B-52 bombardıman uçağının yıldız izleyicisinin içindeki elektromekanik açı bilgisayarı

GPS'den önce uçaklar nasıl yön buluyordu? Önemli tekniklerden biri göksel navigasyondu: Yıldızların, gezegenlerin, veya güneş. Göksel navigasyon doğru olmakla birlikte, karıştırılamaz ve herhangi bir yayın altyapısı gerektirmez. manuel olarak gerçekleştirilmesi zor ve zaman alıcı bir işlemdir. 1960'ların başında B-52 bombardıman uçağının otomatik olarak takip etmesi için otomatik bir sistem geliştirildi. yıldızlar ve hesaplama navigasyon bilgileri. O dönemde dijital bilgisayarlar uygun olmadığından yıldız takip sistemi trigonometrik ölçümler yapıyordu. ile hesaplamalar Açı Bilgisayarı adı verilen elektromekanik analog bilgisayar.1

Yukarıdaki fotoğraf Açı Bilgisayarının içindeki mekanizmayı göstermektedir.2Her ne kadar jiroskop veya IMU (Eylemsizlik Ölçüm Birimi) gibi görünse de tamamen farklıdır. ve hiçbir şey dönmüyor. Açı Bilgisayarı "Göksel küreyi" fiziksel olarak modelleyen, içindeki karmaşık bir mekanizmayla Bir yıldızın konumunu temsil eden işaretçi. Karşılık gelen açılar (azimut ve yükseklik) cihazlar aracılığıyla elektriksel olarak okunur Senkronize olarak adlandırılan ve kablo demetleri aracılığıyla navigasyon sistemine bilgi sağlayan. Bu yazımda göksel navigasyonun nasıl çalıştığına dair genel bir bakış sunacağım ve göksel navigasyonun nasıl çalıştığını anlatacağım. Açı Bilgisayarı hesaplamalarını yapar.

Astro Pusula sistemi

Açı Bilgisayarı, Astro Pusulanın bir parçasıdır; bir yıldıza kilitlendi ve derecenin onda birine kadar yüksek doğrulukta bir yön (yani pusula yönü) üretti. Yön, Astro Pusulanın ana çıktısı olsa da, gezgin, daha sonra anlatılacak olan "konum çizgileri" tekniğini kullanarak konumu belirlemek için de bunu kullanabilir.

Astro Compass navigasyon sistemi, bir yıldızı takip eden optik sistem olan "Astro Tracker" (yukarıda) etrafında inşa edildi. Astro Tracker, 4 inçlik cam kubbesi gövdenin üst kısmından çıkacak şekilde uçağa monte edildi. Bu ünite, bir fotoçoğaltıcı tüp kullanan bir izleme teleskopunu içerir. yıldız. Bir jiroskop ve karmaşık bir motor sistemi, teleskopu tam olarak dikey tutan "sabit bir platform" sağladı uçak eğilip hareket ederken bile. Teleskobu belirli bir yıldıza yönlendirmek için bir prizma döndürüldü ve eğildi.3

Astro Pusula sistemi şaşırtıcı derecede karmaşıktır ve Astro Tracker'ı destekleyen 19 bileşenden (yukarıda) oluşur.4Sağda sistemi kontrol eden on amplifikatör ve bilgisayar bileşeni var; Açı Bilgisayarı sağ alttadır. Sol tarafta B-52'nin navigatörü tarafından kullanılan dokuz kontrol ve gösterge paneli bulunmaktadır. Aşağıdaki fotoğraf, 1972'de bir B-52'de kullanılan bu panellerden dördünü göstermektedir.

Astro Pusulayı Kontrol Etme

Astro Pusulası, bir düğmeyi çevirerek her seferinde bir değer girmenizi sağlayan ilginç bir kullanıcı arayüzüne sahiptir. Öncelikle şunu kullanırsınız: Saat zamanı, 1 numaralı yıldız için SHA (Yıldız Saat Açısı) gibi bir veri değeri seçmek için Ana Kontrol Paneli veya 3 numaralı yıldız için sapma. Daha sonra veri değerleri arasında gezinmek için "Kontrol Ayarla" düğmesini saat yönünde veya saat yönünün tersine çevirirsiniz. Uygun değere ulaşılana kadar. Ana Kontrol Panelindeki her düğmenin farklı bir geometrik şekli vardır ve bu sayede kullanıcıya düğmeleri hissederek ayırt etmek. Ana Kontrol Paneli, yukarıdaki fotoğrafın sol alt köşesinde, navigatörün kolayca erişebileceği bir yerde görülebilir.

Her veri değerinin ayrı bir elektromekanik ekranı vardır. Aşağıdaki fotoğraf yıldız saati açısını ve sapmayı gösteren bir Yıldız Verisi ekranını göstermektedir bir yıldız için. Dijital ekranın aslında motorlar tarafından döndürülen analog kadranlardan oluştuğunu görebilmeniz için kapağı çıkardım senkro kontrolü altında. Sistemin üç Yıldız Verisi ekranı vardır, böylece aynı anda üç yıldızın konumunu koruyun. Üç farklı yıldızdan düzeltmeler almak konum çizgilerini hesaplarken kullanışlıdır. Sistem her seferinde bir yıldız kullanır ancak Ana Kontrol Panelindeki Yıldız anahtarını çevirerek yıldızları hızlı bir şekilde değiştirebilirsiniz.

Peki güneş, ay, yıldızlar ve gezegenler sürekli hareket halindeyken gezgin Astro Pusulaya yerleştirilecek bilgiyi nasıl elde etti?5Gerekli göksel bilgiler adlı bir kitapta yayınlanmaktadır. theHava Almanağı. ABD Hükümeti 1941'de Air Almanac'ı yayınlamaya başladı ve her dört ayda bir yeni bir cilt yayınladı. Almanak'ta her gün için 10 dakikalık aralıklarla göksel veriler sağlayan bir sayfa vardı. İlk sütunda zaman var (GMT, Greenwich Ortalama Saati)6diğer sütunlar ise güneşin konumunu verirken önemli bir değerdir. Koç'un İlk Noktası (sembol ♈︎) olarak adlandırılan, görünür gezegenlerin konumları, ve ayın konumu. Ayrı bir tablo ve grafik yıldızların konumlarını sağlıyordu; yıldızların günlükleri yok neredeyse sabit oldukları için güncellemeler.7(The Air Almanac is now online; you can download the 2026 Air Almanachere.)

Gezinme üçgeni: Bir yıldızın konumunu hesaplamak

Hava Almanağı küresel bir koordinat sisteminde yıldız koordinatlarını sağlar, ancak Astro Pusulası'nın bunu sağlaması gerekiyordu. Uçağın yerel koordinat sistemindeki yıldız koordinatlarını bilir. Yıldızın konumunu belirlemek, koordinat sistemini kullanarak değiştirmeyi gerektirir. küresel trigonometri ve navigasyon üçgeni denen bir şey. Bu bölümde açıklayacağım oldukça fazla terminoloji var.

Astro Tracker, birçok teleskop gibi, aşağıdakileri kullanarak hedeflenir:azimut and rakım. Diyelim ki bahçenize girdiniz, ufku işaret ettiniz ve bir daire içinde 360° döndünüz; yön işaret ettiğiniz noktaya azimut denir. Doğrudan tepedeki noktaya denirzirve. Şimdi kolunuzu ufuktan zirveye doğru 90° yukarıya doğru sallayın. Bu açı rakım denir. (Kafa karıştırıcı bir şekilde, "yükseklik" teriminin hem bir yıldızın açısı hem de bir uçağın yüksekliği için kullanılmasıdır.) Dolayısıyla, belirli bir yıldıza işaret ettiğinizde onun konumunu iki açıyla tanımlayabilirsiniz: kuzeyden yatay dönüşünüz azimutu verir ve Ufuktan yukarıya doğru olan açı yüksekliği verir.8Bu sisteme deniryatay koordinat sistemiufka dayalı olduğu için. ("Yatay" kelimesi bu arada "yatay"dan gelir.) Bu yerel bir koordinat sistemidir çünkü diğer konumlar yıldız için farklı azimut ve yüksekliğe sahip olacaktır. Azimut ve yükseklik zamanla sürekli olarak değişir çünkü Dünya'nın dönüşü yıldızın hareket ediyormuş gibi görünmesine neden olur.

The denklemlerçünkü yükseklik ve azimut karmaşıktır; sinüsler, kosinüsler, arksinüsler, ve arktanjant. Denklemlerin neden karmaşık olduğunu anlamak için yıldız izlerinin zamana maruz bırakılmış bir fotoğrafını düşünün. Dünya döndükçe her yıldız Kuzey Yıldızı Polaris'in etrafında bir daire oluşturur. Bu dairesel yolu takip etmek için yükseklik ve azimut trigonometrik bir şekilde değişir. Bu hesaplama, daha sonra açıklanacağı gibi, Açı Bilgisayarı tarafından elektromekanik olarak gerçekleştirilir.

Şimdi bir yıldızın konumunun Hava Almanakında nasıl tanımlandığına geçelim (örneğin), yerel konumunuzdan bağımsız olarak. Yıldızların Dünya'yı çevreleyen büyük bir kürenin yüzeyinde olduğunu varsayalım. thegök küresi. Yıldızlar gök küresinin yüzeyinde sabittir, Dünya ise bir kez döner bir (yıldız)9gün ortada. Böylece gök küresine baktığınızda yıldızların hareket ettiğini görürsünüz. Dünya'nın ekvatorunu gök küresine kadar genişletebilirsiniz.gök ekvatoru. Aynı şekilde gök küresi degöksel kutuplar, Dünya'nın kutuplarıyla eşleşiyor. Dünya üzerinde, siz belirtin...