Tema 42. Calibratge i ajustament: cronòmetre i sextant

Desarrollo del tema

## Mètodes de Calibratge i Ajustament: Cronòmetre i Sextant

En la navegació astronòmica, la precisió és la clau. Dos instruments són fonamentals per a l'obtenció d'una posició fiable mitjançant l'observació dels astres: el cronòmetre i el sextant. El correcte calibratge i ajustament d'aquests aparells és imprescindible per minimitzar errors i assegurar la precisió necessària per a la seguretat de la navegació.

### 1. El Cronòmetre: El Guardià del Temps

El cronòmetre marí és un rellotge d'alta precisió dissenyat per mantenir l'hora amb una exactitud excepcional, indispensable per a la determinació de la longitud geogràfica. Un error de tan sols un minut en el temps pot significar un error de 15 milles nàutiques en la longitud a l'equador.

**Funció i Importància**: La funció principal del cronòmetre és proporcionar l'Hora Sidèria de Greenwich (GHA) o l'Hora Mitjana de Greenwich (GMT/UTC) en el moment de l'observació d'un astre. A partir d'aquesta hora, i amb l'ús de l'Almanac Nàutic, es poden determinar les coordenades celestes de l'astre i, posteriorment, la posició del vaixell.

**Tipus de Cronòmetres**: * **Cronòmetres mecànics**: Els tradicionals, de gran precisió i estabilitat, muntats en caixes de fusta amb suspensió cardan per aïllar-los del moviment del vaixell. Necessiten corda diària. * **Cronòmetres de quars**: Més moderns i compactes, utilitzen un oscil·lador de quars. Molt precisos i menys sensibles a les vibracions i canvis de temperatura. * **Cronòmetres electrònics/digitals**: Integrats sovint en sistemes GPS o altres instruments de navegació electrònica, ofereixen una precisió molt elevada i reben automàticament senyals de correcció horària.

**Concepte d'Error Total i Marxa Diària**: Cap rellotge és perfecte. El cronòmetre acumula un petit error amb el temps. * **Error Total (ET)**: És la diferència entre l'hora que marca el cronòmetre i l'hora veritable en un moment determinat. S'expressa en segons, amb signe positiu si el cronòmetre avança i negatiu si retarda. * **Marxa Diària (MD)**: És la variació diària constant (o gairebé constant) de l'error del cronòmetre. Es calcula observant l'error total en dos moments diferents i dividint la diferència per el nombre de dies transcorreguts. `MD = (ET2 - ET1) / (Dia2 - Dia1)` La marxa diària és crucial per predir l'error total futur.

**Mètodes de Calibratge i Verificació**: El "calibratge" del cronòmetre es refereix més aviat a la determinació precisa del seu error total i de la seva marxa diària. 1. **Comparació amb senyals horaris**: * **Senyals horaris per ràdio**: Antigament, es rebien senyals horaris precisos de diferents estacions de ràdio a freqüències específiques (per exemple, BBC, WWV). L'oficial escoltava els "pips" i comparava l'hora amb la del cronòmetre, registrant la diferència com a error total. * **Senyals horaris GPS/GNSS**: Avui dia, els receptors GPS/GNSS proporcionen una hora atòmica extremadament precisa. La forma més comuna de verificar el cronòmetre és comparar-lo amb l'hora GPS o UTC que mostren els instruments electrònics del pont. 2. **Càlcul de la Marxa Diària**: Un cop s'ha determinat l'error total en dos o més moments amb un interval de dies, es calcula la marxa diària. Aquesta marxa es registra en un diari del cronòmetre. 3. **Correcció**: Quan es realitza una observació astronòmica, s'aplica l'error total corregit pel temps transcorregut des de l'última verificació (Marxa Diària x Dies) a l'hora del cronòmetre per obtenir l'hora veritable (GMT/UTC) en el moment exacte de l'observació.

**Manteniment i Cura**: * Mantenir-lo en un lloc estable, allunyat de vibracions, camps magnètics i canvis bruscos de temperatura. * Donar-li corda a la mateixa hora cada dia (si és mecànic). * Evitar manipular-lo o moure'l innecessàriament. * Registrar les seves observacions i el seu rendiment en un diari.

### 2. El Sextant: L'Eina per Mesurar Altures

El sextant és un instrument de precisió òptica utilitzat per mesurar l'angle entre dos objectes, principalment l'altura angular d'un astre sobre l'horitzó. Amb una mesura precisa de l'altura i un temps exacte, el navegant pot determinar una línia de posició i, amb dues o més línies, una posició fiable.

**Funció i Importància**: Mesura l'altura d'un astre (Sol, Lluna, estrella, planeta) sobre l'horitzó visible, o l'angle entre dos objectes terrestres per a la navegació costanera. Aquesta altura observada (Hs) es corregeix per diversos errors per obtenir l'altura veritable (Ho), que és la base del càlcul de la línia de posició.

**Parts Principals del Sextant**: * **Armadura o Arc graduat**: La part principal, amb una escala graduada de 0° a 120° (o més). * **Braç índex**: Braç mòbil que es desplaça al llarg de l'arc, portant l'índex (nonius o vernier) i el mirall índex. * **Mirall índex**: Mirall gran, fixat al braç índex. * **Mirall horitzó**: Mirall petit, part transparent i part platejada, fixat a l'armadura. * **Ullera (telescopi)**: Permet una visualització més clara de l'astre i l'horitzó. * **Filtres de color**: Per protegir la vista en observar el Sol. * **Tornavís de micròmetre**: Per a ajustaments fins.

**Tipus d'Errors del Sextant i Calibratge/Ajustament**: La precisió del sextant depèn del correcte alineament dels seus miralls i de l'òptica. Els errors més comuns són:

1. **Error de Perpendicularitat del Mirall Índex**: * **Descripció**: El mirall índex no és perpendicular al pla de l'armadura del sextant. * **Verificació**: Amb el braç índex a uns 60°, observar l'arc del sextant a través del mirall índex. Si l'arc real i el seu reflex no formen una línia contínua, hi ha error. * **Ajustament**: Utilitzar el tornavís apropiat per ajustar el mirall índex fins que l'arc real i el seu reflex siguin continus.

2. **Error de Paral·lelisme del Mirall Horitzó**: * **Descripció**: El mirall horitzó no és perpendicular al pla de l'armadura del sextant. * **Verificació**: A l'arc graduat, ajustar el braç índex a 0°. Observar l'horitzó. Si l'horitzó directe i l'horitzó reflectit no són una línia contínua i el mirall índex està perpendicular, hi ha error en el mirall horitzó. * **Ajustament**: Utilitzar el tornavís apropiat per ajustar el mirall horitzó fins que els horitzons siguin continus.

3. **Error d'Índex (EI)**: * **Descripció**: Quan el braç índex està a 0°, el mirall índex i el mirall horitzó no són exactament paral·lels, de manera que la imatge reflectida i la imatge directa no coincideixen perfectament. És l'error més important i gairebé sempre present. * **Verificació i Correcció**: * **Per horitzó real**: Col·locar el braç índex aproximadament a 0°. Observar l'horitzó. Si la imatge directa i la reflectida no coincideixen, ajustar el braç índex fins que les dues imatges de l'horitzó formin una línia contínua. La lectura en l'escala en aquest punt és l'Error d'Índex. Si la lectura és a la dreta del zero, l'error és "+" (fora de l'arc); si és a l'esquerra, l'error és "-" (dins de l'arc). * **Per el Sol**: Utilitzar filtres per observar el Sol. Ajustar el braç índex perquè el limbe superior del Sol reflectit coincideixi amb el limbe inferior del Sol directe. Anotar la lectura. Després, ajustar perquè el limbe inferior del Sol reflectit coincideixi amb el limbe superior del Sol directe. Anotar la segona lectura. L'error d'índex és la mitjana d'aquestes dues lectures. Si la primera lectura és 'dins l'arc' i la segona 'fora l'arc', l'error es calcula com `(L1 + L2) / 2`. * **Aplicació**: L'Error d'Índex s'aplica sempre a l'altura instrumental (Hi) per obtenir l'altura observada (Hs). Si l'error és positiu, es resta; si és negatiu, se suma.

4. **Error de Col·limació (del telescopi)**: * **Descripció**: L'eix òptic del telescopi no és paral·lel al pla del sextant. * **Verificació**: Observar dues estrelles llunyanes, primer amb el telescopi al seu lloc i després amb ell girat 180°. Si l'angle mesurat canvia, hi ha error. * **Ajustament**: Generalment es fa en un taller especialitzat, ja que requereix eines específiques.

**Manteniment i Cura**: * Netejar acuradament amb un drap suau i sec. * Emmagatzemar-lo en el seu estoig, protegit de cops, pols i humitat. * Evitar exposar-lo directament al Sol o a temperatures extremes. * Revisar i ajustar els miralls periòdicament.

### 3. Importància de la Precisió

La precisió tant del cronòmetre com del sextant és fonamental perquè qualsevol error en la mesura del temps o de l'altura es tradueix directament en un error en la posició calculada. Un error combinat d'un arc minut en l'altura del sextant i de quatre segons en el temps del cronòmetre pot resultar en un error de posició d'unes 2 milles nàutiques. En la navegació astronòmica, on una precisió d'una milla és l'objectiu, la determinació i correcció sistemàtica de tots els errors instrumentals és un pas ineludible per a la seguretat del vaixell i la tripulació.