Verwirrung mit Apollo CSM-Lagemanövern (Rollen, Neigen und Gieren) während des Ausrollens zum/vom Mond

Einige Zeit nach dem Transpositions-, Docking- und Extraktionsmanöver (beim Ausrollen zum Mond) oder nach der Trans Earth Injection (beim Zurückrollen vom Mond) wird die Führungsplattform des Raumfahrzeugs (CSM) auf PTC (Passive Thermal Control) REFSMMAT (Referenz zu Stable Member Matrix).

Apollo 15 Flight Journal Day1/part4 erklärt die Positionierung der Führungsplattformachsen für den PTC REFSMMAT:

[Bei Ausrichtung gemäß PTC REFSMMAT ist die X-Achse der Plattform entlang der Ekliptikebene ausgerichtet , senkrecht zur Linie zwischen Erde und Mond zum Zeitpunkt der Transerd-Injektion (TEI). Seine Z-Achse ist senkrecht zur Ekliptikebene ausgerichtet und nach Süden gerichtet . Die Y-Achse ist also auf die Erde gerichtet . Diese Ausrichtung wird für alle Translunar- und Trans-Earth-Coast-Manöver verwendet und dient als Referenz für die einfache Ausrichtung des PTC-Manövers (Passive Thermal Control). Beachten Sie, dass die gezeigten Achsen nicht die Ausrichtung des Raumfahrzeugs während des PTC darstellen, sondern nur die der Plattform.]

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Und beschreibt die Position der x-Achse des CSM selbst:

Die X-Achse des CSM ist eine imaginäre Linie, die von der Mitte der SPS-Motorglocke durch die Mitte des SM und durch die Spitze des Kegels des CM verläuft

Die Achsen x (Roll), y (Nick) und z (Gier) des Raumfahrzeugs sehen also ziemlich genauso aus wie bei einem Flugzeug:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einBild ist von hier ausgeliehen .

Nach dem Ausrichten der Plattform auf PTC REFSMMAT, um das Raumfahrzeug in die PTC-Lage zu bringen, spezifiziert der Flugplan Manöver von Nick 90°, Gier 0° :

[Der letzte P52 richtete die X-Achse der IMU-Plattform mit der Ekliptik und im rechten Winkel zur Erde-Mond-Linie aus; seine Z-Achse war nach Süden ausgerichtet, senkrecht zur Ekliptik. Wenn das Raumschiff so ausgerichtet wäre, dass es zur Plattform passt, würde seine Längsachse mit der Ekliptik mit Erde und Mond auf beiden Seiten ausgerichtet sein. Durch die im Flugplan geforderte Neigung von 90° wird die Längsachse des Raumfahrzeugs senkrecht zur Ekliptik gebracht, was garantiert, dass die Sonne (die immer in der Ebene der Ekliptik steht) bei der Rotation seitlich auf das Raumfahrzeug trifft .

Bis zu diesem Punkt war alles vollkommen klar.

Jetzt beginnt die Verwirrung:

Nachdem Al das Raumfahrzeug in die PTC-Lage manövriert hat , muss er sicherstellen, dass alle wahrnehmbaren Bewegungen abgeklungen sind, bevor er das Rollmanöver einleitet , andernfalls wird das Rollen ein Element von unerwünschtem Wackeln oder Kegeln aufweisen, das entfernt werden muss neu anfangen.]

Die Frage ist also : In Bezug auf welches Koordinatensystem wird die „Rolle“ (die eigentliche „Grillrolle“) ausgeführt?

Die CSM-x-Achse ist jetzt kollinear mit der IMU-z-Achse (senkrecht zur Ekliptikebene), daher wäre (vorausgesetzt, sie befinden sich noch in PTC REFSMMAT) eine Drehung um die CSM-x-Achse technisch gesehen ein Gieren gemäß dem PTC REFSMMAT- Koordinatensystem .

Es scheint, als hätten sie ein neues (temporäres) Koordinatensystem eingeführt, das nach dem Neigen um 90 °, um in die PTC-Haltung zu gelangen, und vor dem Beginn der eigentlichen "Grillrolle" mit dem CSM-Koordinatensystem übereinstimmt.

Ein weiteres Beispiel aus dem Apollo-11 Flight Journal Day2/part2 , das das Stoppen der PTC-"Grillrolle" beschreibt:

031:15:02 Collins: Okay. Nun, für diese TV-Sendung, die in ein paar Stunden kommt, könnten Sie darüber nachdenken, wie wir PTC stoppen sollen...

032:25:48 Duke: Roger, 11. Deine TV- Einstellung wird Roll 261, Pitch 090, Yaw 000 sein …

032:27:01 Collins: Charlie, Apollo 11. Ich habe ein paar Fragen zum Stoppen des PTC. Es scheint mir der einfachste Weg zu sein, es zu stoppen - wir sind im Wesentlichen natürlich bei 0 Grad Gieren und nahe genug an 90 Grad Neigung , also ist es nur eine Frage, ungefähr bei 260 Roll anzuhalten ...

Unter der Annahme der gleichen Positionierung der PTC REFSMMAT-Achsen, wie sie oben für Apollo-15 beschrieben wurde, in Bezug auf den PTC REFSMMAT, macht diese Einstellung nicht viel Sinn. Es ist nur sinnvoll, wenn die "Rolle" um die CSM-x-Achse (senkrecht zur Ekliptik) und nicht um die PTC-REFSMMAT-x-Achse verlaufen soll.

Ich kann mir nicht erklären, wie das Rollen um die lokale CSM-X-Achse definiert zu sein scheint, während gleichzeitig die Neigung um die PTC REFSMMAT-Y-Achse herum definiert zu sein scheint (Gieren ist in diesem Fall einfach trivialerweise 0).

Betonung hinzugefügt.

„Rollen“ bezieht sich auf um die lange X-Achse des CSM, oder?

Antworten (2)

Die Reihenfolge, in der Drehungen angewendet werden, ist wichtig.

260 Rollen um REFSMMAT x gefolgt von 90 Nicken um REFSMMAT y ist die gleiche Orientierung wie 90 Nicken um REFSMMAT y gefolgt von 260 Gieren um REFSMMAT z.

Genau hier bin ich durcheinander gekommen. Also, ist es dann der Fall, wenn R260, P90, Y0 angegeben wird, es immer in Bezug auf REFSMMAT ist, muss nur immer die bestimmte Reihenfolge eingehalten werden?
Auch dieses Zitat ist noch verwirrend: " Nachdem Al das Raumschiff in die PTC-Lage manövriert hat , ... ...*leitet er das Rollmanöver ein". Und der Flugplan gibt eindeutig "MNVR TO PTC ATT P90 Y0" an, dh Roll wird nicht erwähnt. Erst nachdem das Manöver P90 Y0 beendet ist, spricht man von Roll, dh P90, Y0 zu gehen und mit dem Barbeque Roll zu beginnen, sind zwei separate Manöver; und doch nennen sie es Rollen, nicht Gieren. Im Beispiel A-11 gibt Collins auch an, dass P90 und Y0 im Wesentlichen erfüllt sind (und stabil sind), nur Roll passiert und es nur darum geht, dieses Roll zu stoppen .
Die Reihenfolge, in der Drehungen angewendet werden, ist wichtig, weil S Ö ( 3 ) , die Gruppe der Drehungen in 3 Dimensionen, ist nicht abelsch.
@LeoS Zur Verdeutlichung, es ist nicht die Reihenfolge der physikalischen Manöver, von denen ich spreche, sondern die Umwandlung der tatsächlichen Lage des Raumfahrzeugs in eine Reihe von Roll-, Nick- und Gierfiguren relativ zur axialen Basis von REFSMMAT.
@RussellBorogove Vielen Dank für die Klarstellung. Ich habe den Text der anderen verwandten Frage entsprechend aktualisiert. Dennoch erfordert das Verständnis (Visualisierung) der endgültigen Lage (wie durch die Rotationswinkel R, P, Y in Bezug auf die REFSMMAT-Achsen angegeben) die Anwendung des "virtuellen Ersatzes" des realen physischen Manövers, als ob es in 3 Schritten durchgeführt würde. Aus diesem Grund habe ich diese andere Frage gestellt: Wenn die physische Rotation zufällig in 3 Schritten durchgeführt wurde, wäre es hilfreich gewesen, die Reihenfolge zu verstehen, in der R, P, Y angewendet werden, um eine neue Einstellung zu definieren).
@RussellBorogove Endlich kann ich daraus einen Sinn machen. Ihre Antwort ist goldrichtig: Es geht tatsächlich um die Reihenfolge . Also, wenn Roll zuerst zutrifft, und dann Pitch / Yaw (obwohl nicht klar ist, welches das 2., welches das 3. ist), und mit diesem Sonderfall von P90, Y0 (scheinbar absichtlich beabsichtigt), wenn ein Astronaut angerufen hat ihre aktuelle Lage während PTC (bei, sagen wir, 33 Grad Rollen, was ich ursprünglich als offensichtliches Gieren um die REFSMMAT-Z-Achse betrachtete), würden sie tatsächlich R33, P90, Y0 auf dem Display sehen, wegen dieses Sonderfalls von P90, Y0. Die Grillrolle ist also per Definition tatsächlich Rolle, nur um P90 "versetzt".
Nur weil es mich daran erinnert, wurden in Shuttle Robotics Euler-Sequenzen immer in der Reihenfolge Pitch, Yaw, Roll ausgeführt.

Der Referenzrahmen für Rollen, Nicken und Gieren wird selbst mit jeder aufeinanderfolgenden Drehung transformiert.

Roll wird relativ zur ursprünglichen x-Achse angegeben. Die Neigung wird relativ zur einmal transformierten y-Achse angegeben (wobei die Transformation Roll ist). Das Gieren wird relativ zur zweimal transformierten z-Achse angegeben (wobei die Transformationen Roll gefolgt von Nick sind).

Das bedeutet, dass die Roll-, Nick- und Gierachse relativ zum Raumfahrzeug immer in die gleiche Richtung zeigen. Wenn Sie ein wenig rollen, rollen auch Nick- und Gierachse. Wenn Sie ein wenig werfen. Die Gierachse nickt auch.

Verwirrung mit Apollo CSM-Lagemanövern (Rollen, Neigen und Gieren) während des Ausrollens zum/vom Mond
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