Капитан 1 ранга в отставке, кандидат военно-морских наук, доцент по кафедре кораблевождения
В. Каманин
В ИНТЕРЕСАХ РОССИИ

В соответствии с приказом Главнокомандующего ВМФ №253 от 15 июля 1966 года специалисты Штурманской службы ВМФ 25 января отмечают свой годовой праздник - День штурмана. 25 января 2001 года - это особая, юбилейная дата: наша страна и флотская общественность будут отмечать 300-летие Штурманской службы ВМФ. Чествование штурманов и штурманской науки именно 25 января не случайно. В этот день 300 лет назад в 1701 году, Петром I была основана в Москве Школа математических и навигацких наук, которая стала первым в России образовательным учреждением. Здесь на базе знаний алгебры, геометрии и тригонометрии готовили молодых людей к решению задач морской навигации, мореходной астрономии и картографии. Выпускники учебного заведения на протяжении всего исторического периода совершали подвиги, делали открытия, развивали и совершенствовали Штурманскую науку...

С давних времен известно, что одним из основных требований, предъявляемых к мореплаванию, и тем более военному кораблевождению, является проблема точности. Эта проблема издавна привлекала к себе внимание передовых моряков и выдающихся ученых. Так, в 1569 году совершил революционный переворот в морской картографии фламандский математик и географ Герард Кремер, больше известный под латинизированным именем Меркатор. Он в г. Дуйсбурге создал знаменитую меркаторскую карту, которая получила исключительно широкое распространение и до наших дней не утратила своего значения. Знаменитому астроному Тихо Браге удалось добиться высокой точности измерений на инструментах без оптических приспособлений путем разработки новых методов наблюдений. Тихо Браге составил новые точные солнечные таблицы и уточненный каталог 800 звезд. По многолетним наблюдениям за планетой Марс его помощнику немецкому ученому Иоганну Кеплеру удалось открыть законы движения планет. Великий английский физик, астроном и математик Исаак Ньютон в 1668 году обосновал идею теории устройства секстана.

К разработке теоретических вопросов в области мореплавания были привлечены известные ученые Петербургской академии наук. Л. Эйлер разработал новую теорию движения Луны, позволившую существенно повысить точность определения долготы места. Д. Бернулли написал трактат по гидродинамике, который лег в основу теории Гидродинамических лагов. Неоценимый вклад в развитие Штурманской науки внес русский ученый М.В. Ломоносов. В 1759 году он представил в Петербургскую Академию наук доклад "Рассуждение о большой точности морского пути". Это была, по сути, программа обеспечения безопасности плавания. В ней впервые указано на необходимость создания теории Земного магнетизма, морских течений, разработки методов предсказания погоды. Для повышения точности счисления пути корабля М.В. Ломоносов предложил ряд приборов оригинальной конструкции: самопишущий компас (прообраз современного курсографа), или клизеометр, или дрейфомер - прибор для определения угла ветрового дрейфа, дромометр - прибор для определения скорости корабля относительно воды (прообраз вертушечного лага), солометр - прибор для определения скорости направления течения. М.В. Ломоносов работал над созданием секстана с искусственным горизонтом, занимался конструированием морских пружинных часов, близких к хронометру. Однако производство отечественных хронометров в России было налажено только в середине XIX века. Для наблюдения Солнца М.В. Ломоносов предложил поставить перед зеркалом секстана цветные стекла (светофильтры), а также указал на преимущества азимутальных наблюдений при определении места по небесным светилам. Заботясь о накоплении мореходного опыта, М.В. Ломоносов предложил издавать книги с опытом всех плаваний, наметить план исследований в будущих плаваниях. Таким образом, к концу XVIII века кораблевождение вступило на путь своего научного развития.

Мореплавателей стал интересовать вопрос о точности и ошибках наблюдений при морских обсервациях с научной точки зрения. Уже в первой в истории Российского флота кругосветной экспедиции шлюпов "Надежда" и "Нева" в 1803 году под командованием молодых, но опытных моряков капитан-лейтенантов И.Ф. Крузенштерна и Ю.Ф. Лисянского велись научные наблюдения, развивалось мореходное искусство, практически уточнялись места островов и мысов, устранялись многочисленные картографические погрешности, ранее определенные иностранными мореплавателями со значительными погрешностями. В 1915 году И.Ф. Крузенштерн, обобщив результаты экспедиции и других плаваний, составил "Атлас южного моря", надолго ставшим руководством для плавания в Тихом океане. Труд этот был издан на многих языках. Первое кругосветное плавание русских моряков открыло новую эпоху - дальние походы стали обычным явлением в жизни Российского флота и значительно обогатили штурманскую науку. Кругосветные и дальние океанские плавания русских кораблей стали регулярными. С 1803 по 1855 год совершено 41 плавание. Особое, непреходящее значение имеют выдающиеся научные достижения моряков и ученых, участвовавших в этих походах. Командиры шлюпов, бригов, фрегатов, барков В.М. Головин, Ф.П. Врангель, Ф.П. Литке, О.Е. Коцебу, Г.И. Невельской отличались широким морским кругозором, образованностью, пытливостью. Эти моряки, воспитанники Навигацской школы, были верны традиции, заложенной И.Ф. Крузенштерном и Ю.Ф. Лисянским, служить не только флоту, но и науке. Потомки высоко оценили заслуги первого русского кругосветного мореплавателя и исследователя, установив на набережной Лейтенанта Шмидта в Санкт-Петербурге на гранитном постаменте бронзовую фигуру адмиралу со скрещенными на груди руками.
Огромным вкладом в Штурманскую науку стали 56 крупных географических открытий русских моряков. С карты Мира исчезло множество белых пятен и разных ошибок. О подвигах моряков, об их славе говорят многочисленные русские имена и названия на карте мира. Исключительную роль сыграла экспедиция Ф.Ф. Беллинсгаузена и М.П. Лазарева на шлюпах "Восток" и "Мирный" в 1820 году. Существование ледового континента перешло из области легенд в реальность, стало научно доказанным фактом.

В начале XIX века к вопросу о точности морских обсерваций стали подходить более строго с указанием вероятнейших пределов измерений. Впервые это сделал русский мореплаватель, гидрограф, подпоручик корпуса флотских штурманов Петр Кузьмич Пахтусов. Неимоверные лишения, чудовищное напряжение сил оборвали жизнь П.К. Пахтусова в 36 лет. Но этот моряк огромного мужества и необычайной целеустремленности успел сделать очень много. В результате двух его экспедиций на картах Новой Земли вместо пунктира появилось точно очерченное южное побережье, впервые нанесена линия значительной части восточного и западного берегов. Так были получены первые научные данные о Новой Земле, собран огромный материал для лоции Карского моря, составлены таблицы приливов-отливов. Около 100 географических названий было закреплено им на морской карте. Уже в 1835 году по путям, проложенным П.К. Пахтусовым, прошло безаварийно 118 судов поморов, тогда как в 1831 году здесь побывало лишь одно судно.
За совершенный П.К. Пахтусовым подвиг и большой вклад в Штурманскую науку штурмана военно-морского флота на собранные собственные средства соорудили в Кронштадте в 1886 году памятник П.К. Пахтусову, русскому мореплавателю и гидрографу, исследователю Новой Земли.
По мере совершенствования наших знаний еще в глубокой древности на основании взаимной связи случайности и необходимости стали изучать способы и методы вскрытия необходимости через случайности. Эта наука была названа теорией вероятности. Раздел этой науки, занимающейся изучением закономерностей измерений с количественной стороны, которым подчинены случайные погрешности измерений, был назван теорией случайных погрешностей. Теория вероятностей, как математическая наука, появилась в середине XVII века. В настоящее время она превратилась в стройную полноценную ветвь математики, стоящую на уровне передовой фундаментальной науки. В этом большая заслуга принадлежит ученым мира и России.
Первые научные теории измерений были заложены трудами ученых математиков. В 1806 году французский математик А. Лежандр предложил метод наименьших квадратов (МНК) для обработки избыточного числа измерений, отягощенных только случайными погрешностями. "Король математиков" К.Ф. Гаусс опубликовал теоретическое обоснование этого метода в 1809 году. В дальнейшем эти научные теории обогащались трудами выдающихся русских ученых. В 1846 году русский математик Буняковский написал первый строго научный курс по теории вероятности. Гениальный русский математик П.Л. Чебышев совместно со своими учениками и лучшими продолжателями А.А. Марковым и А.М. Ляпуновым впервые дали доказательства закона больших чисел и ряд теорем теории вероятности. После трудов этих ученых все выведенные ранее теоремы явились вытекающими из них следствиями и частными случаями.

Новую эпоху в развитии теории вероятности создали выдающиеся советские ученые А.Н. Колмогоров, А.Н. Чеботарев, Л.С. Пантрягин, А.Я. Хинчин, Ю.В. Линник, Е.С. Венцель и др. Их труды по математической статистике, теории оптимизации, теории случайных функций послужили теоретической основой для совершенствования традиционных и создания принципиально новых более эффективных приемов расчета и анализа погрешностей при решении задач кораблевождения.

Однако достаточно полная научная разработка вопросов о точности при морских наблюдениях была произведена советскими моряками и учеными, после разработки обобщенного метода линий положения, основателем которого является лауреат Государственной премии профессор контр-адмирал В.В. Каврайский. Новый метод послужил началом для теоретического исследования и практического решения многих задач кораблевождения, в частности - способов вычисления координат обсервованного места и оценивания его точности. Большой вклад в развитие теории случайных погрешностей внес профессор, вице-адмирал Н.Н. Матусевич, который был одним из первых учителей советских штурманов, профессор капитан 1 ранга А.П. Ющенко, профессор капитан 1 ранга А.П. Белобров. Следует отметить, что контр-адмирал А.Д. Козлов одним из первых начал популяризацию и широкую пропаганду современной теории погрешностей для внедрения в штурманскую практику. В 1954 году впервые была издана книга А.Д. Козлова "Оценка точности определения места корабля". В 1956 году вышла книга А.П. Ющенко "Способ наименьших квадратов", а в 1959 году - книга Н.Ю. Рыбалтовского "Математическая обработка задач судовождения". В 1969 году издана монография В.Т. Кондрашихина "Теория ошибок и ее применение к задачам судовождения". По этим трудам обучалась целая плеяда моряков, ученых и специалистов по кораблевождению.

На практике, при оценке точности кораблевождения, постоянно приходится иметь дело с измерениями, систематические погрешности которых превосходят по величине случайные погрешности измерений. Поэтому обработка результатов измерений, отягощенных систематическими погрешностями, явилась одной из наиболее насущных проблем обработки наблюдений. Впервые эта проблема была поставлена в 1821 году К.Ф. Гауссом в статье "О наилучшей комбинации измерений". Он писал, что достаточно полно разработал теорию метода наименьших квадратов для случая, когда результаты измерений отягощены только случайными погрешностями. Теперь же он был готов предъявить доказательства метода для обработки результатов измерений отягощенных систематическими погрешностями. В феврале 1855 года К.Ф. Гаусс скончался, но ни теории, ни метода, о котом он писал 145 лет тому назад, моряки-ученые и практики так и не узнали. Развитие получила лишь теория случайных погрешностей. Высказывались утверждения, что общую теорию систематических погрешностей создать невозможно. И только спустя много лет настоятельно стала возрастать потребность практической значимости систематических погрешностей. Частично этой проблемой занимались наши выдающиеся ученые-моряки и геодезисты В.В. Каврайский, Н.Н. Матусевич, А.П. Ющенко, А.С. Чеботарев, Ю.В. Кемниц, В.Н. Зимовнов, В.А. Коугия, В.Т. Кондрашихин, М.М. Лесков, В.В. Вейхмонд и др. Однако наиболее существенный вклад в проблему основных свойств систематических погрешностей, их влияние на точность измерений и оценок искомых величин, способов обработки результатов измерений, отягощенных систематическими погрешностями внес корифей штурманского дела, военный штурман, педагог, ученый, член-корреспондент Международной академии высшей школы, доктор технических наук, профессор капитан 1 ранга М.И. Скворцов. Его первые работы в этой области относятся к 1950-60 годам. В 1974 году им впервые издан учебник для офицеров ВМФ, курсантов и преподавателей военно-морских училищ "Теория и практика решения задач кораблевождения с учетом влияния систематических ошибок". В 1980 году он издал книгу "Систематические погрешности в судовождении".

Считая, что обработка результатов измерений, отягощенных систематическими погрешностями, является одной из существенных проблем современного кораблевождения, спустя 128 лет после смерти К.Ф. Гаусса, который не успел решить эту проблему, патриот штурманской службы М.И. Скворцов успешно решил задачу.

Основной жизненный принцип М.И. Скворцова был ставить Штурманское дело в неразрывной связи теории с практикой. В результате в 1983 году он выполнил актуальнейшее исследование и создал труд "Аддитивная теория погрешностей навигационных измерений с приложениями к задачам судовождения". Его труд лег в основу многих разработок и практических рекомендаций по повышению точности плавания кораблей ВМФ.

Среди научных и методических изданий, связанных с повышением точности кораблевождения, достойное место занимают многочисленные труды ученых-моряков преподавателей военных учебных заведений: П.П. Скородумова, В.Ф. Паластрова, М.И. Скворцова, А.И. Сорокина, В.С. Болдырева, Б.Н. Беляева, Г.П. Попеко, Н.М. Груздева, А.В. Николаева, В.О. Рамма, В.А. Михальского, Р.А. Скубко, М.Н. Андреева, С.М. Трахтмана и др.

Новый этап развития кораблевождения характеризуется автоматизацией и комплексированием решения задач кораблевождения. Внедрению в практику методов и средств автоматизации кораблевождения и применению их на кораблях и подводных лодках ВМФ способствовали руководители Гидрографической службы ВМФ, НИИ ВМФ и штурманской службы флотов: А.И. Рассохо, А.Н. Мотрохов, А.В. Федотов, Ю.И. Жеглов, Р.А. Зубков, В.И. Алексин, Д.Э. Эрдман, А.Н. Яковлев, В.В. Владимиров, А.П. Бурсевич, Н.И. Неупокоев, А.С. Смирнов и др.

Возникновение новых фундаментальных наук - кибернетики, информатики, исследования операций, бурное развитие вычислительной техники ведут к существенным изменениям и в прикладных науках. Современное кораблевождение немыслимо без применения методов теории случайных функций, оптимальной обработки информации, теории надежности. Теория случайных функций служит основой современных методов определения и учета поправок штурманских приборов, анализа точности счисления пути корабля, оценивания влияния изменчивости течения на точность определения поправки лага и аванса на мерной линии. Эти вопросы более 35 лет тому назад уже ставились практиками и отдельными моряками - учеными, но , к сожалению, в современных учебниках и учебных пособиях отражения не получили.

Современная вычислительная техника делает возможным применение метода наименьших квадратов и его модификаций (обобщенный метод наименьших квадратов, метод последовательного уточнения искомых величин и т.д.) к решению весьма широкого круга задач кораблевождения. Назрела необходимость в программы и курсы обучения будущих штурманов включить для изучения символику алгебры матриц, ибо без этого невозможно изложение общности, лаконичности и наглядности. Ставка в существующих учебниках по Кораблевождению на морально устаревшие программируемые микрокалькуляторы еще более сужает круг решаемых задач.

Современный учебный процесс в Военно-морских институтах, готовящих штурманов ВМФ, требует соответствующего компьютерного обеспечения. В учебный процесс должны включаться современные персональные электронно-вычислительные машины. Только с помощью их все операции алгебры матриц легко выполняются по стандартным программам. Стала острая необходимость овладения штурманским составом соответствующим математическим аппаратом и современными алгоритмическими языками, реализуемыми в современных персональных ЭВМ. Хочется верить, что процесс реформирования высшей школы решит эту задачу в ближайшее время. Иначе мы безнадежно отстанем в процессе подготовки штурманов ВМФ от морских стран мира.