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作者：Shirriff，排版：曉宇

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蘇聯(lián)太空計(jì)劃使用與美國航天器完全不同的控制裝置和儀器，聯(lián)盟號宇宙飛船上最有趣的導(dǎo)航儀器之一是 Globus，它使用旋轉(zhuǎn)的地球儀來指示宇宙飛船在地球上方的位置，這種導(dǎo)航儀器是一種機(jī)電模擬計(jì)算機(jī)，它使用齒輪、凸輪和差速器組成的精密系統(tǒng)來計(jì)算航天器的位置。

最近從一位收藏家那里收到了一個(gè) Globus，將其打開進(jìn)行維修和逆向工程。大概看看它是如何運(yùn)作的，這里展示下它的內(nèi)部機(jī)制，并描述了到目前為止我從逆向工程中學(xué)到的東西。下圖展示了該設(shè)備的機(jī)械復(fù)雜性，其中還包含一些繼電器、螺線管和其他電氣元件。

功能性

Globus 的主要目的是指示航天器的位置。地球儀旋轉(zhuǎn)，塑料圓頂上固定的十字準(zhǔn)線指示航天器的位置。因此，地球儀與宇航員對地球的看法相匹配，使他們能夠確認(rèn)自己的位置。地球旁邊的緯度和經(jīng)度刻度盤提供了位置的數(shù)字指示。同時(shí)，底部的光影刻度盤顯示飛船何時(shí)會被太陽照亮或處于陰影中，這是對接的重要信息。Globus 也有一個(gè)軌道計(jì)數(shù)器，指示軌道數(shù)。

Globus 有第二種模式，指示航天器如果發(fā)射逆向火箭開始著陸，將在何處著陸。按下開關(guān)會導(dǎo)致地球儀旋轉(zhuǎn)，直到著陸點(diǎn)位于十字準(zhǔn)線下方，宇航員可以評估該著陸點(diǎn)的適用性。

宇航員通過轉(zhuǎn)動旋鈕來設(shè)置航天器的初始位置和軌道周期來配置Globus，與阿波羅制導(dǎo)計(jì)算機(jī)不同，Globus 沒有從慣性測量單元 (IMU) 或其他來源接收導(dǎo)航信息，因此它不知道航天器的真實(shí)位置，純粹是預(yù)測位置的顯示。

地球著陸

地球本身因其體積小，這里顯示了山脈、湖泊和河流等地形特征。地圖上的這些特征幫助宇航員將他們的位置與他們在地球上看到的地理特征進(jìn)行比較。這些特征對于選擇著陸點(diǎn)也很重要，這樣他們就可以看到他們將在什么樣的地形上著陸。大多數(shù)情況下，地圖沒有顯示政治邊界，除了紅色和紫色的粗線。這條線顯示了蘇聯(lián)的邊界，以及共產(chǎn)主義國家和非共產(chǎn)主義國家之間的邊界，對于選擇著陸點(diǎn)也很重要。地球上還有編號為 1 到 8 的圓圈，表示與航天器通信的無線電站點(diǎn)，使宇航員能夠確定可以聯(lián)系哪些地面站。

Globus 使用大量差動齒輪來增加或減少旋轉(zhuǎn)，下圖顯示了兩組并排的差速器。

為了獲得著陸位置，電機(jī)旋轉(zhuǎn)地球儀直到旋轉(zhuǎn)指定角度后停止。實(shí)現(xiàn)它的機(jī)制如下所示。面板上的調(diào)節(jié)旋鈕轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)軸，通過渦輪將限位開關(guān)移動到所需角度，電線纏繞在一個(gè)輪子上，因此在此移動過程中電線保持受控，當(dāng)驅(qū)動電機(jī)啟動時(shí)，它會同時(shí)旋轉(zhuǎn)地球儀和擺臂。由于當(dāng)擺臂碰到角度限位開關(guān)時(shí)電機(jī)停止，因此地球儀會旋轉(zhuǎn)所需的角度。固定限位開關(guān)用于將地球儀的位置返回到其常規(guī)的軌道位置。

電子部分

雖然 Globus 主要是機(jī)械式的，但它有一塊電子板，上面有四個(gè)繼電器和一個(gè)晶體管，以及電阻器和二極管。我認(rèn)為這些繼電器中的大多數(shù)控制著陸位置機(jī)構(gòu)，驅(qū)動電機(jī)前進(jìn)或后退并在限位開關(guān)處停止，二極管是反激式二極管，兩個(gè)二極管串聯(lián)在每個(gè)繼電器線圈上，以消除線圈斷開時(shí)的感應(yīng)沖擊。

60年代的繼電器的樣子

一個(gè) 360° 電位器（下圖）將航天器的軌道位置轉(zhuǎn)換為電壓。消息來源表明，Globus 將此電壓信號提供給航天器上的其他單元。我感覺是電子板上的晶體管放大了這個(gè)電壓，但仍在確認(rèn)中。

60年代的電位器的樣子

下圖顯示了 Globus 中的多個(gè)接線束，位于前面和左側(cè)。電子板在右前方。Globus 包含驚人數(shù)量的接線，用于主要是機(jī)械的設(shè)備。不方便的是，盒子外部連接器（左上）的所有電線都被切斷了，也許這是該裝置退役的一部分。然而，表殼上的一個(gè)螺絲上覆蓋著一個(gè)帶有徽章的防篡改蠟封，這個(gè)蠟封完好無損。這表明該裝置在切斷電線后正式重新密封，這對于退役裝置沒有意義。

整齊美觀的線束

驅(qū)動螺線管

該裝置由兩個(gè)棘輪螺線管驅(qū)動：一個(gè)用于軌道旋轉(zhuǎn)，一個(gè)用于地球自轉(zhuǎn)。這些螺線管接收 1 赫茲的 27 伏脈沖。3 每個(gè)脈沖使螺線管使齒輪前進(jìn)一個(gè)齒；棘爪可防止齒輪滑回。這些小的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動整個(gè) Globus 的齒輪，并導(dǎo)致地球儀發(fā)生微小的移動。

最后

Globus INK 是一臺非凡的機(jī)器，一臺模擬計(jì)算機(jī)，通過齒輪、凸輪和差速器的復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算軌道。它為宇航員提供了航天器位置的高分辨率、全彩顯示，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 1960 年代電子太空計(jì)算機(jī)所能提供的。

雖然 Globus 是一種令人驚嘆的機(jī)械計(jì)算，但它的功能是有限的。它的參數(shù)必須手動配置：航天器的起始位置、軌道速度、光/影區(qū)域和著陸角度。它不接受任何外部引導(dǎo)輸入，例如 IMU（慣性測量單元），因此它不是特別準(zhǔn)確。最后，它只支持固定角度的圓形軌道。雖然更現(xiàn)代的數(shù)字顯示器缺乏旋轉(zhuǎn)地球儀的物理魅力，但數(shù)字解決方案提供了更多的功能。

反正也看不懂，大家欣賞下照片好了，真想不出這是上世紀(jì)60年代的產(chǎn)物，涉及到太多專業(yè)的領(lǐng)域，物理，化學(xué)，基礎(chǔ)材料，電子，機(jī)械，航天等等的完美結(jié)合。只想說，搞這些的人是真正研究科技的人，當(dāng)下，我們，最缺的也是這樣的科技人才，真正沉下心來，不浮躁，真正做技術(shù)。

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原文標(biāo)題：Globus INK 內(nèi)部：欣賞下用于蘇聯(lián)航天的機(jī)械導(dǎo)航計(jì)算機(jī)

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