Инерциальная платформа СТ-124-М3

Инерциальная платформа ST -124-M3 была устройством для измерения ускорения и ориентации ракеты -носителя Saturn V. Она была установлена ​​на приборном блоке Saturn V , секции Saturn V высотой 3 фута (0,91 м) и диаметром 22 фута (6,7 м), которая помещалась между третьей ступенью (S-IVB) и космическим кораблем Apollo. Ее номенклатура означает «устойчивый стол» (ST) для использования в миссии на Луну (M), и она имеет 3 кардана. ^[1]

Он был номером 124 в серии подобных устройств, включая ST-80 (использовался в Redstone ), ST-90 (использовался на Jupiter и на ранних полетах Saturn I ) и ST-120 (использовался в ракете Pershing ). Они являются потомками системы наведения Siemens Vertikant LEV-3 немецкой ракеты V-2 . ^[2] ST-124 был разработан Marshall Space Flight Center и произведен Bendix Corporation , Eclipse-Pioneer Division, в Тетерборо, штат Нью-Джерси. Для сборки ST-124 потребовалось 9 человек от 22 до 24 недель, и 70 процентов этого времени было потрачено на установку около 3000 проводов. ^[1]

Стабилизированная платформа ST-124 была частью системы наведения, навигации и управления ракеты Saturn V. Данные с ST-124 использовались цифровым компьютером ракеты-носителя (еще одним компонентом приборного блока) для сравнения фактических данных полета с запрограммированными планами полета и для расчета поправок наведения. Хотя ST-124 работала на протяжении всей миссии, ее данные не использовались для наведения, пока ракета находилась в атмосфере, где она подвергалась высоким силам сопротивления. В этом регионе, в основном во время работы первой ступени, ракета следовала простому заранее запрограммированному плану полета. ^[3] Фрэнк Корнелла доставил приборы (гироскопы и акселерометры) из Тетерборо, штат Нью-Джерси, в Центр космических полетов им. Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама ^{[ требуется ссылка ]} .

Положение транспортного средства измерялось относительно системы координат, которая была зафиксирована непосредственно перед запуском с вертикальной координатой X, координатой Z в направлении маневра тангажа (диапазон вниз, примерно на восток), и координатой Y, перпендикулярной двум другим, поперечный диапазон, примерно с севера на юг. В основе ST-124 лежала платформа, которая удерживалась в фиксированной ориентации; отсюда и название «стабилизированная платформа». Она была соединена тремя карданными подвесами , которые позволяли транспортному средству крениться, наклоняться и рыскать, но стабильная платформа удерживалась неподвижно в пространстве, пока транспортное средство перемещалось по своему курсу.

Платформа стабилизировалась тремя гироскопами , установленными на ней. Один измерял любые вращения вокруг оси X, один вокруг оси Y и один вокруг оси Z. Они генерировали сигналы, которые формировались в цепях обратной связи и отправлялись обратно на крутящие моменты на внутреннем, среднем и внешнем карданах, которые точно противодействовали вращениям, обнуляя выходы гироскопов и сохраняя платформу стабильной.

Внутренний карданный подвес также нес три акселерометра , два маятника и пару призм . Акселерометры измеряли ускорение транспортного средства вдоль осей X, Y и Z. Их выходные данные использовались LVDC для измерения фактического движения транспортного средства в целях навигации. Маятники использовались для установки оси X точно вертикально перед запуском, а призмы использовались для выравнивания осей Y и Z непосредственно перед запуском. Призмы отражали инфракрасные лучи, посылаемые в ST-124 теодолитом, размещенным на земле в 700 футах от стартовой площадки. Команды от теодолита передавались по кабелям внутри транспортного средства на крутящие моменты в ST-124 для ориентации устойчивой платформы по правильному азимуту .

Гироскопы, акселерометры и маятники содержали почти бесфрикционные азотные газообразные подшипники . Они требовали очень точной обработки и очень малых зазоров между опорными поверхностями. Размеры выдерживались с допусками в 20 микродюймов (0,5 мкм), ^[4] а зазор, заполненный азотом, составлял около 600–800 микродюймов (15–20 мкм). ^[5] Азот поступал в гироскопы под давлением около 15 фунтов на квадратный дюйм и выпускался в космос через регулятор давления в нижней части ST-124, который открывался при 13 фунтах на квадратный дюйм. Большая серебряная сфера слева от ST-124 содержала запас азота для подшипников.

ST-124 включал в себя множество компонентов, изготовленных из анодированного бериллия . Этот материал был выбран из-за его жесткости, легкости, обрабатываемости и стабильности. Корпус ST-124 представлял собой короткий цилиндр высотой 7,5 дюймов (19 см) и диаметром 21 дюйм (53 см), изготовленный из бериллия. Торцы цилиндра были закрыты двумя приблизительно полусферическими алюминиевыми крышками. Карданные подвесы и несколько частей гироскопов и акселерометров также были изготовлены из бериллия.

В отличие от бериллия, который легкий, роторы гироскопов были сделаны из элконита, очень плотного, прочного сплава. Это спеченная форма меди-вольфрама , W90/Cu10, чтобы сделать ее пригодной для обработки. ^{[ необходимо уточнение ]}

Тепло, вырабатываемое крутящими моментами и другим электрооборудованием внутри ST-124, отводилось охлаждающими змеевиками, встроенными в алюминиевые крышки. Смесь метанола и воды при температуре 15 °C (59 °F) циркулировала через змеевики. Внутренняя температура ST-124 стабилизировалась на уровне около 42 °C (108 °F). ^[6]

• 
  Рисунок СТ-124М из технического руководства по приборному блоку
• 
  Поздняя модель ST-124 в коллекции Национального музея авиации и космонавтики, Вашингтон, округ Колумбия.
• 
  Схема подвесов ST-124
• 
  СТ-124 и техник
• 
  ST-124 на выставке Honeywell Defense Avionics Systems в Тетерборо, штат Нью-Джерси
• 
  Внутренний цилиндр гироскопа AB5-K8 в сборе
• 
  Узел газового подшипника гироскопа AB5-K8
• 
  Гироскоп AB5-K8
• 
  Разрезной чертеж гироскопа AB5-K8
• 
  Внутренний и средний карданные подвесы

• Бильштейн, Роджер Э. (1980). «8: От проверки до запуска: квинтэссенция компьютера». Этапы к Сатурну: технологическая история ракет-носителей «Аполлон»/«Сатурн». Серия «История НАСА». НАСА. стр.  243–253 . hdl :2060/19970009949. ISBN 0-16-048909-1. НАСА SP-4206; 97N-15592.
• Хойссерман, Вальтер (июль 1970 г.). Описание и эксплуатационные характеристики системы навигации, наведения и управления ракеты-носителя «Сатурн» (отчет). NASA. hdl :2060/19700023342. NASA TN-D-5869; 70N-32653.
• Томасон, Герман Э. (сентябрь 1965 г.). Общее описание системы инерциальной платформы ST-124M (отчет). NASA. hdl :2060/19650024833. NASA TN-D-2983; 65N-34434.В нем содержатся более четкие данные, чем в большинстве документов PDF по IU, и дается лучшее представление о внутренних частях гироскопов и газовых подшипников.

• Astrionics System Handbook: Saturn Launch Vehicles. Корпорация IBM, Astrionics Laboratory. 1 ноября 1968 г. MSFC № IV-4-401-1; IBM № 68-966-0002; 70N-70002.
• Мур, Ричард Л.; Томасон, Герман Э. (май 1962 г.). Геометрия подвеса и определение положения стабилизированной платформы ST-124 (отчет). NASA. hdl :2060/19620002325. NASA TN-D-1118; 62N-12325.Ранний и математический, а не описательный отчет о ST-124. В то время ST-124 представлял собой концепцию с 4 подвесами, тогда как летавшая версия имела только 3 подвеса.
• О'Коннор, Б. Дж. (1964). Описание инерциальной стабилизированной платформы ST-124M и ее применение в ракете-носителе Saturn V. Hermann-Oberth-Gesellschaft . 26 июня 1964 г. Дармштадт, Германия. Bendix Corporation Navigation & Control Division.

• Медиа, связанные с инерциальной платформой ST-124-M3 на Wikimedia Commons