Представьте - вы находитесь в космосе, до Земли три дня ...

Дата публикации: 22-10-2026 03:30:00

Представьте - вы находитесь в космосе, до Земли три дня полета, а впереди - высадка на Луну.
Все то время, пока проводятся орбитальные маневры и разделяются аппараты, непрерывно вращаются три металлические рамы. Если две из них совпадут, то экипаж рискует навеки застрять в космосе или разбиться о поверхность Луны. Риск совершенно необязательный - уже были корабли, которые ни разу с такой ситуацией не столкнулись. Более того, и ваша команда, и создатели корабля в курсе этой проблемы, но решили пренебречь ей в угоду экономии средств при постройке корабля. И вот, настаёт момент взлета лунного модуля с поверхности спутника, вы на орбите, делаете маневр и тут с Земли вас предупреждают:
ЦУП: «Колумбия», Хьюстон. Мы заметили, что вы маневрируете очень близко к блокировке карданова подвеса. Предлагаю вам отойти назад. Приём.
Коллинз: Да. Обхожу его, выполняя автоматический манёвр CMC к значениям Pad: крен 270, тангаж 101, рыскание 45.
ЦУП: Принято, «Колумбия»
Коллинз: [долгая пауза] А как насчёт того, чтобы прислать мне четвертую раму на Рождество?
Как многие поняли, речь идет про программу «Аполлон», а именно - про особенность конструкции, которая угрожала каждой из миссий.
На корабле находился Инерциальный Измерительный Блок, или же IMU. Состоял он из трех одноосных гироскопов (IRIG) и трех одноосных акселерометров (PIPA), установленных на стабилизированной платформе, которая была изолирована от ориентации аппарата с помощью сервоприводной трехстепенной кардановой системы: по сути, огромного трехосного гироскопа. IMU был ключевым компонентом системы наведения, навигации и управления (она же PGNCS). Блок измерял скорость, ускорение и угол ориентации корабля. То есть сначала датчики измеряли все эти характеристики с блока, а после передавали на бортовой компьютер, который по ним измерял положение корабля.
Кардановый подвес состоял из:
1. Платформы (внутренней рамы) — спеченного блока бериллия, обработанного с высокой точностью для размещения трех акселерометров и трех гироскопов с одной степенью свободы, а еще кучей датчиков и прочей электроники.
2. Средней рамы — внутри нее крепится платформа, а ось вращения ротора перпендикулярна её оси вращения.
3. Наружной рамы — в ней крепится средняя рама, и их оси перпендикулярны.
4. Корпуса — вот он уже неподвижен и к нему крепится наружная рама.
Вся эта матрешка позволяет вращаться в трех взаимно перпендикулярных осях, по сути составляя гироскоп с тремя степенями свободы (трехстепенный). Это позволяет платформе сохранять неизменное положение в инерциальном пространстве, независимо от поворотов основания, на котором он установлен. То есть, как бы не вертело корабль, мы всегда будем знать его положение в моменте и насколько сильно его провернуло.
Но в этой конструкции скрыта проблема: блокировка карданова подвеса. Когда ось внешней рамы совпадает с осью внутренней рамы, все три оси оказываются в одной плоскости. Для «Аполлона» критическим был угол средней рамы, приближающийся к 90 градусам. При подходе к этому положению для удержания платформы требуются всё бо́льшие угловые ускорения внешней рамы, и в какой-то момент сервоприводы уже не могут их обеспечить. Стабилизация нарушается, и IMU теряет информацию о пространственном положении, космонавту и автопилоту передаются неправильные данные и кораблем становится невозможно управлять.
Чтобы это компенсировать, можно добавить в гироскоп четвертую раму, ведь так и рисков никаких не будет: подобное уже делали на корабле «Джемини», предшественнике «Аполлонов». На нем летали все будущие участники «Аполлон 11», отрабатывая стыковки кораблей, выходы в открытый космос и много чего еще. Но корабль для лунной миссии делала другая компания, так что и подход был другим.
Конечно, инженеры в компании не были как в заглавном меме: они хотели, чтобы космонавты вернулись домой. Так что вопросом надежности занимались не только компании, разрабатывающие миссию, но и MIT. Он исследовали, при каких именно условиях IMU перестает нормально работать, насколько необходима его замена на четырехрамный вариант, а еще методы противодействия блокировке рам.
Выводы были следующие: к моменту блокировки можно подойти как минимум до 10 градусов (а скорее всего и больше), но чем ближе к углу в 90 градусов, тем хуже может работать гироскоп на малых скоростях. Правда тут же добавляется, что такие углы при нормальном ходе миссии просто не должны появиться.
А вот выводы по четырехрамному собрату куда интереснее! Добавление еще одной рамы увеличивает массу и размер самого гироскопа на 15 фунтов и 725 кубических дюймов (переводя на человеческий - “почти 7 кг и почти 12 литров, или же 0,0012 м^3”) что делало IMU больше почти в два раза. А ведь нужны еще датчики, бо́льшие вычислительные мощности бортовых компьютеров, да и сами расчеты положения корабля и передачи команд автопилотом стали бы сложнее, что потребовало бы переработки уже готового ПО. Так мало этого, все эти усложнения потребляли больше энергии, так что и аккумуляторы пришлось бы увеличивать. А после всех этих преобразований пришлось бы делать перерасчеты многих соседних систем корабля, их массы и габаритов... В общем, увеличение надежности усложняло конструкцию, добавляло дополнительный вес и делала и без того недешевую миссию еще дороже. И риск ошибки на стороне усложненной системы, или же одного из сотен людей, что эту систему создавал, заметно увеличивались, что уменьшало общую надежность всего корабля.
Выход из ситуации был не прост, но красив:
- инженеры спланировали весь полет так, чтобы «Аполлон» избегал опасных углов
- IMU не работал непрерывно, для экономии электроэнергии его включали и выставляли в нужное положение заново буквально по звездам
- при 85 градусах автоматика блокировала рамы и космонавтам оставалось только заново настроить блок
- ну и сами космонавты следили, чтобы рамки были под нужными углами
Так что, несмотря на недовольное бурчание космонавтов и кажущуюся ненадежность трехосного гироскопа, предпринятые выше меры оказались надёжнее, проще и дешевле, чем подарить Коллинзу на рождество четвертую раму.
P.S. Этот текст - четвертая и финальная подсказка на нашей игре #Форт_Боярд@cat0science. Первый ключ можно прочитать [vk.ru/wall-130222883_50440|здесь], второй [vk.ru/wall-130222883_50442|здесь], третий [https://vk.ru/wall-130222883_50454|там], а правила игры [vk.ru/wall-130222883_50439|тут.] Напоминаем, что для победы нужно не только правильно угадать загаданное слово, но и объяснить ключи.
#Конюхов@cat0science
#космос@cat0science

Схожие новости

#	Наименование новости	Тональность	Информативность	Дата публикации
1	Луна Часть двести пятидесятая «Аполлон-9» 1 «Аполло́н-9» (англ. Apollo 9) ...	0	5	03-07-2026
2	ещё раз про примитивное мошенничество американских "космолётчиков", связанное с нашумевшей ...	0	6.31	06-09-2026
3	Луна Часть двести сорок пятая «Аполлон 7» «Аполло́н-7» (англ. Apollo ...	0	6	03-07-2026
4	Луна Часть двести сорок восьмая «Аполлон 6» «Аполло́н-6» (англ. Apollo ...	0	7	03-07-2026
5	Луна Часть двести сорок седьмая «Аполлон 5» «Аполло́н-5» (англ. Apollo ...	0	7	03-07-2026
6	ЧАСТЬ 3. УРОКИ ОТ СУШАНТА 🦋🦋🦋 Полёты к Луне 💥💥💥 ...	0	8.93	24-08-2026
7	Para Bellum 1 час назад Американцы на Луне - цитаты ...	0	7	20-07-2026
8	🚀🌕 Лунный модуль «Аполлон»: корабль, который доставил человека на Луну ...	0	5.32	29-07-2026
9	Пыль, камешки и Голливуд: Почему мы могли не летать на ...	0	7	09-07-2026

Классификация: Космос. Схожих патентов: 0. Схожих новостей: 9. Тональность: 0. Информативность: 5.74. Источник: vk.com.