Sistema de guiado, Historia, Los sistemas de orientación

Un sistema de guía es un dispositivo o grupo de dispositivos que se utilizan para navegar un barco, aviones, misiles, cohetes, satélites, u otra nave. Típicamente, esto se refiere a un sistema que navega sin control humano directo o continuo. Los sistemas que están destinados a tener un alto grado de interacción humana se refieren generalmente como un sistema de navegación.

Uno de los primeros ejemplos de un sistema de guiado cierto es que utiliza en el alemán V-1 durante la Segunda Guerra Mundial. Este sistema consistía en un giroscopio simple de mantener la partida, un sensor de velocidad para estimar el tiempo de vuelo, un altímetro para mantener la altitud, y otros sistemas redundantes.

Un sistema de guía tiene tres grandes epígrafes: Entradas, procesamiento, y Salidas. La sección de entrada incluye sensores, datos de cursos, enlaces de radio y satélite, y otras fuentes de información. La sección de procesamiento, compuesto de una o más CPU, integra estos datos y determina qué acciones, en su caso, son necesarios para mantener o lograr un título adecuado. Esta se alimenta luego a las salidas que pueden afectar directamente el curso del sistema. Las salidas pueden controlar la velocidad mediante la interacción con dispositivos tales como las turbinas, y bombas de combustible, o pueden alterar más directamente por supuesto alerones de accionamiento, timones, u otros dispositivos.

Historia

Sistemas de navegación inercial se desarrollaron originalmente para los cohetes. Americana cohete pionero Robert Goddard experimentó con sistemas giroscópicos rudimentarias. Sistemas del doctor Goddard eran de gran interés para los pioneros alemanes contemporáneos como Wernher von Braun. Los sistemas entraron en uso más generalizado con la llegada de las naves espaciales, misiles guiados y aviones comerciales.

Historia orientación EE.UU. centra en 2 comunidades diferentes. Un expulsado de Caltech y JPL de la NASA, el otro de los científicos alemanes que desarrollaron los primeros orientación cohete V2 y el MIT. El sistema GN y C para V2 ofrece muchas innovaciones y era el arma militar más sofisticada en 1942 utilizando autónomo orientación lazo cerrado. Los primeros V2 apalancadas 2 giroscopios y acelerómetros lateral con una computadora analógica sencilla para ajustar el acimut para el cohete en vuelo. Señales de ordenador analógicas se utilizan para conducir 4 timones externos en las aletas de la cola para el control de vuelo. Von Braun dirigió la entrega de 500 de sus mejores científicos de cohetes, junto con los planes y vehículos de prueba, a los estadounidenses. Llegaron a Fort Bliss, Texas en 1945 y se trasladó posteriormente a Huntsville, Al en 1950. La pasión de Von Braun era el vuelo espacial interplanetaria. Sin embargo, sus tremendas habilidades de liderazgo y la experiencia con el programa V-2 hicieron un valor incalculable para los militares de EE.UU.. En 1955 fue seleccionado al equipo Redstone para poner el primer satélite de Estados Unidos en órbita poner este grupo en el centro del espacio, tanto militares como comerciales.

El Laboratorio de Propulsión a Chorro remonta su historia a partir de la década de 1930, cuando Caltech profesor Theodore von Karman realizó un trabajo pionero en la propulsión de cohetes. Financiado por la artillería del Ejército en 1942, los primeros esfuerzos de JPL eventualmente implicar más allá de las tecnologías de la aerodinámica y la química del propulsor. El resultado de los esfuerzos de la artillería del Ejército fue la respuesta de JPL al misil V-2 alemán, llamado Cabo, lanzada en mayo de 1947 - El 3 de diciembre de 1958, dos meses después de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio fue creado por el Congreso, JPL fue transferido de la jurisdicción del Ejército para que de esta nueva agencia espacial civil. Este cambio era debido a la creación de un grupo de centrado militar derivado del equipo V2 alemán. Por lo tanto, a partir de 1958, la NASA JPL y el equipo de Caltech convirtió centrado principalmente en vuelos no tripulados y alejado de las aplicaciones militares, con algunas excepciones. La comunidad de los alrededores JPL llevó tremenda innovación en las telecomunicaciones, la exploración interplanetaria y supervisión tierra.

A principios de la década de 1950, el gobierno de EE.UU. quiso aislarse contra el exceso de dependencia en el equipo de Alemania para aplicaciones militares. Entre las áreas que estaban en el país "desarrollado", fue guiado de misiles. A principios de la década de 1950 el Laboratorio de Instrumentación del MIT fue elegido por la División de Desarrollo de la Fuerza Aérea occidental para proporcionar una copia de seguridad de sistema de guiado autónomo de Convair en San Diego para el nuevo Atlas misil balístico intercontinental. El monitor técnica para la tarea MIT era un joven ingeniero llamado Jim Fletcher quien más tarde se desempeñó como administrador de la NASA. El sistema de guía Atlas iba a ser una combinación de un sistema autónomo de a bordo, y un sistema de seguimiento basado en tierra y el sistema de mando. Este fue el comienzo de una controversia filosófica, que, en algunas áreas, sigue sin resolverse. El sistema autónomo se impuso finalmente en las aplicaciones de misiles balísticos por razones obvias. En la exploración del espacio, una mezcla de los dos restos.

En el verano de 1952, el Dr. Richard Battin y el Dr. J. Halcombe Laning Jr., investigan soluciones basadas en computación a la orientación como la computación comenzó a salir del enfoque analógico. Mientras que las computadoras de la época eran muy lentos que era muy importante desarrollar programas que eran muy eficientes. Dr. J. Halcombe Laning, con la ayuda de Phil Hankins y Charlie Werner, comenzó a trabajar en MAC, un lenguaje de programación algebraica para el IBM 650, que se completó a principios de la primavera de 1958 - MAC se convirtió en el caballo de trabajo del laboratorio del MIT . MAC es una lengua muy legible con un formato de tres líneas, anotaciones vector de matriz y mnemotécnica y subíndices indexado. Espacio idioma traslado de hoy llamada HAL, es una rama directa de MAC. Dado que el principal arquitecto de HAL fue Jim Miller, coautor con Hal Laning un informe sobre el sistema MAC, es una especulación razonable de que el lenguaje del transbordador espacial lleva el nombre de antiguo mentor de Jim, y no, como algunos han sugerido, por la superestrella de electrónica de la película Arthur Clarke "2001, una odisea del espacio".

Hal Laning y Richard Batin emprendieron la labor de análisis inicial sobre la guía inercial Atlas en 1954 - Otras figuras clave en Convair eran Charlie Bossart, el Ingeniero Jefe, y Walter Schweidetzky, jefe del grupo de orientación. Walter había trabajado con Wernher von Braun en Peenemünde durante la Segunda Guerra Mundial.

El sistema de guía inicial "Delta" se evaluó la diferencia en la posición de una trayectoria de referencia. Una velocidad que se pueden obtener cálculo se realiza para corregir la trayectoria actual con el objetivo de conducir VGO a cero. La matemática de este enfoque eran fundamentalmente válido, pero se redujo debido a los desafíos en la navegación inercial precisa y potencia de cálculo analógico. Los desafíos que enfrentan los esfuerzos de "Delta" fueron superados por el "sistema Q" de orientación. La revolución del sistema de "Q" era de obligar a los retos de la dirección del misil en la matriz Q. La matriz Q representa las derivadas parciales de la velocidad con respecto al vector de posición. Una característica clave de este enfoque permitido para los componentes del producto vectorial para ser utilizados como la tasa básica señales piloto automático-una técnica que se conoce como "dirección transversal del producto." El sistema Q se presentó en la primera Jornada Técnica sobre misiles balísticos celebrada en el Ramo-Wooldridge Corporation en Los Angeles el 21 de junio y 22 de 1956 - El "System Q" se clasificó la información a través de la década de 1960. Derivaciones de esta guía se utilizan para misiles militares de hoy en día. El equipo CSDL sigue siendo un líder en la dirección militar y participa en proyectos para la mayoría de las divisiones de los militares de EE.UU..

El 10 de agosto de 1961 la NASA MIT concede un contrato para el estudio de diseño preliminar de un sistema de orientación y navegación para Apollo .. Transbordador espacial orientación de hoy lleva el nombre peg4. Tiene en cuenta tanto el sistema Q y los atributos predictor-corrector del sistema original "Delta". A pesar de muchos cambios en el sistema de navegación de transbordadores han tenido lugar en los últimos 30 años, el núcleo de dirección del traslado de hoy GN y sistema de C ha evolucionado poco. Dentro de un sistema tripulado, hay una interfaz humano necesario para el sistema de guía. Como astronautas son el cliente para el sistema, se forman muchos de los nuevos equipos que toque GN y C ya que es una interfaz principal de "volar" el vehículo. Para el Apolo y STS CSDL "diseñado" la orientación, McDonnell Douglas escribió los requisitos e IBM programado los requisitos.

La complejidad del sistema tanto dentro de los sistemas tripulados es impulsado por "la gestión de la redundancia" y el apoyo de múltiples escenarios de "abortar" que proporcionan seguridad de la tripulación. Tripulado sistemas de guía interplanetarias EE.UU. Lunar y aprovechar muchas de las innovaciones de orientación desarrollados en la década de 1950. Así, mientras que el núcleo construcción matemática de la orientación se ha mantenido bastante constante, las instalaciones circundantes GN y C siguen evolucionando para apoyar a los nuevos vehículos, nuevas misiones y un nuevo hardware. El centro de excelencia para la dirección tripulado permanece en el MIT, así como los antiguos sistemas espaciales McDonnell Douglas.

Los sistemas de orientación

Los sistemas de orientación consisten en 3 partes esenciales: navegación, que localiza su posición actual, la orientación, que aprovecha los datos de navegación e información de destino para el control de la ruta "a dónde ir", y el control que acepta comandos de orientación para lograr un cambio en los controles aerodinámicos y/o motor.

La navegación es el arte de determinar dónde se encuentra, una ciencia que ha visto un enorme foco en 1711 con el premio Longitud. Ayudas a la navegación ya sea la posición medida desde un punto de referencia, la posición relativa fija a un objetivo o seguir el movimiento desde una posición conocida/punto de partida. Sistemas complejos de hoy en día utilizan varios métodos para determinar la posición actual. Por ejemplo, los sistemas de navegación más avanzados de hoy en día están incorporados dentro de los misiles anti-balísticos, el RIM-161 Standard Missile 3 aprovecha GPS, IMU y los datos del segmento de tierra en la fase de impulso y los datos de posición relativa de focalización de intercepción. Los sistemas complejos suelen tener redundancia múltiple para abordar la deriva, mejorar la precisión y la dirección de un fallo del sistema aislado. Por lo tanto, los sistemas de navegación tienen múltiples entradas de muchos sensores diferentes, tanto internos al sistema y/o externa. Filtro de Kalman proporciona el enfoque más común para la combinación de los datos de navegación para resolver posición actual. Enfoques de navegación Ejemplo:

  • Navegación astronómica es una técnica de determinación de la situación que se diseñó para ayudar a los navegantes cruzan los océanos rasgos sin tener que depender de navegación a estima para que puedan golpear la tierra. Navegación astronómica utiliza mediciones angulares entre el horizonte y un objeto celeste común. El Sol se mide con mayor frecuencia. Navegantes expertos pueden utilizar la Luna, los planetas, o una de las 57 estrellas de navegación cuyas coordenadas se tabulan en los almanaques náuticos. Herramientas históricas incluyen un sextante, reloj y datos de efemérides. Transbordador espacial de hoy, y la mayoría nave espacial interplanetaria, utilizan sistemas ópticos para calibrar los sistemas de navegación inerciales: Tripulante Optical Sight alineación, Star Tracker.
  • Larga Distancia Navigation: Este fue el predecesor del GPS y se utiliza principalmente en el transporte marítimo comercial. El sistema funciona mediante la triangulación de la posición del barco sobre la base de referencia direccional a los transmisores conocidos.
  • Global Positioning System: GPS fue diseñado por los militares de EE.UU. con el propósito principal de hacer frente a la "deriva" en la barra de navegación inercial de misiles balísticos lanzados desde submarinos antes del lanzamiento. GPS transmite 2 tipos de señales: militar y comercial. La precisión de la señal militar se clasifica pero se puede suponer que ser bien bajo 0,5 metros. GPS es un sistema de 24 satélites que orbitan en planos únicos de 10,9 a 14,4 millas náuticas por encima de la tierra. Los satélites están en órbitas bien definidas y transmiten información de tiempo de alta precisión que puede ser usado para triangular la posición.
  • Unidades inerciales son el sistema inercial primaria para mantener la posición actual y la orientación de misiles y aviones. Ellos son máquinas complejas con uno o más giroscopios giratorios que pueden girar libremente en 3 grados de movimiento dentro de un sistema de cardán complejo. IMU se "girar hacia arriba" y calibrados antes de su lanzamiento. Un mínimo de 3 IMU separados están en su lugar dentro de la mayoría de los sistemas complejos. Además de la posición relativa, los IMU contienen acelerómetros que pueden medir la aceleración en todos los ejes. Los datos de posición, junto con los datos de aceleración brindan los insumos necesarios a la "vía" movimiento de un vehículo. IMU tienen una tendencia a "flotar", debido a la fricción y la precisión. Corrección de errores de abordar esta deriva se puede proporcionar a través de telemetría suelo enlace, GPS, radar, navegación astronómica óptica y otras ayudas a la navegación. Cuando el objetivo es otro vehículo, vectores relativos se convierten en primordiales. En esta situación, ayudas a la navegación que proporcionan actualizaciones de posición relativa a la diana son más importantes. Además de la posición actual, sistemas de navegación inercial también típicamente estiman una posición predicha para futuros ciclos de computación. Véase también el sistema de navegación inercial.
  • Radar/infrarrojos/láser: Esta forma de navegación proporciona información para la orientación en relación con un objetivo conocido, que tiene aplicaciones tanto civiles como militares.

    • activo,
    • pasiva,
    • radar semiactivo homing,
    • Infrarrojos homing: Este tipo de orientación se utiliza exclusivamente para las municiones militares, específicamente de aire a aire y misiles tierra-aire. Los misiles para candidatos casas centrales en la firma infrarroja de los motores de los objetivos,
    • Ultraviolet homing, utilizado en FIM-92 Stinger - más resistente a las contramedidas, que el sistema de homing IR
    • Designación láser: Un dispositivo designador láser calcula la posición con respecto a un objetivo marcado. La mayoría están familiarizados con los usos militares de la tecnología de bomba guiada por láser. La tripulación del transbordador espacial aprovecha un dispositivo de mano para alimentar la información en la planificación del encuentro. La limitación principal de este dispositivo es que no requiere una línea de visión entre el objetivo y el designador.
    • Correspondiente contorno del terreno. Utiliza un radar de escaneo de tierra para "igualar" la topografía con los datos de mapas digitales para fijar la posición actual. Utilizado por los misiles de crucero como el BGM-109 Tomahawk.

La orientación es el "conductor" de un vehículo. Se toma la entrada desde el sistema de navegación y utiliza información de destino para enviar señales al sistema de control de vuelo que va a permitir que el vehículo llegue a su destino. Los "objetivos" para los sistemas de orientación son uno o más vectores de estado y pueden ser inercial o familiar. Durante el vuelo a motor, guía está continuamente calculando direcciones de giro para el control del vuelo. Por ejemplo, la nave espacial se dirige a una altitud, vector velocidad y gamma para impulsar el motor principal cortada. Del mismo modo, un misil balístico intercontinental también apunta a un vector. Los vectores objetivo se han desarrollado para cumplir con la misión y pueden ser planificada de antemano o se crean dinámicamente.

Controlar. Control de vuelo se lleva a cabo ya sea aerodinámicamente oa través de controles potencia, como motores. Orientación envía señales de control de vuelo. Un piloto automático digital es la interfaz entre la orientación y el control. Orientación y el DAP son responsables de calcular la instrucción precisa para cada control de vuelo. El DAP proporciona información a la orientación sobre el estado de los controles de vuelo.

bai ki chut timhari

 

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