Globus INK 內(nèi)部：欣賞下用于蘇聯(lián)航天的機(jī)械導(dǎo)航計(jì)算機(jī)

微信公眾號：芯片之家（ID：chiphome-dy）

蘇聯(lián)太空計(jì)劃使用與美國航天器完全不同的控制裝置和儀器，聯(lián)盟號宇宙飛船上最有趣的導(dǎo)航儀器之一是 Globus，它使用旋轉(zhuǎn)的地球儀來指示宇宙飛船在地球上方的位置，這種導(dǎo)航儀器是一種機(jī)電模擬計(jì)算機(jī)，它使用齒輪、凸輪和差速器組成的精密系統(tǒng)來計(jì)算航天器的位置。

最近從一位收藏家那里收到了一個(gè) Globus，將其打開進(jìn)行維修和逆向工程。大概看看它是如何運(yùn)作的，這里展示下它的內(nèi)部機(jī)制，并描述了到目前為止我從逆向工程中學(xué)到的東西。下圖展示了該設(shè)備的機(jī)械復(fù)雜性，其中還包含一些繼電器、螺線管和其他電氣元件。

功能性

Globus 的主要目的是指示航天器的位置。地球儀旋轉(zhuǎn)，塑料圓頂上固定的十字準(zhǔn)線指示航天器的位置。因此，地球儀與宇航員對地球的看法相匹配，使他們能夠確認(rèn)自己的位置。地球旁邊的緯度和經(jīng)度刻度盤提供了位置的數(shù)字指示。同時(shí)，底部的光影刻度盤顯示飛船何時(shí)會(huì)被太陽照亮或處于陰影中，這是對接的重要信息。Globus 也有一個(gè)軌道計(jì)數(shù)器，指示軌道數(shù)。

Globus 有第二種模式，指示航天器如果發(fā)射逆向火箭開始著陸，將在何處著陸。按下開關(guān)會(huì)導(dǎo)致地球儀旋轉(zhuǎn)，直到著陸點(diǎn)位于十字準(zhǔn)線下方，宇航員可以評估該著陸點(diǎn)的適用性。

宇航員通過轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕來設(shè)置航天器的初始位置和軌道周期來配置Globus，與阿波羅制導(dǎo)計(jì)算機(jī)不同，Globus 沒有從慣性測量單元 (IMU) 或其他來源接收導(dǎo)航信息，因此它不知道航天器的真實(shí)位置，純粹是預(yù)測位置的顯示。

地球著陸

地球本身因其體積小，這里顯示了山脈、湖泊和河流等地形特征。地圖上的這些特征幫助宇航員將他們的位置與他們在地球上看到的地理特征進(jìn)行比較。這些特征對于選擇著陸點(diǎn)也很重要，這樣他們就可以看到他們將在什么樣的地形上著陸。大多數(shù)情況下，地圖沒有顯示政治邊界，除了紅色和紫色的粗線。這條線顯示了蘇聯(lián)的邊界，以及共產(chǎn)主義國家和非共產(chǎn)主義國家之間的邊界，對于選擇著陸點(diǎn)也很重要。地球上還有編號為 1 到 8 的圓圈，表示與航天器通信的無線電站點(diǎn)，使宇航員能夠確定可以聯(lián)系哪些地面站。

電子部分

60年代的繼電器的樣子

一個(gè) 360° 電位器（下圖）將航天器的軌道位置轉(zhuǎn)換為電壓。消息來源表明，Globus 將此電壓信號提供給航天器上的其他單元。我感覺是電子板上的晶體管放大了這個(gè)電壓，但仍在確認(rèn)中。

60年代的電位器的樣子

整齊美觀的線束

驅(qū)動(dòng)螺線管

該裝置由兩個(gè)棘輪螺線管驅(qū)動(dòng)：一個(gè)用于軌道旋轉(zhuǎn)，一個(gè)用于地球自轉(zhuǎn)。這些螺線管接收 1 赫茲的 27 伏脈沖。3 每個(gè)脈沖使螺線管使齒輪前進(jìn)一個(gè)齒；棘爪可防止齒輪滑回。這些小的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)整個(gè) Globus 的齒輪，并導(dǎo)致地球儀發(fā)生微小的移動(dòng)。

最后

Globus INK 是一臺(tái)非凡的機(jī)器，一臺(tái)模擬計(jì)算機(jī)，通過齒輪、凸輪和差速器的復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算軌道。它為宇航員提供了航天器位置的高分辨率、全彩顯示，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 1960 年代電子太空計(jì)算機(jī)所能提供的。