BUSSOLA
BUSSOLA (VIII, p. 163)
I due ultimi decennî hanno registrato notevoli progressi nella costruzione delle bussole, sotto la spinta delle necessità militari e della generalizzazione dell'impiego delle girobussole sul naviglio mercantile. Il primo fattore ha portato alla creazione di b. particolari e al conseguimento di precisioni assai elevate; il secondo ha avuto notevoli conseguenze sui costi, la semplicità di condotta e la sicurezza.
Bussola magnetica. - Le b. magnetiche propriamente dette non hanno subìto variazioni sensibili; vi è stata però. una universale tendenza alla riduzione del numero dei tipi e all'unificazione delle caratteristiche. Nel 1955 la B.S.I. (British Standards Institution) propose all'I.S.O. (International Organization for Standardization) l'unificazione delle b. magnetiche, delle chiesuole e dei dispositivi di rilevamento da impiegarsi in campo navale mercantile. Nel 1958 l'I.S.O. ha diffiuso il relativo progetto (I.S.O.-TC8/167), che è stato approvato di massima dai varî paesi e ha dato luogo alla creazione di un gruppo di lavoro, che ha iniziato le sue sedute verso la fine del 1959. L'unificazione ha per scopo la definizione delle caratteristiche costruttive e delle prestazioni, e la codificazione delle modalità di fabbricazione, di collaudo e di controllo periodico.
Bussola giromagnetica. - L'attrito del liquido sull'ago magnetico provoca sensibili errori di trascinamento quando la nave accosta rapidamente. Per evitare o ridurre questi errori e cioè per irrigidire l'indicazione del nord, si è ricorso alla b. giromagnetica, che ha avuto estese applicazioni su aerei, navi e veicoli terrestri. La b. giromagnetica è costituita da un indicatore giroscopico, e cioè da un giroscopio a tre gradi di libertà, il cui asse è mantenuto orizzontale da uno degli usuali sistemi erettori. Il giroscopio è ad equilibrio indifferente e tende a restare orientato secondo una direzione qualsiasi.
I suoi supporti sono dotati di motori di coppia, o dispositivi equivalenti, atti a far precedere il giroscopio nel piano orizzontale, in un senso o nell'altro. I motori di coppia sono controllati da una b. magnetica con mezzi di vario tipo: per es. attraverso due palpatoi, che, mantenuti paralleli all'asse del giroscopio, si abbassano periodicamente sull'ago magnetico e "sentono" se questo è orientato come il giroscopio. Se l'errore di allineamento supera una determinata ampiezza, viene alimentato il palpatoio collegato al motore che provoca la precessione tendente ad eliminare l'errore.
Le precessioni generate dai motori di coppia nelle azioni correttive sono piccole, perché molto piccole sono le deviazioni naturali del giroscopio che esse devono neutralizzare; di conseguenza gli errori dell'ago dovuti ai trascinamenti e ai movimenti della nave (che nel tempo sono mediamente nulli) non hanno sensibile effetto sul giroscopio, che risulta costantemente orientato secondo il nord medio dell'ago. Il giroscopio si comporta, così, come un filtro, ad elevata costante di tempo, delle informazioni fornite dalla bussola magnetica. Il giroscopio è inseguito da un cerchio fantasma, analogo a quello delle girobussole, che porta la rosa e aziona i dispositivi di trasmissione a distanza della prora. La fig. 1 riporta una sistemazione tipica della bussola giromagnetica; la fig. 2 ne illustra lo schema; nella bussola illustrata l'elemento di comando è costituito da un rilevatore statico del campo magnetico terrestre.
La bussola giromagnetica presenta anche il vantaggio, proprio delle bussole con indicazione a distanza, di consentire la sistemazione dell'elemento magnetico, molto piccolo e leggero, nei punti della nave più adatti a risentire gli effetti del campo magnetico terrestre, ad esempio in testa d'albero.
Bussola giroscopica per uso mercantile. - Il dopoguerra ha fatto registrare una notevole estensione dell'impiego della girobussola mercantile dovuta sia a motivi di sicurezza, sia al diffondersi dell'uso di dispositivi ausiliarî per la navigazione (quali il radar e il pilota automatico), che richiedono il collegamento alla girobussola. Di conseguenza tutti i costruttori si sono preoccupati di realizzare nuovi tipi che rispetto ai precedenti presentassero specifici requisiti di basso costo, di minimi ingombro e peso, di semplicità di condotta e di sicurezza.
La prima girobussola ridotta entrata in commercio è stata la Sperry MK.EI (Minor), la quale si differenzia dalla classica MK.XIV per avere un giroscopio più piccolo e più veloce; tutta l'apparecchiatura, salvo due piccoli quadri, è contenuta in una struttura che ha la forma e l'aspetto di una normale chiesuola per bussola magnetica, al posto della quale può essere sìstemata in timoneria. Pesa 160 kg, oltre le ripetitrici. Ne esiste una versione con sospensione idraulica, adatta per navi soggette a sollecitazioni ingenti, che pesa circa 300 kg ed è più ingombrante.
Di alta precisione è la girobussola Microtecnica tipo " Z", una bigiroscopica sospesa a mercurio di concezione originale, che può condurre fino a sette ripetitrici. Ha ingombri prossimi a quelli di una chiesuola per bussola magnetica e pesa, con due ripetitrici, 150 kg; viene sistemata in timoneria. Ne esiste una versione con incorporato un pilota automatico, anch'esso di concezione Microtecnica.
Gli sforzi dei costruttori verso riduzioni sempre più elevate del peso e degli ingombri hanno portato a recenti realizzazioni ancora più significative. La Sperry ha prodotto la MK. 22, bigiroscopica con sospensione filare, la cui madre pesa 14,5 kg; è corredata di apparecchiature del peso di circa 10 kg. Sono in sviluppo versioni di questo tipo con amplificatori a transistor e possibilità di trasmissione a distanza. L'"Arma Brown", costruita in Europa dalla Brown inglese, pesa complessivamente 13,5 kg ed ha solo bisogno di un piccolo gruppo convertitore. Può condurre ripetitrici.
Questi nuovi tipi di girobussole trovano particolare applicazione nelle unità di piccolo tonnellaggio. Le navi di maggiore importanza continuano ancora ad impiegare i tipi classici, cui la prolungata esperienza di esercizio conferisce ormai elevatissima sicurezza.
Bussole giroscopiche per il naviglio militare. - Lo sviluppo assunto, sulle navi militari, dalle apparecchiature che abbisognano della indicazione continua dell'orientamento della nave ha conferito alla girobussola il carattere di un componente essenziale dell'attrezzatura bellica di esse. Le necessità cui deve rispondere la girobussola possono suddividersi in due gruppi, che si differenziano per i requisiti di precisione che richiedono.
Un gruppo comprende quanto ha attinenza con la navigazione e con la rappresentazione geografica dello spazio che circonda la nave. I radar di esplorazione forniscono informazioni su tutti gli ostacoli esistenti sulla superficie del mare o in cielo entro una distanza dalla nave che può raggiungere alcune centinaia di chilometri. Con questi dati vengono costruite delle rappresentazioni geografiche, che, per restare valide nel tempo, devono rimanere orientate in maniera costante, nonostante i movimenti della nave, e cioè devono essere controllate dalla bussola. Casi analoghi sono costituiti dalla rappresentazione della situazione subacquea e dalla realizzazione di campi magnetici volti alla difesa dalle mine magnetiche o al dragaggio di esse. Tutte queste necessità hanno richiesto il perfezionamento dei sistemi di inseguimento delle girobussole, che devono essere in grado di trasmettere agli utenti (che li utilizzano automaticamente) segnali esenti da disturbi ed affetti da errori piccoli. Questi requisiti sono stati raggiunti adottando asservimenti di elevate caratteristiche, eliminando tutte le cause di imprecisione che le modeste esigenze della navigazione permettevano di tollerare, e rendendo automatico il correttore dell'angolo delta. Sono buone girobussole per l'impiego militare la "Beta 3" della Microtecnica, varî tipi della Sperry tra cui la 5005 inglese, le "Arma" impiegate dalla Marina degli S.U.A., ecc.
Ad un secondo gruppo di necessità rispondono le apparecchiature per la condotta del tiro delle artiglierie e dei missili, le quali hanno bisogno, per il proprio funzionamento, di determinare la velocità del bersaglio. Questa si ricava dalla misura della velocità di rotazione della congiungente nave-bersaglio rispetto alle direzioni fisse rappresentate dalla verticale e dal meridiano. Si richiede pertanto alla girobussola, più che una precisione assoluta, una velocità di variazione dell'errore estremamente piccola; ciò comporta l'eliminazione di alcuni errori istantanei, che per la loro esiguità sono ammessi per altri utenti, quali le deviazioni dovute ai moti di rollìo e beccheggio, gli errori geometrici di non orizzontabilità della cardanica, l'insensibilità dei sistemi d'inseguimento, ecc. Nel caso dei missli a lunga portata, le esigenze sono ancora maggiori, perché il lancio viene progettato sulla carta geografica ed è quindi essenziale conoscere con molta esattezza la posizione della nave e il suo orientamento. Attualmente si stanno sperimentando, a questo scopo, sistemi di navigazione di tipo inerziale, ma si sono ottenuti anche buoni risultati con girobussole di elevata precisione.
Il problema del riferimento azimutale da fornire a queste apparecchiature è stato risolto in un primo tempo da indicatori di direzione giroscopici (i "gimetri" impiegati dalla Marina Militare Italiana da oltre trent'anni); successivamente sono state create delle girobussole speciali, cosiddette spaziali, perché dovendo essere autostabilizzate, vengono utilizzate per ricavare anche le altre due coordinate angolari della piattaforma, e cioè il rollìo e il beccheggio. Tra di esse è particolarmente degna di menzione la Sperry, la quale ha la particolarità di utilizzare due giroscopî ad equilibrio indifferente, i quali quindi non risentono delle accelerazioni. Il complesso giroscopico viene mantenuto allineato con il nord vero e con la verticale mediante precessioni correttive provocate da motori di coppia, controllati a loro volta da apparecchiature capaci di predeterminare le cause di deviazione.
L'elemento sensibile della girobussola è costituito (fig. 3) da due giroscopî. L'asse di quello superiore, detto giroscopio del meridiano, è costruttivamente parallelo ad una livella 1 che emette segnali elettrici proporzionali all'inclinazione del giroscopio. Questi segnali, opportunamente manipolati, agiscono sui motori di coppia 2 e 3, che costringono il giroscopio a precedere rispettivamente in azimut ed elevazione. Ne risulta che l'asse del giroscopio tende a restare orizzontale e nel piano del meridiano. L'anello verticale insegue in azimut il giroscopio mediante un asservimento comandato dal prelevatore 5 ed azionato dal motore 6.
Il giroscopio inferiore è anch'esso munito di analoghi dispositivi che ne mantengono l'asse orizzontale ed orientato per EO. La struttura di sostegno dei due giroscopî è sopportata dalla cardanica di rollìo e beccheggio; il suo asse è verticale quando i due semianelli 7 e 8, che sono tra loro sfasati di 90°, sono complanari con gli anelli verticali dei rispettivi giroscopî. I due prelevatori 9 e 10 misurano gli errori rispetto alla verticale e controllano, attraverso opportuni asservimenti, i motori di rollìo e beccheggio. La precisione complessiva della girobussola è resa assai elevata dall'adozione di asservimenti muniti di dispositivi per il ricupero dell'errore.
Bibl.: Istituto Idrografico della Marina, Bussole in servizio della marina militare, Genova 1949; id., Magnetismo navale, Genova 1953.