Il Flight Director Attitude Indicator

Il FDAI del CM

Tra la miriade di interruttori ed indicatori presenti sui pannelli di controllo di Command Module e Lunar Module è ben visibile uno strumento che a prima vista può ricordare l’orizzonte artificiale di un aereo: si tratta del FDAI (Flight Director Attitude Indicator). Ne sono presenti 2 nel CM e 1 nel LM. Si tratta di uno degli strumenti più importanti ed il suo scopo è quello di fornire all’equipaggio una serie di informazioni sull’orientamento (attitude) della capsula. L’idea iniziale dei progettisti era stata in realtà quella di fornire queste informazioni tramite tre indicatori separati, uno per ogni asse di rotazione (rollio, beccheggio e imbardata). Gli astronauti rifiutarono questa soluzione e richiesero lo sviluppo di qualcosa dall’aspetto più familiare e più semplice da interpretare con la loro esperienza di piloti.

Fu la Honeywell ad occuparsi della realizzazione. L’intero strumento era contenuto in un cilindro di metallo lungo 28 cm, con un diametro di 18 cm. Era in sostanza un dispositivo elettro-meccanico che utilizzava segnali analogici per guidare una serie di indicatori meccanici e la ‘boccia’ che costituiva l’elemento principale su cui venivano lette le informazioni. Una struttura rigida in metallo garantiva la protezione dagli shock e da eventuali distorsioni (specialmente per le sollecitazioni durante la fase del lancio). Vista la sensibilità alla polvere delle parti mobili dello strumento, questo veniva assemblato in una camera bianca (clean room), testato ripetutamente ed a fondo: questo garantiva alta affidabilità … ed alti costi.

L’interno del FDAI

I dati per alimentare il FDAI potevano provenire da fonti diverse. Considerando il CM:

  • dalla Inertial Measurement Unit (IMU), la fonte principale, che possiamo considerare il cuore del sistema di navigazione delle capsule Apollo. Possiamo semplificare il tutto dicendo che era la piattaforma inerziale che forniva al sistema di navigazione le informazioni su orientamento e variazioni di velocità della capsula

  • dal Gyro Display Coupler (GDC), un sistema di backup della IMU

La scelta di quale sistema utilizzare era effettuata tramite un’apposito interruttore sul Panel 1 (vedi sotto). Solitamente la configurazione era FDAI1/IMU and FDAI2/GDC.

Il FDAI era noto anche col nomignolo di “8-ball” in riferimento alla boccia nr. 8 del gioco del Biliardo (in particolare la sua variante chiamata Eight Ball, Palla Otto in italiano) a cui la ‘boccia’ del FDAI assomiglia. La boccia era per metà di colore chiaro e per metà nera; un’area rossa evidenziava gli intervalli di imbardata tra 270 e 285 gradi e tra 75 e 90 gradi. Erano le aree in cui si verificava il ‘gimbal lock’, una condizione tale per cui la IMU perdeva la capacità di tracciare l’orientamento della capsula (un problema così grave da richiedere il riallineamento della stessa IMU).

Un altra foto del FDAI

L’indicatore centrale bianco formato da due barre centrali unite da un mezzo cerchio orientato verso il basso (chiamato “inverted wing”, “ala invertita”) era l’indice di lettura. In dettaglio la lettura delle informazioni avveniva in questo modo (vi suggerisco di fare riferimento alla foto qui accanto):

  • il beccheggio era rappresentato dai cerchi con i numeri disposti lungo la circonferenza. Il cerchio subito sotto la “wing” indicava l’attuale angolo di beccheggio

  • l’imbardata era rappresentata dai cerchi con i numeri disposti ortogonalmente lungo la circonferenza. In maniera simile al beccheggio il cerchio sotto la “wing” indicava l’attuale angolo di imbardata

  • Il rollio era indicato dall’angolo tra la “wing” e il più vicino cerchio del beccheggio. Era anche rappresentato più accuratamente da un indicatore triangolare bianco che ruotava e puntava ad un scala posta attorno alla 8-ball

  • la velocità di variazione lungo i tre assi era indicato dallo spostamento di frecce nere sulle scale posizionate sopra (rollio), a destra (beccheggio) e sotto (imbardata) la 8-ball

  • la differenza rispetto ad un valore desiderato lungo ciascuno degli assi era indicato dallo spostamento delle tre linee arancio sovrapposte alla 8-ball e posizionate sopra, a destra e sotto la stessa

I controlli principali degli FDAI erano 3 interruttori posizionati sul Panel 1:

  • il commutatore FDAI-Scale serviva a selezionare la scala degli indicatori di variazione e di errore

  • il commutatore FDAI-Select aveva 3 posizioni. Era possibile decidere se utilizzare un solo FDAI (e quale) oppure entrambi

  • il commutatore FDAI-Source selezionava la sorgente dati per l’FDAI (IMU o GDC)

L’FDAI del LM

L’FDAI veniva utilizzato utilizzando due diversi sistemi di riferimento:

  • il primo era chiamato “Inertial Stellar”. I valori riportati erano riferiti ad un sistema di coordinate che risultava fisso rispetto alle stelle (così lontane da potere essere considerate immobili), sistema che era fissato dall’orientamento della IMU. L’orientamento non era sempre lo stesso ma veniva modificato in modo da avere un sistema di coordinate ‘comodo’ a seconda delle diverse manovre e/o fasi della missione. Le modifiche venivano gestite tramite le REFSMMAT

  • per i casi particolari in cui le capsule si trovavano ad operare in orbita terrestre o lunare la NASA aveva ideato l’ORDEAL, Orbital Rate Display Earth And Lunar. Si trattava di uno strumento supplementare che veniva accoppiato ad un FDAI in modo da far variare l’angolo di beccheggio con una frequenza tale da coincidere col periodo orbitale. In questo modo l’FDAI mostrava l’orientamento relativo alla superficie sottostante, in sostanza utilizzava l’orizzonte locale come riferimento (ovvero fungeva da orizzonte artificiale).

4 Risposte to “Il Flight Director Attitude Indicator”

  1. Oh, finalmente un articolo chiaro su come funzionava la “palla 8” e sul “gimbal lock” (cit. “Apollo 13”).
    Grazie!😀

  2. Grazie Vittorio. Era un elemento della strumentazione che aveva incuriosito anche me e mi è sembrato naturale condividere le mie scoperte🙂

  3. Splendido. Puro nerdporn🙂 Grazie!!

  4. Grazie a te Paolo. Ho anche imparato cos’è nerdporn🙂

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