"Работая над проектом Лунного модуля цифровой автопилот был подсветкой моей карьеры как инженер. Когда Нил Армстронг сошел с LM (Лунный модуль) на поверхность луны, каждый инженер, который способствовал программе "Аполлон", чувствовал чувство гордости и выполнение. Мы преуспели в нашей цели. Мы разработали технологию, которая никогда не существовала прежде, и посредством тяжелой работы и дотошного внимания к деталям, мы создали систему, которая работала безупречно". - Ричард Дж. Грэн, Посадка на Луну Аполлона 11: Относящийся к космическому кораблю Проект Затем и Теперь
В этом примере показано, как Ричард и другие инженеры, которые работали над Лунным модулем Apollo цифровая команда проектировщиков автопилота, возможно, сделали его с помощью Simulink® и Aerospace Blockset™, если бы они были доступны в 1 961.
Разработка автопилота в Simulink берет часть времени, которое потребовалось для первоначального проекта автопилота Лунного модуля Apollo.
Струйная подсистема Управления Реакцией моделирует цифровой предложенный проект автопилота (и реализованный) Лабораториями Инструментирования MIT (MIT IL), теперь названный Labs Драпировщика. Схема Stateflow® в модели задает логику, которая реализует плоский фазой алгоритм управления, описанный в технической статье Посадка на Луну Аполлона 11: Относящийся к космическому кораблю Проект Затем и Теперь. В зависимости от которой области схемы выполняется Лунный модуль, схема Stateflow находится в любом Fire_region или Coast_region . Отметьте, переходы между этими различными областями зависят от определенных параметров. Схема Stateflow определяет, вычисляет ли к переходу к другому состоянию и затем который струи реакции стрелять.
Поступательные и вращательные движущие силы Лунного модуля аппроксимированы в Lunar Module Dynamics подсистема. Доступ к различным методам визуализации состояний Лунного модуля и производительности автопилота в Visualization область модели, включая Осциллографы Simulink, анимацию с Simulink 3D Animation и график плоскости фазы.
Чтобы взаимодействовать с моделью Lunar Module, варьируйтесь настройки автопилота и начальные состояния Лунного модуля в Commands область. Например, чтобы наблюдать, как цифровые указатели проекта автопилота увеличили начальные уровни тела, используйте компоненты ползунка в Configure LM Attitude подсистема.
Цифровой автопилот LM имеет 3 степени свободы. Это означает, что проектом, струйные ускорители реакции конфигурируют и управляют вращать транспортное средство, не влияя на орбитальную траекторию транспортного средства. Поэтому поступательные движущие силы в его модели аппроксимированы только через распространение орбиты с помощью Лунной Зональной Гармонической Модели Силы тяжести от Aerospace Blockset. Чтобы продемонстрировать цифровое поведение проекта автопилота, "сегмент миссии" Вставки Орбиты Спуска, только до инициирования приводимого в действие спуска, был выбран из Apollo 11 Mission Report.
Запись Вставки Орбиты Спуска начала 101 час, 36 минут, и спустя 14 секунд после старта и продлилась 30 секунд. Запись установила Лунный модуль на траектории понижать свою орбиту приблизительно с 60 морских миль до 50 000 футов приблизительно час. На уровне 50 000 футов Модуль инициировал свой приводимый в действие спуск.
Инициализируйте модель aero_dap3dof с аппроксимированной траекторией Лунного модуля сразу после записи вставки орбиты спуска.
MissionTime_GMT MissionPhase
____________________ _____________________________________________
16-Jul-1969 13:32:00 {'Range Zero (lift-off)' }
20-Jul-1969 19:08:14 {'Descent Orbit Insertion (Engine ignition)'}
20-Jul-1969 19:08:44 {'Descent Orbit Insertion (Engine cutoff)' }
20-Jul-1969 20:05:05 {'Powered Descent (Engine ignition)' }
Траектория модуля во вставке орбиты Спуска (сокращение Engine) и Приводимое в действие инициирование спуска (воспламенение Engine) обеспечивается в Отчете Миссии Аполлона 11 (7-II Таблица. - Параметры траектории).
Var1 Latitude_deg Longitude_deg Altitude_mi Altitude_ft Velocity_fps
___________________________________________ ____________ _____________ ___________ ___________ ____________
{'Descent Orbit Insertion (Engine cutoff)'} -1.16 -141.88 57.8 3.512e+05 5284.9
{'Powered Descent (Engine ignition)' } 1.02 39.39 6.4 38887 5564.9
Модель aero_dap3dof Simulink инициализируется, чтобы выровняться с началом фазы "Descent Orbit Insertion trajectory (Engine cutoff)" миссии. Откройте aero_dap3dof модель и запустите симуляцию.
Создание цифрового автопилота было грандиозной задачей в 1 961, потому что было очень мало промышленной инфраструктуры для него - все об этом было в процессе того, чтобы быть изобретенным. Вот является выборка от технической статьи Посадкой на Луну Аполлона 11: Относящийся к космическому кораблю Проект Затем и Теперь:
"Одна причина, почему [машинный код автопилота] был столь комплексным, состоит в том, что количество струй, которые могли использоваться, чтобы управлять вращениями вокруг экспериментальных осей, было большим. Решение было принято, чтобы изменить оси, которыми автопилот управлял к "струйным осям", показанным в aero_dap3dof. Это изменение существенно сократило количество строк кода и сделало намного легче программировать автопилот в существующем компьютере. Без этого улучшения было бы невозможно иметь использование автопилота только 2 000 слов устройства хранения данных. Урок этого изменения - то, что, когда инженерам дают возможность закодировать компьютер с системой, они проектируют, они могут часто изменять проект, чтобы значительно улучшить код".
[1] Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства Укомплектованный Относящийся к космическому кораблю Центр, Экспертная комиссия Миссии. (Ноябрь 1969). MSC-00171 Отчета Миссии Аполлона 11. Полученный из <https://www.nasa.gov/specials/apollo50th/pdf/A11_MissionReport.pdf>
[2] Ричард Дж. Бабушка, MathWorks. (2019). Посадка на Луну Аполлона 11: Относящийся к космическому кораблю Проект Затем и Теперь. Полученный из <https://www.mathworks.com/company/newsletters/articles/the-apollo-11-moon-landing-spacecraft-design-then-and-now.html>