The Moon Rocket (5) – La Instrument Unit

Schema Tecnico della Instrument Unit

Schema Tecnico della Instrument Unit

La Instrument Unit (IU) del Saturn V è una struttura ad anello posizionata tra il terzo stadio S-IVB del razzo e l’SLA (Spacecraft / Lunar Module Adapter), che contiene il LM. La IU contiene il sistena di guida del Saturn V.

Il progetto è stato elaborato dall’MSFC a partire dal sistema di guida del Saturn I, che si basava a sua volta su quello sviluppato per le V-2 tedesche nel corso della Seconda Guerra Mondiale. La Bendix Corporation ha costruito la struttura portante, l’IBM ha progettato e realizzato il computer digitale.

A livello strutturale, la IU è un cilindro realizzato unendo 3 segmenti (ciascuno pari ad una sezione angolare di 120º); ciascun segmento ha una struttura ad alveare, fabbricato con una lega a base di alluminio dello spessore di 24mm. I bordi superiore ed inferiore sono estrusioni in alluminio unite alla struttura ad alveare dei 3 segmenti. Queste tecniche costruttive garantirono la necessaria robustezza (la IU doveva reggere il peso dell’SLA, del LM, del CSM e del LES), l’isolamento acustico e le corrette proprietà di conduttività termica. La IU era suddivisa in 24 locations, identificabili da una serie di numeri dipinti all’interno della struttura.

Nella IU è possibile identificare 5 sottosistemi principali:

il Sistema di Guida e Controllo: la IU contiene la piattaforma inerziale (ST-124-M3) utilizzata dal Launch Vehicle Digital Computer (LVDC) per determinare la posizione del razzo e di conseguenza i comandi di guida del veicolo. L’orientamento del razzo è determinato in riferimento a 3 assi di riferimento: roll (asse X), pitch (Y) e yaw(Z). L’ST-124-M3 contiene un giroscopio i cui tre assi hanno diverse modalità di rotazione: quello esterno che può ruotare di 360° rispetto all’asse X, quello intermedio che può ruotare di ±45° rispetto all’asse Z e quello interno che può ruotare di 360° rispetto all’asse Y (sul quale sono inoltre montati tra gli altri gli accelerometri per il rilevamento della velocità). La posizione angolare del giroscopio viene letta e inviata all’LVDC, attraverso l’LVDA (Launch Vehicle Data Adapter) che effettua le necessarie conversioni di segnale. L’LDVC confronta la posizione rilevata con quella desiderata ed invia (tramite l’LDVA) i segnali di guida ai motori (nei primi due stadi i 4 motori esterni in grado di essere direzionati, nell’S-IVB all’APS).

Al lavoro sulla Instrument Unit

Al lavoro sulla Instrument Unit

il Sistema di Controllo dell’Ambiente: l’Environmental Control System (ECS) mantiene le condizioni ambientali idonee al corretto funzionamento di tutti i dispositivi all’interno della IU prima e durante il volo. E’ composto da vari sottosistemi. Il TCS (Thermal Conditioning System) si prende cura di mantenere la temperatura dei liquidi refrigeranti per i vari dispositivi elettronici. Un dispositivo di rilevamento gas controlla la presenza di vapori pericolosi nell’area della IU / S-IVB. Un altro dispositivo fornisce il gas GN2 alla piattaforma inerziale ST-124-M3. Fondamentali infine i radiatori per lo scambio di calore (ne sono presenti 16 nella IU) tra i liquidi refrigeranti e l’esterno.

il Sistema di Rilevazione Emergenze: l’Emergency Detection System (EDS) rileva lo svilupparsi di condizioni che possono portare al fallimento del razzo. L’EDS reagisce a queste condizioni in due modi. Se il fallimento è imminente viene iniziato un abort immediato del volo. Se invece la condizione di fallimento si sta sviluppando piú lentamente, o è di un tipo che l’equipaggio (con l’assistenza del Mission Control a terra) può gestire, viene solo segnalato. In entrambi i casi l’inizio della procedura di abort è irrevocabile. I sensori per l’EDS sono distribuiti in tutti gli stadi del Saturn V. Loro compito è inviare all’EDS Distributor nella IU le loro letture di modo che questo in caso di necessità possa comunicarle all’LVDC.

il Sistema per le Comunicazioni Radio: la IU comunicava a terra continuamente per differenti motivi. I sistemi di telemetria comunicavano i dati (circa 200 diversi parametri, inclusi accelerazione, velocità angolare, posizone, pressione, temperature …) sui processi interni e le condizioni del Saturn V. Attraverso il metodo del multiplex, questi dati venivano impacchettati e inviati su due distinte frequenze (una usava il VHF e l’altra l’FM) a terra. Il sistema di tracciamento comunicava al Mission Ground Station (MGS) i dati necessari a determinare la posizione del razzo (un segnale ad impulso veniva inviato da terra, ricevuto e rinviato a terra). Il sistema di comandi radio permetteva all’MGS di inviare alla IU comandi od aggiornamenti (diretti all’LVDC).

il Sistema di Alimentazione: l’alimentazione durante il volo è garantito da 4 batterie argento-zinco dal voltaggio nominale di 28±2 Volt CC (in Corrente Continua). L’alimentazione fornita viene stabilizzata, in parte convertita a 56 Volt CC (utilizzata per l’ST-124-M3) e in parte a 5 Volt CC (utilizzata per l’IU measuring system)

La IU nel VAB

La IU nel VAB

La scelta degli ingegneri di avere un sistema di guida del razzo indipendente da quello della capsula Apollo (sebbene quest’ultima avesse poi la possibilità di subentrare in caso di malfunzionamento della IU) è stata una di quelle che si sono rivelate giuste e sagge nel corso del programma. Nelle prime fasi del volo di Apollo 12 (Novembre 1969) un fulmine colpì il razzo causando un serie di problemi al sistema elettrico del CSM, che misero temporaneamente fuori uso il suo sistema di guida; la IU non fu assolutamente influenzata da questo evento e continuò a guidare il Saturn V nella sua traiettoria fino all’orbita, mentre l’equipaggio e i controllori a terra risolvevano i guai del CSM. Senza IU (con i sistemi di guida del CSM in carico della guida del razzo) la missione si sarebbe conclusa dopo meno di 2 minuti dal decollo con l’accensione dei motori dl LES (Launch Escape System).

The Moon Rocket 
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