Система наведения Apollo Abort - Apollo Abort Guidance System

Система аварийного наведения Apollo LM; слева направо: отмена сборки датчика (ASA), сборка ввода и отображения данных (DEDA), отмена электронной сборки (AEA)

Прервать клавиатуру системы наведения (DEDA) в лунном модуле Apollo 11 (LM-5) на пути к Луне.

Система аварийного наведения Apollo ( AGS , также известная как Abort Guidance Section ) была резервной компьютерной системой, обеспечивающей возможность прерывания в случае отказа основной системы наведения лунного модуля ( Apollo PGNCS ) во время спуска, подъема или сближения. В качестве системы прерывания он не поддерживал наведение на лунную посадку.

AGS был разработан TRW независимо от разработки компьютера Apollo Guidance Computer и PGNCS .

Это была первая навигационная система, в которой использовался бесплатный инерциальный измерительный блок, а не гиростабилизированный IMU на карданном подвесе (как в PGNCS ). Хотя он не был таким точным, как IMU на карданном подвесе, он обеспечивал удовлетворительную точность с помощью оптического телескопа и радара сближения . Кроме того, он был легче и меньше по размеру.

Описание

Система наведения по прерыванию включает в себя следующие компоненты:

• Abort Electronic Assembly (AEA): компьютер AGS
• Abort Sensor Assembly (ASA): простой бесплатный IMU
• Сборка ввода и отображения данных (DEDA): интерфейс астронавта, похожий на DSKY

Используемый компьютер был MARCO 4418 (MARCO означает «Человек с рейтингом»), размеры которого составляли 5 на 8 на 23,75 дюйма (12,7 на 20,3 на 60,33 см); он весил 32,7 фунта (14,83 кг) и требовал мощности 90 Вт. Поскольку память имела последовательный доступ, она была медленнее, чем AGC, хотя некоторые операции с AEA выполнялись так же быстро или быстрее, чем с AGC.

Компьютер имел следующие характеристики:

• В нем было 4096 слов памяти. Нижние 2048 слов были стираемой памятью (RAM), верхние 2048 слов служили фиксированной памятью (ROM). Фиксированная и стираемая память были сконструированы аналогично, поэтому соотношение между фиксированной и стираемой памятью было переменным.
• Это была 18-битная машина с 17 битами величины и битом знака . Адреса были длиной 13 бит; MSB указывает индексную адресацию.
• Слова данных были дополнены до двух и в форме с фиксированной точкой .

Регистры

AEA имеет следующие регистры:

• A: Аккумулятор (18 бит)
• M: регистр памяти (18 бит), хранит данные, которые передаются между центральным компьютером и памятью.
• Q: Регистр множителя-частного (18 бит), хранит младшую половину результата после умножения и деления . Может также использоваться как расширение Аккумулятора.
• Индексный регистр (3 бита): используется для индексной адресации

Другие менее важные регистры:

• Регистр адреса (12 бит): содержит адрес памяти, запрошенный центральным компьютером.
• Регистр кода операции (5 бит): содержит 5-битный код инструкции во время ее выполнения
• Программный счетчик (12 бит)
• Счетчик циклов (5 бит): управляет инструкциями сдвига
• Таймеры (2 регистра): производят сигналы управления синхронизацией
• Входные регистры: 13 регистров

Набор инструкций

Формат инструкции AEA состоял из пятибитового кода инструкции , индексного бита и 12-разрядного адреса.

На компьютере было 27 инструкций:

ADD: Содержимое ячейки памяти добавляется в Аккумулятор A. Содержимое ячейки памяти остается неизменным.

ADZ (Добавить и обнулить) : содержимое памяти добавляется к аккумулятору A. Содержимое памяти устанавливается на ноль.

SUB (Вычесть) : содержимое памяти вычитается из аккумулятора A. Содержимое памяти остается неизменным.

SUZ (Вычесть и ноль) : содержимое памяти вычитается из аккумулятора A. Содержимое памяти устанавливается на ноль.

MPY (Умножить) : содержимое аккумулятора A умножается на содержимое памяти. Наиболее значимая часть продукта помещается в аккумулятор A, наименее значимая часть - в регистр Q.

MPR (Умножение и округление) : аналогично MPYинструкции, наиболее значимая часть произведения в аккумуляторе A округляется путем добавления единицы к содержимому аккумулятора A, если бит 1 регистра Q равен единице.

MPZ (Умножение и ноль) : Как и в MPRинструкции, содержимое памяти обнуляется.

DVP (Разделить) : содержимое Аккумулятора A и Регистра Q, образующих делимое, делится на содержимое памяти. Частное помещается в аккумулятор A и округляется, если округление не приведет к переполнению.

COM (Дополнительный Аккумулятор) : Содержимое Аккумулятора А заменяется их двумя дополнениями. Если содержимое аккумулятора A положительное, ноль или минус один, содержимое остается неизменным.

CLA (Очистить и добавить) : Аккумулятор A загружается из памяти. Содержимое памяти остается без изменений.

CLZ (Очистить, сложить и обнулить) : аналогично CLAинструкции; содержимое памяти обнуляется.

LDQ (Загрузить Q-регистр) : Q-регистр загружается с содержимым памяти. Содержимое памяти остается без изменений.

STO (Сохранить аккумулятор) : содержимое аккумулятора А сохраняется в памяти. Содержимое Аккумулятора А остается без изменений.

STQ (Сохранить Q-регистр) : содержимое Q-регистра сохраняется в памяти. Содержимое Q-регистра остается неизменным.

ALS N (Арифметический сдвиг влево) : содержимое аккумулятора A сдвигается влево на N позиций.

LLS N (Длинный сдвиг влево) : содержимое Аккумулятора A и битов 1-17 регистра Q сдвигается влево как один регистр на N позиций. Знак Q Регистра согласован со знаком Аккумулятора А.

LRS N (Длинный сдвиг вправо) : аналогично LLS, но содержимое сдвинуто вправо на N мест.

TRA (Передача) : следующая инструкция берется из памяти.

TSQ (Передача и установка Q) : содержимое регистра Q заменяется адресным полем, установленным на единицу больше, чем положение TSQинструкции. Следующая инструкция берется из памяти.

TMI (Передача на минусовой аккумулятор) : следующая инструкция берется из памяти, если содержимое аккумулятора А отрицательное. В противном случае выполняется следующая инструкция по порядку.

TOV (Передача при переполнении) : если установлен индикатор переполнения, следующая инструкция берется из памяти.

AXT N (Адрес в индекс) : Регистр индекса установлен в N.

TIX (Тестовый индекс и передача) : Если индексный регистр положительный, он уменьшается на единицу, и следующая инструкция берется из памяти.

DLY (Задержка) : выполнение останавливается до получения сигнала синхронизации. Следующая инструкция берется из памяти.

INP (Вход) : содержимое входного регистра, указанного адресом, помещается в Аккумулятор А. Входной регистр либо устанавливается на ноль, либо остается неизменным (в зависимости от выбранного регистра).

OUT (Выход) : содержимое аккумулятора A помещается в выходной регистр, указанный по адресу.

Программное обеспечение

Первые дизайнерские идеи Abort Guidance System включали не использование компьютера, а скорее секвенсор без какой-либо возможности навигации. Этого было бы достаточно, чтобы вывести лунный модуль на лунную орбиту, где экипаж будет ждать спасения от космического корабля « Аполлон» . Более поздний дизайн включал цифровой компьютер, чтобы обеспечить некоторую автономию.

Программное обеспечение AGS было написано на языке ассемблера LEMAP, который использует 27 инструкций, описанных выше, и набор псевдоопераций, используемых ассемблером.

Основной цикл вычислений длился 2 секунды. Этот 2-секундный цикл был разделен на 100 сегментов; каждый из этих сегментов имел длительность 20 мс . Эти сегменты использовались для вычислений, которые необходимо было пересчитывать каждые 20 мс (например, обработка сигналов IMU, обновление данных нисходящего канала PGNCS, обновление направляющих косинусов и т. Д.).

Также был набор вычислений, которые должны были выполняться каждые 40 мс (команды двигателя, выборка внешнего сигнала , управление ориентацией и т. Д.).

Другие вычисления выполнялись каждые 2 секунды, и эти уравнения были разделены на более мелкие группы, чтобы их можно было пересчитать в течение оставшегося (т.е. неиспользованного) времени сегментов 20 мс (например, обработка радиолокационных данных, расчет орбитальных параметров, вычисление последовательности сближения, калибровка Датчики IMU и т. Д.)

Программное обеспечение для AGS проверялось много раз, чтобы найти программные ошибки и уменьшить размер программного обеспечения. Есть несколько известных версий программного обеспечения, которые использовались для испытаний без экипажа и с экипажем.

Пользовательский интерфейс

Блок пользовательского интерфейса AGS получил название DEDA ( Data Entry and Display Assembly ). Его функция заключалась в вводе и считывании данных с АГС. Некоторые функции системы были встроены в DEDA, в отличие от DSKY, используемого AGC.

В DEDA были следующие элементы:

• Цифровые клавиши 0 - 9
• + и - знаковый ключ
• Клавиша CLR: очищает экран ввода и очищает индикатор OPR ERR
• Клавиша ENTER: для ввода данных / адреса
• Клавиша READOUT: считывает данные с указанного адреса и отображает обновленные данные каждые полсекунды.
• Клавиша HOLD: останавливает непрерывный вывод данных
• Индикатор OPR ERR: указывает на ошибку оператора
• дисплеи используются для ввода и чтения данных

Использование AGS

Существует несколько фактических описаний использования AGS, так как прерывание посадки никогда не требовалось во время миссий Аполлона. Однако было четыре случая использования AGS.

Его первое использование было для тестирования ступени спуска лунного модуля в орбитальном полете вокруг Земли во время миссии Apollo 9 . Он снова использовался в миссии Apollo 10 после отделения ступени спуска лунного модуля до сгорания APS. Неправильная установка переключателя, оставляющая AGS в автоматическом режиме, а не в режиме удержания позиции, привела к быстрому и явному отклонению в позиции за несколько мгновений до постановки. Ситуацию быстро взяли под контроль.

Следующее использование AGS было во время фазы подъема на Луну миссии Apollo 11 , когда экипаж LM выполнил последовательность маневров сближения, которые привели к блокировке подвеса ; Впоследствии AGS был использован для контроля ориентации.

AGS сыграл важную роль в безопасном возвращении Аполлона-13 после того, как взрыв кислородного баллона оставил служебный модуль из строя и заставил астронавтов использовать лунный модуль в качестве «спасательной шлюпки». Подача электроэнергии и воды на LM была ограничена, а основная система наведения и навигации использовала слишком много воды для охлаждения. В результате после того, как главный спускаемый двигатель LM сработал через 2 часа после его максимального сближения с Луной, чтобы сократить путь домой, AGS использовался для большей части возврата, включая две корректировки на середине курса. ^{стр. III-17,32,35,40}

Рекомендации