Wie navigiert eine Rakete beim Start?

Soweit ich weiß, ändert eine Rakete während des Starts ihre Richtung, indem sie ihre Triebwerke kardanisch aufhängt (dh die Triebwerksdüsen so dreht, dass der Schub des Triebwerks in die richtige Richtung zeigt).

Doch was steuert die Gimbaling der Motoren? Programmieren Ingenieure einfach die Reihenfolge der Gimbaling-Änderungen vor? Passt die elektronische Logik der Rakete die Schubrichtung basierend auf Höhenmessungen usw. an? Oder ist die Bodenkontrolle dafür verantwortlich?

Dies ist ein Steuerungsproblem, daher kommt eine Vorprogrammierung nicht in Frage. Ich kenne die Details nicht, denke aber an Autopiloten in Flugzeugen - dasselbe für Raketen. Sie messen die Fluglage ständig, wissen, welche Fluglage sie haben sollten (einige davon ist vorprogrammiert, dh die Flugbahn) und bestimmen daher den Fluglagenfehler, der eine Eingabe für die Stellglieder ist.
@AleksanderLidtke Sieht aus wie ein Anfang für eine nette Antwort ...
Der Studienbereich, an dem Sie interessiert sind, ist als Führung, Navigation und Kontrolle bekannt. Ein lustiges Beispiel dafür, was passiert, wenn es nicht richtig gemacht wird: ein dramatischer Trident-Fehler .
@AdamWuerl Gut. Hinzu kommt, dass der vielleicht noch spektakulärere jüngste GNC-Ausfall der ILS-Proton-M-Start am 2. Juli 2013 war , der geschah, weil die Giersteuerungsbeschleunigungsmesser mit der falschen Ausrichtung installiert waren. Das Video ist ... schockierend (alle waren jedoch in Ordnung).

Antworten (2)

Zunächst einmal ist es erwähnenswert, dass das Gimbaling des Motors nicht die einzige Möglichkeit ist, eine Rakete zu steuern. Sie können Differentialschub oder Nonius-Triebwerke oder sogar aerodynamische Flugsteuerflächen verwenden. Aber Sie haben Recht damit, dass all diese Systeme eine Art Kontrolle erfordern.

Die Gimbaling-Winkel können nicht vorprogrammiert werden, da sie sich dynamisch an kleinste Änderungen in der Fahrzeuglage anpassen müssen. (Das ist das Wort, das verwendet wird, um zu beschreiben, wohin die Nase zeigt.) Wenn beim Steigen ein plötzlicher Windstoß die Rakete nach links kippt, muss sie mit etwas entgegenwirken, das ein rotierendes Moment in die andere Richtung erzeugt.

Daher arbeitet das Raketenleitsystem in einer Schleife. Es spürt die aktuelle Einstellung. Vergleicht das mit einem Zielwert. Schaltet so an, dass der Fehler kleiner wird. Dann wiederholt. Dies wird als Closed-Loop-Regelung bezeichnet. (Im Gegensatz zur Open-Loop-Steuerung, was wäre das, was Sie beschrieben haben, mit den vorprogrammierten Gimbal-Winkeln.)

Wenn Sie sich für dieses Thema interessieren, finden Sie auf Wikipedia ziemlich viele Details über die Saturn V-Instrumenteneinheit. Das ist der Teil der Saturn-V-Rakete, der unter anderem die Leitsignale für die Triebwerke lieferte. http://en.wikipedia.org/wiki/Saturn_V_Instrument_Unit

Es ist auch erwähnenswert, dass solche Mess-dann-Ziel-Systeme helfen, wenn die Motoren auch außerhalb der Spezifikationen arbeiten. Wie bei Apollo 13, obwohl es wahrscheinlich einfacher wäre, den Ausfall des zentralen Motors zu kompensieren als einen nicht zentralen Motor.

Raketen verwenden im Allgemeinen ein Trägheitsnavigationssystem (INS). Dieses System verwendet die Eingabe von Beschleunigungsmessern und Gyroskopen, um die Position der Rakete (relativ zur Startrampe) und die Fluglage zu berechnen. Dies ist eine Form der Koppelnavigation ("Ich bin x km bei n Grad gefahren, also muss meine Position y sein").
Das INS kümmert sich sowohl um die Navigation als auch um die Fehlerkorrektur (Ausgleich zB von Windböen, die die Fluglage der Rakete verändern). INS kann autonom verwendet werden, aber wenn Sie dies tun, bauen sich im Laufe der Zeit winzige Messfehler auf, sodass Ihre Endposition nicht ganz genau ist. Es gibt also im Allgemeinen einen Fehlerkorrekturmechanismus: ein System, das die Position der Rakete von außen bestätigen kann. Dies kann ein Sternentracker seinoder eine Bodenstation, die den Start per Radar verfolgt.
Das INS steuert das Lenksystem der Rakete (sei es ein Gimbaling-System, Nonius-Triebwerke oder andere Methoden).
In modernen INS hat das Gyroskop oft die Form eines Ringlasergyroskops anstelle des traditionellen mechanischen kardanischen Rotors.
Zusätzlich zum INS enthalten Raketen einen Sequenzer, der zeitkritische Aspekte des Starts steuert. Der Sequenzer entscheidet beispielsweise, wann die Triebwerke der ersten Stufe gestoppt, die Stufe über Bord geworfen und die Triebwerke der zweiten Stufe gezündet werden.

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