navigacija (lat. navigatio: plovidba, vožnja), tehnika i vještina vođenja plovila, zračne ili svemirske letjelice iz polazišta u odredište najpovoljnijim putem. U osnovi se dijeli na pomorsku navigaciju i navigaciju unutrašnjim plovnim vodama (riječnu, kanalsku, jezersku), zrakoplovnu i svemirsku navigaciju. U novije se doba pojam navigacija povezuje i s pomoći što ju u određivanju trenutačnoga položaja i odabiru najpovoljnijega puta pružaju navigacijski sustavi u cestovnim vozilima.
Pomorska navigacija
Ovisno o području plovidbe, pomorska navigacija može biti obalna, oceanska ili polarna, odn. površinska ili podvodna. Obalna navigacija vođenje je broda unutar obalnoga područja u kojem se dobro raspoznaju obala i pojedini objekti na njoj te se može jednostavno mjeriti dubina mora. Oceanska navigacija vođenje je broda izvan obalnoga područja, gdje se ne vidi obala, odn. ne raspoznaju uočljivi navigacijski objekti, a mjerenje je dubine mora otežano. Polarna navigacija vođenje je broda u polarnim plovnim područjima.
Osnovni su navigacijski zadatci određivanje pozicije broda, tj. njegova trenutačnoga položaja, te određivanje kursa. Brod plovi po stalnom kursu kada plovi po spirali koja siječe sve meridijane pod jednakim kutom (→ loksodroma). Plovljenje po loksodromi jednostavno je: kurs je uvijek isti, može se ploviti prema kompasu, a prikazana na Mercatorovoj karti loksodroma je pravac. Međutim, da bi brod između dviju točaka plovio najkraćim putem, treba ploviti po → ortodromi, tj. po luku velike kružnice koja prolazi tim točkama. Ploveći po ortodromi brod se može naći u većim geografskim širinama nego što su one točaka polaska i dolaska, te tako dospjeti u područja nepovoljna za plovidbu zbog leda i nevremena.
Osnovna su pomagala za rješavanje navigacijskih zadataka → kompas, → brzinomjer, → dubinomjer, pomorske karte s priborom za rad na njima (→ karta), peljari (→ peljar), popisi svjetionika, popisi radiosignala, nautičke tablice, nautički godišnjaci s → efemeridama, tablice morskih mijena, → sekstant, → kronometar ili točan sat, uređaji ili sustavi elektroničke i satelitske navigacije.
Zbrojena ili računana navigacija zasniva se na poznavanju prijašnje pozicije broda, kursa i puta što ga je brod prevalio ploveći od te pozicije. To je najmanje točna navigacijska metoda, a većoj točnosti pridonose pouzdani kompas za određivanje kursa te brzinomjer i sat za određivanje prevaljenoga puta. Tomu pomažu autopilot i zbirni stol, a u novije doba i vrlo precizan → inercijski navigacijski sustav, kojim se registriraju promjene brzine u smjerovima svake od triju prostornih osi, na osnovi čega se računaju brzine plovila, odn. precizno određuju prevaljeni putovi. Takva navigacijska metoda nužna je primjerice pri plovidbi u uvjetima slabe vidljivosti ili ispod ledenoga pokrivača.
Terestrička navigacija zasniva se na opažanju uočljivih prirodnih ili umjetnih objekata na kopnu ili na mjerenju dubine mora. Među umjetne tvorevine ubrajaju se različite optičke oznake sa svjetlima ili bez njih. Bez umjetnoga su svjetla različite navigacijske → plutače te kamene, betonske, drvene ili čelične oznake, pričvršćene na morskom dnu ili na obali; s vlastitim su osvjetljenjem → pomorska svjetla: → svjetionici, brodovi-svjetionici, obalna svjetla, lučka svjetla, svjetleće plutače. Sve te oznake mogu služiti i za označavanje plovnoga puta ili opasnosti. Pridonose sigurnosti plovidbe i olakšavaju orijentaciju na plovidbenom putu. Terestričkim opažanjem nekog objekta dobiva se linija pozicija (stajnica) kao geometrijsko mjesto točaka na kojem se brod nalazi. Linija pozicija može biti pravac, kružnica, hiperbola i krivulja (izobata). Tako se, primjerice, azimut, odn. pravac kao linija pozicija, dobiva smjeranjem uz pomoć kompasa nekog objekta na kopnu koji je ucrtan na pomorskoj karti. Presjecište najmanje dviju linija pozicija je terestrička pozicija broda.
Astronomska navigacija zasniva se na metodama kojima se pozicija broda određuje opažanjem nebeskih tijela (Sunce, Mjesec, Venera, Mars, Jupiter, Saturn i pedesetak sjajnijih zvijezda). Osnovni je podatak za izračun pozicije broda visina nebeskoga tijela nad horizontom (→ horizontske koordinate), koja se danas ugl. određuje sekstantom. Drugi je važan podatak za izračun pozicije broda položaj nebeskoga tijela na nebu, unaprijed proračunat za različite pozicije i doba, objavljen u obliku tablica, efemerida. Svi opažači koji u istom času izmjere istu visinu istoga nebeskoga tijela nalaze se na istoj kružnici, koja je astronomska stajnica, odn. linija pozicija.
Prema metodi koju je 1875. smislio franc. admiral Marcq de Saint Hilaire, opažač pretpostavi da se nalazi na nekoj poziciji P i izmjeri visinu Vp nekoga nebeskoga tijela A; jednostavnim računom (nekoć tablicama) može se za poziciju P dobiti i računska visina (Vr) istoga nebeskoga tijela A. Ako je Vp različit od Vr, znači da je opažač »bliži« ili »dalji« od nebeskoga tijela nego što je pretpostavio, pa se iz razlike ΔV = Vp – Vr može dobiti prava stajnica opažača okomita na smjer prema A. Ponovi li se postupak za neko drugo nebesko tijelo, u presjecištu stajnica bit će prava pozicija broda.
Elektronička navigacija zasniva se na određivanju pozicije broda upotrebom elektroničkih uređaja i sustava koji omogućuju određivanje pozicije broda bez obzira na vremenske prilike i doba dana. Razvoj tih sustava započeo je poč. XX. st. uvođenjem radionavigacije (→ radiogoniometrija). Brodskim radiogoniometrima određuju se smjerovi (azimuti) prema dva kružna → radiofara ili više njih. Azimuti se ucrtavaju na pomorsku kartu i tako se, slično metodama terestričke navigacije, dobiva pozicija broda. Radionavigacija se danas vrlo rijetko upotrebljava.
Ubrzo su se pojavili i hiperbolični navigacijski sustavi. Zasnivaju se na hiperboli kao liniji pozicija, koristeći se njezinim svojstvom da je razlika udaljenosti svake točke hiperbole od dvaju žarišta konstantna. Na obali se u žarištima nalaze radioodašiljači, a na brodu je prijamnik. Pretpostavi li se da odašiljači istodobno odašilju radioimpuls, na brodu se mjeri razlika vremena dolaska signala na brod od obaju žarišta, iz čega se može izračunati i razlika udaljenosti. Na pomor. kartama za svaku se razliku udaljenosti može pronaći odgovarajuća hiperbola kao linija pozicija na kojoj se brod nalazi. Na tom je principu radio sustav CONSOL, koji je davao samo jednu liniju pozicija. Sustav LORAN A (akr. od engl. Long Range Navigation) iz dvaju je parova žarišta davao dvije hiperbole, u presjecištu kojih se nalazio brod. Za razliku od tih sustava, koji su mjerili razliku vremena dolaska signala (impulsni sustavi), sustav DECCA bio je fazni, tj. mjerio je razliku u fazi valova, a imao je tri žarišta raspoređena u obliku istostraničnoga trokuta, u središtu kojega se nalazila postaja koja je djelovala kao zajedničko žarište. Sustav LORAN C bio je impulsno-fazni. Pod morem se elektromagnetski valovi male valne duljine ne šire. Da bi podmornice mogle pod morem elektroničkim sustavima određivati poziciju, uspostavljen je hiperbolični sustav OMEGA, koji mjeri faznu razliku vrlo dugačkih radiovalova. Ti valovi prodiru u more do tridesetak metara dubine i time podmornicama omogućuju pozicioniranje.
Uspostavom satelitskoga → globalnoga položajnog sustava (GPS) i njegove inačice povećane točnosti DGPS-a, širenjem pokrivenosti na gotovo cijelu Zemljinu površinu, ukidanjem ograničenja za civilne korisnike i povećanjem točnosti na manje od 10 m, te razvojem, minijaturizacijom i pojeftinjenjem uređaja za pozicioniranje, nestala je potreba održanja drugih sustava elektroničke navigacije, od kojih je jedino sustav OMEGA ostao u pričuvi.
Radarski navigacijski sustav obuhvaća metode opažanja, određivanja pozicije i izbjegavanja sudara s pomoću → radara. Navigacijski radari imaju antenu koja emitira elektromagnetski impuls u vrlo uskom snopu u vodoravnoj ravnini. Istodobno s okretanjem antene (oko 20 okretaja u minuti) rotira i njezin odraz na ekranu (vremenska baza) pa se tako može na ekranu odrediti smjer iz kojega se vratila jeka. Udaljenost do objekta radar određuje mjerenjem potrebnoga vremena od emitiranja impulsa do njegova povratka. Povezivanjem radara s girokompasom slika se mogla orijentirati tako da se podudara s geogr. stranama svijeta. Kada je radaru pridodan brzinomjer, postiglo se da okoliš na ekranu miruje, a slika vlastitoga broda kreće se pravim smjerom i brzinom. Određivanje pozicije radarom provodi se metodama sličnima onima u terestričkoj navigaciji. Da bi se pomorcima poboljšala radarska slika obale, ugrađuju se radarski svjetionici, i to stalno aktivni, kao odgovarači ili kao pasivni reflektori. Osim opažanja i pozicioniranja, radar ponajprije služi izbjegavanju sudara.
Povijesni razvoj
U starom se vijeku plovilo ugl. danju, u vidokrugu kopna. Uz obalu su se pomorci isprva orijentirali prema prirodnim ili izgrađenim objektima i svjetionicima, poslije na otvorenome moru prema Suncu u podne, i točnije prema Polarnoj zvijezdi. Na velikim sjevernim širinama, u slučaju zastrtoga neba, određivali su kurs prema prevladavajućim vjetrovima za koje su znali da pušu iz stalnih smjerova. Poznavanje predjela za plovidbu isprva se usmeno prenosilo, nakon toga se zapisivalo, a naposljetku su se crtale karte. Jedna od najstarijih sačuvanih uputa opisa za plovidbu Sredozemljem Pseudoskilakovo je djelo Kružna plovidba (Periplus) iz druge polovice IV. st. pr. Kr.; u istom je stoljeću grčki pomorac i astronom Piteja iz Masalije opisao svoje putovanje iz Sredozemlja do Škotske i dalje na sjever, a bio je jedan od prvih koji je opažanjem Sunca određivao geografsku širinu. Upoznavši pravilno mijenjanje smjera monsuna, grčki pomorac Hipal u I. st. pr. Kr. otplovio je iz Arabije preko otvorenoga mora ravno u Indiju. Karte i periplusi poznatoga grčkog kartografa staroga vijeka Marina iz Tira nisu se sačuvali, ali ih je vrlo vjerojatno upotrebljavao istaknuti aleksandrijski astronom i geograf Ptolemej u II. st., koji je sastavio popis od oko 8000 mjesta s približnim geografskim koordinatama. Razvoju navigacije znatno su pridonijeli Arapi, koji su dostignuća antičkih pomoraca sačuvali i prenijeli u Europu. Usavršili su astrolab za mjerenje visine nebeskih tijela, a pretpostavlja se da su s Istoka donijeli magnetski kompas, koji je umnogome unaprijedio navigaciju na otvorenome moru. U XIII. st. pojavili su se portulani, nastali od starih grčkih periplusa, s već prilično točnim pomorskim kartama, a sadržavali su i kratke upute za plovidbu te dr. navigacijske podatke. Za određivanje geografske širine bilo je potrebno u svakom trenutku znati deklinaciju (kut što ga ravnina ekvatora zatvara sa spojnicom prema Suncu) pa su se tablice s tim podatcima računale unaprijed za razdoblje u kojem se predviđalo putovanje. Prve tablice deklinacija za navigaciju bile su Tabulae Alfonsianae iz 1248. Kalendar s deklinacijama iz benediktinskoga samostana u Zadru, tzv. Zadarske tablice, potječe iz 1292 (1293). Polovicom XV. st. Henrik Pomorac okupio je najpoznatije astronome, pomorce i kartografe te je osnovao prvu pomorsku školu i opservatorij u Sagresu u Portugalu. Svjetsku je slavu stekao kartograf G. K. Mercator, koji je konstruirao projekciju i na njoj zasnovanu kartu 1569., na kojoj su kutovi jednaki onima u prirodi, pa su se kursevi za plovidbu mogli određivati magnetskim kompasom i na većim udaljenostima. Na otvorenome moru brod se kretao koso s obzirom na paralele i svaki se dan s pomoću Sunca određivala geografska širina. Kada bi brod stigao do širine luke dolaska, nastavio bi ploviti do cilja paralelom. Tomu su pogodovali vjetrovi: pasati, zapadni i istočni, kojima se moglo ugodno jedriti po paraleli. Kada je 1707. cijela eskadra engleske ratne mornarice doživjela havariju, Parlament je obećao veliku nagradu za pronalaženje metode određivanja geografske dužine. Pokušaji da se zadatak riješi astronomskim postupkom nisu uspjeli, ali je konačno riješen primjenom brodskoga kronometra, prototip kojega je izradio J. Harrison 1735. Značajan napredak navigacije potaknuo je girokompas. Izumio ga je 1908. njemački liječnik Hermann Anschütz-Kaempfe, oduzevši giroskopu jedan stupanj slobode. Na početku XX. st. započelo je uvođenje elektroničke navigacije, 1956. prvi je put tijekom polarnoga putovanja podmornice Nautilus primijenjen inercijski navigacijski sustav, a 1960-ih počeo se uvoditi satelitski globalni položajni sustav, koji od 2000. radi i za civilne korisnike s neometanom preciznošću.
Navigacija unutrašnjim vodama
Plovidbu jezerima, unutrašnjim kanalima, a napose rijekama, obilježavaju nestalne hidrološke i hidrografske prilike. Često se mijenjaju tok rijeke, vodostaj, brzina vode i konfiguracija obale, a nestalne su i prirodne prepreke. Navigacijska oprema broda slična je opremi morskoga broda. Iz riječne karte ne može se dobiti trenutačna dubina, jer ona ovisi o vodostaju. Preko radija svakodnevno se izvještava o stanju vodostaja s tendencijom za idući dan. Priručnici sadrže uglavnom podatke važne za sigurnost plovidbe, odn. za boravak broda u luci.
Zrakoplovna navigacija (zračna navigacija ili aeronavigacija)
Prve su metode zrakoplovne navigacije bile jednostavne; pilot je uspoređivao uočljive objekte na tlu s onima koje je imao označene na karti, a praćenjem kompasa približno je određivao i smjer leta. No s razvojem zrakoplova, preleti su postizali sve veće udaljenosti, često preko područja bez uočljivih obilježja (npr. oceani, ledom prekrivena područja), u uvjetima slabe vidljivosti i noću, pa je u 1930-ima zrakoplovna navigacija postala osobito važna. Uz kompas su uvedeni visinomjer i brzinomjer, osnovni navigacijski uređaji. U II. svj. ratu posebna je navigacijska zadaća bila precizno navođenje bombardera na razmjerno male ciljeve, što se povjeravalo malom broju posebno odabranih iskusnih pilota. Poslije su se počele uvoditi preciznije metode radionavigacije kakve su dijelom i danas u uporabi. Njihova su osnova stanice na Zemlji; one odašilju signale, koje primaju posebni uređaji na zrakoplovima i triangulacijom određuju svoj položaj. Primjeri su takvih sustava jednostavni i neprecizni NDB (akr. od engl. Non Directional Beacon), koji elektromagn. valove šalje neusmjereno i osjetljiv je na atmosferske uvjete, znatno savršeniji sustav VOR (akr. od engl. Very High Frequency Omnidirectional Range) i njegova inačica TACAN (akr. od engl. Tactical Air Navigation), koja se rabi u voj. zrakoplovstvu. Za precizno slijetanje koristi se sustav ILS (akr. od engl. Instrument Landing System), razvijen već za II. svj. rata, a koji se sastoji od dvaju odašiljača. Usavršena je inačica sustav MLS (akr. od engl. Microwave Landing System), koji omogućuje potpuno automatsko slijetanje zrakoplova. Na letovima iznad morske površine upotrebljava se i inercijski navigacijski sustav. Danas je u zrakoplovnoj navigaciji nezamjenljiv globalni položajni sustav, GPS, kojim se položaj zrakoplova u prostoru određuje s velikom točnošću.
Najsavršenijim su sustavima zrakoplovne navigacije opremljene krstareće rakete; oni im omogućuju let velikim brzinama na visini od svega desetak metara, uz točno praćenje konfiguracije terena. Pri letu krstareće rakete vrlo se precizno mjeri visina, a složeni algoritmi upravljačkoga sustava letjelice uspoređuju dobivene podatke s digitalnom kartom i provode neophodne korekcije trajektorije. Krstareće rakete imaju ugrađen i inercijski navigacijski sustav, a dodatne se korekcije provode i uz pomoć sustava GPS. Na taj se način raketi, koja je do cilja preletjela nekoliko stotina kilometara, omogućuje preciznost pogađanja u krugu od nekoliko metara.
Svemirska navigacija
Danas, kada je s razvojem tehničkih pomagala i napose globalnoga položajnoga sustava navigacija u pomorstvu i zrakoplovstvu postala gotovo rutinska, još su vrlo veliki navigacijski problemi s kojima se susreću svemirske letjelice, posebno one koje se udaljavaju izvan Zemljine orbite (→ međuplanetarne letjelice). Te letjelice lete na golemim udaljenostima, pa i najmanje skretanje sa smjera leta može dovesti do znatnoga promašaja cilja; uz to, uglavnom su to bespilotne letjelice, te pogrješka u orijentaciji radioantene prema Zemlji koja dovodi do prekida komunikacije s upravljačkim centrom više ne može biti ispravljena. Zato se sve više radi na potpuno automatskim navigacijskim sustavima, temeljenima na više metoda utvrđivanja orijentacije letjelice, njezine trenutačne brzine i položaja, odn. udaljenosti do Zemlje ili do cilja putovanja. Te metode uključuju inercijski navigacijski sustav, kojim se kao i kod zbrojene navigacije prate promjene brzine letjelice u svim trima prostornim smjerovima, optički sustav, kojim se automatski identificiraju uočljive zvijezde, Sunce i dr. nebeska tijela te se određuje njihov položaj u odnosu na trenutačnu orijentaciju letjelice, i drugi sustavi koji na osnovi opažanja radiovalova odaslanih sa Zemlje određuju npr. udaljenost i relativnu brzinu letjelice.
