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地球轨道插入 (P11)

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地球入轨监控程序 (P11) 负责监控和引导指挥舱飞船从发射升空到进入地球轨道。该程序提供关键飞行参数的实时监控,管理助推阶段的飞船姿态控制,并为轨道操作准备制导系统。

目的和功能

P11 作为任务关键初始阶段的主要制导程序,执行多项关键功能:

  1. 在发射升空时将 CMC 时钟归零,建立时间参考
  2. 计算和维护导航参考系
  3. 向飞行指令姿态指示器 (FDAI) 提供姿态误差显示
  4. 监控并显示速度、高度和变化率等飞行参数
  5. 在俯仰和滚转机动期间支持土星助推器控制

该程序从发射升空时启动,并一直运行,直到飞船达到稳定的地球轨道后由宇航员手动终止。

程序初始化

P11 可以通过两种方式启动:

  1. 自动:当接收到升空离散信号时,由陀螺罗盘程序 (P02) 触发
  2. 手动:通过 VERB 75 ENTER 作为备用方法启动

来源:Comanche055/P11.agc36-74 Comanche055/P11.agc151-197

初始化顺序

激活后,P11 执行一系列初始化步骤:

  1. 存储重启点以保护程序
  2. 将 CMC 时钟(TIME2 寄存器)归零
  3. 更新星历时间 (TEPHEM)
  4. 在 PREREAD1 处启动服务程序,以初始化平均-G 导航
  5. 将主模式更改为 11
  6. 清除 DSKY 显示
  7. 存储升空时的 IMU-CDU 角度以显示姿态误差
  8. 终止陀螺罗盘操作
  9. 计算初始位置和速度矢量 (RN, VN)
  10. 计算 REFSMMAT 用于发射前对准
  11. 设置 FDAI 姿态误差显示

REFSMMAT(参考稳定成员矩阵)根据当地垂直线和发射方位角计算。

UZ = Unit vector of local vertical at liftoff (down)
UX = Unit vector at launch azimuth (horizontal)
UY = UZ × UX (cross product)

来源:Comanche055/P11.agc158-197 Comanche055/P11.agc286-323

监控和显示

P11 通过 DSKY(显示器和键盘)界面持续监控关键飞行参数。主显示屏是 NOUN 62,显示内容如下:

注册参数描述单元
R1VI惯性速度大小英尺每秒
R2HDOT高度变化率英尺每秒
R3H距发射台高度海里

这些信息由 VHHDOT 例程计算,该例程通过服务程序中的 AVGEXIT 机制每 2 秒调用一次。

来源:Comanche055/P11.agc409-419 Comanche055/P11.agc724-741

宇航员请求的显示

当飞船达到 300,000 英尺以上的高度时,宇航员可以请求额外的显示:

  1. 到达近地点的时间:

    • R1:小时
    • R2:分钟
  2. 轨道参数:

    • R1:远地点高度(海里)
    • R2:近地点高度(海里)
    • R3:TFF(自由落体时间),单位分钟/秒

在查看这些可选显示后,宇航员必须按下 PROCEED 键才能返回标准 NOUN 62 显示。

来源:Comanche055/P11.agc98-110

助推期间的姿态控制

P11 在土星助推操作期间通过 FDAI 指针提供姿态误差显示。姿态控制根据任务时间以不同模式运行:

姿态控制系统有两个主要阶段:

  1. 初始保持阶段:从发射升空到 RPSTART(大约 0 到 +10 秒)
    • 保持升空时存储的姿态
  2. 多项式制导阶段:从 RPSTART 到 POLYSTOP(大约 +10 到 +133 秒)
    • CMC 俯仰和滚转多项式指定的期望姿态
    • 指导土星进行展开和俯仰机动

多项式制导使用六阶多项式进行俯仰控制(由 POWRSERS 例程评估),并使用线性方程进行滚转控制。

来源:Comanche055/P11.agc433-487 497-568 541-675

土星接管功能

P11 包含一个土星接管功能,可通过 VERB 46 激活。启用此模式时:

  1. 将旋转手控器 (RHC) 命令视为体轴速率命令
  2. 将这些命令作为直流电压传输到土星制导系统
  3. 使用 0.5 度/秒的恒定速率命令
  4. 在 FDAI 误差指针上指示速率命令值

此功能允许宇航员在特殊情况下直接控制土星助推器的姿态。

来源:Comanche055/P11.agc779-923

正常退出模式

P11 的正常退出方式是宇航员输入:

VERB 37 ENTER 00 ENTER

此命令序列指示计算机退出 P11 并返回到空闲程序 (P00)。

来源:Comanche055/P11.agc113

实现细节

关键数据结构

  1. TLIFTOFF:发射升空时间,用作参考
  2. TEPHEM:星历时间,在升空时更新
  3. RN, VN:位置和速度矢量
  4. REFSMMAT:用于 IMU 对准的参考稳定成员矩阵
  5. OGC, IGC, MGC:升空时的万向节角度,存储用于姿态参考
  6. VMAGI, HDOT, ALTI:在 NOUN 62 中显示的飞行参数

程序流程和重启

P11 包含重启保护机制,以处理关键操作期间潜在的计算机重启。

  1. 在程序初始化时设置重启点 (REP11, REP11S)
  2. 将关键时间值存储在 LIFTTEMP 中以供恢复
  3. 使用受保护的序列更新星历时间
  4. 确保在重启期间正确维护导航状态

这种保护至关重要,因为在关键的升空阶段重启可能会导致导航精度损失。

来源:Comanche055/P11.agc162-197 Comanche055/P11.agc366-390

与航天器系统集成

P11 与其他几个航天器系统协同工作:

  1. IMU(惯性测量单元):提供姿态参考
  2. FDAI(飞行指令姿态指示器):显示姿态误差
  3. DSKY(显示器和键盘):与宇航员交互
  4. 土星飞行控制系统:在助推期间接收制导指令
  5. 导航系统:提供位置和速度数据

该程序在关键的地球入轨阶段充当这些系统之间的协调要素。

技术限制与注意事项

  1. 时间限制:P11 必须在有限的计算资源下管理多个时间敏感任务
  2. 精度要求:导航精度对于入轨至关重要
  3. 重启保护:程序必须优雅地处理潜在的计算机重启
  4. 硬件交互:协调多个硬件系统(IMU、FDAI、土星控制)

这些考量影响了 P11 的设计和实现,尤其关注重启保护和计算资源的有效利用。