- Soyuz अंतरिक्ष यान का Globus INK एक electromechanical analog नेविगेशन डिस्प्ले था, जो घूमते हुए globe से पृथ्वी के ऊपर की स्थिति दिखाता था, और gear, cam व differential gear से कक्षीय स्थिति की गणना करता था
- Apollo Guidance Computer के विपरीत, यह IMU या बाहरी नेविगेशन input नहीं लेता था; अंतरिक्ष यात्री शुरुआती स्थिति और कक्षीय period को हाथ से सेट करने के बाद यह अनुमानित स्थिति दिखाता था
- globe के axis को 51.8° पर fixed रखकर Soyuz की standard orbit लागू की गई थी, लेकिन इसके परिणामस्वरूप circular orbit और fixed inclination angle तक सीमित रहने की बड़ी बाधा पैदा हुई
- landing prediction mode यह दिखाता है कि अभी retrorocket ignite करने पर landing position कहाँ होगी; landing angle, motor और limit switch के जरिए globe को partial orbit जितना घुमाकर लगभग 150km accuracy देता है
- Globus INK ने 1960 के दशक में electronic computer से लागू करना मुश्किल high-resolution full-color Earth display दिया, लेकिन manual setting और orbital limitations के कारण 2002 में Soyuz-TMA के digital display से replace कर दिया गया
घूमते globe से दिखाई गई Soyuz की स्थिति
- Globus INK आधिकारिक रूप से रूसी संक्षिप्त नाम ИНК से जाना जाने वाला “space navigation indicator” था, और Soyuz अंतरिक्ष यान के नीचे पृथ्वी पर स्थित स्थान को घूमते globe से दिखाता था
- plastic dome के fixed crosshair के नीचे globe चलता था, जिससे अंतरिक्ष यात्री खिड़की के बाहर दिखने वाले terrain की तुलना display position से कर सकते थे
- globe के आसपास के उपकरण भी नेविगेशन जानकारी देते थे
- बाएँ और ऊपर के dial क्रमशः latitude और longitude को अंकों में दिखाते थे
- नीचे का light/shadow dial दिखाता था कि अंतरिक्ष यान कब sunlight में है और कब shadow में प्रवेश करता है, और इसका उपयोग docking निर्णय में होता था
- orbit counter अंतरिक्ष यान के orbit count को दिखाता था
- दूसरे mode में, अगर अभी retrorocket ignite करके landing procedure शुरू किया जाए, तो landing position crosshair के नीचे आ जाए—इसके लिए globe को rotate किया जाता था
- अंतरिक्ष यात्री तय कर सकते थे कि उस स्थान का terrain landing के लिए उपयुक्त है या नहीं
वास्तविक नेविगेशन sensor नहीं, बल्कि अनुमानित स्थिति display
- अंतरिक्ष यात्री knob से initial position और orbital period सेट करते थे, और उसके बाद Globus electromechanical mechanism से orbit progress को follow करता था
- Apollo Guidance Computer के विपरीत, यह IMU या अन्य navigation source से जानकारी नहीं लेता, इसलिए यह वास्तविक position measure करने वाला device नहीं, बल्कि set values पर आधारित predicted position display के ज्यादा करीब था
- विश्लेषित device एक collector के पास मौजूद Globus को खोलकर repair और reverse-engineer करने का मामला है; इसके अंदर gear, cam और differential gear के साथ relay, solenoid और electrical components भी हैं
- इस device में damage था
- case के पीछे बड़ा dent था, और globe axis अपनी जगह से हटकर gears से mesh नहीं हो रहा था
- globe अंदरूनी parts से टकरा गया था, जिससे Africa वाले हिस्से पर scratch आ गया
- globe को मनमाने ढंग से फिट करने पर latitude/longitude timing बिगड़ जाती, इसलिए gear timing मिलाकर उसे सही जगह restore करना पड़ा
globe map और 51.8° orbit implementation
- छोटे globe पर पहाड़, झीलें और नदियाँ जैसे terrain विस्तार से दिखाए गए हैं, ताकि अंतरिक्ष यात्री अपनी आँखों से दिख रहे terrain की तुलना navigation display से कर सकें
- terrain display landing point चुनने में भी महत्वपूर्ण था, और landing expected area के terrain की पुष्टि में उपयोग होता था
- political boundaries ज्यादातर नहीं हैं, लेकिन मोटी लाल और बैंगनी lines से USSR boundary और communist/non-communist bloc boundary दिखाई गई है
- 1~8 नंबर वाले circles अंतरिक्ष यान से communication कर सकने वाले radio communication points को दर्शाते हैं
-
fixed axis से बनाई गई दो दिशाओं में rotation
- globe कोई freely floating, rotating sphere नहीं था; इसे device में fixed axis और gears से control किया जाता था
- globe का equator एक मजबूत metal component है और device के horizontal axis के चारों ओर rotate करता है
- अंदर का दूसरा gear mechanism North Pole-South Pole axis के इर्द-गिर्द globe को rotate करता है
- दोनों rotations device में fixed concentric shafts से transmit होती हैं, जिससे fixed axes के जरिए ही rotation के दो degrees of freedom बनते हैं
-
51.8° से बनी standard Soyuz orbit
- globe axis को Soyuz standard orbital inclination support करने के लिए 51.8° पर set किया गया है
- इस angle की वजह से globe को केवल horizontal axis के चारों ओर घुमाने से crosshair standard Soyuz orbit को follow करता है
- Earth के rotation के दौरान polar axis के चारों ओर globe के दोनों hemispheres को rotate करने पर surface के ऊपर अलग-अलग 51.8° orbits बनते हैं
- 51.8° Baikonur Cosmodrome के latitude 45.97° से बड़ा है, क्योंकि launch path को western China के ऊपर से जाने से बचाने के लिए rocket को north की ओर incline करना पड़ता था
- संबंधित explanation Space Stack Exchange answer से linked है
physical design से बनी बड़ी limitations
- orbital inclination globe mechanism के physical angle से fixed होता है, इसलिए अलग-अलग orbits के लिए अलग-अलग Globus devices की जरूरत होती है
- यह design केवल circular orbit handle कर सकता है, इसलिए rendezvous और docking जैसी स्थितियों में, जहाँ orbit बदलता है, यह बेकार हो जाता है
- इन limitations के कारण कुछ अंतरिक्ष यात्री Globus को control panel से हटाना चाहते थे, लेकिन यह 2002 में Soyuz-TMA द्वारा computer display से replace किए जाने तक बना रहा
orbital period और variable-speed mechanism
- Soyuz की एक orbit लगभग 90 minutes की होती है, लेकिन altitude के अनुसार समय बदलता है
- Globus में orbital period को minute, 0.1 minute और 0.01 minute units में adjust करने के knobs हैं, और reference value 91.85 minutes से ±5 minutes की range adjust की जा सकती है
- device 27V, 1Hz fixed pulse से चलता है, लेकिन globe के orbital-axis rotation speed को orbital period के अनुसार बदलना पड़ता है
- समाधान reference speed में तीन increments जोड़ने वाली संरचना है
- minute setting increment
- 0.1 minute setting increment
- 0.01 minute setting increment
- कई differential gears rotation speed जोड़ने या घटाने के लिए इस्तेमाल होते हैं
- variable rotation speed spiral cross-section वाले conical cam से बनाई जाती है
- cam पर 3 followers अलग-अलग positions पर रखे जाते हैं; narrow side पर छोटा rotation और wide side पर बड़ा rotation बनता है
- follower की position बदलने पर उस follower की rotation speed चुनी जाती है
- cam एक full turn के बाद start diameter पर अचानक वापस लौटता है, इसलिए follower उछलकर अपनी original position में लौटता है
- globe पीछे न उछले, इसके लिए follower slip clutch और ratchet के जरिए differential gear से जुड़ा होता है
- ratchet वापसी के क्षण में drive shaft को lock कर देता है, जिससे output आम तौर पर smooth rotation में बदलता है
latitude/longitude और light/shadow calculation
- globe के बाएँ और ऊपर के indicators क्रमशः अंतरिक्ष यान की latitude और longitude दिखाते हैं
- latitude और longitude orbit को globe पर project करने वाली complex functions से परिभाषित होते हैं, और ये functions metal cam की shape से implement किए जाते हैं
- हर function में 2 cams इस्तेमाल होते हैं
- एक desired function implement करता है
- दूसरा opposite shape में बना होता है, ताकि jaw-shaped tracking mechanism की tension बनी रहे
- latitude cam latitude dial को drive करता है, जिससे वह 51.8°N और 51.8°S के बीच आता-जाता है
- longitude Earth rotation के कारण ज्यादा complex है, और longitude dial output cam value में Earth rotation को differential gear से जोड़कर बनाया जाता है
- formula में latitude को
arcsin(sin i * sin(2πt/T)), और longitude कोarctan(cos i * tan(2πt/T)) + Ωt + λ0के रूप में summarize किया जाता है -
light और shadow display
- Globus में यह दिखाने वाला indicator है कि अंतरिक्ष यान कब light में प्रवेश करता है या shadow में जाता है
- dial दो concentric dials से बना है, और दो knobs से set होता है
- ये dials अंतरिक्ष यान की orbit के साथ move करते हैं, और red legend fixed रहता है
- संभावना है कि यह dial longitude dial से gears के जरिए connected हो, लेकिन इस हिस्से की जांच अभी जारी है
landing position prediction mode
- Globus दिखा सकता है कि अगर अभी reentry burn शुरू किया जाए तो अंतरिक्ष यान कहाँ land करेगा
- landing position calculation accuracy 150km है
- calculation method यह है कि landing तक लगने वाले time के अनुसार current orbit को partial orbit जितना आगे project किया जाए
- अंतरिक्ष यात्री इस partial orbit ratio को “landing angle” के रूप में specify करते हैं
- device के top-left में electroluminescent indicator इस mode में “Место посадки” दिखाता है
- landing position पाने के लिए motor globe को rotate करता है, और specified angle तक पहुँचने पर रुकता है
- panel का adjustment knob worm gear के जरिए limit switch को desired angle पर move करता है
- motor drive होने पर globe और swing arm साथ rotate करते हैं
- swing arm angle limit switch को छूता है, तो motor रुक जाता है और globe specified angle जितना rotate हो जाता है
- fixed limit switch का उपयोग globe को normal orbit position पर वापस लाने के लिए होता है
- 3-position rotary switch landing angle mode control करता है
- “МП” landing point चुनता है
- “З” पृथ्वी के ऊपर की position दिखाता है
- “Откл” landing angle rotation को वापस करता है और mechanism को बंद करता है
electronic circuit और solenoid drive
- Globus मुख्य रूप से mechanical है, लेकिन इसमें electronic board भी शामिल है
- electronic board में 4 relays, 1 transistor, resistors और diodes हैं
- अधिकतर relays landing position mechanism में motor को forward/reverse direction में drive करने और limit switch पर रोकने की भूमिका निभाते प्रतीत होते हैं
- relay coil के दोनों सिरों पर दो series diodes connected हैं, जो coil कटने पर पैदा होने वाले inductive kick को हटाने वाले flyback diode की भूमिका निभाते हैं
- 360° potentiometer अंतरिक्ष यान की orbital position को voltage में बदलता है
- Globus यह voltage signal अंतरिक्ष यान के दूसरे devices को देता है
- electronic board का transistor इस voltage को amplify करता है—यह अनुमान अभी investigation में है
- mechanical device होने के बावजूद इसमें काफी wiring bundles हैं
- external connector तक जाने वाली सभी wires कटी हुई थीं
- connector 32-pin RS32TV Soviet military standard design है
- wires काटना decommissioning process का हिस्सा रहा हो सकता है
- लेकिन case की tamper-evident wax seal intact है, इसलिए यह official resealing state से मेल न खाने वाला सवाल बचता है
- device दो ratchet solenoids से driven है
- एक orbital rotation के लिए, दूसरा Earth rotation के लिए
- solenoids को 27V, 1Hz pulses मिलते हैं
- हर pulse gear को एक tooth आगे बढ़ाता है, और pawl gear को पीछे धकेले जाने से रोकता है
Apollo-Soyuz mission के निशान
- globe पर pink dots और 3-letter Latin labels जोड़े गए हैं
- GDS, MIL, BDA, NFL जैसी markings NASA tracking stations को दर्शाती हैं
- GDS Goldstone है
- MIL Merritt Island है
- BDA Bermuda है
- NFL Newfoundland है
- ये markings संकेत देती हैं कि यह Globus 1975 में Apollo spacecraft और Soyuz capsule की docking वाले Apollo-Soyuz Test Project के लिए बनाया गया था
- Pacific Ocean के बीच में VAN sticker भी Apollo-Soyuz connection का समर्थन करता है
- USNS Vanguard Apollo program में radio communication gaps को भरने के लिए इस्तेमाल हुआ NASA tracking ship था
- Apollo-Soyuz mission के दौरान Vanguard को 25°S, 155°W पर deploy किया गया था, और यह globe के VAN point location से बिल्कुल match करता है
- NASA tracking stations के रूप में CYI, ACN, MAD, TAN, GWM, ORR, HAW, GDS, MIL, QUI, AGO, BDA, NFL, VAN listed हैं
Vostok से Soyuz-TMA तक की lineage
- Globus का इतिहास Soviet manned spaceflight के शुरुआती दौर तक जाता है
- पहला version ज्यादा simple IMP था, और Vostok 1961 व Voshod 1964 flights के लिए 1960 में development शुरू हुआ
- शुरुआती Globus IMP में भी spacecraft position और landing position दिखाने की basic functions INK जैसी थीं
- IMP में bottom-right orbit counter था, और latitude/longitude display Voshod flight के लिए जोड़ा गया
- IMP और INK में कुछ differences हैं
- IMP में नीचे का Sun/shadow display नहीं है
- landing angle setting control नहीं है
- orbit mode और landing position mode device के भीतर switch से नहीं, बल्कि external switch से चुने जाते हैं
- ज्यादा complex INK model 1967 से Soyuz flights के लिए बनाया गया, और “Sirius” information display system का हिस्सा था
- Soyuz-T 1976 के Neptun IDS और Soyuz-TM 1986 के Neptun-M ने console का अधिकांश हिस्सा modernize किया, लेकिन Globus INK को बनाए रखा
- Soyuz-TMA 2002 में Neptun-ME system में upgrade के साथ digital screen इस्तेमाल हुआ, और Globus को graphic display से replace किया गया
- संबंधित material के रूप में Information Display Systems for Soyuz Spaceships linked है
performance और limits
- Globus INK gear, cam और differential gear की sophisticated system से orbit calculate करने वाला analog computer है
- इसने अंतरिक्ष यात्रियों को high-resolution full-color position display दिया, जिसे 1960 के दशक के electronic space computers से provide करना मुश्किल था
- functional limits भी स्पष्ट हैं
- spacecraft start position, orbital speed, light/shadow interval और landing angle—सब कुछ manually set करना पड़ता है
- IMU जैसे external navigation input नहीं लेता, इसलिए accuracy बहुत high नहीं है
- केवल fixed-angle circular orbit support करता है
- modern digital displays में rotating globe जैसा physical charm नहीं है, लेकिन वे कहीं ज्यादा functions देते हैं
- reverse engineering अभी जारी है, और Russian interpretation के लिए Google Translate इस्तेमाल हुआ है, इसलिए detailed explanations बदल सकती हैं
1 टिप्पणियां
Hacker News की राय
https://www.righto.com/2023/03/reverse-engineering-electroni...
https://www.righto.com/2023/03/reverse-engineering-globus-in...
https://www.youtube.com/watch?v=dmHaCQ8Ul6E
https://www.youtube.com/watch?v=CP5dfjxdkQ4
https://www.youtube.com/watch?v=eG29HrU6Slw
इसलिए spacewalk में भी समस्या थी। कहा गया कि capsule के अंदरूनी हिस्से को अंतरिक्ष के vacuum में expose करने पर electronics फट सकते थे
John Strausbaugh की The Wrong Stuff: How the Soviet Space Program Crashed and Burned
https://www.hachettebookgroup.com/titles/john-strausbaugh/th...
असल में लेखक ने primary sources भी ठीक से इस्तेमाल नहीं किए: https://www.thespacereview.com/article/4851/1
यह वैसा ही है जैसे किसी Russian लेखक की Apollo program पर किताब recommend करना, जिसने American documents पढ़े ही न हों। अगर Western author ही चाहिए, तो James Harford की Korolev biography Soviet space program को बेहतर तरीके से समेटती है, और उस पर proper academic reviews भी हैं
https://hackaday.com/2014/10/28/retrotechtacular-fire-contro...
https://meshok.net/en/item/275902733_%D0%93%D0%9B%D0%9E%D0%9...
https://www.righto.com/2024/09/f4-attitude-indicator.html
https://www.popularmechanics.com/space/rockets/a19966/russia...