Coordinación de RCS en Apollo CSM/LM

Los propulsores RCS en el módulo de servicio Apolo se colocaron aproximadamente alrededor del centro de masa de la nave, de modo que las maniobras de traslación no giraran innecesariamente la nave. Si bien la posición del centro de masa variaría a medida que se usaran el propulsor y otros consumibles, una pequeña cantidad de empuje diferencial de los propulsores RCS podría mantener la actitud de la nave contra el par resultante.

Esos cambios de masa fueron pequeños, sin embargo, en comparación con el movimiento del centro de masa con el Apollo LM adjunto.

Cuando el Apollo CSM y el LM se acoplaron en ruta a la luna, ¿los sistemas de control utilizaron automáticamente los propulsores RCS del LM en combinación con los del CSM para mantener la actitud durante las maniobras de traslación, o el LM era un peso completamente muerto?

Después de la extracción de LM, es posible que no se hayan necesitado maniobras de RCS de traslación; cualquier pequeña corrección a mitad de camino que se haya realizado en el RCS podría hacerse rotando la nave en la orientación correcta, y luego usando un empuje puro hacia adelante (es decir, empujando a través del centro de masa desplazado).

La tripulación del Apolo 13 comentó sobre la dificultad de maniobrar la nave unida usando solo los propulsores del LM; presumiblemente, el CSM RCS se apagó por completo en ese momento, pero si el CSM no sufrió daños y se encendió, ¿podría volar la nave con RCS coordinado usando los controles del LM?

No tengo ningún conocimiento previo específico de Apollo CM / LM, pero solo pensándolo bien, parecería que un control de actitud coordinado, para evitar que un vehículo luche contra otro, tendría que involucrar la conexión de un conjunto de propulsores a responder a los comandos del otro vehículo. Parece provocar una pregunta detallada sobre si algo así estaba en el diseño. Su punto sobre "puede que no haya sido necesario" parece un escenario más cómodo. Además, mientras está acoplado, ¿qué necesidades habría para la traducción, ya sea a) en absoluto ob) de otra manera que no sea a través del eje principal?
Pensando en el ejemplo de control de actitud del Apolo 13 que diste, tendría sentido que los bucles de control de actitud LM tuvieran varios modos, uno para cada configuración: LM+CM, LM, solo ascenso LM, ascenso LM + CM. La idea que estoy pensando es que cada modo debe reconocer la matriz de inercia del vehículo en ese momento. Presumiblemente, en su anécdota, "la dificultad" sugiere una ligera desviación entre el diseño y la realidad.
"Lo que necesita": después de varias maniobras en el SPS, el RCS se usaría para anular los "residuales", los pequeños errores entre el ∆v comandado y el logrado para la quemadura. Creo que podría ser un poco más eficiente en combustible hacerlo con traslaciones de 3 ejes que con rotación seguida de traslación del eje principal. No sé si el GNC tendría modos de control particulares o simplemente un método para ingresar la posición actual del centro de masa, etc.
"Cuando el Apollo CSM y el LM se acoplaron en ruta a la luna, ¿los sistemas de control utilizaron automáticamente los propulsores RCS del LM en combinación con los CSM para mantener la actitud durante las maniobras de traslación, o el LM era un peso completamente muerto?" Creo que los sistemas LM estuvieron inactivos durante la mayor parte del vuelo de ida, por lo que no sería posible la coordinación. En principio , dos naves espaciales vinculadas podrían operar de esta manera si se diseñaran desde el principio.
Estaba imaginando una configuración en la que el LM RCS podría activarse bajo el control de la computadora CM con el LM solo suministrando energía a las válvulas RCS, sin otros sistemas involucrados. Creo recordar que las misiones Gemini-Agena se configuraron para que los controles de Gemini operaran los propulsores Agena RCS (aunque la aviónica Agena pudo haber estado involucrada), por lo que es algo que podrían haber diseñado.
También es posible que los propulsores CSM puedan configurarse simplemente en modo CSM solo o CSM + LM (o posiblemente incluso CSM + LM etapa de ascenso/descenso distinta de CSM + etapa de ascenso LM solamente). La computadora debería poder explicar fácilmente el cambio del centro de masa entre ellos. El problema en el Apolo 13 seguiría siendo que el LM no tenía esa capacidad, porque nadie pensó que alguna vez sería necesario: el LM no estaba destinado a volar mientras aún estaba conectado al CM, y mucho menos a la pila CSM. De cualquier manera, buena pregunta y estoy esperando una respuesta!
Parece que mi conjetura anterior fue correcta. Esto no es suficiente para una respuesta en sí mismo, pero eche un vistazo a las transcripciones de voz del Apolo 13 , en 058:31:56 GET y el comentario asociado con esas entradas: "El piloto automático digital... tenía un rango de posibles operaciones modos dependiendo de si la nave espacial estaba acoplada, qué propulsores se utilizarían y el tamaño de la banda muerta, entre otros". La forma en que lo leí es que el CSM DAP pudo compensar el cambio del centro de masa una vez que se le dijo la configuración y el peso actuales de la nave espacial.
¡Enfriar! El libro AGC de O'Brien tiene información al respecto, y también veré qué tiene Digital Apollo. libros.google.com/…
@RussellBorogove solo tiene curiosidad, ¿podría explicar su perfil, donde dice '¿Sabía que Stack Overflow tenía un modo PvP?' ¿Te refieres simplemente a la gamificación de Stack Exchange?

Respuestas (2)

La computadora CSM no pudo usar el LM RCS y viceversa. Los diferentes modos de control son para las ganancias del filtro RCS DAP y el Thrust Vector Control. Además de los modos de control (CSM, CSM/LM, etapa de ascenso CSM/LM o apagado), la computadora debía recibir información sobre la masa de CSM y LM. Luego, según la configuración del vehículo, se calcularon y utilizaron los momentos de inercia correctos para el piloto automático digital RCS o TVC.

Entonces, en el Apolo 13, de hecho tuvieron que maniobrar alrededor de la pila con tanques de propulsor SPS llenos, solo con los motores LM RCS. Si está interesado, aquí el documento que describe los tres DAP (CSM RCS, CSM TVC y CM RCS) de la computadora del Módulo de Comando: http://www.ibiblio.org/apollo/Documents/HSI-208472.pdf

Mmm. No puedo encontrar mucho que confirme eso para el RCS DAP, pero para TVC, dice "La operación de los DAP durante una quema de SPS es completamente automática, no requiere entradas del astronauta. Sin embargo, antes de la quema, el astronauta puede ingrese los pesos CSM y LM o los ángulos de compensación del motor estimados en los planos de cabeceo y guiñada (esta entrada es opcional..." Así que al menos un modo compensa esto automáticamente.
En la página 3.2-40 en el documento que vinculé, dice: "Para estos cálculos, el DAP tiene en cuenta el empuje promedio de los chorros RCS, el brazo de momento y el momento de inercia S / C sobre cada eje". El CSM RCS DAP utiliza los mismos cálculos que el TVC DAP. Con la masa y la configuración del vehículo se calculan los momentos de inercia. Los ángulos de ajuste del motor son para el centro de masa cambiante con un LM conectado y la masa propulsora cambiante durante una misión.
Entonces, ¿cuánta molestia fue volar la pila completa con RCS en un solo extremo? ¿El procedimiento era solo hacer siempre traslaciones en el eje X, después de cualquier rotación necesaria?
Las traslaciones en el eje X fueron el modo principal de hacer correcciones de rumbo con el RCS. En el Apolo 13 solo lo usaron para el último MCC, después de tres maniobras previas con el sistema de propulsión de descenso del LM. Principalmente, el problema con las maniobras era que tenían que conservar energía y se decidió apagar el indicador de actitud (FDAI) después del segundo MCC, creo. Así que solo conocían su actitud a través de la pantalla de la computadora, lo cual fue muy desafiante. Hablan de esto en el informe que comienza con la página 8-17: hq.nasa.gov/alsj/a13/a13-techdebrief.pdf

El libro Digital Apollo: Human and Machine in Spaceflight , en el contexto de las pruebas de vuelo del Apollo 9 LM, dice que el piloto automático digital en la computadora LM admite tres modos: CSM+LM, LM completo y etapa de ascenso LM, lo que sugiere que incluso en ese momento estaban anticipando la opción de volar la pila CSM+LM desde dentro del LM, como se hizo durante el Apolo 13.

No es explícito que los propulsores del CSM RCS serían impulsados ​​desde la computadora del LM, pero parece probable que lo fueran, ya que ese tipo de cosas ya se habían hecho durante el programa Gemini.

Intrigante. En el caso Gemini-Agena que menciona aquí y en sus comentarios anteriores, ¿cómo se conectó física y eléctricamente el sistema? ¿Había conectores eléctricos en el adaptador de acoplamiento? Solo pensando con lo que estaría contento si estuviera en la posición de un astronauta Gemini, creo que querría algún medio de verificar que la interfaz Agena fuera eléctricamente segura antes de unirla al sistema Gemini. ¡Quizás solo significa que tendría pocas posibilidades de ser seleccionado como astronauta!
pages.erau.edu/~ericksol/projects/gemini/chap09.html Las conexiones eléctricas se realizaron automáticamente cuando los pestillos de acoplamiento físicos se engancharon: "Las almohadillas umbilicales de encuentro se acoplan con los conjuntos de palanca umbilical de encuentro en el cono de acoplamiento, al mismo tiempo los ganchos del pestillo enganchan los receptáculos del pestillo. El receptáculo umbilical principal se acopla con su tapón umbilical durante la secuencia de rigidez de la maniobra de atraque. La conexión umbilical proporciona un control directo de línea dura del vehículo objetivo. Este control incluye conmutación simple y comandos codificados".
¡Antes del acoplamiento, los comandos también podrían enviarse al Agena codificados a través del radar de encuentro!
¡Y hasta hay algo de información sobre el protocolo de comando digital! geminiguide.com/Systems/command.html
Ambos son recursos realmente interesantes. Este bit "El control de enlace de comando se usa como un medio para posicionar el vehículo objetivo en la actitud deseada y la ruta orbital, ..." realmente lo lleva a casa. Puedo imaginar que ser lo suficientemente difícil con un controlador de joystick y mucho menos tener que enviar comandos en octal (¡recuerdos cariñosos, aunque un poco ansiosos!).
Supongo que (una vez acoplado, al menos) las entradas del controlador de mano se convirtieron a octal detrás de escena, dado que Gemini era una "nave espacial de piloto".
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