El sistema primario de guía, navegación y control del Apolo ( PGNCS , pronunciado pings ) era un sistema de guía inercial autónomo que permitía a las naves espaciales Apolo llevar a cabo sus misiones cuando las comunicaciones con la Tierra se interrumpían, o como se esperaba, cuando la nave espacial estaba detrás del Luna, o en caso de fallo de comunicaciones. El módulo de comando Apollo (CM) y el módulo lunar (LM) estaban equipados cada uno con una versión de PGNCS. PGNCS, y específicamente su computadora, también fueron el centro de comando para todas las entradas del sistema del LM, incluido el telescopio óptico de alineación, el sistema de radar, las entradas del dispositivo de traducción y rotación manual de los astronautas, así como otras entradas de los sistemas del LM.
PGNCS fue desarrollado por el Laboratorio de Instrumentación del MIT bajo la dirección de Charles Stark Draper (más tarde el Laboratorio de Instrumentación recibió su nombre). El contratista principal de PGNCS y fabricante de la unidad de medida inercial (IMU) fue la División Delco de General Motors . PGNCS constaba de los siguientes componentes:
El CM y el LM utilizaron la misma computadora, plataforma inercial y resolutores. La principal diferencia fue la unidad óptica. La base de navegación también era diferente para cada nave espacial, lo que reflejaba las diferentes geometrías de montaje. El radar de encuentro del LM también estaba conectado a su base de navegación.
Existieron dos versiones del PGNCS—Bloque I y Bloque II—correspondientes a las dos generaciones del CM. Después del incendio del Apolo I , que ocurrió en un CM del Bloque I, la NASA decidió que ninguna otra misión tripulada utilizaría el Bloque I, aunque sí lo hicieron las misiones sin tripulación. Las principales diferencias entre los PGNCS del Bloque I y el Bloque II incluyeron la sustitución de los resolutores electromecánicos por un diseño totalmente electrónico y la sustitución de la base de navegación del Bloque I, que fue mecanizada a partir de berilio , por un marco construido con tubos de aluminio rellenos de espuma de poliuretano . Las bases de navegación del Bloque II eran más ligeras, más baratas e igual de rígidas.
Otra diferencia importante entre el Bloque I y el Bloque II fue la reparabilidad. Un objetivo original del programa Apolo era que los astronautas pudieran reparar la electrónica. En consecuencia, el PNGCS del Bloque 1 fue diseñado con muchos módulos idénticos que podrían reemplazarse con repuestos, si fuera necesario, en vuelo. Sin embargo, las condiciones de alta humedad dentro de los compartimentos de la tripulación y los accidentes en el manejo de fluidos corporales durante la misión Gemini 7 hicieron que no fuera deseable tener conexiones eléctricas abiertas. Se eliminó la meta de reparabilidad en el Bloque II y se sellaron todas las unidades y conexiones eléctricas. [1] El fatal incendio del Apolo 1 reforzó esta preocupación.
La IMU estaba montada sobre tres ejes. La parte más interna, el miembro estable (SM), era un cubo de berilio de 6 pulgadas, con tres giroscopios y tres acelerómetros montados en él. Los bucles de retroalimentación utilizaban señales de los giroscopios a través de los resolutores para controlar los motores en cada eje. Este servosistema mantenía el miembro estable fijo con respecto al espacio inercial . Luego se integraron las señales de los acelerómetros para realizar un seguimiento de la velocidad y la posición de la nave espacial. La IMU se derivó del sistema de guía desarrollado por Draper para el misil Polaris .
Los sistemas de guía inercial no son perfectos y el sistema Apollo se desplazó alrededor de un miliradián por hora. Por lo tanto, era necesario realinear periódicamente la plataforma inercial observando las estrellas.
La unidad óptica CM tenía un sextante de precisión (SXT) fijado al marco de la IMU que podía medir ángulos entre las estrellas y los puntos de referencia de la Tierra o la Luna o el horizonte. Tenía dos líneas de visión, un aumento de 28 × y un campo de visión de 1,8°. La unidad óptica también incluía un telescopio de escaneo (SCT) de bajo aumento y amplio campo de visión (60 °) para avistamientos de estrellas. La unidad óptica podría usarse para determinar la posición y orientación del CM en el espacio.
En cambio, el LM tenía un telescopio óptico de alineación (AOT), esencialmente un periscopio. El elemento exterior del AOT era un prisma protegido contra el sol que podía girarse a una de seis posiciones fijas con respecto al LM, para cubrir una gran parte del cielo lunar. Cada posición tenía un campo de visión de 60°. Cuando se giraba, el AGC podía leer la posición del AOT; Al apuntar la retícula a dos estrellas diferentes, la computadora podría determinar la orientación de la nave. [2]
El piloto del módulo de comando del Apolo 11, Michael Collins, notó que la visibilidad a través de la óptica era deficiente y era difícil ver a través de ciertas condiciones de iluminación.
La protección solar se añadió al final del programa, en 1967, después de que las pruebas y los modelos determinaran que los astronautas podrían no ser capaces de ver las estrellas en la superficie lunar debido a la luz directa del sol o a la luz dispersada por partes cercanas del LM que inciden sobre ellas. el prisma exterior. Agregar el parasol también permitió aumentar el número de posiciones de visión de tres a seis. [1] : pág. 41 y siguientes
El software de guía a bordo utilizó un filtro de Kalman para fusionar nuevos datos con mediciones de posición anteriores para producir una estimación de posición óptima para la nave espacial. La información clave fue una transformación de coordenadas entre el miembro estable de IMU y el sistema de coordenadas de referencia. En el argot del programa Apollo, esta matriz se conocía como REFSMMAT (por "Referencia a matriz de miembros estables"). Se utilizaron dos sistemas de coordenadas de referencia, según la fase de la misión: uno centrado en la Tierra y otro centrado en la Luna.
A pesar de la palabra "primaria" en su nombre, los datos del PGNCS no eran la principal fuente de información de navegación. Los datos de seguimiento de la Red de Espacio Profundo de la NASA fueron procesados por computadoras en Mission Control, utilizando algoritmos de mínimos cuadrados . Las estimaciones de posición y velocidad resultantes fueron más precisas que las producidas por PGNCS. Como resultado, los astronautas recibieron periódicamente actualizaciones de los vectores de estado para ingresar al AGC, según los datos terrestres. El PGNCS seguía siendo esencial para mantener la orientación de las naves espaciales, controlar los cohetes durante las maniobras, incluido el aterrizaje y el despegue lunar, y como fuente principal de datos de navegación durante cortes de comunicaciones planificados e inesperados. La PGNCS también proporcionó una verificación de los datos terrestres.
El módulo lunar disponía de un tercer medio de navegación, el sistema de guía de aborto (AGS), construido por TRW . Esto se utilizaría en caso de falla del PGNCS. El AGS podría usarse para despegar de la Luna y encontrarse con el Módulo de Comando, pero no para aterrizar. Durante el Apolo 13 , después del incendio más crítico cerca de la Luna, se utilizó el AGS en lugar del PGNCS porque requería menos energía eléctrica y agua de refrigeración.
Durante la misión Apolo 11 , dos alarmas PGNCS (1201 "No hay áreas VAC disponibles" y 1202 "Alarma ejecutiva, no hay conjuntos de núcleos") se transmitieron al control de la misión cuando se intentaba el primer aterrizaje lunar el 20 de julio de 1969. El sistema informático La sobrecarga fue causada por la captura simultánea de datos del radar de aterrizaje y datos del radar de encuentro. El personal de apoyo en el control de la Misión llegó a la conclusión de que las alarmas podían ignorarse con seguridad y el aterrizaje se realizó con éxito. [3] [4]