天測航法
気象条件以外の妨害がない。
敵に傍受されるような信号を発することがない。
という理由からだった。
アメリカ海軍兵学校は、六分儀を使った航法の精度が5km程度なのに対して、衛星測位システムとコンピュータを使えば18mの精度で位置を特定できるということから、1998年春から天測航法を必修科目から外すことを発表した。現在も海軍士官候補生は六分儀の使い方を学んでいるが、測定値を使った計算は全てコンピュータに任せるようになっている。
2015年10月、ハッキング環境下でのGPS測位の信頼低下性から、アメリカ海軍兵学校の練習航海において天測航法の実習が再開されることとなった。
洋上を飛行する大型旅客機でも1960年代までに利用されており、航空士が六分儀で観測していた。1968年に生産が開始されたボーイング747の初期型にはコックピットの上部に六分儀用の窓(sextant port)が設置されていたが、慣性航法システムも搭載されており通常はこちらを利用していた。
現代でも海軍や沿岸警備隊、商船学校など船員を養成する機関では、航海訓練において体験学習として行っている。アメリカ沿岸警備隊では士官学校において帆船(USCGC イーグル)による訓練航海において、帆の張り方や六分儀を利用した天測航法など旧来の航海技術を体験する海洋実習を行っている。
この前提は天測航法の最も一般的技法の基本であり "Altitude-Intercept Method"(高度差法)と呼ばれる。
他にも同様に六分儀を使って計測した結果を使う天測航法の技法がいくつかある。例えば「正午天測法 (Noon Sight)」やさらに古い「月距法 (Lunar Distance)」である。ジョシュア・スローカムは、世界初の単独世界一周航海で月距法を使っていた。高度差法とは異なり、正午天測法や月距法は正確な時刻を知らなくともよい。高度差法では、観測時の正確な秒単位のグリニッジ平均時 (GMT) を知らないとその後の天測計算が不正確になる。
ポリネシア、ミクロネシアの先住民は航海カヌーで広大な海域に点在する島を移動するため、目視による天測航法と海流や波浪、生物相、風向の観測を組み合わせたウェイファインディングと呼ばれる航海術を発達させた。
アポロ計画では、一種の天測航法で軌道の補正を行っていた。マーズ・エクスプロレーション・ローバーなど最近のミッションでは、姿勢制御に恒星追跡器などを使っている。
また深宇宙における位置の天測については、パルサーが放つX線を利用することで実現でき、ISSで行われた実験では目標計測精度16kmを8時間の観測で達成、システムの実証に成功した。
天測航法訓練装置はフライトシミュレータとプラネタリウムを組み合わせたもので、航空機の乗組員の訓練用である。
初期の例として第二次世界大戦で使われた Link Celestial Navigation Trainer がある。高さ14mの建物に収められており、爆撃機の全乗組員(操縦士、航空士、爆撃手)が搭乗可能なコックピットを備えていた。コックピットの計器に基づいて、操縦士がシミュレートされた航空機の操縦を行う。コックピットの上にはドームが設置されていて、そこに星座が映し出されているので、航空士がその恒星を観測して航空機の位置を判断する。航空機がシミュレートされた位置が変化するに従って、ドームに映し出される星の位置も変化していく。また、地上の様々な地点からの電波もシミュレートしており、航空士はそれも参考にして位置を把握する。
コックピットの下には "terrain plates" と呼ばれる大きな移動する地表の写真が設置されていて、乗組員に飛んでいるかのような感覚を与えると共に、爆撃手が爆撃目標を決定する訓練にも使われた。
この装置を操作する人員は装置の下の制御室にいて、天候のシミュレーション(風や雲)を制御していた。制御室ではシミュレートされた航空機の位置も把握しており、地図にマーカーを置いてそれを示していた。
Link Celestial Navigation Trainer はイギリス空軍が1939年に要求したことから製作された。イギリス空軍は60台を発注し、最初の1台は1941年に完成している。イギリス空軍が実際に使用したのは数台であり、残りはアメリカ空軍が数百台規模で使用した。
正確な高度角の測定法は長い年月をかけて発展してきた。最も単純な方法は腕を伸ばした状態の手で測るもので、指1本の幅が1.5度強に相当する。正確な高度角計測のため、カマル、航海用アストロラーベ、八分儀、六分儀といった計測器が開発され、正確さが向上していった。八分儀と六分儀は視地平からの角度を計測するもので、装置のポインタの配置による誤差を除去するため最も正確であり、二重鏡のシステムが装置の相対的な動きをキャンセルするので、対象物と視地平を安定的に見ることができる。
航海士は度、分、秒という単位で地球上の距離を測定する。1海里は1852メートルだが、これは地球の緯度1分に相当する子午線弧長にほぼ等しい。六分儀は0.2分未満の正確さで測定値を読み取り可能である。つまり観測者の位置を(理論上は)0.2海里以内(約370メートル)の正確さで決定できる。航海士ならば、移動中の船舶の位置を2.8km以内の誤差で決定でき、陸地の見えない洋上ではこれで安全に航行できる。
緯度は、正午に太陽の高度角を測定するか(正午天測法)、北半球ならばポラリス(現在の北極星)の高度角を測定することで得られる。現在、ポラリスは常に天の北極の1度以内にある。例えば北極星の高度角が10度なら、観測者は赤道から北に約10度の緯度にいることになる。高度角は一般に視地平からの仰角で計測するが、これは天頂の位置を正確に知るのが難しいためである。もやなどがかかって水平線が見えない場合、水準器を使う。
緯度はまた、恒星が時間と共に移動する方向によっても決定できる。恒星が東から昇ってきて、真っ直ぐ上に向かうなら赤道上にいるとわかる。南に向かって昇っていくなら赤道より北にいることになる。また恒星の位置は地球が太陽の周りを移動することで変化するため、毎日約1度ずつ変化する。この変化を正確に計測できれば、三角法を使って緯度を求めることもできる。