¿Cómo navega un cohete durante el lanzamiento?

Por lo que entiendo, un cohete cambia su dirección durante el lanzamiento balanceando sus motores (es decir, girando las toberas del motor para que el empuje del motor apunte en la dirección correcta).

Pero, ¿qué controla el gimbaling de los motores? ¿Los ingenieros simplemente preprograman la secuencia de cambios de cardán? ¿La lógica electrónica del cohete ajusta la dirección de empuje en función de las lecturas de altitud, etc.? ¿O es el control de tierra responsable de esto?

Este es un problema de control, por lo que cualquier programación previa está fuera de cuestión. No conozco los detalles, pero piense en pilotos automáticos en aviones, lo mismo para cohetes. Miden la actitud constantemente, saben qué actitud deben tener (algo de esto está preprogramado, es decir, la trayectoria de vuelo) y, por lo tanto, determinan el error de actitud que es una entrada para los actuadores.
@AleksanderLidtke Parece el comienzo de una buena respuesta...
El campo de estudio que le interesa se conoce como Orientación, Navegación y Control. Para un ejemplo divertido de lo que sucede cuando no se hace correctamente: una falla dramática de Trident .
@AdamWuerl Buena. Para agregar, quizás la falla reciente de GNC aún más espectacular fue el lanzamiento del ILS Proton-M el 2 de julio de 2013 que sucedió porque los acelerómetros de control de guiñada se instalaron con la orientación incorrecta. El video es... impactante (aunque todos estaban bien).

Respuestas (2)

En primer lugar, vale la pena mencionar que el cardán del motor no es la única forma de controlar un cohete. Puede usar empuje diferencial, propulsores vernier o incluso superficies de control de vuelo aerodinámicas. Pero tiene razón en eso, que todos estos sistemas requieren algún tipo de control.

Los ángulos de cardán no se pueden preprogramar, porque tienen que adaptarse dinámicamente a cambios mínimos en la actitud del vehículo. (Esa es la palabra que se usa para describir hacia dónde apunta el morro). Si, durante el ascenso, una ráfaga repentina de viento inclina el cohete hacia la izquierda, tiene que contrarrestarlo con algo que crea un momento de rotación en la otra dirección.

Por lo tanto, el sistema de guía del cohete funciona en bucle. Detecta la actitud actual. Compara eso con un valor objetivo. Actúa de tal manera que el error disminuye. Luego repite. Esto se llama control de circuito cerrado. (A diferencia del control de bucle abierto, ¿qué sería lo que describiste, con los ángulos de cardán preprogramados?)

Si está interesado en este tema, hay bastantes detalles sobre la unidad de instrumentos Saturn V en wikipedia. Esa es la parte del cohete Saturno V que, entre otras cosas, proporcionó las señales de guía a los motores. http://en.wikipedia.org/wiki/Saturn_V_Instrument_Unit

También vale la pena señalar que tales sistemas de medir y luego apuntar ayudan si los motores también funcionan fuera de las especificaciones. Como en el Apolo 13, aunque probablemente sería más fácil compensar que el motor central se apague que un motor no central.

Los cohetes generalmente usan un sistema de navegación inercial (INS). Este sistema utiliza la entrada de acelerómetros y giroscopios para calcular la posición del cohete (en relación con la plataforma de lanzamiento) y la actitud. Esta es una forma de navegación a estima ("He viajado x km en n grados, por lo que mi posición debe ser y").
El INS se ocupa tanto de la navegación como de la corrección de errores (compensando, por ejemplo, las ráfagas de viento que cambian la actitud del cohete). INS se puede usar de forma autónoma, pero si lo hace, se acumulan pequeños errores de medición con el tiempo, por lo que su posición final no es del todo precisa. Entonces, generalmente hay un mecanismo de corrección de errores: un sistema que puede proporcionar una confirmación externa de la posición del cohete. Esto puede ser un rastreador de estrellas.o una estación terrestre que rastrea el lanzamiento a través de un radar.
El INS controla el sistema de dirección del cohete (ya sea un sistema cardánico, propulsores vernier u otros métodos).
En el INS moderno, el giroscopio suele tener la forma de un giroscopio láser de anillo , en lugar del rotor cardán mecánico tradicional.
Además del INS, los cohetes contienen un secuenciador, que controla aspectos del lanzamiento que son sensibles al tiempo. El secuenciador decide cuándo detener los motores de la primera etapa, desechar la etapa y encender los motores de la segunda etapa, por ejemplo.

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