Navigation bedeutet zu wissen wo man ist, wo man hinfährt und wo man hin will. Das wichtigste Mittel zur Beantwortung dieser Fragen ist die Positionsbestimmung, also stets genau zu wissen wo man sich befindet. Hinzu kommt eine genaue Kenntnis der Umgebung.

Grundprinzip: Straßenkarte

Im Prinzip läßt sich dieses Vorhaben mit der Fahrt durch eine fremde Stadt vergleichen. Man versucht heraus zu kriegen wo man gerade ist und bedient sich dabei markanter Punkte (dazu lassen wir auch mal Straßennamen zählen). Dann überlegt man sich auf welchem Weg man am Besten dorthin kommt wo man hin will, was man durch Studium einer guten Straßenkarte herausfinden können sollte.

Peilen von Wegpunkten

An Bord eines Schiffes funktioniert dies ähnlich. Man bestimmt seine Position aufgrund von Daten die einem die Umwelt liefert und gleich diese dann mit detailierten Seekarten ab auf denen man die Route plant. Zur Positionsbestimmung dient in der Nähe von Küsten dabei das Anpeilen von markanten Landmarken und Wegpunkten die man auch auf den Seekarten eingezeichnet findet. Man peilt dabei unter welchem Winkel (Kompaßrichtung) man einen bestimmten Punkt (zum Beispiel eine markante Kirchturmspitze) vom Schiff aus sieht. Den Gegenwinkel trägt man dann auf der Seekarte vom Objekt her ein. Irgendwo auf dieser eingezeichneten Linie muß man sich dann befinden (sonst würde man das Objekt nicht aus genau dem gepeilten Winkel sehen können). Diese eine Linie nützt einem natürlich noch nicht viel da man sich ja irgendwo auf dieser Linie befinden könnte, deshalb macht man weitere Peilungen auf einen anderen markaten Punkt. Am Schnittpunkt mit anderen Linien liegt dann die aktuele Position.

(Bild rechts: Der Kartentisch mit Seekarten, Peilkompaß, Fernglas, Hafenhandbuch und Seezeichenbuch). Natürlich gibt es dabei ein paar Probleme. Das fängt schon damit an, daß man die Winkel nie ganz exakt ermitteln oder in die Karte eintragen kann. Wenn man dann drei Peillinien einzeichnet wird man bemerken, daß sie nur selten in einem einzigen Punkt zusammen laufen. Es ergibt sich ein sogenanntes Fehlerdreieck in dem sich mit hoher Wahrscheinlichkeit irgendwo die aktuelle Positon befindet. Je kleiner das Dreieck ist, umso besser. Wahrscheinlicher als Zeichenungenauigkeiten sind dabei Fehler die sich schon beim Peilen einschleichen. Das Peilen geschieht durch einen Handkompaß. Mit ihm visiert man das Objekt an und kann dann auf einer Skala ablesen unter welchem Kompaßwinkel das Objekt von der eigenen Position aus zu sehen ist. Leider wakelt und schwankt so ein Schiff erheblich und deshalb braucht man eine ruhige Hand und einiges Geschick um eine präzise Peilung zu machen. Ein weiteres Problem ist, daß man nicht wirklich gleichzeitig drei Peilungen vornehmen kann. Zwischen der ersten und der dritten Peilung hat sich das Schiff dann bereits ein Stück weiterbewegt und sich der gepeilte Winkel (in der Realität) entsprechend verändert. Trotzdem muß man vereinfachend davon ausgehen, daß man alle drei Winkel "gleichzeitig" (d.h. sehr kurz hintereinander) peilt und sich auf der Schnittstelle der Peillinien befindet.

Zeitverzögertes Navigieren

Die Zeitverzögerung ist beim Navigieren sowieso ein Problem. Bis man die aktuelle Positon wirklich bestimmt und einen neuen Kurs berechnet hat können schon einige Minuten vergehen in denen das Schiff natürlich noch den alten Kurs fährt. Dies liese sich dann natürlich wieder einrechnen, aber dadurch würde alles noch komplizierter. Im Realfall wird man solche Fehler also in Kauf nehmen und lieber öfters Kontrollen durchführen wo exakt man nun eigentlich jetzt gelandet ist. Wirklich kritisch ist die exakte Positionsbestimmung sowieso nur im engen Fahrwasser und in der Nähe von Untiefen und Land oder bei Regattawettfahrten. Hektisch wirds beim Navigieren, wenn man vermutet vom Kurs ab zu sein und vielleicht eine Untiefe voraus zu haben. Dann braucht man am Besten sofort einen absolut exakten Wert und einen perfekten Ausweichkurs. Aber auch der beste Navigator kann nicht hexen. Entsprechend ist es gut, wenn man bereits vorausplant, sich über die geplante Route mit allen wichtigen Punkten im klaren ist und immer fleisig Mitnavigiert. Besser Vorausplanen als Hinterherhetzen.

Fahren nach Augenmaß

(Bild links: Kartentisch in Benützung. Wichtiger Grundsatz hier oft: Am Kartentisch wird nicht gegessen und nicht getrunken und dort hat auch kein anderer Kram was zu suchen.) Neben dem Anpeilen ist auch das Fahren nach Augenmaß recht wichtig. Immer neue Kurse zu berechnen ist ja ganz gut, aber genau zu wissen daß man möglichst exakt zwischen zwei Felsen hindurch fahren muß ist eine wichtige Ergänzung die keiner missen wollen wird. Letztlich muß die mathematische Navigation immer mit dem reinen Augenmerk zusammen arbeiten. Das läuft dann so, daß der Navigator die Karte studiert und sich das ganze dann in Realität ansieht. Erst dann kann er auch die Peilmarken finden und identifizieren. Spezielle Kataloge der Befeuerung und der Seezeichen helfen dabei und auch ein Fernglas leistet gute Dienste. Sind Wegmarken entdeckt wird gepeilt. Danach wird dem Steuermann erklärt welchen Kurs er fahren soll und wohin ihn das etwa führt. Also z.B. "Kompaßkurs 175°, lieber etwas mehr. Die Klippe an Backbord lassen und davon freihalten. Die 10 Meter Tiefenlinie ist etwa 20 Meter vom Ufer entfernt". Der Steuermann muß also ständig wissen um was es gerade geht, wo Gefahrenstellen sind, was geplant ist und welche Handlungsfreiheiten er hat. Andersherum muß der Steuermann auch dem Navigator mitteilen, ob er einen Kurs halten kann und was er tun muß oder plant. Wenn der Navigator aufgrund von Wind und Wetter einen geplanten Kurs nicht halten kann so muß er dem Navigator sofort bescheid geben und ihm erklären was möglich ist und was nicht. Der Navigator muß dann ein bischen zaubern und mögliche Alternativen und Optionen nennen.

Kommunikation: Steuermann - Navigator

Wäre es ein Motorboot könnte man jederzeit dorthin fahren wo man gerade hin will. Bei Segelbooten ist das aber nicht ganz so einfach. Es gibt einen etwa 90° großen Sektor (je nach Boot mehr oder weniger groß) gegen den Wind in dem das Boot nicht (oder fast nicht) fahren kann. Es stehen also nur etwa 270° zur freien Disposition. Zudem gibt es einige Segelstellungen bei denen man nur mit viel Aufwand auf einen anderen Kurs wechseln kann kann. Der Navigator kann also einen Kurswunsch äußern und der Steuermann muß dem Navigator mitteilen ob dies möglich ist oder nicht. Darauf muß der Navigator dann reagieren. Wenn diese Kommunikation so nicht klappt oder es kritisch wird, kann es schonmal notwendig werden, daß der Steuermann kurz zum Kartentisch spurtet um sich einen Überblick zu verschaffen, bzw. der Navigator sich die Sache mal aus der Sicht des Steuermannes genau ansieht. Das sollte man aber vermeiden, da das die Situation kurzfristig noch viel chaotischer macht.

Abdrift

Es gibt aber noch mehr zu Berücksichtigen. Selbst man die aktuelle Position kennt und auch den berechneten Kompaßkurs exakt einhalten kann, so garantiert dies noch nicht, daß man auch wirklich dorthin kommt wo man hin will. Es gibt eine sogenannte Abdrift. Das heißt, man steuert in eine bestimmte Richtung, wird aber seitlich weggedrückt und bewegt sich dadurch effektiv in eine etwas andere Richtung. Abdrift entsteht beim Segelboot zum einen durch den Wind. Wenn dieser seitlich auf das Schiff drückt wird dieses auch immer ein Stück weggedrückt. Der Kiel soll dies aber soweit wie möglich verhindern. Diese Art der Abdrift ist somit eher gering. Zum zweiten können Wasserströmungen zu einer ganz erheblich Abdrift führen, ohne daß man dies von vorneherein minimieren könnte. Das Schiff bewegt sich dabei im Medium Wasser zwar in die korrekte Richtung, aber gleichzeitig bewegt sich das ganze Medium mitsamt dem Schiff in eine ganz andere Richtung. Resultierend bewegt sich das Schiff effektiv in eine Richtung irgendwo dazwischen. Wenn die Strömung stark ist kann die resultierende Abdrift gravierend sein. Letztlich können auch die Wellen das Schiff in eine bestimmte Richtung drücken, beschleunigen oder bremsen. Mit der Welle fährt es sich dabei schneller als gegen die Welle. Das Tückische ist jedoch, daß Wind, Welle und Strom nicht in die selbe Richtung laufen müssen. Eine theoretische Berechnung der Abdrift ist somit fast unmöglich, man kann hier allenfalls prognostizieren, schätzen und mögliche Probleme vorweg erkennen.

Um die Abdrift zu ermitteln peilt man zunächst einmal seine Position und wartet dann eine Weile, während das Schiff einen bestimmten Kurs fährt. Dann errechnet man aus dem theoretisch gefahreren Kurs und der gefahrenen Geschwindigkeit im Wasser die zu erwartende neue Position. Gleichzeitig peilt man erneut und ermittelt die wirkliche Position. Die Differenz zwischen der erwarteten Position und der wirklichen Position ist dann etwa die Abdrift. Diese kann man bei den nachfolgenden Berechnungen mit einfließen lassen. Dabei sollte man aber berücksichtigen, daß sich die Abdrift jederzeit ändern kann. Der Wind kann drehen oder seine Stärke verändern, die Welle kann ebenfalls drehen und stärker oder schwächer oder eben einfach anders werden. Der Strom kann ebenfalls drehen oder verstärkt oder abgeschwächt werden durch die Unterwassertopologie. In manchen Seekarten ist für die Wasserströmung eine Prognose eingezeichnet die sich meist auf einen Maximalwert der durch hereinflutendes oder abebbendes Wasser ausgelösten Strömung bezieht. Diese Strömung kann aber durch Wind oder Konstellationen von Mond und Sonne (die ja die Flut/Ebbe auslösen) verändert werden.

GPS (Global Positioning Sytem) - Sateliten Navigation

(Bild: Das Kästchen links oben ist das GPS Anzeigeterminal). Um wirklich jederzeit den sogenannten "Kurs über Grund" ermitteln zu können (also den effektiv gefahrenen Kurs, im Gegensatz zu dem theoretischen Kurs und der Abdrift) gibt es seit einiger Zeit ein Hilfsmittel das sich GPS nennt und noch einige andere Vorteile auf Lager hat. GPS (Global Positioning System) ist ein Satelitennavigationssystem was theoretisch weltweit jederzeit funktioniert und die aktuelle Position berechnen kann. Das ganze funktioniert durch eine Vielzahl von Sateliten welche die Erde umkreisen und genau getimte Funksignale aussenden. Mit einem GPS Gerät am Boden kann man diese Funksignale der Sateliten auffangen und aus der zeitlichen Differenz der einzelnen Signale wird automatisch die Position des Empfängers errechnet. Das GPS kennt dabei natürlich weder den theoretischen Kurs des Schiffes noch Wind und Wellen. Es spielt auch keine Rolle ob das GPS gerade "fest" steht oder an Bord eines Flugzeugs, in einem Auto oder auf einem Schiff ist. Das einzige was ermittelt wird ist die jeweils aktuelle Position. Durch den Vergleich der aktuellen Position mit der Position von vor einigen Minuten läßt sich dadurch die aktuelle Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung ermitteln. Da es dem GPS wie gesagt völlig egal ist wie es bewegt wird, ermittelt es immer und ausschließlich den effektiven Kurs, also den "Kurs über Grund" und die "Geschwindigkeit über Grund". Für Segelboote ist dies aber garnicht so unideal, da der theoretische Kurs ja sowieso bekannt ist (das ist der sogenannte "Kompaßkurs" den der Kompaß anzeigt) und sich somit schnell die Abdrift ermitteln läßt. Oder man nimmt direkt den vom GPS angezeigten Kurs über Grund und versucht mit ihm zu navigieren.

GPS ist kein Wunderding

Aber vorsicht! Das GPS als Wunderding schlechthin für die gesamte Navigation zu benutzen währe möglicherweise fatal. Das GPS System hat eine absichtlich eingebaute Ungenauigkeit. Hintergrund ist, daß es sich um ein militärisches amerikanisches System handelt und nicht jeder daraus hochexakte, hochbrisante Daten erschließen können sollte. Deshalb läßt sich die Präzision des GPS Systems jederzeit unbemerkt verändern. Die Genauigkeit kann dadurch bis auf einem Meter exakt sein oder aber viele hundert Meter Abweichung aufweisen. Militärische Codes ermöglichen es dabei priviligierten Leuten, stets die präzisen Daten zu erhalten während zivile Privatanwender und Nichtpriviligierte in die Irre geführt werden. Hinzu kommt, daß das GPS auch nur präzise funktionieren kann, wenn ausreichend viele Sateliten angepeilt werden können und dies über einen ausreichend langen Zeitraum. Gleich nach dem Einschalten oder wenn der Empfang gestört ist kann deshalb die Position wesentlich ungenauer sein. Auch ältere Geräte neigen dazu ungenauere Daten zu liefern als neuere. Eine zusätzliche Verbesserung, die aber nicht alle Geräte nutzen können ist das sogenannte Differential GPS bei dem zusätzlich zu den Sateliten auch Bodenfunkstationen zur Berechnung mit herangezogen werden um dadurch die Genauigkeit zu erhöhen. Alles in allem ist das GPS also eine sinnvolle Ergänzung und in jedem Fall eine gute Möglichkeit um die ungefähre Position zu bestimmten. Für präzise Navigation ist es aber für sich alleine noch keinesfalls ausreichend. In einigen Jahren könnte sich das aber ändern und das GPS oder ein Konkurenzsystem eine vollwertige und absolut präzise Navigation ermöglichen.

GPS Nutzung

Nun aber noch zur praktischen Nutzung von GPS. Einfache Geräte liefern einem nur die aktuelle Position und eventuell auch noch Kursdaten. Die Koordinaten muß man dann in die entsprechenden Seekarten per Hand übertragen um einen Überblick zu bekommen wo man sich befindet. Andersherum gibt es die Möglichkeit Koordinaten aus der Seekarte zu entnehmen und Wegpunkte in das GPS zu programmieren. Beidemale erspart man sich nicht das hantieren mit Bleistift, Lineal und Kursplotter. Detailierte Seekarten sind zur Navigation zudem zwingende Voraussetzung.

Einige teurere Geräte bieten auch die Möglichkeit die aktuelle Position und den gefahrenen Kurs grafisch in einer intern gespeicherten Karte an zu zeigen. Man sollte dann aber genau auf die Warnhinweise achten, die enthalten sind. Im Normalfall sind die enthaltenen Karten nämlich nur ungefähre Anhaltspunkte und stimmen hinten und vorne nicht. Dadurch sind Küstenlinien schonmal um ein paar Kilometer daneben, manche Inseln fehlen und effektiv wird einem angezeigt daß man vielleicht gerade über Land fährt. Auch eingebaute Karten ersparen also nicht das Hantieren mit Seekarten zumal in den internen Karten meißt keine Untiefen eingezeichnet sind. Man sollte diesen internen Karten also keine große Beachtung schenken und sich auch nicht zu Mutmaßungen über das GPS an sich erdreisten nur weil man sieht, daß man gerade über Land gefahren ist. Die Position selbst mag auf 50 Meter genau sein, aber die Kartendaten sind es meißt nicht.

Kartendatierungen

Was aber nun ist zu Beachten wenn man Koordinaten in die Karte hinein übertragt oder von der Karte ins GPS. Im Prinzip kann man die Koordinaten, etwa in der Form N45° 32.213' E48°12.008' einfach übernehmen und so genau wie es nur geht einzeichnen, allerdings nur WENN das Karten Datum von GPS und Karte übereinstimmt. Man könnte sich ja denken, daß so Koordinaten absolut exakt und normiert wären. Sind sie aber nicht. Es gibt viele dutzend verschiedener Standards (Karten Datierungen) und etwa ein dutzend häufig gebrauchter Standards. Das verbreitetste dabei ist das WGS84. Wenn man keine anderen Informationen hat, kann man es damit versuchen. Hinweise findet man normalerweise in den Seekarten. Das Dilemma des Koordinatensalates geht dabei vorallem auf unterschiedliche historische Ansätze zurück und hängt auch damit zusammen, daß sich eine Kugel niemals ganz exakt auf eine gerade Fläche (Karte) übertragen läßt. Für unterschiedliche Gebiete der Erde sind somit unterschiedliche Karten Datierungen entstanden. Wenn man meint die richtige Kartendatierung eingestellt zu haben sollte man dies unbedingt (und immer mal wieder) testen und überprüfen. Dazu einfach die Koordinaten der Hafenmole an der man gerade liegt präzise aus der Karte ablesen und mit den GPS Daten vergleichen. Ein besonderer Hinweis noch für das beliebte Segelgebiet Kroatien: Hier wird in den Seekarten normalerweise nicht das WGS84 verwendet sondern eine ansonsten unübliche Kartendatierung die viele GPS Geräte nichtmal kennen. Die Abweichung zum WGS84 beträgt dabei etwa 400Meter nach Osten, und ist somit schon recht signifikant. Für genaue Informationen über GPS und Kartendatierung empfiehlt es sich entsprechende Fachliteratur zu lesen oder den Fachhändler zu befragen. Auch der Vercharterer eines Schiffes sollte einem da eigentlich wichtige Tips geben können.

Alternative Navigation

Genau genommen gibt es ja noch ganz andere Navigationsmöglichkeiten, vorallem wenn man weit weg von Land ist oder keine Sicht hat. Eine Möglichkeit ist eben das "Mitkoppeln" indem man versucht die Abdrift möglichst genau zu "erraten" und dann durch Zeit, Geschwindigkeit und Kurs versucht die aktuelle Position zu errechnen. Eine interessante wenn auch nicht gerade unkomplizierte Sache ist der Sextant (das Gerät alleine ist allerdings schon recht teuer). Kolumbus hat bei seiner Reise den Nordstern angepeilt und ermittelt in welchem Winkel er über dem Horizont stand. Daraus konnte er den Breitengrad seiner Position ermitteln. Den Längengrad kann man theoretisch errechnen, wenn man eine präzise Uhr hat und ganz exakt die Uhrzeit des Sonnenaufgangs bzw. Sonnenuntergangs ermitteln kann. All diese Navigationsformen finden aber heutzutage eher selten Verwendung und sind eher Spielerei als wirkliche Realität. Bei Interesse darüber empfiehlt es sich Fachbücher zur Navigation zu lesen, welche auch historische Hintergründe erläutern.

Bäckernavigation

Zu erwähnen sei hier aber noch die sogenannte "Bäckernavigation". Eine nicht zu empfehlende Methode die mehr ein Scherz ist und demnach angeblich von faulen Sonntagsseglern erfunden wurde. Prinzip: Man spart sich das mitnavigieren und fährt nach Sicht und Gutdünken. Dann läuft man einen beliebigen Hafen an, wo sich auch ein kleiner Ort befindet (mit etwas Glück leicht zu finden). Im Hafen übernachtet man dann und schickt am nächsten Tag ein Manschaftsmitglied aus um frische Brötchen zu holen (wichtig: Keine Tragetasche mitgeben!). Auf der Tüte des Bäckers steht dann die Adresse mit dem Ortsnamen. Diesen kann man dann in der Karte nachlesen. Deshalb Bäckernavigation (funktioniert aber zur Not auch mit Supermärkten). Vorteil: Man kann Faul sein und muß trotzdem keine blöden Fragen stellen wie "wo bin ich hier eigentlich". Nachteil: Die Wahrscheinlichkeit einer fatalen Havarie steigt drastisch, weil auf den Tüten von Bäckern und Supermärkten keine Untiefenhinweise aufgedruckt sind.
 

Navigation bei Nacht

Ein erwähnenswerter Punkt ist noch die Navigation bei Nacht. Dann ist alles wesentlich schwieriger. Landmarken sind praktisch nichtmehr zu sehen. Das einzige was bleibt sind Leuchtfeuer. Dazu gibt es spezielle Leuchtfeuerverzeichnisse und die Leuchtfeuer sind auch auf Seekarten eingezeichnet. Jedes Leuchtfeuer in einem bestimmten Gebiet sendet dabei eine ganz einzigartige Kennung. Manche geben weißes Licht ab, manche rotes, manche grünes. Es folgt dann ein bestimmtes Muster von Licht an und Licht aus (ähnlich einem Morsecode), aus dem sich erkennen läßt um welches Funkfeuer es sich handelt. (Beispiel: "Weißes Licht, 3 Sekunden an, 1 Sekunde aus, 3 Sekunden an, 1 Sekunde aus, 10 Sekunden an, 10 Sekunden aus.) Peilt man diese Funkfeuer an, kann man wieder die Position ermitteln. Anders als bei Tag sind die Leuchtfeuer aber oft das einzige was man sieht. Es muß also ständig absolut exakt navigiert werden. Eine anstengende Sache, wenn man nach kleinen Blinklichtern ausschau hält und nichtmal sehen kann wo Land ist und wo nicht. Zu allem Übel sind oft dort wo Blinklichter von Hafenanlagen stehen viele andere Lichter zu finden. Wenn man Pech hat sieht man die Leuchtfeuer deshalb zwischen den Straßenlaternen garnicht richtig. Eine üble Sache wäre es auch wenn man versehentlich eine defekte Straßenlaterne anpeilt die ebenfalls periodisch an und aus geht. Ein präzises GPS System würde bei der Nachtnavigation also helfen. Das GPS alleine ist jedoch, wie bereits bemerkt, keinesfalls genau genug um exakte Navigation zu ermöglichen.

Als Begleiterscheinung dieser Navigation bei Nacht kann man bei Nachtfahrten oder wenn man Nachts auf einer einsamen Sandbank ankert ein wahres Lichterfeuerwerk am Horizont sehen. Besonders eindrucksvoll ist dies in sternenklaren Augustnächten im holländischen Wattenmeer. Hier ist am gesamten Horizont rundherum ein Blinken und Blitzen zu sehen und darüber die Sterne zudem noch reichlich Sternschnuppen, welche im August hochkonjunktur haben.