- Apollo Lunar Module’ün FDAI’si; uzay aracının tutumunu, kontrol komutlarını ve dönüş hızını tek bir göstergede bir araya getiren temel uçuş gösterge cihazıydı
- Dışarıdan bakıldığında tüm küre roll·pitch·yaw olmak üzere 3 eksende serbestçe dönüyormuş gibi görünür, ancak gerçekte ekvator bölümüne sabitlenmiş bir mekanizma ile içi boş yarım küre kabukları görevleri paylaşır
- Konum sinyalleri, 1950–60’ların aviyonik sistemlerinde kullanılan synchro ve servo döngüleriyle işlenir; control transformer, amplifier ve motor/tachometer hatayı azaltacak şekilde çalışır
- İncelenen model Apollo için üretilmiş Model 4068F idi, ancak Space Shuttle simülatörü için değiştirilmiş; synchro girişi, akkor lamba aydınlatması, Shuttle tarzı kadran ve ek ayar düzenekleriyle donatılmıştı
- Bu tasarım X-15, F-4 ARU/11-A, Gemini, Apollo ve Space Shuttle’a uzanan Lear Siegler çizgisinin içindedir; Apollo FDAI ise mevcut tasarımı koruyup uzay aracı için gereksiz işlevleri çıkaran bir ara aşamaya daha yakındır
Apollo Lunar Module’de FDAI’nin üstlendiği rol
- FDAI (Flight Director / Attitude Indicator), Apollo Ay uçuşu sırasında uzay aracının tutumunu gösteren cihazdı
- Küre biçimli gösterge bölümü uzay aracının tutumunu gösterir
- Bir tarafı siyah olan küre nedeniyle “8-ball” lakabını almıştır
- Üç sarı ibre, astronotun uzay aracını nasıl kumanda etmesi gerektiğini gösterir
- Üç ek gösterge, uzay aracının dönüş hızını gösterir
- Lunar Module’de iki FDAI vardı
- Soldaki Commander, sağdaki Lunar Module Pilot içindi
- Apollo 11’de Commander Neil Armstrong, Lunar Module Pilot ise Buzz Aldrin’di
- Büyük boyutu ve merkezî konumu nedeniyle FDAI, Lunar Module gösterge panelinde önemli bir yer tutuyordu
- Lunar Module FDAI, panel anahtarlarıyla birden fazla giriş kaynağı seçebiliyordu
- Tutum gösterge küresi Inertial Measurement Unit veya yedek Abort Guidance System girişini alabiliyordu
- Pitch tutumu, dairesel yörüngeyi simüle eden ORDEAL (Orbital Rate Display Earth And Lunar) tarafından da sağlanabiliyordu
- Hata göstergesi Apollo Guidance Computer, Abort Guidance System, landing radar ve rendezvous radar’dan gelebiliyordu
- Pitch·roll·yaw hız göstergeleri Rate Gyro Assembly tarafından sürülüyordu
- Hız göstergesi için FDAI’nin altındaki anahtarla 25°/sec veya 5°/sec ölçeği seçiliyordu
3 eksenli dönüşü oluşturan iç mekanizma
- FDAI’nin küresi roll, pitch ve yaw olmak üzere 3 eksenli dönüşü gösterir
- Roll, uçuş yönü ekseni boyunca sağa sola yatma hareketine karşılık gelir
- Pitch, burnun yukarı kalkması veya aşağı inmesi hareketidir
- Yaw, yönün sağa sola değişmesi hareketidir
- Genel uçak attitude indicator’ları genellikle yaw’u göstermez
- Gerçek FDAI, küre göstergesini 3 motor ile hareket ettirir
- Roll motoru FDAI çerçevesine bağlıdır ve dişliler üzerinden roll gimbal’ını döndürür
- Pitch motoru ve yaw motoru kürenin içindedir
- Roll gimbal, küre mekanizmasının “ekvator”undaki iki noktaya bağlanır ve bu iki nokta pitch eksenini tanımlar
- Kürenin 3 eksende serbestçe dönüyormuş gibi görünmesinin temelinde yarım küre kabuk yapısı vardır
- Pitch motoru, iç küre mekanizmasını pitch ekseni etrafında döndürür
- Yaw motoru dikey bir şaftı döndürür; şaftın üstüne ve altına bağlı iki yarım küre kabuğu da döner
- Yaw dönüşünde iç mekanizmanın kendisi hareket etmez, yalnızca kabuk yaw ekseni etrafında döner
- Kabloların dolanmaması için slip ring kullanılır
- İlk slip ring assembly, roll ekseni dönüşünü yönetir ve sabit bölüm ile dönen roll gimbal arasındaki elektrik bağlantısını korur
- 23 çift fırça, 23 bağlantıdan sorumludur
- İkinci slip ring seti, kürenin içinde pitch ekseni dönüşünü yönetir
- Yaw ekseninde yalnızca yarım küre kabuklar döndüğü için kablolama gerekmez ve slip ring de kullanılmaz
Synchro ve servo döngü kontrolü
- 1950–60’larda dönel konum sinyallerini elektriksel olarak aktarmanın standart yolu olarak synchro yaygın biçimde kullanılıyordu
- Synchro, şaftın dönme konumuna göre değişen çıktıyı 3 kablo üzerinden gönderir
- İki synchro bağlandığında, ikinci synchro’nun şaftı birinci şaftla aynı açıya dönebilir
- Aviyonik göstergelerden donanma savaş gemilerinin top kulelerinin döndürülmesine kadar çeşitli alanlarda kullanılmıştır
- Synchro’nun torku yüksek olmadığından FDAI, servo döngüsü ile daha güçlü motorları birleştirir
- Control transformer, giriş açısını çıkış şaftı konumuyla karşılaştırarak bir hata sinyali üretir
- Amplifier, hata sinyaline göre motoru uygun yönde sürer
- Motor, hata sıfır olana kadar hareket eder ve hedef konuma hizalanır
- Tachometer sinyali negatif geri besleme voltajı olarak kullanılır; motoru hedef konum yakınında yavaşlatır, overshoot ve titreşimi azaltır
- FDAI’nin motoru, aviyonik servo döngülerinde kullanılan bir motor/tachometer aygıtıdır
- 115V AC, 400Hz güç alır ancak tek başına dönmez
- İki düşük voltajlı control winding’e uygun fazda voltaj uygulandığında bir yöne veya ters yöne döner
- Dahili tachometer, motor dönüş hızıyla orantılı düşük voltajlı bir AC sinyali üretir
- Tachometer sinyali, dönüş yönüne göre 400Hz sürüş sinyaliyle aynı fazda ya da 180º ters fazdadır
Amplifier kartı ve 400Hz sürüş devresi
- FDAI’de her eksen için bir tane olmak üzere toplam 3 servo döngüsü bulunur
- Her döngünün ayrı bir control transformer’ı, motoru ve amplifier’ı vardır
- Amplifier kartı, yerden tasarruf etmek için bileşenlerin birbirinin üzerine gelecek şekilde yerleştirildiği sıra dışı bir yapıya sahiptir
- Bazı bileşen bacakları uzundur ve şeffaf plastik kılıflarla korunur
- Amplifier kartı, hata sinyalini yükselterek motorun doğru yönde dönmesini sağlar
- Giriş 400Hz AC sinyaldir; genliği hata veya hız büyüklüğünü, fazı ise yönü gösterir
- İki çıkış, motorun iki control winding’ini sürerek dönüş yönünü belirler
- Tachometer çıkışı da kullanılır; hata azaldıkça motoru yavaşlatır ve overshoot’u önler
- Devre germanium transistor tabanlıdır
- Soldaki iki transistor, error ve tachometer sinyallerini yükselterek pulse transformer’ı sürer
- Pulse transformer çıkışı, 400Hz döngüsünün yarı periyotlarında çıkış transistor’larını birbirine zıt fazlarda sürer
- Bu işlem motor control winding’ini etkinleştirerek istenen yönde dönüş oluşturur
Lear Siegler göstergelerinin soyağacı
- Bill Lear, 1902 doğumlu bir mucitti; 150’den fazla patente sahipti ve 8-track tape ile Learjet gibi ürünlerle tanınıyordu
- 1920’lerde birkaç şirket kurdu ve Motorola için erken dönem otomobil radyolarından birini icat etti
- Daha sonra havacılık-uzay göstergeleri konusunda uzman Lear Avionics’i kurdu
- Lear Avionics, F-5 automatic pilot gibi aviyonik göstergeler ve uçuş kontrol sistemleri üretti
- Lear’ın tutum göstergesi teknolojisi, yüksek açılı uçuş sorunundan gelişti
- F-102 Delta Dagger dik tırmanış yapabiliyordu, ancak mevcut attitude indicator’lar neredeyse dikey uçuşu işleyemiyordu
- Lear, dikey uçuş sırasında gimbal lock’tan kaçınan uzaktan 2-gyro platformu ve cockpit indicator geliştirdi
- X-15 rocket-powered aircraft’ta roll, pitch ve yaw olmak üzere 3 ekseni işleyebilecek şekilde iyileştirildi
- X-15 attitude indicator, F-4 savaş uçağının ARU/11-A sistemine temel oldu
- Daha sonra “asgari değişiklikle” Gemini uzay programının attitude-director indicator’ı olarak kullanıldı
- Gemini göstergesi tekrar Apollo Lunar Module FDAI’si için değiştirildi
- Lear Siegler, Apollo programına Lunar Rover için directional gyro, Apollo Guidance Computer DSKY için electroluminescent display gibi birçok parça sağladı
- 1974’te Lear Siegler, Space Shuttle için ADI (Attitude-Director Indicator) geliştirme sözleşmesini aldı ve 12 ADI birimi üretti
- O dönemde Lear Siegler’in düşük hacimli uzay aviyoniklerine ilgisi azalmıştı
- Üretim bölümü, uzay üretimi için gereken özel prosedürlerle uğraşmayı reddetti ve Shuttle birimleri engineering department tarafından üretildi
- Daha sonra Lear Siegler, Space Shuttle aviyonik ihalelerine katılmadı ve Shuttle ADI son uzay ürünü oldu
- 2000’lerin başında Shuttle göstergeleri, 11 düz panel ekrana dayalı MEDS (Multi-function Electronic Display System) “glass cockpit” sistemine yükseltildi; MEDS Honeywell tarafından üretildi
ARU/11-A ile Apollo FDAI’nin ortak ve farklı yönleri
- Apollo FDAI ile F-4 için ARU/11-A, temel mekanizma ve elektronik amplifier açısından aynıdır, ancak yapısal olarak büyük farklar vardır
- ARU/11-A’da elektronik kısım, indicator’ın arkasına takılan ayrı bir modülün içindedir
- FDAI elektronik kısmı kendi içinde barındırır ve kartları gösterge çerçevesine monte eder
- ARU/11-A ile FDAI’nin amplifier kartları aynıdır ve germanium transistor kullanır
- Sıra dışı 11 pinli transformer da aynıdır
- Güç kartı ve mekanik yapıda farklar vardır
- Güç kartları, birime özgü scaling resistor ve yerleşim nedeniyle birbirinden farklıdır
- Ball assembly’de motor assembly ve slip ring mechanism neredeyse aynıdır
- Dişlilerde küçük farklar vardır; FDAI’de 2 plastic gear bulunur, ARU/11-A’da ise tüm gear’lar metaldir
- ARU/11-A’nın pitch trim işlevi Apollo FDAI’den büyük ölçüde çıkarılmıştır
- Uçaklar yatay uçuşta birkaç derece yukarı eğimli bir angle of attack’a sahip olduğundan, göstergeyi yataya düzeltmek için pitch trim knob yararlıdır
- Savaş uçağı dikey uçarken pitch trim düzeltmesinin uygulanmaması gerektiğinden ARU/11-A, pitch ekseninde özel bir 8-zone potentiometer kullanır
- Uzay aracında bu düzeltmenin anlamı olmadığından Apollo ve Space Shuttle göstergelerinde uygulanmamıştır
- İncelenen FDAI’de potentiometer’ın kendisi ve kablolaması yoktu, ancak silindirik shell kalmıştı
- Apollo FDAI, ARU/11-A’nın ne basitçe yeniden kullanılmış hâli ne de tamamen yeniden tasarlanmış bir sürümüdür
- Mümkün olan yerlerde mevcut tasarım korunmuştur
- Pitch trim gibi gereksiz işlevler çıkarılmıştır
- ARU/11-A’nın ayrı amplifier ve mechanical unit’i daha büyük FDAI gövdesine entegre edilmiştir
Space Shuttle simülatörü için yapılan değişiklik izleri
- İncelenen cihaz Apollo için üretilmişti, ancak Space Shuttle simülatörü için değiştirilmiş özel bir birimdi
- Model 4068F olarak işaretlenmişti; bu Lunar Module parça numarasıdır
- İçinde, ilk Ay inişinden bir yıldan daha eski olan “Apr. 22 1968” tarihi basılıdır
- Giriş yöntemi Apollo orijinalinden farklıdır
- Apollo FDAI ve Shuttle ADI, küreyi kontrol eden giriş olarak resolver kullanır
- İncelenen FDAI synchro kullanır
- NASA’nın simülatör kullanımı için 3 resolver control transformer’ı synchro control transformer ile değiştirmiş olması mümkündür
- Aydınlatma ve kadranlar da Shuttle simülatörüne uyacak şekilde değiştirilmiştir
- Apollo FDAI display’de electroluminescent lighting kullanıyordu; incelenen FDAI ise 8 küçük akkor ampul kullanır
- Metal kasada “INCANDESCENT LIGHTING” yazılı Dymo embossed tape etiketi vardır
- 115VAC girişi ampuller için 5VAC’a düşüren bir step-down transformer bulunur
- Kadranlar Shuttle FDAI ile uyumlu olacak şekilde yeniden boyanmıştır; Apollo kadranındaki kırmızı bandın üzerine siyah boya sürülmüş izler kalmıştır
- Apollo LM FDAI’nin merkezî crosshair’ı yerine Shuttle ve Command Module FDAI’deki gibi beyaz U biçimli indicator bulunur
- Apollo FDAI’deki gimbal lock uyarısı için kutup bölgelerindeki kırmızı dairesel alanlar görünmez
- Elektriksel değişiklikler de eklenmiştir
- Slip ring ile motor arasında, gimbal arm üzerinde küçük yeşil bir Micro-D MDB1 connector eklenmiştir
- Connector yapıştırıcıyla biraz kaba biçimde tutturulmuştur ve uçuş amaçlı gibi görünmez
- Sökme ve modifikasyonu kolaylaştırmak için kullanılmış olabilir
- Elapsed time indicator da yapıştırıcıyla monte edilmiştir
- Arka yüz yapısı Apollo’dan tamamen farklıdır
- Connector pinout tamamen farklıdır
- 6 indicator needle’ın her birinde mechanical adjustment ve trimpot bulunur
- 3 eksenin her birinde de adjustment potentiometer vardır
Space Shuttle ADI ile farklar
- Space Shuttle’da ADI adlı 3 cihaz vardı; adı farklı olsa da Apollo FDAI’ye çok benziyordu
- Ön flight deck’te Commander’ın ve Pilot’un önünde iki octagonal ADI bulunur
- Aft flight deck station’da da üçüncü bir ADI vardır
- İncelenen FDAI, Shuttle simülatörü için kapsamlı biçimde değiştirilmiş olsa da gerçek Shuttle ADI’den çok Apollo FDAI’ye daha yakındır
- Simülatörün Shuttle ADI üretilmeden önce yapılmış olması ve Apollo FDAI’nin kullanıma alınmış olması şeklinde bir varsayım vardır
- Shuttle ADI, Apollo FDAI ve incelenen FDAI’den elektriksel olarak çok daha karmaşıktır
- Apollo FDAI’de güç kaybını gösteren basit bir “OFF” flag vardı
- Shuttle ADI, 5 power supply’ı kontrol eden voltage level monitor içerir
- Shuttle ADI, 3 DC güç kaynağı ve 2 AC güç kaynağı kullanıyordu; Apollo ise tek bir AC supply kullanıyordu
- Ball servo’nun position error değeri de izleniyordu
- Harici “Data OK” sinyali de alıyordu
- Herhangi bir monitor’de fault algılanırsa “OFF” flag aşağı inerek ADI’nin güvenilir olmadığını gösteriyordu
- Shuttle ADI’nin 6 ibresi Apollo ile aynıdır, ancak konum doğruluğunu artırmak için feedback kullanır
- Her Shuttle needle’da LVDT (Linear Variable Differential Transformer) feedback sensor bulunur
- LVDT çıkışı servo feedback loop’u sürerek ibrenin doğru konuma gelmesini sağlar
- Apollo FDAI’de needle input voltage bir galvanometer’ı sürerek ibreyi orantılı biçimde hareket ettirir; doğruluğu garanti eden closed loop yoktur
Özet
- FDAI’nin “8-ball”u, uzay aracının 3 eksenli tutumunu gösteren Apollo’nun temel göstergesiydi
- Kürenin serbestçe dönüyormuş gibi görünmesini sağlayan yapı, iç mekanizmanın büyük kısmının 2 eksende dönmesi ve içi boş yarım küre kabukların üçüncü dönüş eksenini sağlamasıdır
- Bu gösterge, X-15 rocket plane, F-4 fighter, Gemini, Apollo ve Space Shuttle’a uzanan Lear Siegler attitude director ailesinin içindedir
- İncelenen FDAI, Apollo’dan başlayıp Space Shuttle simülatörü için değiştirildiği için Apollo ve Shuttle göstergelerinin özelliklerini birlikte gösterir
- FDAI’nin hareket ettiği kısa bir video Bluesky gönderisinde görülebilir
1 yorum
Hacker News yorumları
Yazarıyım. Apollo ile ilgili sorularınız varsa yanıtlayabilirim :-)
Yalnız küçük bir düzeltme: Bill Lear’ın F-5 otopilotuna bakınca Northrop F-5 savaş uçağıyla ilgili görünmüyor
Farklı parçalar kullanılması yönünde bir gereksinim mi vardı, yoksa Grumman/North American farklı tedarikçiler seçtiği için mi böyle oldu, merak ediyorum
Eskiden olsa bu, elektrik-elektronik analog kontrol dersinde iyi bir ödev olurdu
Bu, UI’ın kunst’u; mücevher gibi bir şey. Tek bakışta aracın duruşunu hemen anlayabiliyorsunuz
KSP’de 1000 saatten, Flight of Nova’da 200 saatten fazla geçirmiş amatör bir uzay pilotu olarak, FoA’nın nükleer füzyon tahrikli gemisinin modern kokpitinde KSP’nin Apollo tarzı uçuş göstergeleri içinde en çok özlediğim şey Nav-Ball
Savaş uçağı tarzı “merdiven” durum göstergesi tek bakışta okunmuyor; merdiven ölçeğinin yanındaki sayılara bakmak için odaklanıp sonra pusulaya da tekrar bakmanız gerekiyor ki bütünü kavrayabilesiniz. Bu, pilotajdan gözünüzü ayırıp 3 saniye odaklanmak ile bilinçdışının muhtemelen çoktan içselleştirmiş olduğu 0,5 saniyelik fark demek
O 3 saniyeyi sezgisel olarak düşünürsek, göstergelere göre Apollo 11’in Ay’a iniş anında 20 saniyeden az yakıtı kalmıştı
Harika bir yazı. Konnektör meraklısı sayılırım ama MDB1 tipini ilk kez duydum. Fotoğrafı burada: https://www.digikey.com/en/products/detail/itt-cannon-llc/MD...
Cannon, metal gövdeli dairesel konnektörleriyle o kadar ünlü ki Kleenex gibi jenerikleşmiş durumda. “Cannon connector”ın neye benzediğini “herkesin” bildiğini sanırdım; D-sub biçiminde olacağını hiç beklemiyordum
Geçen yıl HN’de benzer bir Sovyet dönemi cihazı hakkında yazı görmüştüm. Uzay aracının Dünya’ya göre nerede olduğunu gösteren bir küreydi
Dediğin gibi o küre, uzay aracının uzaydaki duruşunu değil Dünya üzerindeki konumunu gösterdiği için kıtaların bile çizili olduğu bir yerküre gibi görünüyor. Küre üç eksende değil, iki eksende dönüyor
Üstelik Globus’un dış girdisi yok; gerçek konumdan bağımsız olarak önceden belirlenmiş yörüngeye göre küreyi döndürüyor
Globus hakkındaki 3 yazımın HN tartışmaları şöyle:
https://news.ycombinator.com/item?id=34468212
https://news.ycombinator.com/item?id=35311300
https://news.ycombinator.com/item?id=35038710
Sanırım bu konu yakın tarihli bir Freya Holmér konuşmasında da ele alınmıştı. Muhtemelen şu video:
https://www.youtube.com/watch?v=hUlvxaQBW78
O simülatörün SAIL’in OV-095’i olup olmadığını merak ediyorum
https://spaceflightblunders.wordpress.com/2017/03/31/ov-095-...
Düzenleme: Ah, neredeyse kesinlikle öyle görünüyor:
https://www.superstock.com/asset/oct-astronauts-frederick-ri...
Yazımdaki simülatör fotoğrafı Shuttle Mission Simulator (SMS) örneklerinden biri; şu anda Oklahoma’daki Stafford Museum’da
Shuttle Avionics Integration Laboratory (SAIL), astronot eğitimi için değil aviyonik testleri için kullanılan başka bir simülatördü ve şu anda Houston’da
Apollo için geliştirilen şaşırtıcı teknolojiler hakkında çok şey okudum ama bu yazının bunlardan birini ayrıntılı anlatması hoşuma gitti
Son birkaç on yıldaki dış kaynak kullanımı yüzünden yalnızca bu tür teknolojilerin değil, temel mühendislik üretim becerilerinin bile kaybolup kaybolmadığından endişeleniyorum
Üretim departmanının bununla uğraşmak istememesi nedeniyle mühendislik ekibinin cihazı bizzat yaptığı kısmı eğlenceliydi; çok da şaşırtıcı değildi
1950’ler-60’lardaki Uzay Çağı’nın gelişim hızı, teknik ilerleme düzeyi açısından bakınca anlaşılması en zor şeylerden biri
Orijinal yazıdaki teknoloji için başka bir yorumun bahsettiği analog hesaplama, çok ilkel dijital hesaplama, yakıt hücreleri, FEA/CFD simülasyon yazılımları olmadan başarılan ileri roket mühendisliği, Ay’a inmek için gerçekten yavaşlayıp sonra tekrar itkiyle havalanmaları… Liste uzayıp gidiyor