Radiobāka

Navigācijā par radiobāku sauca ierīci zināmās ģeogrāfiskās koordinātēs, kura ļāva ar radiopeilēkļa palīdzību atrast peilējumu uz to. Radiobākas pārraidīja radio signālu, kuru uztvēra kuģu radiopeilēkļi, lai noteiktu virzienu uz bāku. Visas jūrniecībā izmantotās radiobākas mūsdienās ir izslēgtas.

Radiobākas 
Radiobākas piekrastē bija tā izvietotas, lai nodrošinātu pārgājienus ne tikai atklātā jūrā, bet arī krasta tuvumā, kur daudz navigācijas ziņā bīstamu vietu, kā arī vietās, kur biežo miglu un sliktas redzamības dēļ vizuālo peilēšanu nevarēja izmantot. To darbības laiks bija tā iekārtots un to frekvences tā izvēlētas, lai viena otrai netraucētu un nepārtraukti varētu apkalpot jūrā esošos kuģus.

Visas radiobākas varēja iedalīt divās lielās grupās — cirkulārajās un virziena radiobākās.

Cirkulārās radiobākas 
Šīs radiobākas raidīja signālus radiāli uz visām pusēm vienādi, un to darbības rādiuss bija atkarīgs no dotās bākas jaudas. Kuģim, kas pēc raidītiem bākas signāliem gribēja noteikt virzienu uz cirkulāro radiobāku, bija jāpielieto radiopeilēklis un jābūt šīs bākas darbības rādiusā. Šādu radiobāku darbības attālums parasti nepārsniedza 100 jūras jūdzes un frekvence bija ap 300 kHz. Katrai šādai radiobākai bija savs pazīšanās signāls pēc Morzes koda un signāls, pēc kura to peilē. Pēdējais parasti bija viena vai vairākas garas skaņu svītras ap 20 sekunžu garas, lai kuģis paspētu tās nopeilēt.

Lai nodrošinātu labāku un ātrāku peilējumu iegūšanu no vairākām radiobākām pēc kārtas, nepārstādot kuģa peilierīces uztvērēja viļņa garumu, atsevišķas cirkulārās radiobākas tika apvienotas tā saucamajās navigācijas grupās un strādāja ar vienu un to pašu viļņu garumu. Raidīto radiosignālu raksturojums grupu cirkulārām radiobākām bija apmēram vienāds. Ja radiobāku darba cikls bija viena minūte, tad tās apvienoja vienā grupā pa sešām bākām. Katra bāka pārraidīja savu, apmēram vienu minūti garo, ciklu ik pēc sešām minūtēm jeb desmit reizes stundā.

Zinot grupā esošo radiobāku strādāšanas secību, stūrmanim bija ērti un ātri iespējams dabūt vēlamo bāku peilējumus. Kādas un cik no grupā esošajām bākām peilēt katrā reizē, bija atkarīgs no situācijas, kādā atradās kuģis attiecībā pret tām vai citām radiobākām, un no tā, kādu kuģa vietas noteikšanas paņēmienu vēlējās izmantot.

Virziena radiobākas 
Pastāvēja vairāku veidu virziena radiobākas. Izplatītākās no tām bija sektorveida, rotējošās, seglīniju un kombinētās.

Sektorveida radiobākas 

Sektorveida radiobākas angļu valodā dēvēja par consol radiobākām un tās izmantoja pie lielām distancēm, līdz 1000 un vairāk jūras jūdzēm, kad kuģis atradās aiz cirkulāro radiobāku darbības rādiusa un nebija iespējams tās peilēt no kuģa. Sektorveida radiobāku darba frekvence bija ap 300 kHz un iegūtā peilējuma precizitāte daudz lielāka nekā peilējot no kuģa cirkulārās radiobākas.

Sektorveida radiobāka sastāvēja no raidītāja un trim vertikāliem savstarpēji savienotiem mastiem, antenām, kuras novietotas uz taisnas līnijas ap 3 km cita no citas. Šo attālumu, kas atbilst apmēram trim viļņa garumiem, sauca par bāzi, bet līniju, kas perpendikulāra bāzei un gāja caur vidējo mastu, sauca par normāli. Šādai iekārtai strādājot no kopējā raidītāja radiāli ap raidierīces antenu līniju veidojās atsevišķi skaņas punktu un svītru sektori, ko dzirdēja radiouztvērējā, kas atradās bākas darbības rādiusā. Punktu un svītru sektorus atdalīja tā saucamā starpzona, līnija, kur bija dzirdama nepārtraukta, vienmērīga skaņa. Tā bija pāreja no punktiem uz svītrām un otrādi. Punktu un svītru sektori bija novietoti pārmaiņus. Tiem bija piešķirti numuri un burti: punktu sektoriem — burts A, svītras sektoriem — B, kā arī attiecīgais kārtas numurs. Katra atsevišķā sektora platums bija stingri noteikts un tas bija apmēram 10°. Tāpat katrai radiobākai bija savs, stingri noteikts, darba režīms, pēc kura notika radiosignālu padošana. Pie tam katrā radiobākas raidīšanas periodā, 30 sekundes tika pārraidīti skaņas punkti un svītras jeb tā saucamais virziena signāls.

Sektorveida radiobākas signālus varēja uztvert ne tikai ar radiopeilēkļa uztvērēju, bet arī ar jebkuru citu uztvērēju. Kuģim atrodoties jūrā, radiobākas dzirdamības rajonā, vienalga kurā A sektorā un punktā, virziena signāla sākums sākās ar skaņas punktiem, bet, atrodoties B sektoros, sākums bija ar skaņas svītrām. Sektorsignālu padošanas laikā, 30 sekundēs, tika padotas 60 zīmes (punkti un svītras).

Visu bākas darbības laiku uz kuģa šķita, ka sektori it kā griežas, vienā bāzes līnijas pusē pulksteņa rādītāju kustības virzienā, otrā, pretēji. Sektoru stāvokļi un to robežas arī pie griešanās palika stingri noteiktas un bija zināmas.

Sektoriem griežoties norādītajā virzienā, jebkurā sektorā un jebkurā tā punktā, katru raidīšanas periodu, virziena signālu došanas laikā (30 s), bija dzirdamas 60 zīmes (punkti un strīpas). Bija jāizskaita zīmes no virzienu signāla uztveršanas sākuma līdz starpzonas, līnijas pienākšanas momentam, kad dzirdama vienmērīga nepārtraukta skaņa. Teiktais saprotams noklausoties zemāk ievietoto audio datni.

Radiobākas raidīšanas perioda pirmajā pusē, kad radiobāka strādāja ar vidējā masta antenu kā cirkulārā bāka, uztvērējā bija dzirdama gara skaņas svītra, kas domāta aptuvenai peilēšanai ar kuģa peilierīci. Otrajā perioda daļā (30 s) raidītājs vienlaicīgi strādāja ar abām malas mastu antenām un vienmērīgā tempā noraidīja vienlaicīgi 60 pārus skaņas punktu un svītru.

Datnē dzirdamais uztvērējs atradās vienā no B sektoriem (svītru sektoriem), ⅓ no šī sektora malas. Vispirms dzirdamas 40 svītras, tad starpzona, pēc tam 20 punkti.

Kā dzirdams, sektorveida diagramma pārvietojas, it kā griežas noteiktā virzienā ar noteiktu vienmērīgu ātrumu. Tās pagrieziena leņķi x, skaitot no virziena signālu padošanas sākuma līdz starpzonas pienākšanas momentam, nosaka zīmju skaits, ko vienkārši saskaita. Atrodoties punktu sektorā, saskaita punktus, bet, atrodoties svītru sektorā, svītras.

Ja no virziena signāla padošanas momenta līdz starpzonas pienākšanas momentam saskaitīja 40 svītras, tad, pieņemot, ka visa sektora platums D°, tad leņķis x° (par cik pārvietojusies starpzonu līnija) būs

.

Tā kā sektoru starpzonu, līniju pamatstāvokļi bija dabā nemainīgi, to virzieni bija zināmi un pat doti uz šim nolūkam paredzētām kartēm, tad, zinot x°, nebija grūtību aprēķināt peilējumu no krasta bākas uz kuģi.

x° bija jāatņem no starpzonas pamatstāvokļa virziena, ja diagramma griezās pret pulksteņa rādītāju kustības virzienu. Savukārt, ja kuģis atradās pretējā pusē bāzes līnijai, kur bākas diagramma griezās pulksteņa rādītāja kustības virzienā — x° pieskaitīja starpzonas pamatstāvokļa virzienam.

Ja iepriekš nebija zināms, kurā sektorā kuģis atrodas, bija nepieciešams kuģa radiopeilēklis. Ar to peilēja izraudzīto sektorveida bāku kā cirkulāro radiobāku, tajā momentā, kad tā deva garo, nepārtraukto skaņas signālu. Atliekot iegūto peilējumu uz kartes, uz kuras uznesti sektori ar to starpzonu līnijām, varēja konstatēt, kādā burtu sektorā un numurā kuģis atradās, kā arī to, kādā virzienā diagramma griezās šajā sektorā.

Sektori, kuri tieši piekļāvās bāzes līnijai, skaitījās "nedroši", skaņa tajos bija klusāka un bija grūti atšķirt punktus no svītrām, tādēļ precizitāte mazāka.

Vislielākā precizitāte bija iegūstama, kad kuģis atradās uz normāles vai tās tuvumā. Precizitāte kuģa vietas noteikšanā pēc sektorbākām dienā sasniedza ±5 jūras jūdzes pie 600 jūras jūdžu attāluma no bākām. Tādēļ sektorveida bākas reti izmantoja pie attālumiem, kas pārsniedza 600 jūras jūdzes. Katrai bākai bija arī sava pieļaujamā minimālā distance, kura bija 25 līdz 50 jūras jūdzes. Ja distance bija mazāka, sektorveida bāku varēja izmantot kā cirkulāro radiobāku.

Diagrammai (sektoriem) griežoties un tuvojoties starpzonu līnijai, dzirdamība samazinājās un abās pusēs tai tik tikko varēja sadzirdēt skaņu zīmes — punktus un svītras. Tie saplūda kopā vienā nepārtrauktā skaņā, starpzonā, un to kopējais skaits bākas darbības periodā vairs neiznāca sešdesmit. Dažas zīmes it kā pazuda. Tāpēc, nosakot peilējumu, neskaitīja tikai punktus (atrodoties punktu sektorā) vai tikai svītras (atrodoties svītru sektorā) līdz starpzonu līnijas pienākšanai, bet skaitīja visas zīmes līdz virziena signālu cikla nobeigumam.

Ja tomēr, skaņu zīmes saskaitot, neiznāca 60, tad faktisko zīmju skaitu, pēc kura noteica peilējumu, aprēķināja pēc formulas:

,

kur N — faktiskais punktu skaits, ja virziena zīmes sākas ar punktiem, vai svītru skaits, ja sākas ar svītrām, N1 — saskaitītais punktu vai svītru skaits līdz starpzonas pienākšanai, N2 — saskaitīto punktu vai svītru skaits pēc starpzonas pienākšanas līdz perioda beigām.

Lai būtu vieglāk atrast kuģa observēto vietu, bija izgatavotas attiecīgo rajonu speciālās radionavigācijas kartes. Uz šīm kartēm, bez parastām navigācijas vajadzībām nepieciešamām ziņām, bija uznesti arī šo bāku sektori un peilējumu līnijas vienlaikus divām sektorveida bākām. Atkarībā no kartes mēroga un kuģa attāluma līdz bākai, peilējuma līnijas bija uznestas atbilstoši punktu un svītru skaitam ik pa 5 vai 10 zīmēm. Parasti uz šādām kartēm peilējumu līnijas bija parādītas vienai bākai, vienā krāsā, otrai, citā. Pielietojot šādas radionavigācijas kartes, peilējumu skaitliskās vērtības pat nebija vajadzīgas, visu izšķīra sektoru nosaukumi un zīmju (punktu un svītru) skaits.

Rotējošās radiobākas 

Rāmja antenas uztveršanas un izstarošanas diagramma atgādina skaitli astoņi ar virziena uztveršanas vai izstarošanas spējām divos virzienos. Ja vienlaicīgu uztver vai raida ar rāmja un vertikālo antenu, tad kopējā diagramma veido tā saukto kardioīdu ar virziena uztveršanas vai raidīšanas spējām vienā virzienā. Pirmajai diagrammai ir divi minimumi, bet otrajai — viens.

Pirmā veida rotējošā radiobāka bija raidītājs, kas apgādāts ar parasto rāmja antenu, kura vienmērīgi griezās ap vertikālo asi ar tādu aprēķinu, lai pilns apgrieziens notiktu precīzi vienā minūtē. Visi kuģi, kuri atradās šādas rotējošas krasta radiobākas darbības rādiusā, radiouztvērējos dzirdēja divus skaņas minimumus.

Ar rotējošo radiobāku noteica peilējumus no bākas uz kuģi. Šim nolūkam momentā, kad klusuma josla (minimālā skaņa), rāmja antenai griežoties, gāja caur virzienu uz ģeogrāfisko ziemeļpolu, bāka deva speciālu signālu, tā saucamo Nord signālu. Tas atšķīrās no normālās nepārtrauktās skaņas, ko bāka deva visu antenas rotēšanas laiku. Nord signālu dzirdēja uztvērējā neatkarīgi no kuģa izvietojuma attiecībā pret radiobāku. Peilējuma iegūšanai momentā, kad dzirdēja Nord signālu, stūrmanis palaida sekundmēru un, kad nepārtrauktā skaņa izbeidzās un skaļrunī bija klusums, sekundmēru apturēja un nolasīja sekunžu skaitu. Tā kā 60 sekundēs antena izdarīja pilnu apgriezienu, tad vienā sekundē tā pagriezās par sešiem grādiem.

Tā kā pilna antenas apgrieziena laikā bija divi skaņas minimumi, tad otrā minimuma laikā rāmja antena bija pagriezusies vēl par 180°. Tādā veidā peilējumus varēja noteikt ik pēc pusminūtes, ko arī darīja, lai iegūtu lielāku precizitāti. Nosakot peilējumu pēc diviem minimumiem, starpība bija 180°, bet uz vajadzīgo peilējumu tas būtībā iespaidu neatstāja, viens no tiem bija peilējums, otrs — pretpeilējums.

Tā kā kuģim atrodoties uz rotējošās radiobākas meridiāna uz ziemeļu vai dienvidu pusi, Nord signāls nebija dzirdams, tad bez Nord signāla deva arī tā saucamo Ost signālu momentā, kad minimums gāja caur ģeogrāfisko austrumu virzienu, skatoties no rotējošās radiobākas.

Otrā veida rotējošā radiobāka darbojās pēc tāda paša principa. Kardioīdas veida diagramma vienmērīgi griezās vai nu uz austrumu vai rietumu pusi. Sākuma momentu skaitīja, kad kardioīdas minimums sakrita ar kādu raksturīgu virzienu, parasti vai nu ar ģeogrāfisko austrumu vai rietumu virzienu. Šajā momentā bāka deva attiecīgi Ost vai West signālu, piemēram, skaņas svītras veidā, un tālāk punktus. Tie aizvietoja sekundmēru, jo katrs punkts tika padots pēc iepriekš noteikta kardioīdas pagrieziena leņķa. Saskaitot punktus no bākas darbības sākuma līdz klusuma momentam, aprēķināja peilējumu no radiobākas uz kuģi.

Seglīniju radiobākas 

Seglīniju radiobākas galvenā sastāvdaļa bija antena, kas ļāva noraidīt signālus noteiktā virzienā. Tā sastāvēja no diviem nekustīgi zem zināma leņķa savstarpēji krusteniski novietotiem antenas rāmjiem. Īpašs ieslēdzējs, komutators, ļāva pēc vajadzības automātiski pieslēgt raidītāju vienam vai otram antenas rāmim. Ar katru rāmi pakāpeniski, pārmaiņus noraidīja savu signālu. Šie signāli mēdza būt kombinācija no diviem Morzes zīmju burtiem, parasti, A un N (· ― un ― ·), B un V (― · · · un · · · ―), vai arī E un T (· un ―).

Krusteniskais antenas rāmju novietojums, bākai strādājot, radīja starp atsevišķo rāmju astoņnieka diagrammām šauru sektoru. Šajā sektorā abu diagrammu malas nedaudz pārsedzās un parastā kuģa uztvērējā bija dzirdama nepārtraukta skaņa, abi Morzes burtu signāli, piemēram, A un N saplūda nepārtrauktā skaņā. Kuģim atrodoties vienā vai otrā pusē attiecībā pret nepārtrauktās skaņas asi, tā sauktajā divburtu sektorā, uztvērējā attiecīgi bija dzirdamas vai nu pārsvarā A, vai N zīmju skaņas, bet, novirzoties vēl tālāk, kuģis nonāca vienburtu sektorā, kur uztvērējā bija dzirdama tikai viena burta Morzes zīmes.

Šādas bākas uzstādīja fārvateru (kuģu ceļu) un kanālu galos, un tās izmantoja miglā sliktas redzamības apstākļos, kuģim tuvojoties ostai vai arī ejot pa kanālu. Tā kā noteikt kuģa atrašanās vietu attiecībā pret ejamā ceļa asi varēja tikai pēc novirzīšanās no tās uz vienu vai otru pusi, tas ir, pēc nepārtrauktās skaņas izbeigšanās, tad, īstenībā kuģis pārvietojās nevis pa taisni, bet gan pa līču loču līniju, kas atgādināja dziestošu sinusoīdu. Ejot pēc šādas seglīniju radiobākas, bija nepieciešams labi sagatavots stūrmanis un stūres vīrs, labas kuģa manevrēšanas spējas un bija jāiet ar samazinātu ātrumu, neizdarot straujus pagriezienus.

Seglīniju radiobākas, tāpat kā cirkulārās un rotējošās radiobākas, parasti uzstādīja tajā pašā vietā, kur vizuālās, nereti tajā pašā būvē vai tiešā tās tuvumā. Radiobāku un parasto bāku atrašanās vietas uznestas uz pārgājiena kartēm, un, nosakot kuģa vietu, bija izdevīgi, ja radio un vizuālos peilējumus iespējams atlikt no viena un tā paša kartes punkta. Tāpat bija svarīgi, lai vizuālā seglīnija sakristu ar radiobākas seglīniju.

Kombinētās radiobākas 
Izšķīra šāda tipa kombinētās radiobākas:
 Cirkulārā radiobāka ar virsūdens skaņas padošanas ierīci;
 Cirkulārā radiobāka ar zemūdens skaņas padošanas ierīci;
 Cirkulārā radiobāka ar seglīniju un virsūdens skaņas padošanas ierīci.
Ar kombinēto radiobāku palīdzību varēja noteikt peilējumu no kuģa uz šo bāku un tajā pašā laikā iegūt attālumu līdz tai, tādējādi nosakot kuģa atrašanās vietu pēc attāluma un peilējuma.

Peilējumu ieguva ar kuģa radiopeilēkli vai arī vizuāli, ja bāka bija redzamības rādiusā. Lai iegūtu attālumu, bāka vienlaicīgi noraidīja noteiktus radio un virsūdens vai zemūdens skaņu signālus. Tā kā skaņas izplatīšanās ātrums gaisā un zem ūdens ir daudz mazāks par elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrumu, tad tā pienāca uz kuģa ar nokavēšanos. Tas arī ļāva noteikt attālumu līdz kombinētajai radiobākai.

Praktiski pieņēma, ka radiobākas dotos radiosignālus uz kuģa uztvēra to padošanas momentā, jo elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrums ļoti liels. Skaņas izplatīšanās ātrums gaisā vidēji pieņemts 340 m/s, bet ūdenī — 1470 m/s. Skaņa pienāca uz kuģa vēlāk, ko bija viegli konstatēt ar sekundmēru, palaižot to radiosignāla uztveršanas momentā un apturot momentā, kad uz kuģa pienāca skaņa pa gaisu vai ūdeni.

Pēc zemūdens skaņu avotiem attālumu līdz skaņas avotam noteica pielietojot formulu:

,

kur D — attālums no kuģa līdz zemūdens skaņas avotam (jūras jūdzēs), t — laika sprīdis starp radio un zemūdens skaņu signālu uztveršanas momentiem uz kuģa (sekundēs).
 
Lai atvieglotu D izskaitļošanu un nebūtu jāpielieto sekundmērs, radiosignālu padošana notika tā, ka pēc abu veidu signālu vienlaicīgas padošanas cirkulārā radiobāka vēl zināmu laiku turpināja dot īsus impulsus ar tādu laika intervālu starp atsevišķiem impulsiem, lai zemūdens skaņa paspētu noiet 1 vai 0,5 jūras jūdzes.

Skaņas izplatīšanās ātrums ūdenī un bākas darbības rādiuss nebija pastāvīgi lielumi. Tie atkarīgi no skaņas avota stipruma, ūdens sāļuma, temperatūras, jūras stāvokļa, atmosfēras spiediena, gadalaika u.c., tādēļ izmantojot zemūdens skaņas signālus, stūrmanim bija jābūt uzmanīgam, bija nepieciešama saskaņota rīcība pie radio un skaņas uztveršanas ierīcēm. Iegūtā attāluma precizitāte ar šo paņēmienu bija ap ±10%.

Nosakot attālumu līdz zemūdens skaņas avotam, nebija nepieciešams, lai skaņas avota un radiobākas vietas kā pēc virziena, tā attāluma sakristu. Bija svarīgi precīzi zināt skaņas avota atrašanās vietu, tai bija jābūt uznestai uz pārgājiena kartes.

Pēc gaisa skaņu signāliem attālumu līdz skaņas avotam noteica pielietojot formulu:

,

kur D — attālums no kuģa līdz skaņas avotam (jūras jūdzēs), t — laika sprīdis starp radio un skaņas signālu uztveršanas momentiem uz kuģa (sekundēs).

Lai vienkāršotu aprēķinu un nebūtu jāpielieto sekundmērs, kura palaišanas un apturēšanas momentos var rasties kļūdas, radiobāka pēc kopējā signāla padošanas turpināja dot īsus impulsus. Tos deva automātiski ar tādu aprēķinu, lai katrs impulss kopā ar pārtraukumu atbilstu laika sprīdim, kādā skaņa noiet vienu jūras jūdzi — 1852 m.

Tādā veidā, saskaitot uz kuģa uztverto radioimpulsu skaitu līdz skaņas pienākšanas momentam, dabūja attālumu līdz skaņas avotam. Attālums, kādā vispār varēja noteikt kuģa vietu pēc šī paņēmiena, bija atkarīgs no skaņas avota stipruma. Praktiski tas nepārsniedza 5 līdz 6 jūras jūdzes.

Pielietojot šo kuģa vietas noteikšanas paņēmienu, bija jāņem vērā, ka atkarībā no meteoroloģiskajiem apstākļiem skaņas dzirdamības attālums varēja būt ļoti dažāds. Kuģis varēja atrasties pavisam tuvu skaņas avotam, bet skaņa nebija dzirdama un, otrādi, skaņa bija dzirdama ļoti tālu. Gadījās, ka migla slāņveidīgi klāja bākas apkārtni un skaņa gāja te caur miglu, te rajonā bez miglas, tādēļ notika vairāk vai mazāk spēcīga skaņas atstarošanās un tā, atbalss iespaidā, bija dzirdama pat dubultoti. Šādos gadījumos samazināja kuģa gaitu, mērīja dziļumu un izmantoja jūras radaru. Atrodot izmērīto dziļumu uz radiopeilējuma līnijas, kas bija novilkta uz kartes no radiobākas, varēja pietiekoši precīzi orientēties pat tad, kad vispār skaņas signāls nebija uztverts.

Parasti kombinētās radiobākas ar gaisa skaņu padošanas ierīci iekārtoja vietās, kur biežas miglas, ostu pieejās, krastā, kura tuvumā daudz navigācijas ziņā bīstamu vietu, un uz ugunskuģiem.

Kombinētās un seglīniju radiobākas atradās vienā un tajā pašā punktā, un to darba režīmi bija saskaņoti. Pēc šīm bākām ejot pa seglīniju un izmantojot gaisa vai zemūdens skaņas signālus, ko dod bāka, varēja noteikt attālumu līdz seglīnijas bākai, t.i. skaņas avotam.

Atsauces

Ārējās saites 
 Consol sektorveida radiobāku apraksts 

Jūrniecība
Bākas