Navigation

Navigation, die Kunst, ein Schiff mit Hilfe der Regeln, die die Schiffahrtskunde (Steuermannskunst) lehrt, sicher von einem Ort nach einem bestimmten andern Ort auf der Erde, über See oder in Binnengewässern zu steuern, und außerdem die Kenntnis derjenigen Methoden, die es gestatten, jederzeit den jeweiligen Schiffsort auf der Erde zu bestimmen. Ferner kommen auch für die Schiffahrtskunde im weiteren Sinne die gesetzlichen Vorschriften sozial- und handelspolitischer Natur für eine sichere Navigation in Betracht, d.h. der die Navigierung eines Schiffes leitende Kapitän muß diese Vorschriften kennen, wenn er Schiff und Ladung sicher und zweckmäßig führen und behandeln soll.

Die Navigation zerfällt in zwei verschiedene Klassen, in die sogenannte terrestrische und die astronomische Navigation. Die erstere lehrt den jeweiligen Schiffsort bestimmen durch Methoden, die ohne Zuhilfenahme der Beobachtung der Gestirne ausgeführt werden können; die zweite Art beruht auf den Regeln der astronomischen (geographischen) Ortsbestimmung unter Berücksichtigung des Umstands, daß der Schiffsort, d.h. der Beobachtungsort, veränderlich ist.

Die terrestrische Navigation kann wieder eine solche sein, die mittels Landmarken, d.h. durch Peilung bekannter Objekte, durchgeführt wird (natürlich nur in der Küsten- und Binnenschiffahrt möglich), oder die auf der Berechnung des Schiffsortes aus abgefahrener Distanz und gesteuertem Kurs beruht. Werden mehrere Strecken bei verschiedenem Kurs durchfahren, so müssen diese durch einfache Rechnung miteinander so verbunden werden, daß man schließlich den Gesamtkurs (Generalkurs) und die gutgemachte Strecke erhält (diese Rechnung nennt man den Koppelkurs, weil die einzelnen Abschnitte der Fahrt aneinander gekoppelt werden). Diese Methode liefert immer nur die »Fahrt durch das Wasser« im Gegensatz zu der »Fahrt über den Grund«, welch letzterer aus dem ersteren genähert erhalten werden kann, wenn man die Wirkung der Strömungen und die durch den Wind erzeugte »Abtrift« in Rechnung bringen kann, was natürlich nur bei genauer Kenntnis der einschlägigen hydrographischen und meteorologischen Elemente möglich ist. Es muß daher für eine sichere Navigation der Schiffsführer auch die hierzu nötigen Kenntnisse besitzen. Die unter staatlicher Aufsicht stehende Ausbildung der Schiffsführer erfolgt auf den Navigationsschulen. (Steuermannsprüfung und Prüfung für große Fahrt; über das Bestehen dieser Prüfungen werden »Patente« erteilt, die allein zur Schiffsführung berechtigen.)

I. Terrestrische Navigation.

a) Schiffahrt nach der Karte. Diese ist darauf gegründet, daß auf der Fahrt immer oder doch zeitweise Land in Sicht kommt, dessen Lage auf einer Seekarte genau eingetragen ist. Der jeweilige Schiffsort wird dann durch Anpeilen von Landmarken oder Seezeichen in der Weise bestimmt, daß man entweder durch die mittels des Peilkompasses gewonnenen Richtungen nach einem solchen Zeichen und durch Messung der bekannten Höhe des Zeichens (Leuchtturm, Feuerschiff, Landbake u.s.w.), durch Rechnung oder Konstruktion auf der Karte den Ort des Schiffs findet, oder durch sogenannte Kreuzpeilung, d.h. durch das Anvisieren zweier oder mehrerer fester Zeichen und durch Konstruktion des so gebildeten Dreiecks auf der Karte. Die Differenz beider Peilungen gibt als geometrischen Ort den Kreis, dem dieser Winkel einbeschrieben ist, über der Sehne A B (Fig. 1), und einer der beiden absoluten Kurse gibt den Ort des Schiffes auf diesem Kreisbogen. Diese Art der Peilung liefert dann die genauesten Orte, wenn die Differenz der Peilungen einem rechten Winkel gleichkommt. Ein besonderer Fall ist der, in dem das Schiff sich genau zwischen beiden Zeichen befindet (das läßt sich mittels des Prismenkreuzes sehr scharf beobachten), oder der, wenn man zwei sichtbare[591] Zeichen in genau derselben Richtung steht, z.B. die beiden Leuchtfeuer auf Borkum u.s.w. Beide Fälle kommen häufig bei der Ansteuerung von Fluß- und Hafeneinfahrten zur Anwendung.

b) Die Besteckrechnung. Diese muß angewendet werden, wenn sich das Schiff außer Sicht des Landes befindet und keine astronomische Beobachtung möglich ist oder zur Berechnung solcher die genäherten Unterlagen beschafft werden sollen, d.h. die sogenannte gegißte Breite und Länge der Schiffsposition.

Die Grundaufgaben der Besteckrechnung sind: 1. Geographische Breite und Länge des Abfahrtsortes sowie der gesteuerte Kurs und die gesegelte Distanz sind gegeben, es ist der erreichte Schiffsort zu bestimmen. 2. Die geographischen Breiten und Längen sowohl des Abfahrtsortes als auch des Ankunftsortes sind gegeben, es soll der zu steuernde Kurs und die zu segelnde Distanz (mutmaßliche Fahrtdauer) bestimmt werden. Zur Auffindung der Richtung der Fahrt gegen den Meridian gehört vor allem die Kenntnis der magnetischen Deklination (der Mißweisung) an dem betreffenden Ort und außerdem der Einfluß der Eisenteile des Schiffes auf die Richtung der Kompaßnadeln (der Deviation, s. Kompaß). Sind beide Korrektionen bekannt (die Bestimmung der letzteren ist häufig sehr schwierig und ihr Betrag mit dem Schiffsort selbst veränderlich), so kann man aus dem nach dem Kompaß gesteuerten Kurs den rechtweisenden Kurs bestimmen und umgekehrt den rechtweisenden aus der Rechnung oder der Karte zu entnehmenden Kurs in den nach dem Kompaß zu Heuernden umwandeln.

Fährt ein Schiff rechtweisend direkt in der Richtung des Meridians, so ist die gutgemachte Fahrt über den Grund (also nach Abzug der Stromversetzung) direkt die Breitendifferenz. Die Fahrt eines Schiffes gibt man in sogenannten Knoten (k) an, d.h. in der Anzahl von Seemeilen, die das Schiff in einer Stunde zurücklegt (s. Log). Da 1 Seemeile gleich 1852 m einer Bogenminute im Aequator oder genähert auch im Meridian ist, so wird die Anzahl der geregelten Knoten (k), multipliziert mit der Zeit in Einheiten der Stunde, sofort die Breitendifferenz zwischen Anfangs- und Endpunkt der in Betracht gezogenen Fahrstrecke liefern. Fährt das Schiff im Parallel, so wird die gutgemachte Längendifferenz außer auf dem Aequator offenbar größer sein als die abgesegelte Distanz, und zwar im selben Verhältnis, in dem der Radius (r) des betreffenden Parallelkreises kleiner ist als der Erdradius R am Aequator. Es wird sein r = R cos φ, wenn φ die geographische Breite des Parallels ist. Daher erhält man für die Längendifferenz (Δ l) bei n abgesegelten Bogenminuten Δ l = n sec φ, und da nach obigen n = k · t^h ist, hat man Δ · l = k · t^h · sec φ.

Im allgemeinen wird aber ein zwischenliegender Kurs gesteuert werden; dann treten die einfachen Sätze der ebenen bezw. sphärischen Trigonometrie in die Rechnung ein und man hat dann in dem Falle 1 (s. oben) in dem rechtwinkligen Dreieck O S N (Fig. 2) gegeben d und κ, daraus folgt b = d cos κ, d die abgesegelte Distanz und a = d sin κ, κ der Kurswinkel (rechtweisend).

Soll die Strecke a, die so im Bogen größten Kreises erhalten wird, in Längenunterschied verwandelt werden, so muß der Wert entsprechend der Breite noch mit sec φ multipliziert werden. Im Falle 2 sind gegeben die geographischen Koordinaten von O und von S, es soll der Kurs und die Distanz gefunden werden; man hat also aus demselben

Dreieck:

tg κ = a/b und d = b sec κ = a cosec κ,

wo für a auch erst die Verwandlung in Seemeilen vorgenommen werden muß durch Division mit sec φ. Der wirklich zu steuernde Kurs wird dann aus κ durch Anbringung der Mißweisung und der Deviation gefunden. Die Aneinanderreihung einer Anzahl solcher Rechnungen stellt dann die Methode des Koppelkurses dar. Ein Beispiel, wie es in der Praxis sich gestaltet, mag diese Form der Besteckrechnung erläutern, dazu sei nur bemerkt, daß die Verwandlung der Summe der Abweichungen (a₁ + a₂ + a₃ + ...) dann mittels der sogenannten Mittelbreite erfolgen kann, d.h. man kann diese Summe multiplizieren mit (φ₀ + φ_s)/2 wo φ₀ die Breite des Ausgangsortes und φ_s die Breite des Ankunftsortes (zu erreichenden Schiffsortes) ist. Zur Auflösung der in Frage kommenden Dreiecke pflegt der Seemann die in allen nautischen Tafelsammlungen enthaltenen Strich- oder Gradtafeln zu benutzen, die unmittelbar a und b mit d und κ oder umgekehrt zu entnehmen gestatten. Der Seemann zählt heute noch meist die Kurswinkel nicht nach Graden von 0°–360°, sondern nach Strichen, deren 32 auf den Kreisumfang gerechnet werden (vgl. Kompaß); ein Strich ist danach nahe 11°. Diese Ableitung der Mittelbreite ist nicht ganz streng, sondern es muß eigentlich noch eine kleine Korrektion wegen nichtproportionaler Aenderung der Sekante mit der Breite angebracht werden, in der Praxis aber ist dies sehr selten nötig, da φ_s – φ₀ niemals sehr groß sein wird für eine Etmalrechnung (Etmal = 24 Stunden); vgl. das Beispiel auf nächster Seite.

Steuert ein Schiff fortgesetzt rechtweisend denselben Kurs, so wird es auf seinem Wege alle Meridiane unter gleichem Winkel schneiden. Die Linie, die das Schiff dann durchfährt, nennt man eine Loxodrome (s.d.). Diese Linie stellt sich auf den Seekarten, die nach Merkatorprojektion entworfen sind (d.h. die Meridiane stehen alle parallel zueinander und haben überall ihren äquatorialen Abstand, während die Breiten proportional ihren eignen Sekanten aufgetragen sind) als eine gerade Linie dar. Sie ist aber nicht die kürzeste Verbindungsstrecke zwischen zwei Punkten der Erdoberfläche. Wird die Erde als Kugel angesehen, so würde der durch Anfangs- und Endpunkt der Fahrt gelegte größte Kreis die kürzeste Verbindung sein. Auf der sphäroidischen Erdoberfläche ist diese kürzeste Linie eine sogenannte geodätische.

[592] Beispiel: Von 55°41' N und 16°38' O segelt ein Schiff bei 10° mittlerer Mißweisung folgende Kurse und Distanzen. Gefacht wird die erreichte Breite und Länge.

Linie. Soll also das Schiff seinen Bestimmungsort möglichst auf kürzestem Wege erreichen, so muß es, wie man zu sagen pflegt, auf dem »größten Kreis« segeln. Dieser ist auf der Merkatorkarte keine gerade Linie mehr. Seine Lage pflegt man punktweise zu berechnen und auf der Karte zu konstruieren und darauf entnimmt man dann die zu steuernde Kurve. Im Meridian und am Aequator fällt die Loxodrome mit dem größten Kreis zusammen; auf hohen Breiten und bei westöstlicher Fahrt weicht sie stark davon ab. Wegen der nötigen Rechnungsvorschriften sind die Lehrbücher der Navigation zu vergleichen. Für einen Punkt (M) zwischen φ₀ und φ_s der so liegt, daß der Winkel O P S (Fig. 3) durch P M halbiert wird und φ_s M φ₀ einen Bogen größten Kreises darstellt, hat man als Breite

Durch weiteres Halbieren des Winkels am Pol kann man leicht die gewünschte Anzahl von Punkten ihrer Breite und Länge nach bestimmen, um die Kurve auf der Karte zu konstruieren.

II. Die astronomische Navigation

erfolgt ganz nach den Prinzipien der astronomischen (geographischen) Ortsbestimmung; es kann daher hier auf die dort gegebenen Vorschriften verwiesen werden, nur mit dem Bemerken, daß für die Winkelmessung an Bord ausschließlich Reflexionsinstrumente (Sextant, Prismenkreis) in Frage kommen. Die Höhen werden dabei in den meisten Fällen über der sogenannten Kimm (s.d.) genommen, und es ist daher an den Messungsresultaten außer den Instrumentalfehlern noch die Korrektion wegen Kimmtiefe anzubringen. – (Nur einige wenige Instrumente gestatten die Höhenmessung auf andre Weise; vgl. darüber Spiegel- und Prismeninstrumente.)

Des weiteren muß bei den Höhenmessungen an Bord berücksichtigt werden, daß in der Zeit zwischen zwei Messungsreihen (z.B. zwischen der Zeitbestimmung und der Mittagsbreite) das Schiff seinen Ort verändert hat (versegelt ist, wie man sagt). Dieser Umstand wird dadurch in Rechnung gezogen, daß man die Resultate der einen Messungsreihe auf die andre reduziert mit Hilfe der inzwischen vorgekommenen und durch Besteckrechnung ermittelten Ortsveränderung. Ist in Fig. 4 S das Gestirn und S A die in A und S B die in B gemessene Zenitdistanz, so wird bei der Kleinheit der Strecke A B (Schiffsweg in 3–4 Stunden) bei B R ⊥ S A das Dreieck A B R als eben angesehen werden können und daher R A = B A cos w sein und B S sehr nahe gleich R S gesetzt werden können. Die Reduktion der in A gemessenen Zenitdistanz auf die in B gemessene wird also B A cos w, also die Korrektion wegen Versegelung von A nach B sein. Die Längenbestimmung bei großer Fahrt erfolgt heutigestags meist mittels der sogenannten Chronometerlänge. Das Schiff soll mindestens zwei Chronometer an Bord haben, so daß es mit ziemlicher Sicherheit möglich ist, in jedem Moment die Zeit des Ausgangsortes zu berechnen (Greenwichzeit). Wird sodann aus einer Zeitbestimmung (s.d.) die Ortszeit gefunden, so ist die Differenz zwischen »Greenwichzeit« und »Ortszeit« sofort die Längendifferenz gegen Greenwich. – Dazu sind zu vergleichen die Artikel Chronometer, Längenbestimmung, Geographische Ortsbestimmung. In der neueren Schiffsführung bildet die Methode der Ortsbestimmung mittels der sogenannten Standlinien (Sumnerlinien), wie sie vor zwei Jahrhunderten zuerst von St. Hilaire eingeführt worden ist, ein sehr wichtiges Hilfsmittel; es ist dazu der Art. Sumnerlinien zu vergleichen. – Alles, was auf die Navigierung eines Schiffes sich während dessen Reise bezieht, ist in ein Journal, das sogenannte Logbuch, einzutragen, welches bei allen das Schiff betreffenden Vorkommnissen dann auch vor Gericht als Ausweis über die Fahrt zu dienen hat.

Literatur: Breusing, Steuermannskunst, Handbuch der Navigation, herausgegeben von der nautischen Abteilung des Reichsmarineamts, 4. Aufl., Berlin 1901; Bolte, Fr., Neues Handbuch der Schiffahrtskunde, Hamburg 1899; Bowditch, The American practical navigator, 2. Aufl., Washington 1904. Außerdem sind eine große Anzahl von Monographien über Navigationsmethoden in den Annalen der Hydrographie u.s.w., in »Aus dem Archiv der Deutschen Seewarte«, in der Marinerundschau und in andern periodisch erscheinenden Zeitschriften über Seefahrtskunde:[593] Revue maritime, De Zee (holländ.), The nautical magazine (engl.) erschienen. Als Tafelsammlungen kommen jetzt in Betracht: Domke, F., Nautische, astronomische und Logarithmentafeln, 7. Aufl.; Schilling, C., Breusings Nautische Tafeln, Leipzig 1902; Bolte, Fr., Tafelsammlung zu dem obenangeführten Handbuch der Navigation. Besondere Tafeln gibt es für die Azimutbestimmung aus Beobachtungen der Sonne bei deren Auf- und Untergang (Amplitude) z.B. Ebsan, Azimuttafeln von 0–70° Breite, 3. Aufl., Hamburg 1903. Das Handbuch von Bolte und die Tafelsammlung von Schilling enthalten auch die neuesten Karten der magnetischen Elemente, entworfen von G. v. Neumayer. – Ein sehr wichtiges Hilfsmittel für sichere Navigation, besonders beim Anlaufen von Häfen, Kulten u.s.w. sind die von der Deutschen Seewarte herausgegebenen Segelhandbücher für die verschiedenen Meeresteile. Auch die andern Nationen geben solche Segelhandbücher heraus. Ebenso muß das Schiff natürlich mit allen nötigen und stets auf dem laufenden gehaltenen Seekarten ausgerüstet sein. Die vom Deutschen Reichsmarineamt herausgegebenen sind in den Heften der Annalen der Hydrographie aufgeführt. Außerdem gehört zur Schiffsausrüstung ein Verzeichnis der Leuchtfeuer und Seezeichen, Zeitbälle, Signalbuch u.s.w. – Eine vollständige Literatur der nautischen Wissenschaften enthält der Katalog der Bibliothek der Deutschen Seewarte nebst den Nachträgen I-VI, Hamburg 1890–1905.

Ambronn.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.