Il Lunar Module Rendezvous Radar

L’Ascend Module di Apollo 17

Il Lunar Module era dotato di un secondo radar oltre al Landing Radar che è stato descritto nel post di due settimane fa. Posizionato nella parte alta dell’ascent stage, il suo disco è ben visibile in tutte le foto del LM: si trattava del Rendezvous Radar (RR).

Questo radar era un componente fondamentale per il completamento della manovra di rendezvous e il suo scopo principale era quello di cercare il CSM nella sua orbita e, una volta trovato, seguirlo fornendo un flusso continuo di informazioni all’AGC. Per consentire al radar di individuarlo, il CSM era dotato di un transponder, ovvero un dispositivo automatico che riceve, amplifica e ritrasmette un segnale su una frequenza differente da quella ricevuta. Il rendezvous radar assicurava informazioni aggiornate su posizione, distanza e velocità del CSM. Ovviamente erano previste alternative per completare il rendezvous, tutte le tecniche sviluppate nel corso del progetto Gemini ma il RR era il sistema primario e facilitava di molto il compito.

L’antenna del radar trasmetteva un segnale, che se ben direzionato, veniva ricevuto dal transponder sul CSM, elaborato e rispedito indietro. Il segnale di ritorno veniva ricevuto dall’antenna e processato dall’elettronica del RR, in modo da ricavarne i dati che venivano poi passati all’AGC e utilizzati da questo per determinare i comandi per il PNGCS.

Il ricevitore dell’antenna del RR era suddiviso in 4 parti in modo che, se il radar non fosse stato allineato correttamente con il CSM, l’intensità del segnale ricevuto non sarebbe stato uguale in tutte le sezioni. La differenza, dopo essere stata elaborata dall’elettronica di controllo del radar, serviva a modificare il suo orientamento fino ad ottenere il bilanciamento del segnale proveniente da transponder del CSM. La portata massima del radar era di 750 km.

Lo schema del Rendezvous Radar

L’accuratezza del RR era notevole: poteva misurare la distanza dal CSM con una precisione pari a 0,1 miglia nautiche, ovvero poco meno di 200 m e la posizione angolare con una precisione di 0,018 gradi. Il RR trasmetteva un segnale alla frequenza di 9832.8 MHz. Il trasfonder del CSM quando lo riceveva,lo elaborava e ritrasmetteva il segnale ad una frequenza di 9792.0 MHz.

Il transponder e e il radar utilizzavano dei diodi varicap (varactor) nei circuiti trasmettitori per via della loro grande affidabilità. L’antenna del radar era stabilizzata per minimizzare l’effetto del movimento del LM sull’allineamento col CSM. La distanza veniva determinata dall’elettronica sulla base del tempo intercorso tra l’invio del segnale e la ricezione del segnale di ritorno emesso dal transponder. La velocità di variazione della distanza veniva determinata sfruttando l’effetto Doppler sul segnale ricevuto dal radar.

Durante l’uso del RR, l’LGC eseguiva il Program 20. Questo programma recuperava le informazioni dal radar impostando il bit relativo al Canale di Output 13; il valore richiesto era disponibile nella locazione di memoria 000468 (identificata dall’etichetta RNRAD). La distanza, il tasso di variazione di questa e l’angolo tra i due veicoli erano letti dal computer ogni minuto e utilizzati dal P20 per determinare la posizione del CSM. Sulla base di tali calcoli venivano calcolati i comandi per mantenere allineato il radar. La serie di misurazioni della posizione del CSM nel corso del tempo permetteva di determinarne la velocità. Tutte queste informazioni erano essenziali per gli altri programmi in esecuzione di volta in volta, il cui compito era quello di determinare i tempi corretti per le varie manovre che permettevano il rendezvous.

Il Rendezvous Radar era costituito da due blocchi:

  • L’elettronica – Comprendeva il ricevitore, il sintetizzatore di frequenza (il generatore del segnale in uscita), il convertitore dati, i circuiti di auto-test e l’alimentatore. Tramite tutti questi dispositivi l’elettronica generava i segnali inviati tramite il trasmettitore, i segnali di controllo per il posizionamento dell’antenna, riceveva e processava il segnale di ritorno

  • L’antenna – La parte più vistosa del radar era la parabola della sua antenna da 61 cm di diametro. 4 montanti sorreggevano un sub-riflettore iperbolico da 12 cm. Prima di poterla usare l’antenna veniva manualmente sbloccato dalla sua posizione di riposo. L’antenna era fissata alla struttura esterna del LM; il suo supporto e i due assi principali (perpendicolari tra di essi) lungo cui poteva ruotare l’antenna contenevano alcuni dei componenti del radar. La parabola e parte dell’elettronica erano assemblati ad una estremità dell’asse verticale. Questa parte era controbilanciata da altri componenti (i giroscopi, i resolver e i motori per l’orientamento) concentrati all’altra estremità, sotto il punto di intersezione dei due assi. Un cavo flessibile collegava l’antenna con l’elettronica (che si trovava all’interno del LM). Come detto il ricevitore era suddiviso in 4 sezioni per permettere il miglior allineamento possibile tramite calcoli sulle differenze sul segnale ricevuto.

Lo schema di utilizzo del Randezvous Radar

Era possibile utilizzare il RR in tre diverse modalità operative:

  • Automatic Tracking Mode – in questa modalità il radar poteva tracciare il CSM automaticamente dopo aver effettuato una prima acquisizione del segnale di ritorno; il tracciamento era effettuato in modo indipendente dal LGC ed era mantenuto tramite il costante confronto tra gli angoli di orientamento dell’antenna e l’intensità del segnale nei 4 settori del ricevitore. Le differenze di intensità venivano usate dall’elettronica per guidare l’antenna e mantenere il collegamento col transponder del CSM

  • Slew Modela modalità manuale. Un astronauta poteva direttamente guidare l’orientamento dell’antenna per agganciare il CSM

  • LM Guidance Computer Control Mode – una modalità di funzionamento in tutto e per tutto simile alla prima, solo che le operazioni di verifica dell’orientamento ed eventuale correzione venivano effettuate dal sistema di guida e navigazione

Il RR era attivo e tracciava la posizione del CSM anche durante l’allunaggio. Questo per consentire in ogni momento di poter effettuare la manovra di abort, sotto il controllo del computer o in modalità manuale, conoscendo l’esatta posizione dell’altra capsula. Non dimentichiamo che lo scopo finale dell’aborto era condurre i due veicoli ad un rendezvous. Tale funzionamento, e un errore procedurale, è stato uno se non la principale causa dei problemi di Apollo 11 (i famosi Program Alarm durante la descent phase).

Sebbene il RR fosse il principale sistema utilizzato durante il rendezvous, non dimentichiamo di ricordare che era possibile completare tale manovra anche senza di esso: entrambi i veicolo erano dotati di un sistema basato sulle comunicazioni in VHF sufficiente a permettere al CSM di determinare la distanza; inoltre sia sul LM che sul CSM gli astronauti potevano contare su una serie di tabelle e grafici per effettuare le manovre in modo totalmente manuale con l’aiuto del fido regolo calcolatore. E infine le antenne della MSFN e i computer del Real-Time Computer Complex potevano effettuare tutte le rilevazioni e i calcoli necessari, trasferendo poi i dati necessari ai computer a bordo delle due capsule. In nessuna delle missioni lunari è stato necessario ricorrere a tali meccanismi di riserva.

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