คอมพิวเตอร์นำร่องเชิงกลสำหรับการบินอวกาศของสหภาพโซเวียต, Globus INK (2023)

คอมพิวเตอร์นำร่องเชิงกลสำหรับการบินอวกาศของสหภาพโซเวียต, Globus INK

• โครงการอวกาศของสหภาพโซเวียตใช้อุปกรณ์ควบคุมและเครื่องมือที่แตกต่างจากยานอวกาศของสหรัฐฯ อย่างสิ้นเชิง หนึ่งในอุปกรณ์นำร่องที่น่าสนใจที่สุดคือ Globus ที่ติดตั้งบนยาน Soyuz ซึ่งใช้ลูกโลกหมุนเพื่อแสดงตำแหน่งของยานอวกาศเหนือพื้นโลก
• Globus เป็นคอมพิวเตอร์แอนะล็อกแบบไฟฟ้าเครื่องกลที่ใช้ระบบเฟือง ลูกเบี้ยว และชุดเฟืองดิฟเฟอเรนเชียลที่ซับซ้อนเพื่อคำนวณตำแหน่งของยานอวกาศ โดยมีชื่อทางการว่า "ตัวบ่งชี้การนำร่องอวกาศ" และถูกเรียกด้วยตัวย่อภาษารัสเซียว่า ИНК (INK)

ฟังก์ชัน

• จุดประสงค์หลักของ Globus คือการแสดงตำแหน่งของยานอวกาศ เมื่อลูกโลกหมุน เส้นกากบาทที่ยึดอยู่กับโดมพลาสติกจะชี้ตำแหน่งของยานอวกาศ ทำให้นักบินอวกาศมองเห็นภาพของโลกและตรวจสอบตำแหน่งของตนเองได้
• หน้าปัดละติจูดและลองจิจูดข้างลูกโลกจะแสดงตำแหน่งเป็นตัวเลข นอกจากนี้ หน้าปัดแสง/เงาที่ด้านล่างยังแสดงว่ายานอวกาศกำลังอยู่ในแสงอาทิตย์หรือในเงามืด ซึ่งเป็นข้อมูลสำคัญสำหรับการเชื่อมต่อยาน
• Globus ยังมีโหมดที่สองสำหรับแสดงตำแหน่งที่ยานจะลงจอดหากเริ่มการลงจอดด้วยการจุดจรวดย้อนแรงขับ เมื่อสลับสวิตช์ ลูกโลกจะหมุนเพื่อให้ตำแหน่งลงจอดมาอยู่ใต้เส้นกากบาท

การควบคุมลูกโลก

• ลูกโลกติดอยู่กับเพลาที่ยึดไว้เพื่อให้หมุนได้ตามสองแกน เส้นศูนย์สูตรของลูกโลกเป็นชิ้นโลหะแข็งที่หมุนตามแกนแนวนอนของอุปกรณ์ กลไกเฟืองชุดที่สองทำให้ลูกโลกหมุนตามแกนเหนือ-ใต้
• ผลสำคัญของการออกแบบนี้คือมุมเอียงของวงโคจรถูกกำหนดตายตัวโดยมุมของกลไกลูกโลก สำหรับวงโคจรอื่นจึงต้องใช้เครื่อง Globus คนละตัว และอุปกรณ์นี้รองรับได้เฉพาะวงโคจรแบบวงกลมเท่านั้น จึงไม่เป็นประโยชน์เมื่อมีการเปลี่ยนวงโคจร

ความเร็ววงโคจรและ "โคน"

• วงโคจรของ Soyuz ใช้เวลาประมาณ 90 นาที แต่ระยะเวลาจะแตกต่างกันไปตามระดับความสูง Globus มีปุ่มปรับที่สามารถตั้งคาบวงโคจรได้เป็นหน่วยนาที หนึ่งในสิบของนาที และหนึ่งในร้อยของนาที
• ฟังก์ชันความเร็ววงโคจรถูกทำให้เกิดขึ้นโดยเพิ่มหรือลดความเร็วที่ลูกโลกหมุนตามแกนวงโคจร การสร้างความเร็วแปรผันใน Globus ซึ่งใช้พัลส์ 1 เฮิรตซ์แบบคงที่นั้นเป็นเรื่องที่ทำได้ยาก

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

• แม้ Globus จะเป็นกลไกเป็นส่วนใหญ่ แต่ก็มีบอร์ดอิเล็กทรอนิกส์ที่มีรีเลย์ 4 ตัวและทรานซิสเตอร์ รีเลย์ส่วนใหญ่ใช้ควบคุมกลไกตำแหน่งลงจอด โดยสั่งให้มอเตอร์เดินหน้าหรือถอยหลังและหยุดที่ลิมิตสวิตช์

สรุปโดย GN⁺

• Globus INK เป็นตัวอย่างอันน่าทึ่งของการคำนวณเชิงกล โดยคำนวณวงโคจรผ่านเฟือง ลูกเบี้ยว และชุดเฟืองดิฟเฟอเรนเชียลที่ซับซ้อน มันให้จอแสดงผลสีเต็มรูปแบบที่มีความละเอียดสูงกว่าที่คอมพิวเตอร์อวกาศอิเล็กทรอนิกส์ในทศวรรษ 1960 จะมอบให้ได้มาก
• อย่างไรก็ตาม ความสามารถของ Globus มีข้อจำกัด และเนื่องจากไม่รับอินพุตการนำร่องจากภายนอก จึงมีความแม่นยำน้อยกว่า แม้จอแสดงผลดิจิทัลสมัยใหม่จะขาดเสน่ห์ทางกายภาพ แต่ก็ให้ฟังก์ชันได้มากกว่ามาก
• บทความนี้น่าจะน่าสนใจสำหรับการทำความเข้าใจความซับซ้อนและความสำคัญทางประวัติศาสตร์ของคอมพิวเตอร์นำร่องเชิงกล และสามารถนำไปเปรียบเทียบกับระบบนำร่องดิจิทัลสมัยใหม่ที่มีฟังก์ชันคล้ายกันได้

[GN⁺]

ความคิดเห็นจาก Hacker News

• มีซีรีส์สองตอนที่ให้ข้อมูลเกี่ยวกับ Globus เพิ่มเติม

  • อธิบายวงจรและ "อัลกอริทึม" ของ Globus
  • วิดีโอไตรภาคของ CuriousMarc แสดงกระบวนการบูรณะและคุ้มค่าแก่การรับชม

• ได้อ่านหนังสือที่น่าสนใจเกี่ยวกับการแข่งขันอวกาศของสหภาพโซเวียต

  • เนื่องจากขาดเทคโนโลยีทรานซิสเตอร์แบบโซลิดสเตต จึงใช้ทรานซิสเตอร์หลอดสุญญากาศในยานอวกาศ
  • สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหาระหว่างการเดินอวกาศ และไม่สามารถเปิดให้ภายในแคปซูลสัมผัสกับอวกาศได้
  • ชื่อหนังสือ: "The Wrong Stuff: How the Soviet Space Program Crashed and Burned" by John Strausbaugh

• รู้สึกหลงใหลกับเครื่องคำนวณเชิงกลมาโดยตลอด และมีบทความกับวิดีโออธิบายเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์ควบคุมการยิงของกองทัพเรือ MK1

• แม้อาจด้อยกว่าทางเทคนิคเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีอวกาศของสหรัฐฯ ในยุคนั้น แต่ความคิดสร้างสรรค์ของโซเวียตก็น่าทึ่งมาก

• มีคำถามเกี่ยวกับวิธีรบกวนคอมพิวเตอร์เชิงกล

  • เช่น ทำให้ลงจอดผิดตำแหน่ง หรือโคจรมากกว่าที่วางแผนไว้

• คอมพิวเตอร์เชิงกลยังคงถูกติดตั้งบนเรือรบรัสเซียเพื่อรับมือกับการโจมตีด้วย EMP

• มีคอมพิวเตอร์เชิงกลเครื่องหนึ่งถูกขายไปในราคา 40,000 ยูโรเมื่อปีที่แล้ว

• ลองจินตนาการว่าเฟืองกำลังขยับหมุดบนลูกโลกและมุ่งหน้าออกสู่อวกาศ

• ตอนนี้ต้องมีอะไรสักอย่างเกี่ยวกับลูกบอล Apollo 8 แล้ว