- Soyuz uzay aracındaki Globus INK, dönen bir küreyle Dünya üzerindeki konumu gösteren elektromekanik analog bir navigasyon göstergesiydi; yörünge konumunu dişliler, kamlar ve diferansiyel dişlilerle hesaplıyordu
- Apollo Guidance Computer’ın aksine IMU veya harici navigasyon girdisi almıyordu; kozmonotlar başlangıç konumunu ve yörünge periyodunu elle ayarladıktan sonra tahmini konumu gösteren bir yapıya sahipti
- Kürenin ekseni 51,8° olarak sabitlenerek Soyuz’un standart yörüngesi uygulanmıştı; ancak bunun sonucunda yalnızca dairesel yörünge ve sabit eğime uyum sağlayabilen büyük bir kısıt ortaya çıktı
- İniş tahmin modu, o anda fren roketleri ateşlenirse iniş konumunu gösteriyor; iniş açısı, motor ve limit anahtarlarıyla küreyi kısmi bir yörünge kadar döndürerek yaklaşık 150 km doğruluk sağlıyordu
- Globus INK, 1960’ların elektronik bilgisayarlarıyla uygulanması zor olan yüksek çözünürlüklü, tam renkli bir Dünya gösterimi sunuyordu; ancak manuel ayarlar ve yörünge kısıtları nedeniyle 2002’de Soyuz-TMA’nın dijital ekranı ile değiştirildi
Dönen küreyle gösterilen Soyuz’un konumu
- Globus INK, resmi olarak Rusça kısaltma ИНК ile anılan bir “space navigation indicator”dı ve Soyuz uzay aracının Dünya üzerindeki alt noktasını dönen bir küreyle gösteriyordu
- Küre, plastik kubbenin sabit nişangâhının altında hareket ediyor; böylece kozmonotlar pencereden gördükleri araziyle gösterilen konumu karşılaştırabiliyordu
- Kürenin çevresindeki donanımlar da navigasyon bilgisi sağlıyordu
- Soldaki ve üstteki kadranlar sırasıyla enlem ve boylamı sayısal olarak gösteriyordu
- Alttaki ışık/gölge kadranı, uzay aracının Güneş ışığı aldığı bölümü ve gölgeye girdiği bölümü gösteriyor; kenetlenme kararlarında kullanılıyordu
- Yörünge sayacı, uzay aracının tamamladığı yörünge turu sayısını gösteriyordu
- İkinci modda, o anda fren roketleri ateşlenip iniş prosedürü başlatılırsa iniş konumu nişangâhın altına gelecek şekilde küre döndürülüyordu
- Kozmonotlar bu konumdaki arazinin iniş için uygun olup olmadığını değerlendirebiliyordu
Gerçek bir navigasyon sensörü değil, tahmini konum göstergesi
- Kozmonotlar düğmelerle başlangıç konumunu ve yörünge periyodunu ayarlıyor; ardından Globus elektromekanik mekanizmasıyla yörünge ilerleyişini takip ediyordu
- Apollo Guidance Computer’ın aksine IMU’dan veya başka navigasyon kaynaklarından bilgi almadığı için, gerçek konumu ölçen bir cihazdan çok ayar değerlerine dayalı bir tahmini konum göstergesine yakındı
- İncelenen cihaz, bir koleksiyonerin elindeki Globus’un açılıp onarıldığı ve tersine mühendislik uygulandığı bir örnekti; içinde dişliler, kamlar ve diferansiyel dişlilerin yanı sıra röleler, solenoidler ve elektrikli bileşenler de vardı
- Cihaz hasarlıydı
- Kasanın arkasında büyük bir ezik vardı ve kürenin ekseni yerinden çıkıp dişlilerle temasını kaybetmişti
- Küre iç parçalara çarparak Afrika bölgesinde çiziklere yol açmıştı
- Küre rastgele takılırsa enlem-boylam zamanlaması bozulacağından, dişli zamanlamasının ayarlanıp yerine geri getirilmesi gerekiyordu
Küre haritası ve 51,8° yörüngenin uygulanışı
- Küçük kürede dağlar, göller ve nehirler gibi arazi şekilleri ayrıntılı gösteriliyordu; böylece kozmonotlar gözleriyle gördükleri araziyle navigasyon göstergesini karşılaştırabiliyordu
- Arazi gösterimi iniş noktası seçimi için de önemliydi ve beklenen iniş bölgesinin arazisini kontrol etmekte kullanılıyordu
- Siyasi sınırlar çoğunlukla yoktu; ancak kalın kırmızı ve mor çizgilerle SSCB sınırı ile komünist ve komünist olmayan blok sınırı gösteriliyordu
- 1’den 8’e numaralı daireler, uzay aracıyla iletişim kurabilen radyo iletişim noktalarını gösteriyordu
-
Sabit eksenle oluşturulan iki yönlü dönüş
- Küre, serbestçe havada dönüp duran bir küre değil; cihaza sabitlenmiş eksenler ve dişlilerle kontrol ediliyordu
- Kürenin ekvatoru sağlam bir metal parçaydı ve cihazın yatay ekseni etrafında dönüyordu
- İçerideki ikinci dişli mekanizması küreyi kuzey-güney kutup ekseni etrafında döndürüyordu
- İki dönüş, cihaza sabitlenmiş eş merkezli eksenler üzerinden aktarılıyor; yalnızca sabit eksenlerle iki dönme serbestliği oluşturuluyordu
-
51,8°’nin oluşturduğu standart Soyuz yörüngesi
- Kürenin ekseni, Soyuz’un standart yörünge eğimini desteklemek için 51,8° olarak ayarlanmıştı
- Bu açı sayesinde yalnızca küreyi yatay eksen etrafında döndürmek, nişangâhın standart Soyuz yörüngesini izlemesini sağlıyordu
- Dünya dönerken kürenin iki yarıküresi kutup ekseni etrafında döndürüldüğünde, yüzey üzerinde birbirinden farklı 51,8° yörüngeler oluşuyordu
- 51,8°, Baikonur Cosmodrome’un 45,97° enleminden daha büyüktür; çünkü fırlatma rotasının Çin’in batısından geçmemesi için roketin kuzeye eğilmesi gerekiyordu
- İlgili açıklama Space Stack Exchange yanıtına bağlanmış durumda
Fiziksel tasarımın yarattığı büyük kısıtlar
- Yörünge eğimi küre mekanizmasının fiziksel açısıyla sabitlendiğinden, farklı yörüngeler için farklı Globus cihazları gerekiyordu
- Bu tasarım yalnızca dairesel yörüngeleri işleyebildiğinden, randevu ve kenetlenme gibi yörüngenin değiştiği durumlarda işe yaramaz hale geliyordu
- Bu sınırlamalar nedeniyle bazı kozmonotlar Globus’un kontrol panelinden kaldırılmasını istemişti; ancak 2002’de Soyuz-TMA bilgisayar ekranıyla değiştirilene kadar yerinde kaldı
Yörünge periyodu ve değişken hız mekanizması
- Soyuz’un bir yörünge turu yaklaşık 90 dakikadır, ancak süre irtifaya göre değişir
- Globus’ta yörünge periyodunu dakika, 0,1 dakika ve 0,01 dakika birimlerinde ayarlayan düğmeler bulunur; 91,85 dakikalık referans değerden ±5 dakika aralığında ayar yapılabilir
- Cihaz 27V, 1Hz sabit darbelerle hareket eder; ancak kürenin yörünge ekseni etrafındaki dönüş hızı yörünge periyoduna göre değişmelidir
- Çözüm, referans hıza üç tür artış ekleyen bir yapıdır
- Dakika ayarı artışı
- 0,1 dakika ayarı artışı
- 0,01 dakika ayarı artışı
- Birden fazla diferansiyel dişli, dönüş hızını artırmak veya azaltmak için kullanılır
- Değişken dönüş hızı, spiral kesite sahip konik bir kamla üretilir
- Kam üzerindeki 3 follower farklı konumlara yerleştirilir; dar tarafta küçük dönüş, geniş tarafta büyük dönüş oluşturur
- Follower konumu değiştirildiğinde ilgili follower’ın dönüş hızı seçilmiş olur
- Kam bir turu tamamladığında başlangıç çapına aniden döndüğü için follower geri sıçrayarak başlangıç konumuna döner
- Kürenin geriye sıçramaması için follower, diferansiyel dişliye kaydırmalı kavrama ve mandal üzerinden bağlanır
- Mandal, geri dönüş anında tahrik milini sabitleyerek çıktının genel olarak düzgün bir dönüş olarak devam etmesini sağlar
Enlem, boylam ve ışık/gölge hesabı
- Kürenin solundaki ve üstündeki göstergeler sırasıyla uzay aracının enlem ve boylamını gösterir
- Enlem ve boylam, yörüngenin küreye izdüşümüyle tanımlanan karmaşık fonksiyonlardır; bu fonksiyon metal kamların şekliyle uygulanır
- Her fonksiyon için 2 kam kullanılır
- Biri istenen fonksiyonu uygular
- Diğeri ters şekilli yapılır ve çene biçimli izleme mekanizmasının gerginliğini korur
- Enlem kamı, enlem kadranını sürerek 51,8°K ile 51,8°G arasında gidip gelmesini sağlar
- Boylam, Dünya’nın dönüşü nedeniyle daha karmaşıktır; boylam kadranının çıktısı, kam değerine Dünya dönüşünün diferansiyel dişliyle eklenmesiyle üretilir
- Formül olarak enlem
arcsin(sin i * sin(2πt/T)), boylam isearctan(cos i * tan(2πt/T)) + Ωt + λ0şeklinde özetlenir -
Işık ve gölge gösterimi
- Globus’ta uzay aracının ışığa veya gölgeye ne zaman gireceğini gösteren bir gösterge vardır
- Kadran, iki eş merkezli kadrandan oluşur ve iki düğmeyle ayarlanır
- Bu kadranlar uzay aracının yörüngesiyle birlikte hareket eder; kırmızı açıklama sabittir
- Bu kadranın boylam kadranına dişlilerle bağlı olma ihtimali vardır, ancak bu bölüm hâlâ incelenmektedir
İniş konumu tahmin modu
- Globus, o anda yeniden giriş yanması başlatılırsa uzay aracının nereye ineceğini gösterebilir
- İniş konumu hesabının doğruluğu 150 km’dir
- Hesaplama yöntemi, inişe kadar geçen süreye göre mevcut yörüngeyi kısmi bir yörünge kadar ileri projekte etmektir
- Kozmonotlar bu kısmi yörünge oranını “iniş açısı” olarak belirler
- Cihazın sol üstündeki elektrolüminesans gösterge bu modda “Место посадки” ifadesini gösterir
- İniş konumunu elde etmek için motor küreyi döndürür ve belirlenen açıya ulaşıldığında durur
- Paneldeki ayar düğmesi, sonsuz dişli üzerinden limit anahtarını istenen açıya taşır
- Motor çalıştığında küre ve salınım kolu birlikte döner
- Salınım kolu açısal limit anahtarına değdiğinde motor durur ve küre belirlenen açı kadar döndürülmüş olur
- Sabit limit anahtarı, küreyi normal yörünge konumuna geri döndürmek için kullanılır
- 3 konumlu döner anahtar iniş açısı modunu kontrol eder
- “МП” iniş noktasını seçer
- “З” Dünya üzerindeki konumu gösterir
- “Откл” iniş açısı dönüşünü geri alır ve mekanizmayı kapatır
Elektronik devre ve solenoid tahriki
- Globus büyük ölçüde mekanik olsa da elektronik kartlar da içerir
- Elektronik kartta 4 röle, 1 transistör, dirençler ve diyotlar bulunur
- Rölelerin çoğu, iniş konumu mekanizmasında motoru ileri-geri yönde sürmek ve limit anahtarlarında durdurmak için kullanılıyor gibi görünmektedir
- Röle bobinlerinin iki ucuna seri bağlı iki diyot bağlanmıştır; bunlar bobin kesildiğinde oluşan endüktif darbeyi ortadan kaldıran flyback diode görevi görür
- 360° potansiyometre, uzay aracının yörünge konumunu gerilime dönüştürür
- Globus bu gerilim sinyalini uzay aracındaki diğer cihazlara sağlar
- Elektronik karttaki transistörün bu gerilimi yükselttiği varsayımı hâlâ incelenmektedir
- Cihazda mekanik bir cihaza göre çok sayıda kablo demeti bulunur
- Harici konektöre giden tüm kablolar kesilmişti
- Konektör, 32 pinli RS32TV Sovyet askeri standart tasarımıdır
- Kabloların kesilmesi emekliye ayırma işleminin bir parçası olabilir
- Ancak kasadaki kurcalamaya karşı mum mühür sağlam olduğundan, resmi yeniden mühürleme durumuyla uyuşmayan bir nokta kalmaktadır
- Cihaz iki mandallı solenoid ile sürülür
- Biri yörünge dönüşü, diğeri Dünya dönüşü içindir
- Solenoidler 27V, 1Hz darbeler alır
- Her darbe dişliyi bir diş ilerletir ve tırnak dişlinin geri itilmesini engeller
Apollo-Soyuz görevinin izleri
- Küreye pembe noktalar ve Latin harflerinden oluşan 3 karakterli etiketler eklenmiştir
- GDS, MIL, BDA, NFL gibi işaretler NASA takip istasyonlarını gösterir
- GDS, Goldstone’dur
- MIL, Merritt Island’dır
- BDA, Bermuda’dır
- NFL, Newfoundland’dır
- Bu işaretler, söz konusu Globus’un 1975’te Apollo uzay aracı ile Soyuz kapsülünün kenetlendiği Apollo-Soyuz Test Project için üretildiğini düşündürür
- Pasifik Okyanusu’nun ortasındaki VAN etiketi de Apollo-Soyuz bağlantısını destekler
- USNS Vanguard, Apollo programında radyo iletişimi boşluklarını doldurmak için kullanılan bir NASA takip gemisiydi
- Apollo-Soyuz görevi sırasında Vanguard 25°G, 155°B konumuna yerleştirilmişti; bu da küredeki VAN noktasının konumuyla tam olarak örtüşür
- NASA takip istasyonları olarak CYI, ACN, MAD, TAN, GWM, ORR, HAW, GDS, MIL, QUI, AGO, BDA, NFL, VAN listelenmiştir
Vostok’tan Soyuz-TMA’ya uzanan soy ağacı
- Globus’un geçmişi Sovyet insanlı uzay uçuşlarının ilk dönemlerine kadar uzanır
- İlk sürüm daha basit olan IMP idi; Vostok’un 1961 ve Voshod’un 1964 uçuşları için 1960’ta geliştirilmeye başlandı
- İlk Globus IMP de uzay aracı konumunu ve iniş konumunu gösterme temel işlevlerinde INK’ye benziyordu
- IMP’de sağ altta bir yörünge sayacı vardı; enlem-boylam göstergeleri Voshod uçuşları için eklendi
- IMP ile INK arasında bazı farklar vardır
- IMP’de alttaki Güneş/gölge göstergesi yoktur
- İniş açısı ayar kontrolleri yoktur
- Yörünge modu ve iniş konumu modu, cihaz içindeki bir anahtarla değil harici bir anahtarla seçilir
- Daha karmaşık INK modeli 1967’den itibaren Soyuz uçuşları için üretildi ve “Sirius” bilgi gösterim sisteminin parçasıydı
- Soyuz-T’nin 1976 tarihli Neptun IDS’i ve Soyuz-TM’nin 1986 tarihli Neptun-M’i konsolun büyük kısmını modernize etti, ancak Globus INK’yi korudu
- Soyuz-TMA, 2002’de Neptun-ME sistemine yükseltilirken dijital ekran kullandı ve Globus grafik ekranla değiştirildi
- İlgili kaynak olarak Information Display Systems for Soyuz Spaceships bağlantılıdır
Performans ve sınırlar
- Globus INK, yörüngeyi dişliler, kamlar ve diferansiyel dişlilerden oluşan sofistike bir sistemle hesaplayan bir analog bilgisayardır
- 1960’ların elektronik uzay bilgisayarlarının sunmakta zorlandığı yüksek çözünürlüklü, tam renkli konum gösterimini kozmonotlara sağladı
- İşlevsel sınırları da açıktır
- Uzay aracının başlangıç konumu, yörünge hızı, ışık/gölge aralıkları ve iniş açısının tamamı elle ayarlanmalıdır
- IMU gibi harici navigasyon girdileri almadığı için doğruluğu yüksek değildir
- Yalnızca sabit açılı dairesel yörüngeleri destekler
- Modern dijital ekranlar, dönen kürenin fiziksel çekiciliğine sahip değildir ama çok daha fazla işlev sunar
- Tersine mühendislik hâlâ devam etmektedir; Rusça yorumlama için Google Translate kullanıldığından ayrıntılı açıklamalar değişebilir
1 yorum
Hacker News yorumları
https://www.righto.com/2023/03/reverse-engineering-electroni...
https://www.righto.com/2023/03/reverse-engineering-globus-in...
https://www.youtube.com/watch?v=dmHaCQ8Ul6E
https://www.youtube.com/watch?v=CP5dfjxdkQ4
https://www.youtube.com/watch?v=eG29HrU6Slw
Bu yüzden uzay yürüyüşlerinde de sorun yaşandığı söyleniyordu. Kapsülün içini uzay boşluğuna maruz bırakınca elektroniklerin patlayabileceği iddia ediliyordu
John Strausbaugh’un The Wrong Stuff: How the Soviet Space Program Crashed and Burned kitabı
https://www.hachettebookgroup.com/titles/john-strausbaugh/th...
Nitekim yazar birincil kaynakları da düzgün kullanmamış: https://www.thespacereview.com/article/4851/1
Bu, Apollo programı hakkında Amerikan belgelerini okumamış bir Rus yazarın kitabını önermeye benziyor. Batılı bir yazar olacaksa, James Harford’un Korolev biyografisi Sovyet uzay programını daha iyi derliyor ve hakkında düzgün akademik incelemeler de var
https://hackaday.com/2014/10/28/retrotechtacular-fire-contro...
[https://meshok.net/en/item/…;)
https://www.righto.com/2024/09/f4-attitude-indicator.html
https://www.popularmechanics.com/space/rockets/a19966/russia...