).


מצפן מגנטי
עקרון הפעולה של מצפן מגנטי מבוסס על כך שלכדור הארץ יש שדה מגנטי שהקטבים שלו קרובים לקטבים הגאוגרפיים. במצפן המגנטי מותקנים מוטות (מחטים) מגנטיים אל לוח, שעליו יש חלוקה של מעגל האופק, והוא מורכב על ציר אנכי. המוטות המגנטיים, בכל מקום על כדור הארץ, מושפעים מהכוחות המגנטיים המקומיים, ומסובבים את הלוח המסומן . הלוח המסומן מראה, בנקודת האפס שלו את צפון המצפן. על ידי סימון "תו – כוון" נתן למדוד זויות בין "תו הכוון" וצפון המצפן. אם יודעים את הדויאציה , שנוצרת על ידי כלי השיט, ואת הוראציה של השדה המגנטי באזור השיט, נתן לתקן את השגיאות ולקבל את הכוונים האמיתיים שדרושים לשמושים השונים.
ERROR = שגיאת המצפן היא סכום אלגברי (±) של זוית הואראציה וזוית הדויאציה.

בתרשים למטה תאור השדה המגנטי של כדור הארץ על ידי קוי –כוח שמראים את כוון השפעתם על המצפן. הקו המשווה המגנטי מתאר את כל הנקודות אשר בן הרכנת המחט המגנטית,כלפי הקטבים המגנטים, היא אפס מעלות, ° 0 =θ
MNP = Magnetic North Pole,
MSP = Magnetic South Pole,
GQ = Geographical Equator,
MQ = Magnetic Equator.
θ = Angle of Magnetic Dip.
מצפן ג'ירוסקופי
הג'ירוסקופ עקרון הפעולה של מצפן גירוסקופי מבוסס על התכונות של מתקן המכונה "גירוסקופ חופשי ומאוזן". גירוסקופ חופשי , כמו כדור הארץ, הנו בעל 3 דרגות חופש: הוא יכול להסתובב בשלושה צירים: – סביב עצמו, במישור אנכי ובמישור אופקי. למתקן כזה יש שתי תכונות עקריות:

1) החל מהרגע שהוא מקבל סחרור סביב עצמו הוא שואף להתמיד ולהצביע עם ציר הסחרור לאותה נקודה במרחב - זה מכונה "התמדה במרחב" ( RIGIDITY IN SPACE או GYROSCOPIC INERTIA );
2) ברגע שמפעילים כח כל שהוא על אחד משני הצירים האחרים (שאינם ציר הסחרור) מקבלים תגובה בכך שהציר השלישי החופשי מסיט את ציר הסחרור לכוון שאפשר לצפותו מראש. לתגובה זו קוראים "נקיפה" (PRECESSION ).
כדי להפוך ג'ירוסקופ חופשי למצפן צריכים להתמלא 3 תנאים עקריים :- א) ציר הסחרור צריך לחפש את הצפון הגאוגרפי של כדור הארץ. כלומר להתמקם במקביל לקו האורך שעליו הוא נמצא. ב) הוא צריך להנעל על הצפון גם כשכלי השיט מטלטל ו/או פונה פניות חדות ומהירות. ג) צריך להיות סדור טכני לתצוגה של חלוקת האופק למעלות ביחס לתו- כוון, כלומר תמסורת מציר הסחרור ללוח שעליו חלוקה ל- 360 מעלות, שממוקם במקום בו הוא דרוש. מצפן ג'ירוסקופי אינו מושפע משדות מגנטיים כמו דויאציה ווראציה , ובזה יתרונו העקרי, אך דרוש זמן ארוך יחסית עד להתיצבותו על הצפון.


נבנה על ידי מדען צרפתי בשם "פוקו" כדי לייצג את תנועת כדור הארץ במרחב ולתאר את התכונות הפיזיקליות שיש למסה מסתחררת אשר יש לה 3 "דרגות חופש" (שלושה צירים הנחתכים במרכזה).
הישום הטכנולוגי של הפיכת ג'ירוסקופ ל- מצפן-ג'ירוסקופי, חורג מתחום הידע הדרוש למשיט, ביחוד בגלל פתוחים טכניים מגוונים , ואלה שונים מדגם לדגם ומיצרן ליצרן. עם זאת ראוי לזכור , שלמצפן הג'ירוסקופי ישנן מספר שגיאות. השגיאה הכללית אינה עולה על כ-2° . התרומה העקרית לשגיאה במצפנים הישנים נובעת מקו הרוחב בו נמצא כלי השיט, הקורס והמהירות באותו קורס Course-Speed/Lat. ERROR. אלה משפיעים על מנגנון בקרת הכובדיות, שמשמש ל"חפוש הצפון" . תהליך "חפוש הצפון" בכל הדגמים דורש זמן ולכן עלולה להיות שגיאה אם לא ממתינים להתיצבות המצפן לפי הוראות היצרן (גם לאחר הפסקת חשמל קצרה).

רשימת שגיאות המצפן הג'ירוסקופי
1. שגיאה עקב אי התיצבות מספקת סמוך להפעלה או לאחר נתוק זמני של החשמל.
2. שגיאה עקב אי-יציבות באספקת החשמל ("נפילות מתח".
3. שגיאת "קורס-מהירות" / קו-רוחב.
4. שגיאות בתמסורת בין היחידה הראשית לתצוגות נוספות המהוות "מערכת עקיבה".
5. שגיאוה עקב טלטול חזק, פניה חדה או שנוי קצוני במהירות כלי השייט .
6. שגיאת המשתמש – שמוש לא נכון בחלקים האופטיים.
7. שגיאות מובנות, שאופיניות לכל דגם; (הרכנה באזור הקטבים, חוסר בנוזלים או בסיכה, חופש בצירי המערכת, אי דיוק בהרכבת המתקן, ובמתקני בלימת זעזועים וכיו"ב).


ההתכנסות אל קו האורך של הגירוסקופ דורשת זמן ואם לא הושלמה התיצבותו תהייה שגיאה בקריאת הכיוונים.

מצפן "שער-שטף מגנטי"Flux-Gate Compass
מצפן זה מכונה גם "מצפן אלקטרוני" . בעקרון מצפן זה הנו מצפן מגנטי, אך ראשית, המחט או המוטות המגנטיים הוחלפו ב"סלילי חישה" רגישים החשים את השנויים בשדה המגנטי שסביבם, והם ארוזים באריזה מיוחדת שהיא מהווה את יחידת "החישן"; שנית יחידת התצוגה (קריאת המעלות) מופרדת מהחישן, ונתנת למקום כל שהוא בכלי השיט, והיא מציגה את הכוונים בצורה ספרתית אלקטרונית. במצפן זה ישנו מעבד מחשב אשר שומר בזכרונו את רמת המתח החשמלי שנוצר בסלילי החישה מהשפעת המגנטיות של הסביבה בה הורכב המצפן תוך כדי סבובו סביב ? 360 של מעגל האופק. לכן לפני השמוש הראשוני במצפן זה צריך לבצע פעולת כיול להתאמתו לסביבה החדשה. בכל פעם שמפנים את המצפן לכוון שונה סלילי החישה מעוררים במעבד מתח חשמלי לפי עוצמת השדה המגנטי, בהמשך, המעבד משווה את המתח שהתקבל לזה השמור בזכרונו, ומציג את הכוון ה"מתאים" לאותו מתח.
באפן מעשי כל חישן מורכב כמו בתרשים משמאל, שני מוטות ממתכת מתמגנטת מלופפים על ידי סליל שמקבל מתח חילופין, הלפוף נעשה כך, שכל מוט בכל רגע מפתח קוטביות מגנטית הפוכה לזו של שכנו, והסליל המשני (הגדול) אינו מפתח מתח ביציאה. המגנטיות של הסביבה בה נמצא החישן גורמת ל"הפרעה" באפוס של הקוטביות, ולכן מושרה מתח לסליל הגדול (עקרון שנאי). גודל המתח יחסי למצב (זוית) החישן ביחס לקווי הכח המגנטיים באזור, וכך אפשר "לתרגם" אותו לכוון על ידי השוואה לרמות המתח שאגורות בזכרון המכשיר.
מצפן זה, בגלל מדותיו הקטנות, נח לשלוב כ-חישן חרטום בעזרי נווט שנדרש בהם יחוס לכוון. בתרשים להלן מספר דוגמאות.

היתרונות העקריים של המצפן האלקטרוני
1. לאחר כיול מתאים רמת הדיוק היא עד כדי ½ מעלה.
2. נוח לקריאה גם בפניות חדות של כלי השיט ובטלטולים מים גלי.
3. נתן להפריד את התקנת החישן למקום, שחופשי מהשפעות מגנטיות לא
רצויות, ולהתקין את התצוגה במקום נוח למשתמש, וכן לחבר למספר מכשירים הדורשים חישן כוון.

החסרונות העקריים
1. דורש כיול מורכב לפני שמוש ראשוני ובכל החלפה של סוללות.
2. תלוי באספקת חשמל ו/או סוללות. ואלה עלולים להפסק דוקא כשהמדידה דחופה וחיונית.
3. אינו נוח לקריאה מכל זוית ובאור השמש.
4. מנגנון מורכב שדורש אחזקה והתקנה על ידי מומחים בלבד (ביחוד חשוב אזון אופקי של החישן).
5. כמו מצפן מגנטי החישן מושפע מ"וראציה" ו"דויאציה" ודורש כיול לתקון.
6. יקר לרכישה ולשמוש.

חלוקות מעגל האופק:
ציור של שושנת הרוחות כפי שמופיעה על לוח המצפן.
על הלוח מסומנות שלש סקלות:
חלוקה רציפה (ל-360° )
; חלוקה רבעית ( ל-4 רבעים של 90° בחלוקה רציפה וגבולות כל רבע בכנוי מהחלוקה הנקודית (North, East, South, West )
חלוקה נקודית (ל-32 נקודות).

פקודות להגאי בחלוקה רציפה
ORDER COURSE TO BE STEERED
PORT, STEER ONE EIGHT TWO 182°
STARBOARD, STEER ZERO EIGHT TWO 082°
PORT, STEER THREE ZERO FIVE 305°

ההגאי צריך לחזור על הפקודות, והפוקד צריך לאשר ששמע, ברגע שההגאי הגיע לכוון הרצוי הוא יודיע על כך על ידי המילה STEADY
לדוגמה “STEADY ON ONE EIGHT TWO” כשקו החרטום על 182°

השוואת תכונות של מצפנים

מצפן מגנטי
יתרונות חסרונות
אינו מתקלקל לעולם בשמוש תקין. אינו מראה את הצפון האמיתי, דורש תקון דויאציה ווראציה.
אינו דורש אספקת חשמל או מקור אנרגיה אחר מושפע משדות מגנטיים לא צפויים גם לאחר תקון שגיאות (שנויים בכבלים חשמליים, כבלי מתכת, שנויים במטען כלי-השיט והתקנות כל שהן המכילות חומרים מתמגנטים)
נח וקל ליצרו כמצפן נשא ביד לקריאת תכוינים. דורש תאורה מיוחדת כשאין אור יום
אינו תופש נפח גדול ונח להתקנה בכלי השיט גם על ידי אדם שאינו מומחה. קשה לתקנו אם הוא נזוק מחבטה או מהשפעת שדה מגנטי חזק, דרוש מומחה לתקון כזה
אינו יקר לרכישה ושמוש ביחס למצפנים אחרים. שגיאתו הממוצעת עולה על מספר מעלות

מצפן ג'ירוסקופי
יתרונות חסרונות
מראה כוונים ביחס לצפון האמיתי צורך אנרגיה חשמלית באפן רצוף, ואינו שמיש בהפסקות חשמל
מדויק ויציב בדיוקו עד כדי פחות מ- 2 מעלות דרוש זמן רב עד התיצבותו על הצפון ממצב כבוי
מאפשר חבור מערכת עקיבה להזנת הכוון למספר רב של תצוגות ועזרי נווט על ידי תמסורת חשמלית אינו שמיש בטלטולים ופניות מהירים, כמו בכלי שיט קטנים ומהירים או בגלים חזקים ותדירים
אינו מושפע משדות מגנטיים, חשמליים או משנויים במטען ומבנה כלי השיט בעל מנגנון מורכב, תופש נפח גדול ודורש התקנה , אחזקה ותקונים על ידי טכנאים מומחים
יקר לרכישה, לשמוש ולאחזקה
אינו יכול לשמש כמצפן מטלטל (נשא ביד)

מצפן "שער-שטף" מגנטי - אלקטרוני (Flux Gate Compass)
יתרונות חסרונות
לאחר כיול מתאים מדויק עד כדי חצי מעלה מושפע משדות מגנטיים (דויאציה ווראציה), ודורש כיול על ידי מפעיל מנוסה
נתן להתקין את יחידת החישן במקום שאינו מושפע משדות מגנטים של כל השיט, ולהתקין תצוגות ספרתיות לכל שמוש דרוש, ובכל מקום אינו נוח לקריאה כשהוא חשוף לאור השמש והשפעות מזג אויר על התאורה והתצוגה
נח לשמוש הן כמתקן קבוע והן כמצפן מטלטל דורש כיול עם כל החלפת סוללות
אינו תופש נפח גדול ומשקלו קטן. בעל מנגנון מורכב ורגיש שאינו נתן לטפול בים
מופיע במבחר דגמים בעצובים המיוחדים לפי דרישות המשתמשים יקר לרכישה ולשמוש
תלוי באספקת חשמל כלי השיט או סוללות מיוחדות ואלה יכולים להפסיק דוקא בזמן חרום.

תירגול

ים של זויות:
עבור על הרשימה ובחר בציור שמתחת את הזווית המתאימה להגדרה.
הבא את סמן העכבר לקטע שבציור הנכון ולחץ לקבלת התשובה הנכונה.
עליך להתיחס רק לקשת הזוית המודגשת ומסומנת בחץ בקצה.
בחלק מהתרשימים יש יותר מזוית אחת, שעליך לסמן.
COMPASS BEARING DEVIATION
MAGNETIC BEARING VARIATION
TRUE BEARING COMPASS COURSE
RELATIVE BEARING MAGNETIC COURSE
SHIPS HEADING TRUE COURSE
LEEWAY
f_compass_files\image029.gif