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LE BUSSOLE ELETTRONICHE

Qualsiasi navigante conosce perfettamente, o almeno dovrebbe, la bussola magnetica tradizionale che, nonostante la sua età (è impiegata fin dall'anno 1000 circa), non ha perso la sua fondamentale importanza. A questo strumento insostituibile ed ancora giustamente obbligatorio, si sono affiancati nuovi apparati che consentono di individuare la direzione del Nord.

Articolo di
Guglielmo Mammucari

Pubblicato su Nautica 406 di febbraio 1996

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1000 ANNI VERSO IL NORD

Molti apparati non presentano le stesse caratteristiche di affidabilità della bussola tradizionale, ma sono più moderni e quindi di uso più comodo e facile: la bussola Flux Gate e la Girobussola.

La bussola Flux Gate

Bussola elettronica Questa bussola è ormai diventata di uso comune a bordo delle imbarcazioni da diporto, il costo contenuto e le caratteristiche generali la evidenziano come una compagna ideale della bussola tradizionale. In questo apparato l'elemento sensibile è rappresentato da una "gabbia di flusso". Come nella bussola tradizionale il sensore risente di tutte le perturbazioni del campo magnetico terrestre e quindi anche di quelle dovute ad eventuali masse ferrose o campi elettrici posti nelle sue vicinanze (la declinazione magnetica); ma mentre nel caso della bussola tradizionale è necessario effettuare i "giri di bussola" e compensare con dei magneti, nel caso della quasi totalità delle bussole flux gate è possibile effettuare l'autocompensazione. Per effettuarla non è necessario l'intervento di un compensatore ma è sufficiente effettuare un giro su se stessi con tutta l'imbarcazione.

Durante il giro un microprocessore interno registra l'intensità del campo magnetico sulle diverse prore ed alla fine del giro ne calcola il valore medio che viene memorizzato ed impiegato per correggere automaticamente tutte le misure successive.

Concettualmente la procedura rispecchia fedelmente quella che viene impiegata per i "giri di bussola" che si effettuano per la bussola tradizionale, ma con la sostanziale differenza che, al termine dei giri e della compensazione con i magneti è comunque necessario correggere il valore letto alla bussola con i valori riportati nella tabella delle deviazioni residue, operazione che con la bussola flux gate autocompensante non è più necessaria.

Inoltre le bussole fluxgate da installazione fissa sono costituite da più elementi: il sensore vero e proprio ed uno o più indicatori collegati elettricamente ad esso.

Con questa soluzione è possibile posizionare gli indicatori nella posizione più idonea per il loro impiego, senza doversi preoccupare della presenza di eventuali elementi perturbatori.

Oltre alla possibilità appena accennata di poter pilotare più ripetitori, la bussola flux gate ha altri vantaggi rispetto alle bussole tradizionali ed in particolare:

  • è interfacciabile con altri strumenti di navigazione (pilota automatico, navigatore satellitare, computer di bordo);
  • è possibile introdurre la declinazione magnetica, possibilità che unita alla autocompensazione consente di ottenere in uscita direttamente il valore vero;
  • si può visualizzare, oltre alla prora, altre indicazioni utili al timoniere (fuori rotta, ora, cronometro etc).
Per ottenere il corretto funzionamento dalla bussola fluxgate è indispensabile seguire le norme di installazione indicate dal costruttore ma è bene ricordare quelle comuni a qualsiasi apparato:
  • il sensore deve essere posizionato dove l'interferenza magnetica è minima (almeno ad un metro di distanza da fonti di disturbo);
  • il sensore deve essere fissato con viti di ottone o comunque di materiale amagnetico;
  • il sensore deve essere orientato parallelamente alla linea di chiglia o con una sua parallela;
  • i cavi per il collegamento alla alimentazione e quelli che portano il segnale ai ripetitori non devono avere volte e devono essere posizionati lontani da altri cavi elettrici conduttori di segnale;
  • l'installazione dei ripetitori non richiede particolari attenzioni se non quella di posizionarli nel punto più comodo per il timoniere o per chi deve utilizzarli.
Bussola elettronica Quanto detto fino ad ora è indirizzato particolarmente alle bussole fluxgate con installazione fissa ma esistono anche delle bussole da rilevamento a mano che funzionano sullo stesso principio. Hanno dimensioni ridottissime (alcune sono inserite in binocoli appositamente modificati), sono normalmente impermeabili e spesso hanno delle funzioni aggiuntive che le fanno diventare un validissimo aiuto alla navigazione. Sono in grado di memorizzare e numerare automaticamente i valori dei rilevamenti successivi e di richiamarli in successione facilitando notevolmente il carteggio; incorporano un contasecondi utile per controllare la caratteristica di un faro o per effettuare una partenza bruciante in una regata.

In merito alla precisione di misura delle bussole fluxgate possiamo tranquillamente affermare che è al di sotto dei 2 gradi; valore decisamente interessante se teniamo in considerazione che con una bussola tradizionale (specie se da rilevamento a mano) difficilmente si riescono ad apprezzare i 5 gradi.

La girobussola

È uno strumento estremamente complesso, necessita di alimentazione elettrica continua e a causa dell'ingombro (e del costo) non è impiegato a bordo delle imbarcazioni da diporto se non su megayachts dove ci sia almeno un membro dell'equipaggio abilitato alla sua conduzione. In ogni caso è interessante dare qualche accenno al suo funzionamento in quanto è l'unica bussola totalmente indipendente dal campo magnetico terrestre ed è estremamente precisa.

La girobussola determina la direzione del Nord sfruttando quattro leggi fisiche; l'inerzia giroscopica e la precessione proprie dei girostati; e due proprie della sfera terrestre, la rotazione intorno all'asse e la forza di gravità.

Il giroscopio in se stesso non è idoneo ad indicare la direzione del nord in quanto mantiene fisso l'orientamento dell'asse rispetto ad un punto fisso nello spazio, quale può essere considerata una stella, quindi un osservatore fermo vedrebbe l'asse del girostato muoversi secondo il moto apparente di una qualsiasi stella che sorge ad Est e tramonta ad Ovest.

Per ovviare a questo moto apparente è necessario applicare al girostato una forza che costringa il suo asse a compiere un moto angolare (precedere) di un angolo pari ed opposto al movimento apparente degli astri dovuto alla rotazione terrestre.

La forza impiegata per ottenere questa precessione è quella di gravità che viene fatta agire sul girostato per mezzo di un peso posto all'interno di una sfera solidale con l'asse del girostato.

L'unica direzione di orientamento dell'asse del girostato per la quale la forza di gravità non crea un'azione di disturbo è quella Nord-Sud.

In realtà nelle moderne girobussole non esiste alcun peso vero e proprio che agisca sul girostato; l'effetto di precessione è generato da congegni elettronici che agiscono sugli assi della sospensione cardanica per ottenere lo stesso effetto; inoltre il girostato non è collegato meccanicamente alla struttura cardanica ed anche il rotore è messo in rotazione senza impiegare collegamenti meccanici; tutti questi accorgimenti sono indispensabili per minimizzare gli effetti dell'attrito che influiscono sulle prestazioni del girostato.

Il pregi della girobussola, oltre alla notevole precisione, sono quelli di indicare il Nord vero e non quello magnetico, non necessita infatti di alcuna compensazione e non risente della declinazione magnetica, di poter pilotare un numero qualsiasi di ripetitori, di poter trasmettere il dato di prora a sistemi integrati di navigazione, di poter essere impiegata anche in vicinanza dei poli magnetici dove invece la bussola magnetica è praticamente inutilizzabile.

Piccola storia della bussola magnetica

Bussola elettronica Le proprietà dei magneti (o meglio della "pietra eraclea" come la chiamavano gli antichi) di attrarre piccoli pezzi di ferro, è nota fin dagli albori della storia; ma esse venivano impiegate esclusivamente a fini rituali e magici. La scoperta delle sue capacità direttive risalgono intorno all'anno 1000; in quell'epoca si erano già affermate le repubbliche marinare di Genova, Venezia, Amalfi e Pisa; esse divennero per necessità centri di studi e di nuove realizzazioni in campo marinaro. È quindi credibile che si debba proprio ai marinai amalfitani, come vuole la tradizione, l'ideazione, il miglioramento e l'adozione a fini nautici della bussola magnetica. L'ipotesi che l'uso dell'ago magnetico sia stato trasmesso ai popoli del Mediterraneo per mezzo di intermediari arabi che ne avevano appreso l'uso presso i cinesi non è suffragato da documentazione concreta.

Prima di essere racchiuso in una scatola, l'ago calamitato era impiegato in una maniera a dir poco ingegnosa: la descrizione dettagliata della procedura adottata è riportata in uno scritto arabo del 1282:

"... I capitani allorchè l'aria è oscura, così che non possono scorgere alcuna stella per dirigersi secondo i quattro punti cardinali, prendono un vaso colmo d'acqua e lo mettono al coperto dal vento, pigliano poi un ago fissato ad una cannuccia in modo che galleggi e lo gettano nel vaso; in seguito, presa una pietra magnetica grande da riempire il palmo di una mano, l'accostano alla superfice dell'acqua, dando un movimento di rotazione alla mano, in guisa che l'ago giri a galla e poscia ritirano la mano all'improvviso e l'ago con le sue punte fa fronte al Nord e al Sud...".

Come abbiamo visto anche l'impiego dell'ago calamitato ha sofferto per i primi tempi del suo utilizzo della diffidenza tipica dei marinai: essi preferivano orientarsi con gli astri e ricorrevano ad esso solo quando la scarsa visibilità gli impediva di servirsi delle stelle.

In effetti non si può dare loro torto, l'operazione non doveva essere poi così semplice, ed inoltre l'indicazione era poco affidabile; un pò per la magnetizzazione temporanea dell'ago ma anche per l'influenza su di essa degli altri particolari in ferro delle navi i cui effetti non erano ancora noti.

Solo verso la metà del 1200 è documentato l'impiego dell'ago imperniato e protetto da un contenitore da cui il termine bossolo trasformatosi ai giorni nostri in bussola.

Per vedere l'impiego della bussola nella sua versione definitiva, ossia con l'ago collegato alla rosa graduata, bisogna attendere la fine del XIII secolo; questa innovazione è quasi certamente attribuibile ai marinai amalfitani anche se il mitico Flavio Gioia probabilmente non è mai esistito.

In particolare il simbolo del giglio stilizzato, con cui è tradizione indicare la direzione del Nord, è una evoluzione grafica della lettera "T" iniziale di Tramontana, ovvero il Nord degli amalfitani, che chiamavano così il vento che proveniva dai monti (o paese tramontano) alle spalle della città.

La bussola a secco così realizzata è rimasta invariata fino agli inizi del XX secolo quando si passò alla bussola a liquido tuttora impiegata, seguita a breve distanza di tempo dalla girobussola, inventata nei primi anni di questo secolo.