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Navigation - Grundlagen
(Hier geht’s wieder eine Ebene höher...) Inhaltsverzeichnis dieser Seite: Merkmal der Navigation
Der Begriff Navigation kommt von lat. navis, Schiff und bezog sich früher quasi ausschließlich auf die Nautik, also die Lehre von der Schiffahrt, und war mit dieser gleichbedeutend. H
Die Erdoberfläche wird hierbei durch gedachte Kreise in sogenannte Breitengrade und Längengrade unterteilt. Somit entsteht ein gitterartiges Koordinatensystem, welches die Bestimmung jeden Ortes auf der ganzen Welt einfach und unmissverständlich ermöglicht. Anmerkung zu einigen Grafiken: diese sind von rascher Hand selbst angefertigt, das ist weniger mühsam, als wenn man jeweils die Erlaubnis irgendwelcher Verlage einholen muss oder die Zeichnungen am PC fertigt. Die dadurch bedingte mindere Qualität bitte ich nachzusehen, der Inhalt kommt ja aber rüber, und darauf soll es nur ankommen!
Die Längengrade sind die schwarz dargestellten Linien, die den Nord- und Südpol miteinander verbinden. Lesen Sie im weiteren Verlauf mehr Einzelheiten dazu.
Die gedachten Kreise auf der Die Breitengrade (oder auch Breitenkreise) steigen jeweils bis auf 90° an. Die Zeichnung oben verdeutlicht, wie die Entstehung dieser Gradangabe zustande kommt. Vom gedachten Ermittelpunkt aus wird eine Linie zum Äquator gezogen und dann der Winkel von dieser Linie zum jeweiligen nördlichen oder südlichen Breitengrad bzw. Breitenkreis ermittelt (gestrichelte Linien in der Grafik). Wie in der Zeichnung erkennbar, beträgt der Winkel Erdmittelpunkt-Äquator-Linie zum Nordpol bzw. Südpol jeweils genau 90 Grad. Genauer gesagt, beträgt er 90° nördlicher Breite bzw. 90° südlicher Breite. Der Abstand zwischen zwei Breitengraden beträgt 60 NM (nautische Meilen). (Siehe auch Grafik unten). Die Kreise, deren Ebene immer durch den Erdmittelpunkt schneidet, sind die Längengrade (auch Meridiane genannt). Sie verbinden also stets die geographischen Erdpole (Nord- und Südpol) miteinander. Der Null-Meridian (also sozusagen der Ursprung) wurde willkürlich (jedoch durch Konvention festgelegt) durch den Ort Greenwich (Großbritannien, im Osten von London) „gezogen“. Der Nullmeridian wird auch als Anfangsmeridian bezeichnet, er ist – eigentlich (siehe unten) – seit 1884 der Meridian von Greenwich. Im 1675 gegründeten Observatorium von Greenwich wurde die Null inzwischen „überflüssig“. Seit 1884 bezeichnete ein eingelassenes Messingband den Nullmeridian, von dem aus die geographische Länge eines Ortes auf der Erdkugel berechnet wurde. Obwohl natürlich willkürlich festgelegt, wurde seine Lage aufgrund des weit exakteren und weltweit akzeptierten Satellitensystems zur Erdvermessung GPS korrigiert. Der Nullmeridian verläuft seit dem 1.1.1998 außerhalb der Sternwarte, 102 Meter weiter östlich. Das einstige Maß aller Ortsbestimmungen ist nur noch museales Relikt. Die Längengrade (oder Meridiane) steigen westlich und östlich bis auf 180° an. Ermitteln tut man sie so: Wiederu Ein kleines Bespiel schon einmal dazu: N53°30´32´´ E10°10´25´´E Wie man sieht, tauchen hier noch weitere Angaben auf, als nur der 53° nördlicher Breite und der 10° östlicher Länge. Eine weitere Unterteilung der Breitengrade und Längengrade in „Minuten“ und „Sekunden“ ist erforderlich, weil die Angaben sonst ja viel zu ungenau wären. Ein Grad „°“ entspricht dabei 60 Minuten (Schreibweise 60’) und eine Minute wiederum entspricht 60 Sekunden (Schreibweise 60’’). Die obigen Koordinaten des Helipads vom „Christoph Hansa“ würde man also so aussprechen (weiter unten im Text folgen noch mehr Infos dazu): 53 Grad, 30 Minuten, 32 Sekunden nördlicher Breite Manchmal wird die Angabe auch in sogenannten Dezimalminuten gemacht. Der Umrechnungsfaktor von Grad in Minuten bzw. von Minuten in Sekunden ist analog zur Uhrzeit: 30 min. sind 0,5 h. Hier lauert also eine Fehlerquelle: denn dadurch lauten die Koordinaten vom Helipad (N53°30'32" E 10°10'25") plötzlich N53°30,533' E010°10,416' - denn N.....32 sec sind 0,533 min. und E.....24 sec sind 0,416 min. Für letztgenannte Informationen Danke an Tammo Hassel, der den Fehler auf dieser Website entdeckte. Und noch etwas: Man muss diese Angaben natürlich sehr genau nehmen. Verwechsle ich nämlich einen Buchstaben, so dass der Standort des „Christoph Hansa“ nicht mehr N53°30´32´´ E10°10´25´´ sondern statt dessen mit N53°30´32´´N W10°10´25´´ angegeben wird, so befindet sich die Positionsangabe zwar noch auf der nördlichen Halbkugel der Erde, aber ansonsten genau soweit westlich vom Null-Meridian in Greenwich, wie das Helipad des „Christoph Hansa“ in Hamburg ja östlich von Greenwich liegt. Zusammenfassend ist also zu sagen: man beschreibt einen Ort, egal wo er sich auf der Erdoberfläche befindet, anhand der Angabe seiner geografischen Breite und seiner geografischen Länge. Die Breite wird dabei stets zuerst genannt! Ergänzend wird zu den Gradangaben noch eine Angabe (also genauere Unterteilung) in Minuten und Sekunden bzw. Bogenminuten und Bogensekunden gemacht. Ganz allgemein werden Richtungsangaben anhand der Himmelsrichtung getroffen, also Nord oder Süd usw. Unter einem Kurs (lateinisch »Lauf«) bezeichnet man in der See- und Luftfahrt den Winkel zwischen der Längsachse eines Schiffes oder Luftfahrzeugs und der Nordrichtung. Dazu wurde der Kompass in 360° unterteilt. Somit entspricht der Kurs nach Norden 000°, nach Osten 090°, nach Süden 180° und nach Westen 270°. Durch die Gradeinteilung können aber auch alle dazwischen liegenden Kurse genau bestimmt werden. In der alltäglichen Sprache versteht man unter dem Kurs die Richtung, in die man (theoretisch) fliegen muss, um an ein Ziel zu gelangen. Das ist also die Einsatzstelle beim Primäreinsatz oder das Krankenhaus beim Sekundärei Die Abbildung links zeigt die Kompass-Gradeinteilung. In der Abbildung handelt es sich um einen Kreiselkompass, das Prinzip der 360°-Einteilung ist gut zu erkennen. Die Zahlen zwischen den Himmelsrichtungen entsprechen den 30°-Abständen, also nach Nord kommt 030°, 060°, dann Ost, dann 120°, 150° usw. Die weitere Unterteilung mittels Strichen entspricht dann den 10er Abständen (etwas längere Striche) und den 5er Abständen (etwas kürzere Striche).
Die verschiedenen Angaben zur Nordrichtung Dass die Angabe von Richtungen jedoch nicht ganz so einfach ist, wie man denkt, sei hier anhand der Angabe der Richtung „Nord“ beschrieben. Der Flughafen Hamburg beispielsweise liegt auf dem 10° östlicher Länge, ebenso wie die Stadt Neumünster auch auf diesem Längengrad liegt. Würde ich aber anhand meines Kompasses von Hamburg aus exakt Richtung Norden fliegen, würde ich vermutlich nicht über Neumünster ankommen, es sei denn, der Wind hätte meinen Flug “günstig” beeinflusst. Das kommt daher, weil man in der Fliegerei verschiedene Kursarten unterscheidet. Diese werden im folgenden vorgestellt. True North (TN), rechtweisend Nord (S True North bezeichnet also die Richtung, wie sie von den Meridianen (den Längengraden) bestimmt wird. Es geht also hier ausschließlich um den geografischen Nordpol!
Magnetic North (MN), missweisend Nord (Siehe dazu auch Grafik unten). Der magnetischen Nordpol ist nicht identisch mit dem geografischen Nordpol. Stattdessen weicht das erdmagnetische Feld am Nordpol um etwa 2000 km vom geografischen Nordpol ab. Man spricht auch von „Variation“ oder „Ortsmissweisung“. Die Kompassnadel richtet sich aber entlang der Feldlinien des magnetischen Feldes aus, sie zeigt nicht auf den geografischen Nordpol. Dieser ist ja lediglich willkürlich festgelegt, indem man ein erdachtes Koordinatennetz über die Erdoberfläche „gezogen“ hat. Grafik rechts: die Meridiane (Längengrade, schwarz dargestellt) weisen auf den geografischen Nordpol, die blaue Linie verdeutlicht, wie sich eine Kompassnadel anhand des erdmagnetischen Feldes ausrichtet - vorausgesetzt, es handelt sich um keinen in ein Luftfahrzeug eingebauten Kompass. Hintergrundwissen:
Der Winkel zwischen rechtweisend Nord (geografischer Nordpol, roter Pfeil) und missweisend Nord (magnetischer Nordpol, blauer Pfeil) ist die Missweisung (Mw). Je nachdem, wo ich mich auf der Erde befinde, ist es möglich, dass entweder gar keine Abweichung oder aber eine Abweichung (Variation = Var) nach Westen oder nach Osten besteht.
Diese in blau eingezeichnete Richtungsangabe bezeichnet man als “missweisend Nord” (mwN, englisch: MN, Magnetic North). Hintergrundwissen:
Compass North (CN), Kompass Nord Luftf Der Kompass zeigt aufgrund dieser Einflüsse eine Nordrichtung an, die weder dem geografischen Nordpol (TN), noch dem magnetischen Nordpol (MN) entspricht, man spricht daher von “Kompass Nord” (KN, englisch: CN, Compass North). Diese baukursbedingte Abweichung wird auch als Deviation bezeichnet. Grafiken oben:
Zusammenfassung zu den Bezugsrichtungen und Beschickungen Zusammenfassend ist zu sagen, dass man unter einem Kurs (lateinisch »Lauf«) in der See- und Luftfahrt den Winkel zwischen der Längsachse eines Schiffes oder Luftfahrzeugs und der Nordrichtung bezeichnet. Je nach der Bezugsrichtung unterscheidet man (siehe Grafik rechts) die Bezugsrichtung
Durch seitliche Versetzung infolge Wind- oder Strömungseinfluss (Abdrift) wird der Kompasskurs zum Kurs über Grund KüG (Track, T), dazu unten mehr. Da ich ja nicht nur nach Norden fliege, sondern auch anderswo hin, sind die oben getroffenen Erörterungen, die sich ja immer nur auf “Nord” bezogen haben, als Hilfestellung zum besseren Verständnis zu sehen. Man spricht ansonsten ganz allgemein vom rechtweisenden Kurs, missweisenden Kurs bzw. Kompass-Kurs. Zu B In der Grafik entspricht der Winkel 070°. Die Winkel werden immer im Uhrzeigersinn gemessen und dreiziffrig angegeben (also 070° statt 70°). Ein Kartenkurs exakt nach Westen entspricht also 270°, einer nach Nord-West 315° usw. Berechnung des missweisenden Kurs mwK (Magnetic Course, MC) Das bedeutet nichts anderes als Berücksichtigung der Variation (Ortsmissweisung). Als nächstes müssen wir die Abweichung berücksichtigen, die sich daraus ergibt, dass der magnetische Nordpol woanders liegt als der geografische. Wir bestimmen den missweisenden Kurs mwK (Magnetic Course, MC), indem wir den entsprechenden Winkel vom rechtweisenden Kurs abzieht. Wie oben erwähnt, haben Missweisungen nach Westen ein negatives Vorzeichen ( - ) und Variationen nach Osten ein positives Vorzeichen ( + ). (In Wirklichkeit beträgt die Variation in Deutschland lediglich 1 bis 4° West, aber um die Berechnung übersichtlicher zu machen, werden hier höhere Werte verwendet). Die Formel lautet: Merke: Beispiel 1: Nehmen wir an, die Variation beträgt 20° West. Lösung: Die Grafik rechts verdeutlich dies. Bezogen auf rwN ist der rechtweisene Kurs rwK = 070° (rote Kurve). Das hatten wir ja oben schon ermittelt. Da die Abweichung durch die Ortsmissweisung (blaue Kurve, Var) aber 20° West ist (also – 20°), vergrößert sich der Winkel, weil ich ja nach Westen hin abgelenkt werde. Der Winkel zwischen dem blauen und dem schwarzen Pfeil entspricht 090° und das ist mein missweisender Kurs mwK (Magnetic Course). Der mwK ist anhand der schwarzen Kurve dargestellt. Beispiel 2: Nehmen wir an, die Variation beträgt 20° Ost. RwK (TC) = 070° Lösung: Die Grafik rechts verdeutlich dies. Bezogen auf rwN ist der Kartenkurs – wie gehabt – 070°. Da die Abweichung durch die Ortsmissweisung (blaue Kurve, Var) aber 20° Ost ist (also + 20°) verringert sich der Winkel, weil ich ja nach Osten hin abgelenkt werde. Der Winkel zwischen dem blauen und dem schwarzen Pfeil entspricht 050° und das ist mein missweisender Kurs (Magnetic Course).
Berechnung des Kompasskurs (CC, Compass Course) Hie Die Formel lautet: Beispiel 1: KK (CC) = 090° – (– 30°) Die Grafik rechts verdeutlich dies. Gemäß der Formel schauen wir zunächst, wie der missweisender Kurs (Magnetic Course) ist. Dieser entspricht 090° (schwarze Kurve). Die Deviation beträgt 30° nach West (grüne Kurve; grüner Pfeil = Kompass-Nord), also – 30°. Der Kompasskurs KK (Compass Course, CC) beträgt demnach 120° und ist mit der lilafarbenen Linie dargestellt. (Die eingezeichneten Pfeile sind nicht ganz winkelgetreu, die Grafik dient lediglich dem Verständnis).
Beispiel 2:
Bislang haben wir in unseren Berechnungen den Wind überhaupt nicht berücksichtigt. Flüge, die bei Windstille stattfinden, erfordern keine Berücksichtigung, da das Luftfahrzeug dem eingeschlagenen Kurs folgt. In den Sonderfällen, dass wir Gegenwind oder Rückenwind haben, ändert sich lediglich die Geschwindigkeit über Grund, eine Richtungskorrektur ist ebenfalls nicht nötig. Hintergrundwissen Insbesondere Winde, die auf die Seite des Luftfahrzeugs einwirken, führen zu einer Abdriftung vom Kurs. Das Ziel wird nicht erreicht.
Da es jedoch im Interesse des Luftfahrzeugführers liegt, den geplanten Kartenkurs möglichst gradlinig abzufliegen, bedarf es einer Kurskorrektur. Da die Abdrift das Luftfahrzeug immer zur Windabgewandten Seite drückt (Leeseite), wird das Luftfahrzeug mit einem bestimmten Vorhaltewinkel in den Wind hinein (Luvseite) gesteuert. Man spricht daher bei den Kursberechnungen auch vom Luvwinkel. Merke: Die Grafik unten verdeutlich die Zusammenhänge. Auf dem Flug vom Abflugort zum Ziel – der Kartenkurs entspricht etwa 050° – wird das Flugzeug von der linken Seite Windeinfluss ausgesetzt. Der blaue Bereich stellt den Winkel dar, um den das Flugzeug nach rechts abdriftet, die sog. Abdrift.
Der Steuerkurs (roter Pfeil) verläuft parallel zu dem Kartenkurs (Pfeil von Abflugort nach Ziel), der das Flugzeug ans Ziel bringen sollte. Der Pilot fliegt also immer noch einen Kurs von 050°. Der unter dem Windeinfluss entstehende Kurs über Grund KüG (Track), das heißt, der Kurs, den das Flugzeug tatsächlich fliegt, weicht aber davon ab. Der Pilot müsste also nach links vorhalten (Luvwinkel bzw. Vorhaltewinkel nach links) um den Windeinfluss auszugleichen. Umgekehrt ist es in folgender Grafik. Hier sehen wir die gleichen Zusammenhänge wie oben Wieder stellt der blaue Bereich den Winkel dar, um den das Flugzeug abdriftet, in diesem Beispiel nach links. Der Pilot müsste nach rechts vorhalten (Luvwinkel bzw. Vorhaltewinkel nach rechts) um den Windeinfluss auszugleichen.
Der Luvwinkel L (Wind Correction Angle WCA) Der Luvwinkel L wird auch als Wind Correction Angle WCA bezeichnet. Für die Berechnung des Luvwinkels gilt folgende Regel: Merke:
Es soll aber an dieser Stelle (noch) nicht weiter ausgeführt werden, wie man den Windeinfluss berechnet. Aber irgendwann wird diese Seite natürlich fortgesetzt...
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eutzutage ist das wesentliche Merkmal der Navigation ganz allgemein (in Seefahrt, Luftfahrt, auf der Straße) die Bestimmung des Standortes bzw. von Richtungen, um einen bestimmten Ort erreichen zu können, möglichst auf direktem Weg. Um auch unabhängig von Bodenmerkmalen (z.B. Seen, Flüssen, Bergen, Städten usw.) eine unmissverständliche Ortsangabe - wo auch immer auf der Welt - machen zu können, hat man sich ein Koordinatensystem ausgedacht, welches auch als Gradnetz bezeichnet wird.
Nebenstehende Abbildung zeigt schematisch, wie die Längengrade und Breitengrade gitterartig über die Erdoberfläche gezogen sind. Die Breitengrade sind grün dargestellt, wobei der Äquator (rot) natürlich auch ein Breitengrad ist, und zwar der längste von allen.
Erdoberfläche, die die Erde waagerecht zerschneiden und nicht durch den Erdmittelpunkt gehen (Ausnahme: der Äquator), sind die Breitengrade. Da sie alle parallel zueinander liegen, werden sie auch als Breitenparallele bezeichnet. Der Null-Breitengrad entspricht dem Äquator, alle anderen Breitengrade sind Kreise, die nördlich oder südlich davon liegen. Der Äquator teilt also die Erdkugel in eine Nord- und eine Südhälfte. Seine Länge beträgt übrigens etwa 40.075 km.
m ziehe ich zwischen dem Erdmittelpunkt und dem Null-Meridian eine gedachte Linie (gestrichelt in der Grafik oben). Der Winkel, der sich aus dieser Linie und dem betreffenden Längengrad ergibt, ist die östliche bzw. westliche Länge, je nachdem, ob ich den Winkel nach rechts (östlich) oder links (westlich) vom Null-Meridian in Greenwich ermittele. Bei dieser Methode entstehen 180 Grade östlicher und westlicher Länge, während bei der Breitengradbestimmung ja nur 90 Grade nördlicher bzw. südlicher Breite zustande kommen.
nsatz.
iehe dazu auch die Grafik weiter unten). Eigentlich sollte man meinen, Norden ist genau da, wo auch der geografische Nordpol ist. Diese Richtungsangabe gibt es auch, man bezeichnet sie als „rechtweisend Nord“ (rwN, englisch: TN, True North).
Diese auch „Beschickung“ genannte Abweichung hat...
ahrzeuge, die zum Teil auch aus magnetisi
erbaren Materialien gefertigt sind, besitzen einen gewissen Eigenmagnetismus. Dieser kommt dadurch zustande, dass das Luftfahrzeug während der Bauzeit, in der es eine bestimmte Richtung auf der Erdoberfläche einnimmt, einen Magnetismus annimmt (Induzierung von Magnetpolen). Man bezeichnet dies auch als „Baukurs“ des Luftfahrzeugs.
Achtung, verwechseln Sie nicht die Deviation mit der Variation. Die Grafik links verdeutlicht nochmals die Zusammenhänge.
eginn einer Flugplanung nach Sichtflugbedingungen, also terrestrischer Navigation, steht die Bestimmung des Kartenkurs aus der Sichtflugkarte. Um die Richtung aus der Karte zu entnehmen, ist der Bezug der geografische Nordpol, also rechtweisend Nord (TN, rot dargestellt in der Grafik links). Ich ziehe dann mit einem Stift einen Strich (schwarz in der Grafik) in die Karte, der den Abflugort mit dem Ziel verbindet. Das ist die Richtung, in die ich muss. Der Winkel zwischen rechtweisend Nord und der Richtung ist der rechtweisende Kurs rwK (TC, True Course), auch Kartenkurs genannt. Rechtweisend Nord entspricht in der Karte den Längengraden (Meridianen). Mithilfe des sog. Kursdreiecks messe ich nun den Winkel zwischen dem Längengrad und meinem eingezeichneten Strich an der Stelle, wo dieser den Längengrad kreuzt.
beschrieben. Der Kartenkurs beträgt wieder 050°, also Flugrichtung etwa nach Nord-Osten. Allerdings kommt der Wind diesmal in Flugrichtung gesehen von rechts (also Wind aus 140° oder etwa Süd-Ost).