- Apollo मिशनों में महत्वपूर्ण रूप से इस्तेमाल किया गया 'FDAI' अंतरिक्ष यान की orientation और direction को दृश्य रूप में दिखाने वाला एक प्रमुख उपकरण है
- यह उपकरण 3-axis rotation (roll, pitch, yaw) तीनों को दर्शाता है, और इसके मुख्य ढांचे के अंदरूनी मैकेनिज़्म तथा बाहरी hemispherical shell के संयोजन से काम करता है
- अंदर slip ring, synchro, servo loop जैसी सटीक विद्युत-यांत्रिक संरचनाएँ होती हैं, जो सटीक position control और feedback को लागू करती हैं
- Lear Siegler जैसे एयरोस्पेस अग्रदूतों के नवाचारों पर आधारित होकर यह X-15, F-4, Gemini, Apollo, Space Shuttle तक विकसित हुआ
- लेख में विश्लेषित FDAI मूल रूप से Apollo के लिए शुरू हुआ था, लेकिन बाद में Space Shuttle simulator के अनुरूप कई parts और circuits में modification किए जाने का इतिहास रखता है
Apollo FDAI (फ़्लाइट डायरेक्टर और एटिट्यूड इंडिकेटर) क्या है
- Apollo मिशनों में अंतरिक्ष यात्रियों द्वारा अंतरिक्ष यान की attitude observation के लिए उपयोग किया गया FDAI अपने विशिष्ट 8-ball प्रकार के rotational mechanism के लिए जाना जाता है
- केंद्रीय गोला (जिसे 8-ball भी कहा जाता है) का एक भाग काला होता है, और यह उड़ान दिशा (attitude) को 3-axis motion में visualize करता है
- तीन पीली सुइयाँ वर्तमान attitude indication के साथ-साथ लक्ष्य maneuver direction भी दिखाती हैं, जिससे अंतरिक्ष यात्री तेज़ी से attitude correction कर सकें
- FDAI attitude rate (rotation rate) जैसी अतिरिक्त जानकारी भी दिखाता है
FDAI की यांत्रिक संरचना और कार्य सिद्धांत
3-axis rotation लागू करने का तरीका
- गोला roll, pitch, yaw तीन अक्षों के आधार पर घूमता है
- roll: डिवाइस के बाहरी frame के motor और gears के ज़रिये बाएँ-दाएँ घुमाया जाता है
- pitch: गोले के अंदर का motor इसे vertical axis के साथ झुकाता है
- yaw: केवल hemispherical shell ही vertical axis के साथ स्वतंत्र रूप से घूमती है, जबकि अंदरूनी मैकेनिज़्म स्थिर रहता है
- दो परतों वाले slip rings (electrical contact rings) की मदद से multi-axis rotation के दौरान भी अंदर की wiring उलझे बिना electrical connection बना रहता है
synchro और servo loop feedback control
- synchro input shaft और output shaft के बीच rotation angle conversion signal को 3-wire communication के ज़रिये भेजता है
- दो synchro के बीच angle difference होने पर torque उत्पन्न होता है, जिससे वे अपने-आप matching direction में घूमते हैं
- servo loop circuit synchro, control transformer, amplifier, motor से मिलकर बनता है
- control transformer target angle और actual angle के बीच के अंतर (error signal) को amplify करके motor तक भेजता है
- tachometer (rotation speed detector) negative feedback signal देता है, जिससे error कम होने की गति के अनुसार deceleration और precision control संभव होता है
amplifier circuit और electronic components की संरचना
- तीनों axes के लिए अलग-अलग servo loop, amplifier और control transformer मौजूद होते हैं
- circuit boards में space बचाने और vibration durability बढ़ाने के लिए components को layered तरीके से रखा गया है, और कुछ lead wires को plastic tubes से सुरक्षित किया गया है
- amplifier error signal के आकार और दिशा को detect करके motor चलाता है और rotation direction को सूक्ष्म रूप से नियंत्रित करता है
FDAI का इतिहास और विकास
development और evolution की पृष्ठभूमि
- Bill Lear (1902–1978) के नेतृत्व वाली Lear Avionics/Lear Siegler ने
- F-102 fighter, X-15 rocket plane, F-4 fighter जैसे प्लेटफ़ॉर्मों के attitude indicators विकसित किए
- बाद में यह Gemini और Apollo के FDAI तक विकसित हुआ, और Apollo LM (lunar module) में एक केंद्रीय instrument के रूप में लगाया गया
- 1970 के दशक में Lear Siegler ने spacecraft mission profitability की समस्या के कारण Space Shuttle के लिए ADI का उत्पादन करने के बाद इस क्षेत्र से वापसी कर ली
- बाद में Honeywell ने Shuttle के लिए instruments (जैसे MEDS) के उत्पादन में नेतृत्व संभाला
समान उपकरणों की संरचनात्मक तुलना
- पुराने ARU/11-A instrument और FDAI की संरचना मिलती-जुलती है, लेकिन embedded electronics और power board form factor जैसी बातों में अंतर है
- पुराने aircraft-specific pitch trim जैसे फ़ीचर अंतरिक्ष उड़ान में अर्थहीन होने के कारण हटा दिए गए
- अंदरूनी hemispherical shell की hole-fastening method में भी हल्का बदलाव किया गया
विश्लेषित FDAI और Apollo व Shuttle के बीच मुख्य अंतर
- यह FDAI मूल रूप से Apollo के लिए बनाया गया था, लेकिन Space Shuttle simulator के लिए modified किया गया
- input signal method (synchro ↔ resolver), lighting system (bulb ↔ electroluminescent), और internal structure आदि में बदलाव हैं
- needle design, adjustment functions, display method आदि में Shuttle configuration के अनुसार repainting और circuit changes के कई संकेत मिलते हैं
- Shuttle का ADI off indication, input signal verification, feedback servo system जैसी अतिरिक्त electronics के कारण और अधिक जटिल है
- integrated circuits और multiple power circuits अपनाए गए, जिससे needle position precision बेहतर हुई
- यह अनुमान है कि ADI के अंदर गोले का rotation mechanism काफ़ी हद तक समान रहा होगा
निष्कर्ष
- FDAI Apollo मिशनों में अंतरिक्ष यान की attitude और maneuver information देने वाला प्रमुख instrument था
- परिष्कृत 2+1-axis rotation mechanism और servo feedback techniques का उपयोग करके इसने उच्च सटीकता और विश्वसनीयता प्रदान की
- FDAI की वंशावली aircraft–rocket plane–manned spacecraft–Shuttle तक जाती है और हर युग के तकनीकी नवाचारों को समेटे हुए है
- विश्लेषित FDAI Apollo–Shuttle संक्रमण काल का एक transitional specimen है, जो spaceflight instrument evolution का एक दुर्लभ उदाहरण है
1 टिप्पणियां
Hacker News राय
Apollo से जुड़ा कोई सवाल हो तो लेखक खुद जवाब दे सकते हैं
मुझे यह वाकई बहुत अच्छा लेख लगा, पहले मैंने कभी यह सोचा ही नहीं था कि spacecraft ADI में तीसरा axis भी होता है, दुर्भाग्य से एक बात शायद सटीक नहीं है: Bill Lear का F-5 autopilot, जहाँ तक मुझे पता है, Northrop F-5 fighter से अलग है
Apollo Command Module में Honeywell द्वारा बनाया गया एक पूरी तरह अलग FDAI (flight director attitude indicator) इस्तेमाल किया गया था, जानना चाहूँगा कि क्या इसके लिए कोई खास requirements थीं जिनकी वजह से अलग component इस्तेमाल करना पड़ा, या फिर बस Grumman/North American ने अलग-अलग suppliers अपनाए थे
मुझे F-104 aircraft में भी ऐसा ही एक मामला याद है
फ़िल्म Apollo 13 में इस device को 'frappin 8 ball' कहा गया था, इसलिए यह बात खास तौर पर याद रह गई
पिछले साल HN पर सोवियत दौर के एक मिलते-जुलते device पर भी लेख था, वह device एक छोटे globe के रूप में spacecraft की पृथ्वी पर स्थिति दिखाता था
पहला
दूसरा
तीसरा
इस लेख से मैं सचमुच प्रभावित हूँ, Apollo के लिए विकसित अद्भुत तकनीक के बारे में बहुत कुछ पढ़ने को मिलता है, लेकिन यह लेख उनमें से एक चीज़ को गहराई से समझाता है, पिछले कुछ दशकों में outsourcing बढ़ने के साथ ऐसी तकनीक और बुनियादी engineering तथा manufacturing क्षमता के खोने की बात मुझे चिंतित करती है
पहले के समय में यह विषय शायद electrical engineering analog control class के लिए एक बेहतरीन homework रहा होगा
मुझे यह सचमुच UI की एक कला-कृति लगता है, एक नज़र में ही अपने spacecraft की दिशा समझ में आ जाती है, एक amateur astronaut के तौर पर (Kerbal Space Program में 1,000 घंटे, Flight of Nova में 200+ घंटे का अनुभव) मुझे लगता है कि नए fusion spacecraft cockpits में Apollo-style instrument panel से KSP का Nav-Ball बहुत याद आता है, fighter-jet style 'ladder' attitude indicator एक नज़र में समझ नहीं आता, ladder के numbers देखने पड़ते हैं और फिर compass से दोबारा मिलाना पड़ता है, इसलिए करीब 3 सेकंड का फोकस चाहिए (असल उड़ान नहीं, महसूस किया गया समय), जबकि Nav-Ball को 0.5 सेकंड के भीतर पढ़ा जा सकता है (शायद इसलिए कि दिमाग पहले से प्रशिक्षित है), और वे 3 सेकंड अहम हैं क्योंकि वास्तव में Apollo 11 के पास चंद्रमा पर उतरने से ठीक पहले 20 सेकंड से भी कम fuel बचा था
हाल ही में Freya Holmér के एक talk में यह विषय आया था, उस presentation का वीडियो लिंक
YouTube वीडियो
Ken ने एक बार फिर साबित किया कि वह Hacker News के बेहतरीन content authors में से एक हैं
यह देखकर मुझे Kerbal Space Program खेलने के दिन याद आ गए
kens से एक सवाल: क्या amplifier board के output transistor का collector metal case से जुड़ा है? तस्वीर में heatsink सीधे छूता नहीं दिख रहा और capacitors के बीच gap है, क्या electrical connection को frame से रोकने के लिए nylon screws इस्तेमाल किए गए थे?
अफसोस, इस समय मेरे पास FDAI नहीं है इसलिए मैं यह बात तुरंत जाँच नहीं सकता
TO-5 bipolar transistors में collector का case से जुड़ा होना आम बात है, हालांकि हमेशा ऐसा नहीं होता, लेकिन मुझे कोई अपवाद अभी याद नहीं आ रहा
ऐसे devices को हर बार देखकर मेरा पहला ख़याल यही आता है: “आज के trend वाले developers या engineers शायद ऐसी चीज़ को दोबारा बना ही न पाएं”