GPS-i ja navigatsiooni ajaloost

Navigeeriti enne GPS-i ja jõuti samuti kohale

Kaasaegne GPS navigeerimine on alles mõnikümmend aastat vana, kuid omaenda asukohta osati määrata ammu enne satelliitide tulekut. Kohati on see oskus tänaseks isegi elukutselistel meremeestel ununenud, kuid nutitelefonide ja naviseadmete kõrval on siiski kasulik teada, mida teha siis, kui taevast signaali ei tule või kui taskuseadmel on aku tühjaks saanud.

Majakad ja kaardid on eksisteerinud juba aastasadasid, isegi aastatuhandeid. Tähed näitasid öösel teed, iidsed meresõitjad hoidsid kaldaga silmsidet ja kaugele avamerele ei läinudki. Nii õnnestus asustada kipakate paatidega ka Vaikse ookeani saared, mis üksteisele piisavalt lähedal ja kus selget taevast öösiti väga palju.

Tuhandeid aastaid tagasi ületati Lõuna-Hiina merd ja India ookeani mussoonidega, kuna need olid alati kindlas suunas püsivalt puhuvad tuuled ja lubasid avamerd kaks korda aastas taganttuule jõul ületada ilma ära eksimist kartmata. Samas kasutasid kaugel põhjas elavad islandlased spetsiaalset siledaks poleeritud (valgust polariseerivat) kristalli – nn päikesekivi, et leida päikese asukoht ka pilves ilmaga, mida põhjapoolsetel meredel kohtab tihti. Päikese järgi sai samuti ligikaudselt suunda ja asukohta määrata.

Kompass – üsna värske leiutis

Kompass, mis tundub tänapäeval nii lihtne tööriist, leiutati  Hiinas alles paarsada aastat enne Kristust ja Euroopasse jõudis see pärslastega 13. sajandil. Kompassinõela teravik on magnetiseeritud ja see laseb noolel maa magnetväljale vastavalt võtta suuna põhja-lõuna suunas. Kompassid muutsid meresõidu ja teedeta aladel rändamise oluliselt lihtsamaks, seeläbi täpsustusid kaardid ning isegi Eesti rannik võttis keskaegsetel joonistel juba äratuntava kuju.

Põhjanael – mismoodi selle järgi oma asukoht kindlaks määrata?

Väga vana ja kindel viis oma asukohta määrata, kui kompassi pole käepärast, on Põhjanaela järgi. See ere täht aitab põhjapoolkeral leida põhjasuuna, sest asub alati taevas justnagu põhjapooluse kohal. Kui suund käes, saab määrata ka oma laiuskraadi – tähe tõusunurk on ligikaudu sama kui laiuskraad.

Aegvõttega tähistaevast pildistades on näha – kõik tiirleb Põhjanaela ümber. See suund ongi põhjasuund ja tõsunurk horisondi suhtes määrab vaatleja laiuskraadi. Foto: (CC) Kevin Hadley / Wikipedia

Oma laius- ja pikkuskraadi täpseks määramiseks on vaja veel teada ka täpset kellaaega, mida 16. sajandini määrati liiva- ja veekellade abiga. 1760ndatel õnnestus ehitada selline laevakell, mis näitaks õiget aega ka kõikuval alusel ja lubas lõpuks ometi asukohta määrata igasuguse ilmaga.

Sekstant – täpne nurgamõõtja täpse asukoha jaoks

Sekstant ilmus navigatsiooniarsenali alles 1757. aastal. Seda kasutatakse siiani varuvariandina kui elekter või elektroonika peaksid üles ütlema.  Sekstandiga saab täpselt mõõta mistahes taevakeha nurga horisondi suhtes ja seejärel arvutada kellaaja järgi täpse laiuskraadi. Öösel saab Põhjanaela järgi leida nii suuna kui ka määrata laiuskraadi.

Tööpõhimõttelt on tegu optilise riistaga, mis võimaldab kahe objekti kujutise peeglite abil samas vaateväljas ühitada. Peeglite asendit muudetakse reguleerimiskruvi abil selliselt, et vaadeldava taevakeha asukoht projitseerub vaatlustorus horisondile. Mõõdetud nurga väärtus loetakse  seejärel reguleerimiskruvi trumlilt. Nagu näha on nurga määramine elementaarne. Keerulisem on teostada kellaajast tingitud arvutusi.

Raadio juhatab teed

1906. aastal kasutati esimest korda raadioühendust, et suunda määrata – laevale paigaldati seade, mida pöörates sai täpselt teada raadiosignaali allika. Nii tekkisid esimesed raadiomajakad, mis andsid suuna sadamale kätte ka kaugel silmapiiri taga olevatele laevadele.

1930ndatel tulid esimesed autonavigaatorid – vahelepõikena võib öelda, et need polnud mingid tehnoloogilised kõrgsaavutused, vaid auto armatuurlauale kinnitatavad keeratavad kaardirullid, mida sai kaassõitja liigutada vastavalt sellele kuhu teeristile jõuti.

II maailmasõja ajal sai valmis esimene raadionavigatsiooni lahendus meresõitjatele – LORAN, mis nelja tugijaamaga aitas navigeerida USA ja Kanada idarannikul.

Sputnikule järgnesid sidesatelliidid juba mõne aasta pärast

Satelliidiajastu alguseks võib küll lugeda 1957. aastat, kui Nõukogude Liit esimese sputniku ehk tehiskaaslase orbiidile saatis, aga GPS-navigatsiooni laadse lahenduse alguseks võib pidada 1962. aastat, kui seitsmest satelliidist koosnev TRANSIT süsteem aitas maa pealt oma asukohta määrata – küll väga ligikaudselt. Kuid sekstandi ja kompassigaga võrreldes oli süsteem kiirem ja kindlam, ehkki täpsus veel eriti hea polnud.

Edasi läks satelliitnavigatsioon aina täpsemaks, kuni 2000. aasta 1. maist hakkasid USA sõjaväe otsusel GPS-id näitama asukohta mõnesaja meetri asemel mõnemeetrise täpsusega. Nüüd võime mobiilis, nutikellas või eraldi naviseadmes asuva GPS-i abiga enda asukoha määrata juba meetrise täpsusega. Tavaliselt sellest piisab, et leida üles õige tee või vajalik peatuskoht.