Senzory na vesmírných sondách

[fronak]

Pěkný večer
Dneska sem byl s kamarádama v hospodě a došli sme k zajímavé debatě, na kterou jak sem se přesvědčil není lehlé vygooglit odpověď(hádka u toho byla velká).

Jaké senzory úhlového zrychlení, úmyslně nepoužívám slovo gyra, je to zavádějící. Se používají v dnešní době na vesmírných sondách. Nemyslím tím ISS, Soyuz ani Shuttle (RLG), ale sondy letící dál do vesmíru.

Naše pro a proti byli:
RLG - mechanické části, velice těžké
FOG - v případě sond nedostačující přesnost, možná neodolnost proti zážení
Mech. - zastaralost a mechanika
MEMS - velmi nepřesné a neodolné proti gravitačnímu zkreslení

Tak a teď se ptám, kdo ví víc

[Dugi]

Doufám, že odpovím na to, na co se ptáš a ne na něco jiného.
Sondy používají tzv. sledovače hvězd a díky nim získávají jejich palubní počítače přehled o orientaci sondy, případně její změně. O kontrolu orientace se starají setrvačníky a korekční trysky na hypergolická paliva.

[Machi]

Počítám, že fronak se ptá už na podstatně detailnější věci a to typ IMU (Inertial Measurements Unit), i když i startrackery se dají použít pro určení úhlových rychlostí. Tedy ještě přesněji na typ gyroskopů, protože IMU zpravidla obsahují akcelerometr + gyroskop.
Nicméně ani já nejsem v tomhletom odborník, takže doporučuji hledat na googlu právě pojem IMU + název sondy.
Dá se najít dost informací celkem rychle. Například, že Mars Odyssey používá RLG (ring-laser-gyroscopes), do té doby se používaly tuším hlavně mechanické. MERy prý používají Litton LN-200 založený na optických vláknech (FOG).
Atd, atd.

[fronak]

Super to je přesně ono, řešil sem IMU. Koukám, že se musím ponořit do toho googlení hlouběji třeba u Mars Odyssey je to velice zajímavé Hlavně se přiznám, že sem vubec negooglil IMU, ale semé prznění gyro, angular rate sensor a podobně

Ale stejně mi to příde divné i když to čtu, musejí používat strašně moc fíglů jak je spřesnit a zlepšit jejich výdrž.

[Amper]

Pokud premejslis nad problemama tak je nutne si uvedomit par veci.

1. Nevim o sonde ktera by pouzivala pro svou navigaci IMU. Sondy jsou vetsinou orientovane na hvezdy pomoci star trackeru a stabilizovany motorove, gyroskopicky (na palube je fyzicky gyroskop/setrvacnik ktery je roztaceny a udrzuje sondu v pozadovane pozici tj. nejedna se o cidlo) nebo rotaci (gyroskopem je pak cela sonda). Zalezi na urceni sondy a zda ma behem letu neco delat (a co). U sond ktere pouze preletaj je stabilizace rotaci, u tech co maj neco fotit je to star tracker a u tech co maj fotit neco daleko (napr. dalekohledy) jsou to star trackery s fyzickyma gyroskopama (ve smyslu setrvaku) ktere zajisti presnou stabilizaci.

2. Je potreba rozlisovat operacni mod sondy - predpokladam ze jina cidla jsou v akci pri odletu ze zeme, pri preletu a pri priletu na cilovou planetu ci na jejim povrchu

Tady je potreba se oprostit od toho na co je clovek prirozene zatizeny - behem preletu nepusobi na sondu zadny odpor vzduchu, vitr a dalsi jevy ktere jsou na zemi bezne. V 90% pripadu dokonce sonda behem preletu "spinka" a tudiz se nejaka aktivni stabilizace nekona. Proste je to masa materialu ktera leti tam kam ji posledni zazeh motoru nasmeroval. MSL i MER byly pri preletu stabilizovany rotaci.

Mam obavu ze mas chybu v zakladnim predpokladu tj. ze jsou IMU behem letu (vyloucil jsi na zacatku operace v blizkosti planety) pouzivany na neco zasadniho. Rozhodne to neni tak ze sonda leti a celou dobu jede IMU na plny kule a hydrazinovy motorky stabilizuji o 106. Daleko by nedoletela, hydrazin by ji rychle dosel.


Kolik % z clenu hospodske skupiny postavilo za posledni dobu nejaky letajici aparat typu x-copter ? Hadam ze nadlimitni mnozstvi

[fronak]

Takhle to myšleno uplně nebylo, tyhle věci jsou jasné, když ve vesmiru neni nic co by zpusobilo nějákou poruchu dráhy tak neni třeba ověřovat polohu každou chvilku. Nicméně při přiblížení k planetě, popř. při úpravě dráhy tam ta jednotka být musí. Ať už k určení správného úhlu pro vstup do atmosféry tak pro kontrolu toho jestli poziční setrvačníky stále pracují tak jak mají. Tyhle věci sledovače hvězd prostě nezvládají.

Jinak dnes sem se o tom bavil s jedním přednášejícím a ten mi upozornil na zajímavou jednotku IMU http://www51.honeywell.com/aero/common/ ... s/MIMU.pdf
Je přímo určená a vyvynutá pro potřeby aerospace průmyslu.
Sedí např. v sondě New Horizon. Nakonec došlo k rozuzlení, pro IMU v sondách se používají převážně RLG a problém s diteringem(kmitáním senzoru) je u nich nahrazen kalmanovou filtrací a úpravou spektra laserových paprsků.

Jinak pro Amper všichni co sme tam seděli tak sme studenti Space master nebo podobných programů jen sme se ještě nedostali k přístrojovému vybavení sond. Jo a pár UAVček sme taky udělali

[Amper]

Osobne si myslim ze na tvou otazku jednoduse neexistuje jednoducha odpoved. Sonda je proste komplexni stroj a jinou presnost potrebuje kdyz bude delat aerobraking a jinou kdyz potrebuje prolitnout v nejake vzdalenosti pro snimkovani. Taky pak presne bude zalezet na dalsich senzorech a jejich kombinaci. Kalmanova filtrace se pouziva ve vetsine implementaci podobnych cidel - od blbeho variometru v letadylku az po imu na sonde. Proste ty senzory funguji tak jak funguji uz z principu a kazdy potrebuje nejaky ten prepocet aby to bylo rozumne. Akorat je otazka zda ty podpurne vypocty dela primo IMU (a lezou z ni cista data) a nebo nekdo dal po ceste.

Mam obavu ze odpoved na tvou otazkou bude ze skoro vsechny, protoze skoro kazdy druh najdes na nejakem kosmickem stroji. Napr. ta co jsi poslal je RLG ale najdes ze se hodne mluvi o Litonu LN-200 (ted je to Nortrhop Grumman) ktery je FOG a lita na vecech od Space-X, jezni na Marsu v roverech ale byl treba i v sonde Deep Space 1.
Myslim ze kazda IMU ktera se dela v rozumne odolnosti a se standardni RS/MIL sbernici je nekde pouzita. Uz jen proto ze vetsinu kosmickych stroju stavi koncerny ktere tydle IMU pouzivaji ve spouste vojenskych strojecku. Hadam ze IMU v takove strele s plochou drahou letu nebo protiletadlove strele ma vic prace nez v kosmicke sonde.

Takze kdyz to budes chtit presne tak staci projit tech par vyrobcu podobnych zarizeni, urcite se s tim vsichni radi chlubi v datasheetech a flyer pdfkach Ja jsem si zase rozsiril obzory pri hledani a diskusi, rozhodne zajimave tema.


Kdyz jsme u toho - nezahlid nekdo jake kamery se pouzivaji pri snimani z letici rakety ? Hadam ze GoPro na to neprilepili

[Machi]

Nevím jak třeba Čína či SpaceX, ale ESA používá malé kamery od belgické společnosti OIP - http://www.oip.be/smallcameras.asp

[maliha]

Zdravím Vás,
mám dotaz do diskuse na který jsem zatím nikde nenašel odpověď a proto se obracím na Vás jako odborníky. Ptám se na to, když by hypoteticky došlo na oběžné dráze k tomu, že astronaut, který by byl ve volném prostoru by vlivem nějaké nehody se odpojil od modulu, nebo stanice. Co by se pak s ním stalo?
Bylo by možné ho ještě nějak zachránit a dostat jej zpět? A kdyby ty komplikace byli velké a on se vzdaloval od stanice na jak dlouho by mu vydržel ve skafandru kyslík. Jak dlouho by mohl žít? Taky mě zajímá kam, do jaké vzdálenosti by se v kosmu dostal, tím jak by se vzdaloval?
Po psychické stránce by to muselo pro něj být naprosto katastrofální, nebo myslíte, že by se nějakým svým úsilím mohl dostat zpět? Musel by ovšem zachovat naprostou sebekontrolu.

[fronak]

Někde sem na odpověď už narazil. Nejsem si jistý jestli tady nebo jinde. Jinak bych to položil asi do jiného vlákna.

Nicméně, kosmonauti mají při výstupu do volného prostoru připevněný na skafandr SAFER (Simplified aid for EVA rescue) takový zmenšený MMU. Který by teoreticky zabránil tomu aby se vzdálil od konstrukce. Zásoby kyslíku a energie vydrří včetně zálohy kolem 8.5 hodiny.
Jinak pokud by SAFER z nějákého důvodu nepracoval správně, tak se domnívám, že by bylo možné v blízkosti stanice "šáhnout" pro něj pomocí manipulátoru canadarm. V případě, že by byl dál tak by měl asi smůlu, oživení sojuzu trvá kolem 3 hodin a ani si nejsem jistý kolik má paliva, jestli by byl schopen někam doletět. Asi ani pro posádku stanice by to nebylo nic extra, než by se tělo vzdálilo aby bylo z dohledu a kleslo do atmosféry tak by to taky chvilku trvalo.