Andocken von CSM an LM

Das Buch "Lost Moon" von Lovell und Kluger spricht darüber, aber ich habe keine technische Referenz zur Hand:

Die auf dem CSM verwendete Führungsplattform würde bei einem Gieren von +/- 90 Grad in die kardanische Verriegelung gehen, sodass ein Gieren zu einem Verlust von Lageinformationen führen würde.

Anfangs konnte ich keine Quelle für die Auswahl von Nicken über Gieren finden, obwohl ich bemerkte, dass die Piloten es vorzogen, die Neigung manuell zu starten, bevor sie den Autopiloten aktivierten, da der Autopilot die Neigung nach oben oder unten auswählte, je nachdem, was kürzer war – die Verfahren bestand darin, aufzuschlagen. Es hört sich also so an, als ob die Piloten das Verfahren ziemlich konsequent befolgt hätten.

[BEARBEITEN: Spekulationen entfernt.]

Nach Tristans Antwort konnte ich mit einem Giermanöver die ursprüngliche Erklärung des Problems aufspüren:

Für ein Fahrzeug, das seine Flugbahn auf der Viertelmillion-Meilen-Küste zum Mond um Bruchteile eines Grads verfeinern musste, funktionierte das System mit einer kleinen Ausnahme außergewöhnlich gut. Wenn sich das Raumschiff versehentlich in eine ganz rechte oder ganz linke Gierposition bewegte, hatten die Gimbals die unangenehme Angewohnheit, sich aneinander auszurichten und diese Konfiguration zu verriegeln, wodurch das Wissen des Computers über die Lage des Schiffes sofort gelöscht wurde.

^{Aus Apollo 13 von Jim Lovell und Jeffrey Kluger}

Noch mehr technische Details:

Der dritte Effekt – der aufgrund der Trägheit des äußeren Kardanrings – kommt nur bei großen mittleren Kardanwinkeln weg von der in Abbildung 1 gezeigten Nullausrichtung ins Spiel. Im Extremfall verursachen große mittlere Kardanwinkel einen Effekt, der als „Kardanverschluss“ bezeichnet wird. Gimbal-Lock tritt auf, wenn die äußere Gimbal-Achse durch die Fahrzeugbewegung mitgeführt wird, um parallel zur inneren Gimbal-Achse zu sein. An diesem trivialen Punkt liegen die drei Kardanachsen in einer einzigen Ebene. Es existiert jetzt keine kardanische Freiheit, um eine Basisbewegung um eine Achse senkrecht zu dieser Ebene "abzuwickeln". Obwohl jede Fahrzeugausrichtung in Bezug auf das stabile Element durch bestimmte Sätze der drei Kardanwinkel angepasst werden kann, verhindert der Zustand der Kardanverriegelung die Anpassung an eine bestimmte Ausrichtungsänderung aus dem verriegelten Zustand.

Ein vorübergehender Lageverlust aufgrund von Gimbal-Lock-Effekten oder anderen Störungen bedeutet nicht unbedingt einen dauerhaften Orientierungsverlust, es sei denn, die Gyroskop-Gimbal-Anschläge werden erreicht. Innerhalb des Integrationsbereichs des Kreisels wird die Lage wiederhergestellt, da der Kreiselfehler auf Null zurückgebracht wird.

Feste Grundregeln, wie nahe an der Gimbal-Verriegelung die Apollo IMU zufriedenstellend arbeiten könnte, hängen von experimentellen Ergebnissen mit der tatsächlichen Flugkonfiguration IMU ab. Innerhalb des letzten Monats wurde damit begonnen, diese Daten unter Verwendung von IMU Nr. 3 mit Steckplatinenelektronik zu sammeln. Es scheint, dass die kardanische Verriegelung ohne Risiko bis auf 10 Grad angefahren werden kann und sogar noch viel näher mit der Möglichkeit, dass die stabile Position des Elements verloren geht. Drastischer ausgedrückt war die innere Achse des Systems innerhalb von 10 Grad zu einer Basisbewegungsachse senkrecht zur Ausgangsachse ausgerichtet.

^{Aus „Apollo Guidance and Navigation Considerations of Apollo IMU Gimbal Lock“ von David Hoag}

Abbildung 1

Verweise:

• Missionsbericht Apollo 11 - NASA
• Transposition, Andocken und Extrahieren – Wikipedia
• Apollo-Transposition und Andockmanöver - collectSpace
• Apollo 13 - Lovell und Kluger (alternativer Titel für Lost Moon )
• Überlegungen zur Apollo-Führung und -Navigation der Apollo IMU Gimbal Lock - David Hoag (MIT Instrumentation Laboratory Document E-1344)