Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Компоненты первичной системы наведения командного модуля Apollo
Компоненты первичной системы наведения лунного модуля Аполлона
Инерциальный измерительный блок Apollo

Apollo основное руководство, навигация и система управления ( PGNCS ) (произносятся пинги ) была самодостаточной инерциальной системой наведения , что позволило Apollo космического кораблю , чтобы выполнять свои задачи , когда были прерваны связи с Землей, либо , как и следовало ожидать, когда космический корабль был позади Луна, или в случае сбоя связи. Командный модуль Apollo (CM) и лунный модуль (LM) были оснащены версией PGNCS. PGNCS и, в частности, его компьютер, были также командным центром для всех системных входов от LM, включая оптический телескоп юстировки , радиолокационную систему, руководствовводы устройств перевода и вращения космонавтами, а также другие вводы от систем LM.

PGNCS был разработан приборной лабораторией Массачусетского технологического института под руководством Чарльза Старка Дрейпера (приборная лаборатория была позже названа в его честь). Генеральным подрядчиком PGNCS и производителем инерциального измерительного блока (IMU) было подразделение Delco General Motors . PGNCS состоит из следующих компонентов:

  • инерциальный измерительный блок (ИИУ)
  • Компьютер управления Apollo (AGC)
  • преобразователи для преобразования углов инерциальной платформы в сигналы, используемые для сервоуправления
  • оптические блоки, один для CM и другой для LM
  • механическая рама, называемая навигационной базой (или навигационной базой), для жесткого соединения оптических устройств и, в LM, радара сближения с IMU
  • программное обеспечение AGC

Версии [ править ]

Гироскоп Apollo (IRIG)
Акселерометр Apollo (PIPA)

CM и LM использовали один и тот же компьютер, инерциальную платформу и резольверы. Основным отличием был оптический блок. Навигационная база также была разной для каждого космического корабля, что отражало разную геометрию крепления. Радар рандеву LM также был подключен к его навигационной базе.

Существовало две версии PGNCS - Block I и Block II - соответствующие двум поколениям CM. После пожара « Аполлона I» , который произошел в КМ блока I, НАСА решило, что никакие дальнейшие миссии с экипажем не будут использовать блок I, хотя миссии без экипажа использовались. Основные различия между блоком I и блоком II PGNCS заключались в замене электромеханических резольверов на полностью электронную конструкцию и замену навигационной базы блока I, которая была изготовлена ​​из бериллия , на раму, построенную из алюминиевых трубок, заполненных пенополиуретаном . Навигационные базы Block II были легче, дешевле и такими же жесткими.

Еще одним важным отличием блока I от блока II была ремонтопригодность. Первоначальной целью программы «Аполлон» было дать астронавтам возможность ремонтировать электронику. Соответственно, Block 1 PNGCS был разработан с множеством идентичных модулей, которые при необходимости можно было заменить запасными в полете. Однако из-за высокой влажности внутри отсеков экипажа и несчастных случаев при работе с жидкостями тела во время миссии « Близнецы-7 » незапечатанные электрические соединения стали нежелательными. Ремонтопригодность была устранена в блоке II, и все блоки и электрические соединения были опломбированы. [1] Смертельный пожар Аполлона-1 только усилил эту озабоченность.

Компоненты PGNCS использовались Дрейпером для глубоководной спасательной машины ВМС США (DSRV). [2]

Единица измерения инерции [ править ]

Аполлон ИДУ

ИДУ было подвешено по трем осям. Самая внутренняя часть, стабильный элемент (SM), представляла собой 6-дюймовый бериллиевый куб с тремя гироскопами и тремя акселерометрами, установленными в нем. В контурах обратной связи используются сигналы от гироскопов через резольверы для управления двигателями на каждой оси. Эта сервосистема удерживала устойчивый элемент неподвижным по отношению к инерционному пространству . Затем были интегрированы сигналы от акселерометров, чтобы отслеживать скорость и положение космического корабля. IMU был создан на основе системы наведения, разработанной Дрейпером для ракеты Polaris .

Инерционные системы наведения несовершенны, и система Apollo дрейфует примерно на один миллирадиан в час. Таким образом, необходимо было периодически настраивать инерциальную платформу по звездам.

Оптические блоки [ править ]

СМ космический секстант
Оптический блок Apollo CM

Оптический блок CM имел прецизионный секстант (SXT), прикрепленный к раме IMU, который мог измерять углы между звездами и ориентирами Земли или Луны или горизонтом. Он имел две линии обзора, 28-кратное увеличение и поле зрения 1,8 градуса. В оптический блок также входил сканирующий телескоп (SCT) с малым увеличением и широким полем обзора (60º) для наблюдения за звездами. Оптический блок может использоваться для определения положения и ориентации КМ в пространстве.

Оптический телескоп выравнивания лунного модуля Apollo (AOT)

У LM вместо этого был оптический телескоп выравнивания (AOT), по сути, перископ. Внешний элемент AOT представлял собой солнцезащитную призму, которую можно было поворачивать в одно из шести фиксированных положений относительно LM, чтобы покрыть большую часть лунного неба. Каждая позиция имела поле обзора 60º. При повороте положение AOT считывалось AGC; направив сетку на две разные звезды, компьютер мог определить ориентацию аппарата. [3]

Солнцезащитный козырек был добавлен в конце программы, в 1967 году, после того, как испытания и моделирование определили, что астронавты могут не видеть звезды на поверхности Луны из-за прямого солнечного света или света, рассеянного соседними частями LM, падающими на внешняя призма. Добавление солнцезащитного козырька позволило увеличить количество позиций обзора с трех до шести. [1] : стр. 41 и далее

Солнцезащитный козырек AOT на лунном модуле Apollo 9

Программное обеспечение [ править ]

Бортовое программное обеспечение наведения использовало фильтр Калмана, чтобы объединить новые данные с прошлыми измерениями местоположения для получения оптимальной оценки местоположения космического корабля. Ключевой информацией было преобразование координат между стабильным членом IMU и исходной системой координат. В аргументе программы Apollo эта матрица была известна как REFSMMAT («Ссылка на матрицу стабильных элементов »). В зависимости от фазы миссии использовались две опорные системы координат: одна с центром на Земле, а другая с центром на Луне.

Навигационная информация [ править ]

Несмотря на слово «первичный» в названии, данные PGNCS не были основным источником навигационной информации. Данные отслеживания из сети дальнего космоса НАСА обрабатывались компьютерами Центра управления полетами с использованием алгоритмов наименьших квадратов . Полученные оценки положения и скорости были более точными, чем оценки, произведенные PGNCS. В результате астронавтам периодически предоставлялись обновления вектора состояния для ввода в AGC на основе наземных данных. PGNCS по-прежнему важна для поддержания ориентации космического корабля, для управления ракетами во время маневрирования, включая посадку и взлет на Луну, а также в качестве основного источника навигационных данных во время запланированных и неожиданных сбоев связи. PGNCS также провела проверку наземных данных.

Лунный модуль имел третье средство навигации, систему аварийного наведения (AGS), созданную TRW . Это должно было использоваться в случае отказа PGNCS. AGS можно было использовать для взлета с Луны и встречи с командным модулем, но не для посадки. Во время Аполлона-13 , после наиболее критического ожога около Луны, AGS использовался вместо PGNCS, потому что он требовал меньше электроэнергии и охлаждающей воды.

Аполлон-11 [ править ]

Во время миссии « Аполлон-11 » два сигнала тревоги PGNCS (1201 «Нет доступных зон VAC» и 1202 «Исполнительная тревога, нет базовых комплектов») были переданы в центр управления полетом, когда 20 июля 1969 года предпринималась попытка первой высадки на Луну. Компьютерная система Перегрузка была вызвана одновременным захватом данных радара посадки и данных радара сближения. Персонал службы поддержки миссии пришел к выводу, что сигналы тревоги можно игнорировать и посадка прошла успешно. [4] [5]

См. Также [ править ]

  • Приборный блок Saturn V - система наведения, используемая ракетами-носителями Apollo

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Холли, Мэриленд (май 1976 г.). «Отчет об опыте Apollo - Системы наведения и управления: разработка первичной системы навигации и управления, NASA TN D-8287» (PDF) . Космический центр Линдона Б. Джонсона, США. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства.
  2. ↑ Тихая война: Холодная война, битва под морем, Джон Пина Крейвен, Саймон и Шустер, 2002, стр.120
  3. ^ Аполлон лунного модуля Alignment оптический телескоп , Apollo Lunar Surface Journal
  4. ^ Eyles, Дон (2004-02-06), Байки из лунного модуля Guidance Computer , извлекаться 2017-10-01
  5. ^ "Apollo 11 Lunar Surface Journal: Program Alarms" . www.hq.nasa.gov . Проверено 16 апреля 2017 .