L’Alignment Optical Telescope

L’AOT

Quando mi sono occupato dei sistemi di guida e navigazione mi sono focalizzato sul PGNCS a bordo del Command Module. Ma anche il Lunar Module aveva il suo sistema di navigazione e guida. Trattandosi di un sistema realizzato su misura per il ruolo del LM, ovvero di traghettatore dall’orbita lunare alla superficie e ritorno, le sue possibilità erano limitate rispetto al PGNCS. Dietro a tale semplificazione poi si trovavano anche le ben note restrizioni sul peso che vennero applicate a tutto il veicolo.

Oltretutto l’AGC del LM era già spinto al limite delle sue capacità di elaborazione e di memorizzazione dalle necessità delle procedure di allunaggio. Non vi trovarono spazio anche le procedure per la navigazione translunare (che vennero sempre effettuate con il sistema di navigazione del CM).

Uno dei componenti che più riflette questi fatti è la parte ottica del sistema di navigazione. Se sul CM trovò spazio un sestante molto sofisticato, per il LM venne ideato e realizzato un diverso componente, più semplice ma ugualmente ingegnoso e propriamente dimensionato per le esigenze della missione: l’Alignment Optical Telescope (AOT).

L’AOT era montato in modo solidale alla navigation base, il supporto che fissava l’IMU al corpo del LM; questo garantiva un allineamento meccanico ed un riferimento comune tra i due componenti. L’AOT era un dispositivo simile ad un periscopio dotato di 6 campi visivi di forma conica selezionabili manualmente dagli astronauti tramite una manopola posizionata accanto all’oculare del dispositivo. L’asse dell’ottica era parallelo all’asse X di riferimento del LM (1) e la linea di visuale inclinata di 45° verso l’alto rispetto allo stesso asse nel piano Y-Z.

I 6 campi visivi erano dotati della stessa elevazione (invariabile), della stessa ampiezza (60°) e orientati verso diverse direzioni (azimut) indicate da alcune lettere: F (Forward, ovvero la visione frontale, come se si guardasse fuori dei finestrini del LM verso l’alto), R (Right, 60° a destra di F), L (Left, 60° a sinistra di F), e poi le tre posizione in cui si invertiva la visuale, RR (Right Rear), CL (Closed, 180° rispetto a F, era la posizione di riposo quando non veniva utilizzato lo strumento) e LR (Left Rear).

L’ottica era costituita da due parti: il corpo dell’ottica col suo insieme di lenti che culminava in un prisma con un campo visivo di 60° e l’oculare. Sull’oculare erano incise le linee necessarie alla rilevazione delle misure: un reticolo e due spirali di Archimede. Il reticolo era costituto da due linee: una verticale chiamata orientation line o Y-line orientata parallelamente all’asse X del LM e una orizzontale chiamata X-line perpendicolare alla precedente. Le due spirali erano disegnate in modo da iniziare al centro dell’oculare (all’incrocio della Y-line e della X-line) e finire al bordo dello stesso in corrispondenza della Y-line. 10 piccole luci rosse installate sul bordo dell’oculare illuminavano il reticolo e la spirare per migliorare la lettura. In questo modo le stelle apparivano bianche nell’oculare, le linee del reticolo rosse. Erano installati anche dei riscaldatori (heater) per prevenire la formazione di appannamenti a causa dell’umidità e delle basse temperature.

Lo schema dell’AOT

Era possibile far ruotare il reticolo agendo su un comando posto accanto all’oculare. Era presente anche un contatore sulla sinistra dello stesso in grado di fornire la lettura dell’angolo di rotazione attuale. Il valore era espresso in gradi ad intervalli di ±0.02 secondi di grado. Il massimo valore leggibile era di 359.88°, poi il contatore tornava a 0°.

L’oculare era dotato di una protezione per evitare di graffiare la visiera del casco delle tute spaziali (in caso di utilizzo da parte di astronauti completamente ‘vestiti’); altrimenti all’oculare poteva essere applicato un adattatore per quando venivano prese misure senza indossare il casco. Inoltre l’ottica era dotata di una serie di filtri ad alta densità per proteggere gli occhi degli astronauti da eventuali osservazioni dirette del Sole (accidentali o dovute al fatto di usare il sole come effettivo punto di riferimento).

L’AOT veniva utilizzato per misurazioni sia durante il volo (in orbita lunare) sia dalla superficie, utilizzando due distinte procedure:

  • Durante il volo era possibile selezionare una qualsiasi delle sei posizioni. Ma quando il LM era agganciato al CSM, l’unica posizione che garantiva l’intera visuale libera era quella frontale (F). L’astronauta selezionava una delle stelle disponibili per il calcolo della posizione, dopodiché manovrava in modo da avere la stella visibile. Una volta inserite queste informazioni nell’AGC, il LM veniva messo in movimento in modo che la stessa attraversasse entrambi gli assi del reticolo. Quando la stella attraversava l’asse Y veniva premuto il pulsante Mark Y, quando attraversava l’asse Y si premeva il pulsante Mark X. Non era necessario seguire un preciso ordine nella pressione dei pulsanti ed era possibili e annullare l’ultima pressione. L’AGC registrava ad ogni pressione l’ora e la posizione della IMU.

    L’utilizzo dell’AOT

    Ogni attraversamento degli assi del reticolo identificava un piano contenente la stella. L’intersezione dei due piani, calcolato dall’AGC forniva il vettore direzione preciso dal LM alla stella. Effettuando tale procedura con due diverse stelle, si ottenevano i dati necessari all’AGC per determinare l’orientamento della piattaforma inerziale. Era possibile anche effettuare letture multiple per ogni stella in modo da raffinare i dati.

  • Sulla superficie lunare, il LM non poteva ovviamente muoversi. Entrava in gioco la spirale di Archimede. L’astronauta, come nel caso precedente, sceglieva (o gli veniva proposta dall’AGC) una stella e la inquadrava in una dello viste disponibili. A quel punto operava sulla manopola che ruotava il reticolo fino a far coincidere l’asse Y con la stella e premeva il pulsante Mark Y. Continuava poi a ruotare il reticolo fino a quando la stella incrociava la spirale e premeva il pulsante Mark X. Questo metodo di misura, grazie alle caratteristiche della spirale, permetteva di determinare la distanza della stella dal centro del reticolo. Con questi valori si poteva determinare il piano contente la stella (come nel caso precedente). Ancora una volta ripetendo la rilevazione con un’altra stella era possibile determinare l’orientamento della piattaforma inerziale.

Anche nel caso della IMU del LM, questa non aveva alcuna informazione sul suo allineamento al momento dell’accensione. Accensione che avveniva quando già lo stack Apollo era in volo verso la Luna, quindi senza la possibilità di sfruttare la gravità come avveniva per l’IMU del CM nella preparazione al decollo. Sfruttando il fatto che i computer e le IMU utilizzate dai due veicoli erano gli stessi, i valori di allineamento della piattaforma del CM potevano essere trasferiti a quella del LM. Anziché ideare un protocollo di comunicazione da AGC ad AGC, questo trasferimento avveniva trascrivendo i valori su apposite form ad opera dell’equipaggio, che poi provvedeva dopo alcuni calcoli ad inserirli nell’altro computer. I calcoli erano necessari per prendere in considerazione il non perfetto allineamento dei due veicolo dopo il docking. Lungo il tunnel che collegava i due veicoli, proprio all’altezza della connessione, si trovava una scala graduata (Docking Tunnel Index) su cui il CMP andava a leggere l’angolo di cui differivano le direzioni dei due assi X dei veicoli; si trattava sempre di angoli piccoli, dell’ordine di una frazione di grado. Quando veniva effettuata la prima accensione della IMU del LM, questo valore veniva inserito nei calcoli per l’allineamento della piattaforma inerziale. I calcoli erano semplici sottrazioni o addizioni, non serviva nemmeno un regolo calcolatore. Niente a che vedere con la drammaticità della scena come mostrata in Apollo 13!

Il primo collaudo durante un volo delle funzionalità e delle procedure dell’AOT avvenne durante la missione Apollo 9. Sul tetto dell’edificio 16A dell’MSC di Houston invece, all’interno di un piccolo osservatorio, venne realizzata un replica perfettamente funzionante dell’AOT per permettere agli ingegneri di verificare le procedure e agli astronauti di esercitarsi.

(1) Il sistema di rifermento del LM, visto dalla posizione degli astronauti aveva l’asse X orientato lungo la direzione di spinta del motore (alto-basso, i valori positivi verso l’alto), l’asse Y lungo la direttrice destra-sinistra (i valori positivi verso destra) e l’asse Z lungo la direttrice avanti-indietro (i valori positivi in avanti).

Una Risposta to “L’Alignment Optical Telescope”

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