开发阿波罗登月舱数字自动驾驶仪

“设计登月舱数字自动驾驶仪是我工程师生涯中的一大亮点。当尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)离开登月舱时登上月球表面,每一位为阿波罗计划做出贡献的工程师都感到自豪和成就感。我们成功地实现了我们的目标。我们开发了前所未有的技术,通过艰苦的工作和对细节的细致关注,我们创造了一个完美无瑕的系统。“-Richard J.Gran,阿波罗11号登月:当时和现在的宇宙飞船设计

这个例子展示了Richard和其他在阿波罗登月舱数字自动驾驶仪设计团队工作的工程师是如何使用Simulink®和Aerospace Blockset™(如果1961年可用的话)完成它的。万博1manbetx

模型描述

在Simulink中开发自动驾驶仪所花的时间只是最初设计万博1manbetx阿波罗登月舱自动驾驶仪所用时间的一小部分。

反应喷射控制子系统模拟了由麻省理工学院仪器实验室(MIT IL)提出(并实现)的数字自动驾驶仪设计,现在称为德雷珀实验室。模型中的statflow®图指定了实现相平面控制算法的逻辑技术文章阿波罗11号登月:当时和现在的宇宙飞船设计.根据登月舱正在执行的关系图的哪个区域,状态流关系图处于Fire_region或者一个Coast_region.注意,这些不同区域之间的转换依赖于某些参数。状态流图决定是否转换到另一种状态,然后计算要发射哪个反应射流。

月球登月舱的平移和旋转动力学近似登月舱动力学子系统。访问各种可视化方法的登月舱状态和自动驾驶性能可视化模型的区域,包括Simulink范围,用Simulink 万博1manbetx3D动画制作的动画,以及相平面图。

交互控件

要与登月舱模型交互,请在中更改自动驾驶仪设置和登月舱初始状态命令区域。例如,要观察数字自动驾驶仪设计如何处理增加的初始身体频率,使用滑块组件配置LM姿态子系统。

任务描述

LM数字自动驾驶仪具有3个自由度。这意味着,根据设计,反应喷射推进器的配置和指令可在不影响飞行器轨道的情况下旋转飞行器。因此,其模型中的平移动力学仅通过使用月球纬向谐波重力模型的轨道传播进行近似为了演示数字自动驾驶仪的设计行为,“下降轨道插入”任务段,就在动力下降开始之前,从阿波罗11号任务报告

降落轨道插入燃烧开始于发射后101小时36分14秒,持续了30秒。这次燃烧使登月舱进入一个轨道,在大约一个小时的时间里将轨道从大约60海里降低到5万英尺。在5万英尺高度,模块启动了动力下降。

初始化模型aero_dap3dof与登月舱的近似轨道在下降轨道插入后立即燃烧。

这一时期的时间(GMT T)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(时间)的时间)的时间(时间)的时间(时间)的时间)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(时间)的时间)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(时间(时间(时间)的时间(时间)的时间)的时间(时间)的时间)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(GMT)的时间(时间(时间)的时间)的时间(GMT)的时间)的时间(GMT)的时间(GMT)时间(GMT)的时间(时间)时间(时间)1969年7月19:08:44{‘下降轨道插入(发动机切断)’20-Jul-1969 20:05:05{‘动力下降(发动机点火)’}

模块在下降轨道插入(发动机关闭)和动力下降启动(发动机点火)时的轨迹在阿波罗11号任务报告(表7-II。——轨迹参数)。

Var1 Latitude_deg Longitude_deg Altitude_mi Altitude_ft Velocity_fps  ___________________________________________ ____________ _____________ ___________ ___________ ____________ {' 下降轨道插入(引擎截止)}-1.16 -141.88 57.8 3.512 5284.9 e + 05{的动力下降(发动机点火)}1.02 39.39 6.4 5564.9 38887

Simu万博1manbetxlink模型aero_dap3dof初始化为与任务阶段“下降轨道插入轨道(发动机关闭)”的开始相一致。开放建立了aero_dap3dof模型并进行了仿真。

闭幕词

1961年,建造数字自动驾驶仪是一项艰巨的任务,因为它几乎没有工业基础设施——它的一切都在被发明的过程中。这里是一个节选自技术文章阿波罗11号登月:当时和现在的宇宙飞船设计

“自动驾驶仪的机器代码如此复杂的一个原因是,可用于控制围绕飞行员轴旋转的喷流数量很大。决定将自动驾驶仪控制的轴更改为“喷流轴”“显示在aero_dap3dof中。这一变化极大地减少了代码行数,并使在现有计算机上编程自动驾驶仪变得更加容易。如果没有这种改进,自动驾驶仪就不可能只使用2000字的存储空间。这一变化的教训是,当工程师有机会用他们正在设计的系统对计算机进行编码时,他们通常可以修改设计以大大改进代码。”

工具书类

[1] 美国国家航空航天局载人航天中心,任务评估小组。(1969年11月)。阿波罗11号任务报告MSC-00171.从检索< https://www.nasa.gov/specials/apollo50th/pdf/A11_MissionReport.pdf>

[2] Richard J.Gran,MathWorks.(2019年)。阿波罗11号登月:当时和现在的宇宙飞船设计.从检索< //www.tianjin-qmedu.com/company/newsletters/articles/the-apollo-11-moon-landing-spacecraft-design-then-and-now.html>