- Apollo görevlerinde kritik öneme sahip olan 'FDAI', uzay aracının tutumunu ve yönünü görsel olarak gösteren temel bir cihazdır.
- Bu cihaz 3 eksenli dönüşü (roll, pitch, yaw) bütünüyle ifade eder ve gövde içindeki mekanizma ile dıştaki yarım küresel kabuğun birleşimiyle çalışır.
- İç yapısı, hassas konum kontrolü ve geri besleme sağlamak için slip ring, synchro, servo loop gibi hassas elektrik-mekanik yapılardan oluşur.
- Lear Siegler gibi havacılık öncülerinin yenilikleri temelinde, X-15, F-4, Gemini, Apollo, Space Shuttle boyunca gelişmiştir.
- Makalede incelenen FDAI, Apollo için yola çıkmış olsa da Space Shuttle simülatörüne uyacak şekilde çeşitli parçaları ve devreleri değiştirilmiş bir geçmişe sahiptir.
Apollo FDAI (Uçuş Yönlendirme ve Tutum Göstergesi) nedir
- Apollo görevlerinde astronotların uzay aracının tutumunu gözlemlemesi için kullanılan FDAI, kendine özgü 8-ball biçimli bir döner mekanizmaya sahiptir.
- Ortadaki küre (diğer adıyla 8-ball) bir yüzü siyah olacak şekilde tasarlanmıştır ve uçuş yönünü (tutumu) 3 eksenli hareketle görselleştirir.
- Üç sarı ibre, mevcut tutumu göstermenin yanı sıra hedef manevra yönünü de rehberlik ederek astronotların hızlı tutum düzeltmesi yapmasına yardımcı olur.
- FDAI ayrıca tutum hızı (dönüş oranı) gibi ek bilgileri de gösterir.
FDAI’nin mekanik yapısı ve çalışma prensibi
3 eksenli dönüşün uygulanma biçimi
- Küre, roll, pitch ve yaw olmak üzere üç eksene göre döner.
- Roll: Cihazın dış çerçevesindeki motor ve dişlilerle sağa sola döndürülür.
- Pitch: Kürenin içindeki motorla dikey eksen boyunca eğilir.
- Yaw: Yalnızca yarım küresel kabuk dikey eksen boyunca bağımsız olarak döner, iç mekanizma sabit kalır.
- Çift katmanlı slip ring (elektrik temas halkası), çok eksenli dönüşte iç kabloların dolaşmasını önleyerek elektrik bağlantısını korur.
Synchro ve servo loop (feedback) kontrolü
- Synchro, giriş mili ile çıkış milinin dönüş açısı dönüşüm sinyalini üç telli iletişimle aktarır.
- İki synchro arasında açı farkı oluşursa tork meydana gelir ve sistem otomatik olarak eşleşme yönüne döner.
- Servo loop devresi synchro, control transformer, amplifier ve motor bileşenlerinden oluşur.
- Control transformer, hedef açı ile gerçek açı arasındaki farkı (hata sinyali) yükselterek motora iletir.
- Takometre (dönüş hızı algılayıcısı) negatif geri besleme sinyali sağlayarak, hata azalma hızına göre yavaşlama ve hassas kontrol uygular.
Amplifikatör devresi ve elektronik bileşen düzeni
- 3 eksenin her biri ayrı bir servo loop / amplifikatör / control transformer yapısına sahiptir.
- Devre kartları, yer tasarrufu ve titreşime dayanıklılık için bileşenler üst üste gelecek şekilde yerleştirilmiştir; bazı bağlantı kabloları plastik tüplerle korunur.
- Amplifikatör, hata sinyalinin büyüklüğünü ve yönünü algılayarak motoru sürer ve dönüş yönünü hassas biçimde belirler.
FDAI’nin tarihi ve gelişimi
Geliştirme ve evrim arka planı
- Bill Lear (1902–1978) ve ekibinin yön verdiği Lear Avionics / Lear Siegler,
- F-102 savaş uçağı, X-15 roket uçağı, F-4 savaş uçağı gibi platformlar için tutum gösterge cihazları geliştirdi.
- Daha sonra bu çalışmalar Gemini ve Apollo’da FDAI’ye evrildi ve Apollo LM’nin (Ay iniş modülü) merkezî gösterge yerleşiminde kullanıldı.
- 1970’lerde Lear Siegler, uzay görevi alanındaki kârlılık sorunları nedeniyle Space Shuttle için ADI üretiminin ardından bu alandan çekildi.
- Sonrasında Honeywell, Shuttle için gösterge sistemlerinin (MEDS vb.) üretiminde başı çekti.
Benzer cihazlarla yapısal karşılaştırma
- Mevcut ARU/11-A göstergesi ile FDAI’nin yapısı benzerdir, ancak yerleşik elektronik devreler ve güç kartı biçimi gibi farklar vardır.
- Geleneksel uçaklara özgü pitch trim gibi işlevler, uzay uçuşunda anlamlı olmadığı için kaldırılmıştır.
- İç yarım küresel kabuğun delik sabitleme yöntemi de bir miktar değiştirilmiştir.
İncelenen FDAI ile Apollo ve Shuttle arasındaki başlıca farklar
- İncelenen FDAI, başlangıçta Apollo için üretilmiş olsa da Space Shuttle simülatörü için modifiye edilmiştir.
- Giriş sinyali yöntemi (synchro ↔ resolver), aydınlatma sistemi (ampul ↔ elektrolüminesans), iç yapı gibi unsurlar değişmiştir.
- İbre tasarımı, ayar işlevleri ve gösterim yöntemi açısından Shuttle düzenine uyacak şekilde boyama ve devre değişikliklerinin izleri görülür.
- Shuttle’ın ADI’si, off göstergesi, giriş sinyali doğrulama ve geri beslemeli servo sistemi gibi ek elektronik devreler nedeniyle daha karmaşıktır.
- Entegre devreler ve çoklu güç devreleri kullanılır; ibre konum hassasiyeti artırılmıştır.
- ADI içindeki küresel dönüş mekanizmasının benzer olduğu tahmin edilmektedir.
Sonuç
- FDAI, Apollo görevlerinde uzay aracının tutum ve manevra bilgisini sağlayan temel göstergedir.
- Hassas 2+1 eksenli dönüş mekanizması ve servo geri besleme teknikleri kullanarak yüksek doğruluk ve güvenilirlik sunar.
- FDAI soy ağacı, uçak–roket uçağı–insanlı uzay aracı–Shuttle hattı boyunca uzanır ve her dönemin teknik yeniliklerini barındırır.
- İncelenen FDAI, Apollo ile Shuttle arasındaki geçiş dönemine ait bir ara tip örnek olarak uzay uçuşu göstergelerinin evriminde nadir bir vaka niteliği taşır.
1 yorum
Hacker News yorumu
Apollo ile ilgili sorularınız varsa yazar bizzat yanıtlayabilir
Gerçekten harika bir yazı diye düşündüm; daha önce uzay aracı ADI'sinde üçüncü bir eksen olduğunu hiç fark etmemiştim. Ne yazık ki tek bir küçük hata var: Bill Lear'ın F-5 otomatik pilotu, bildiğim kadarıyla Northrop F-5 savaş uçağından ayrı bir şey.
Apollo komuta modülünde Honeywell tarafından üretilen tamamen farklı bir FDAI (uçuş direktörü tutum göstergesi) kullanılmış. Bunun gibi farklı bir parçanın kullanılmasını gerektiren belirli bir gereksinim mi vardı, yoksa Grumman ve North American'ın farklı tedarikçileri benimsemiş olmasından mı kaynaklanıyordu, merak ediyorum.
F-104 uçaklarında da benzer bir örneği hatırlıyorum.
Apollo 13 filminde bu cihaza 'frappin 8 ball' denmesi yüzünden bunu çok net hatırlıyorum.
Geçen yıl HN'de benzer bir Sovyet dönemi cihazı hakkında bir yazı vardı; o cihaz, uzay aracının Dünya üzerindeki konumunu gösteren küçük bir küre biçimindeydi.
Birinci
İkinci
Üçüncü
Bu yazıya gerçekten hayran kaldım. Apollo için geliştirilen inanılmaz teknolojiler hakkında sık sık bir şeyler okuyoruz ama bu yazı, onlardan birini gerçekten derinlemesine açıklıyor. Son birkaç on yılda outsourcing arttıkça bu tür bilgi birikiminin ve temel mühendislik ile üretim kabiliyetlerinin kayboluyor olmasından endişe duyuyorum.
Eskiden bu konu muhtemelen elektrik mühendisliğinde analog kontrol dersleri için mükemmel bir ödev olurdu.
Bunun gerçekten bir UI sanat eseri olduğunu düşünüyorum; sadece bir kez bakınca uzay aracımın yönünü hemen anlayabiliyorum. Amatör astronot olarak (Kerbal Space Program'da 1.000 saat, Flight of Nova'da 200+ saat deneyim) yeni fusion uzay gemilerinin kokpitinde, Apollo tarzı göstergeler arasında KSP'nin Nav-Ball'unu özlediğimi hissediyorum. Savaş uçağı tarzı 'ladder' tutum göstergeleri tek bakışta okunmuyor; merdivendeki sayılara bakıp sonra tekrar pusulaya dönmek gerekiyor, bu da yaklaşık 3 saniyelik bir odaklanma gerektiriyor (gerçek pilotaj değil, hissedilen süre olarak). Buna karşılık Nav-Ball 0,5 saniye içinde algılanabiliyor; muhtemelen beynim buna zaten alıştığı için. Ve o 3 saniye önemli, çünkü Apollo 11'in Ay'a inişten hemen önce gerçekten 20 saniyeden az yakıtı kalmıştı.
Bu konu yakın zamanda Freya Holmér'in bir konuşmasında işlendi; sunum videosunun bağlantısı:
YouTube videosu
Ken bir kez daha Hacker News'ün en iyi içerik yazarlarından biri olduğunu kanıtlıyor.
Bunu görünce Kerbal Space Program oynadığım günleri hatırladım.
kens'e bir soru: amplifikatör kartındaki çıkış transistörünün kolektörünün metal kasaya bağlı olup olmadığını merak ediyorum. Fotoğrafa bakınca soğutucunun doğrudan temas etmediği ve kapasitörlerin arasında bir boşluk olduğu görülüyor. Çerçeveye elektriksel bağlantıyı engellemek için naylon vida mı kullanılmış diye merak ettim.
Ne yazık ki şu anda elimde FDAI yok, bu yüzden buna hemen bakmam zor.
TO-5 bipolar transistörlerde kolektörün kasaya bağlı olması yaygındır. Her zaman böyle değildir ama istisna örnekleri pek hatırlamıyorum.
Böyle cihazları her gördüğümde ilk düşündüğüm şey şu oluyor: “Bugünün trend odaklı geliştiricileri ya da mühendisleri böyle bir şeyi yeniden üretemez gibi geliyor.”