Аполло ғарыш кемесінің басқару жүйесі

Кіріспе

Аполлон ғарыш кемесінің бағыттау жүйесі

Аполлонның негізгі бағыттау, навигация және басқару жүйесі (PGNCS, «пингс» деп айтылады) – Жермен байланыс үзілген кезде, немесе ғарыш кемесі Айдың артында болғанда, немесе байланыс бұзылған жағдайда Аполлон ғарыш кемелерінің өз міндеттерін орындауына мүмкіндік беретін дербес инерциялық бағыттау жүйесі. Аполлон командалық модулі (CM) және Ай модулі (LM) әрқайсысы PGNCS нұсқасымен жабдықталған. PGNCS, әсіресе оның компьютері, LM-нен келетін барлық жүйелік сигналдарды қабылдайтын басқару орталығы болды, оның ішінде бағыттау оптикалық телескопы, радар жүйесі, астронавттардың қолмен аудармалау және бұру құрылғыларынан түсетін сигналдар, сондай-ақ LM жүйелерінен келетін басқа да сигналдар. PGNCS-ті Чарльз Старк Дрейпердің басшылығымен MIT Аспаптар зертханасы әзірледі (кейіннен Аспаптар зертханасы оның есімімен аталып, Дрейпер зертханасы болды). PGNCS-тің бас мердігері және инерциялық өлшеу блогын (IMU) өндіруші General Motors компаниясының Delco бөлімшесі болды. PGNCS келесі компоненттерден тұрады:

инерциялық өлшеу блогы (IMU)
Аполлон бағыттау компьютері (AGC)
инерциялық платформа бұрыштарын серво басқаруға қолданылатын сигналдарға түрлендіретін түрлендіргіштер
CM үшін біреуі, ал LM үшін екіншісі болатын оптикалық блоктар
оптикалық құрылғыларды және LM-дегі радарды IMU-ға берік қосатын, «навигациялық база» (navbase) деп аталатын механикалық жақтау
AGC бағдарламалық жасақтамасы

Нұсқалар

CM және LM бір компьютерді, инерциялық платформаны және резолюторларды пайдаланды. Басты айырмашылық оптикалық блок болды. Әр ғарыш кемесі үшін навигациялық база да әртүрлі болды, бұл орнату геометриясының өзгешелігін көрсетеді. LM-нің кездесу радары да оның навигациялық базасына қосылған еді. PGNCS-нің екі нұсқасы болды: I блок және II блок, олар CM-нің екі буынына сәйкес келеді. Аполлон I-де болған өрттен кейін, ол I блок CM-де орын алды, NASA енді экипажбен миссиялар I блокты пайдаланбауға шешім қабылдады, бірақ экипажсыз миссиялар оны қолданды. I және II блоктардың арасындағы маңызды айырмашылықтарға электромеханикалық резолюторларды толығымен электрондық жүйемен алмастыру және бериллийден жасалған I блок навигациялық базасын полиуретан көбігімен толтырылған алюминий түтіктерден жасалған конструкциямен ауыстыру кірді. II блок навигациялық базалары жеңіл, арзан және сондай-ақ берік болды. I және II блоктардың тағы бір маңызды айырмашылығы – жөндеуге болатындығы. Аполлон бағдарламасының бастапқы мақсаты астронавттардың электрониканы жөндеуге қабілетті болуы еді. Сондықтан, Block 1 PNGCS ұшу кезінде қажет болған жағдайда қосалқы модульдермен ауыстырылатын көптеген бірдей модульдермен жасалған. Алайда, экипаж бөлімшелеріндегі жоғары ылғалдылық және "Жеміштер-7" миссиясы кезінде дене сұйықтықтарымен жұмыс істеу кезіндегі жағдайлар электрлік қосылымдарды герметикалық жабуды қажет етті. II блокта жөндеу мүмкіндігі алынып тасталды және барлық құрылғылар мен электрлік қосылымдар герметикалық түрде жабылды. Аполлон-11 командалық модулінің пилоты Майкл Коллинз оптика арқылы көрінудің нашар екенін және жарық жағдайларына байланысты көрудің қиын екенін атап өтті. Күннен қорғайтын экран бағдарламаның соңында, 1967 жылы, сынақтар мен модельдеу нәтижесінде астронавттардың тікелей күн сәулесі немесе LM-нің жақын жердегі бөліктерінен шашыраған жарықтан ай бетіндегі жұлдыздарды көре алмауы мүмкін екені анықталғаннан кейін қосылды. Күннен қорғайтын экранды қосу көріну бұрыштарының санын үштен алтыға дейін арттыруға мүмкіндік берді.

The CM and LM used the same computer, inertial platform and resolvers. The main difference was the optical unit. The navbase was different for each spacecraft as well, reflecting the differing mounting geometries. The LM's rendezvous radar was also connected to its navbase. There were two versions of PGNCS—Block I and Block II—corresponding to the two generations of the CM. After the Apollo I fire, which occurred in a Block I CM, NASA decided that no further crewed missions would use Block I, though uncrewed missions did. Major differences between Block I and Block II PGNCS included replacing electromechanical resolvers with an all electronic design and replacing the Block I navbase, which was machined from beryllium, with a frame built out of aluminum tubing filled with polyurethane foam. The Block II navbases were lighter, cheaper, and just as rigid. Another major difference between Block I and Block II was repairability. An original goal for the Apollo program was for the astronauts to be able to make repairs to the electronics. Accordingly, the Block 1 PNGCS was designed with many identical modules that could be replaced with spares, if necessary, in flight. However high humidity conditions inside the crew compartments and accidents in handling body fluids during the Gemini 7 mission made having unsealed electrical connections undesirable. The repairability goal was eliminated in Block II and all units and electrical connections were sealed. Apollo 11 Command Module Pilot Michael Collins noted that the visibility through the optics was sub standard, and it was difficult to see through in certain lighting conditions. The sun shade was added late in the program, in 1967, after tests and modeling determined that the astronauts might not be able to see stars on the lunar surface due to direct sun light or light scattered by near by parts of the LM impinging on the outside prism. Adding the sun shade also allowed increasing the number of view positions from three to six.

Бағдарламалық жасақтама

Борттағы бағдарлау бағдарламалық жасақтамасы ғарыш кемесі үшін оңтайлы позицияны анықтау үшін жаңа деректерді бұрынғы позиция өлшемдерімен біріктіруде Калман сүзгісін пайдаланды. Басты мәлімет – инерциялық өлшеу бірлігінің (IMU) тұрақты бөлігі мен эталондық координаттар жүйесі арасындағы координаттар түрлендіруі болды. Аполлон бағдарламасының тілімен айтқанда, бұл матрица REFSMMAT ("Эталондық координаттар жүйесінен тұрақты мүше матрицасына түрлендіру") деп аталды. Миссияның фазасына қарай екі эталондық координаттар жүйесі қолданылды: біреуі Жер орталығында, екіншісі Ай орталығында орналасқан.

Навигациялық ақпарат

Атауында "біріншілік" сөзі болғанымен, PGNCS деректері навигациялық ақпараттың басты көзі болған жоқ. NASA-ның Deep Space Network желісінен алынған деректер Миссиялық басқару орталығындағы компьютерлермен ең кіші квадраттар әдісін қолдана отырып өңделді. Осыдан шыққан позиция және жылдамдық бағалаулары PGNCS-тің нәтижелерінен дәл болды. Осының нәтижесінде, ғарышкерлерге жердегі деректер негізінде AGC-ге енгізу үшін белгілі бір уақыт аралығымен күй векторының жаңарулары берілді. PGNCS ғарыш кемесінің бағытын сақтау, маневр жасау кезінде, соның ішінде Айға қону және одан ұшу кезінде ракеталарды басқару, жоспарланған және күтпеген байланыс үзілістері кезінде навигациялық деректердің негізгі көзі ретінде маңызды қызметін атқара берді. PGNCS сондай-ақ жердегі деректерді тексеруге де мүмкіндік берді. Ай модулінде TRW компаниясы жасаған үшінші навигациялық жүйе – авариялық басқару жүйесі (AGS) болды. Бұл жүйе PGNCS істен шыққан жағдайда қолданылуға тиіс еді. AGS Айдан ұшу және Командалық модульмен кездесу үшін пайдаланылуы мүмкін болғанмен, қону үшін емес. "Аполлон-13" миссиясы кезінде Ай маңындағы ең қиын жағдайдан кейін, AGS PGNCS орнына қолданылды, себебі оған аз электр қуаты және салқындату суы қажет болды.

Аполлон 11

Аполлон 11 миссиясы барысында екі PGNCS дабылы (1201 "Бос VAC аймақтары жоқ" және 1202 "Басқару дабылы, ядролық жиынтықтар жоқ") 1969 жылдың 20 шілдесінде айға алғашқы қонуға әрекет жасалған кезде миссияны басқару орталығына жеткізілді. Компьютерлік жүйенің артық жүктелуіне қону радарінің және кездесу радарінің деректерінің бір уақытта қабылдануы себеп болды. Миссияны басқару орталығының қолдау тобы дабылдарды қауіпсіз деп есептеп, назардан тыс қалдыруға болатынын шешті және қону сәтті аяқталды.