Аполлон PGNCS - Apollo PGNCS

Компоненты основной системы наведения командного модуля Apollo
Компоненты основной 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 юстировочный оптический телескоп , радарную систему, вводы устройств ручного 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

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 встречи LM также был подключен к его навигационной базе.

Существовали 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 в миссиях без экипажа это использовалось. 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 , с рамой, построенной из алюминиевых трубок, заполненных пенополиуретаном . Навигационные базы Block II были легче, дешевле и такими же жесткими.

Еще одно важное различие между блоком I и блоком II - 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 условия высокой влажности внутри отсеков экипажа и несчастные случаи при работе с жидкостями тела во время миссии Gemini 7 сделали нежелательными открытые электрические соединения. Ремонтопригодность была устранена в блоке II, и все агрегаты и электрические соединения были опломбированы. Смертельный пожар Аполлона-1 усилил эту озабоченность.

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

Инерциальная единица измерения

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 сигналы от акселерометров были интегрированы, 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 «Аполлон» дрейфует примерно на один миллирадиан в час. Таким образом, необходимо было периодически настраивать инерциальную платформу по звездам.

Оптические блоки

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 °. Оптический блок также включал в себя сканирующий телескоп (SCT) с широким полем обзора (60 °) с малым увеличением для наблюдения за звездами. Оптический блок можно использовать для определения положения и ориентации КМ в пространстве.

Оптический телескоп для юстировки LM

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 60 °. При повороте положение AOT считывалось AGC; направив сетку на две разные звезды, компьютер мог определить ориентацию аппарата.

Пилот командного модуля Аполлона-11 Майкл Коллинз отметил, что видимость через оптику была ниже стандартной, и ее было трудно видеть при определенных условиях освещения.

Козырек от солнца 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.

Солнцезащитный козырек AOT на лунном модуле Apollo 9

Программное обеспечение

Бортовое программное обеспечение наведения использовало фильтр Калмана для объединения новых данных 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

Несмотря на слово «первичный» в названии, данные PGNCS не были основным источником навигационной информации. Данные отслеживания из сети дальнего космоса НАСА обрабатывались компьютерами в Центре управления полетами с использованием алгоритмов наименьших квадратов . Полученные в результате 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 важен 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

Во время миссии « Аполлон-11 » два сигнала тревоги PGNCS (1201 «Нет доступных зон VAC» и 1202 «Исполнительная тревога, нет основных 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.

Смотрите также

Рекомендации