DE2015444C3 - Einrichtung zur Lageregelung von Raumfahrzeugen - Google Patents

Description

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Positionen gegenüber dem Bezugsraumkörper bekennzeichner, daß ein aus zwei mit Abstand von- findet. Dies·.· Positionen sind durch den Ein- bzw. einander angeordneten strahlungsempfindlichen 20 den Austritt des Bezugsraumkörper-Horizontes in Elementen (4,5) bestehender Doppeldetektor (3) das Gesichtsfeld des Meßinstrumentes gekennzeichin einem'Gehäuse (1) angeordnet ist, das ein bei- net. Als Meßinstrumente werden dabei strahlung-.-den Elementen gemeinsames Objektiv (2) auf- empfindliche Detektoren in Verbindung mit einem weist. optischen Abbildungssystem verwendet, die die

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2. da- 25 Strahlung des Be/ugsraumkörpers erfassen und in durch gekennzeichnet, daß ein Interferenzfilter elektrische Impulse umwandeln. Das gesamte Meßin-(6) vorgesehen ist, das die Strahlung des Bezugs- strument wird als Sensor bezeichnet,
raumkörper im nicht interessierenden Wellen- Bei solchen Raumflugkörpern, denen die Erde als liingenbereich ausblendet. Bezugsraumkörper zugeordnet ist, hat es sich nun als

4 Einrichtung nach Anspruch 1.2 oder 3 da- 30 besonders günstig herausgestellt, die Eigcnstrahlun»

durch gekennzeichnet, daß den Detektoren (4, S) des in der Lufthülle der Erde enthaltenen CO₂ als

jeweils eine aus einem Vorverstärker (16) und Bezugsstrahlung heranzuziehen. Fs ist nämlich fcs.t-

einem liauptverstä.'kcr (18) bestehende Ver- gestellt worden, daß diese Strahlung im Wellenlän-

stärkerstufe nachgeschaltet ist, an deren Ausgang genbereich zwischen 14 und Κιμπι in einer Höht¹ von

eine elektronische Weiche (20) vorgesehen ist, 35 60 km über der Erdoberfläche (Tangentenhöhe) be-

von der auf. die in der Verstärkerstute erzeugten ginnt und in einer Tangentenhöhe von 20 km ein

positiven und negativen Impulsanteile auf ge- dann konstant bleibendes Maximum erreicht. Wir i

trennten Wegen Schwcllwertschaltern (21) züge- also diese Strahlung als von dem Meßinstrument zu

führt werden, die ein Signal zur Triggerung von erfassende Bezugsstrahluri_& herangezogen, so ist <:e-

nachgeschalteten Monoflops (22) bei jeweils hai- 40 währleistei, daß ein derart abgegebenes Lagesigna!

ber Impulshöhe abgeben, und daß je ein Koinzi- von dem meteorologischen Geschehen auf der l.rde.

denzglied (I-·, 2S) lür den positiven und den ne- insbesondere von der WolkenbiMung, unbeeinflußt

gativen Anteil der auf den den beiden Detektoren bleibt.

zugeordneten Kanälen (12, 13) erscheinenden Als Strahlungsdetektoren können an Mch bekannte

Impulse vorgesehen ist. 45 Infrarot-Detektoren zur Anwendung kommen, von

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- denen besonders zwei Typen, nämlich Her pyroeleX-kennzeichnet, daß die Monoflops (22) eines jeden trische Detektor und das Thermistor-Bolometer, /ti Kanals (12, 13) mit einer einen Hilfsausganpsim- nennen «-ind.

puls abgebenden Endstufe (27, 28) verbunden Aus der Zeitschrift Luftfahrttechnik Raumfahrtsind. 50 technik. 1967, Nr. 1, S. 17 und 18. sind eine Reihe

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, da- von Sensoren bekannt. So ist z. B. in Bild 3 ein Sondurch gekennzeichnet, daß dem Hauptverstärker nensensor dargestellt, der sowohl einen Fein- als (18) ein die Impulshöhe automatisch regelndes auch einen Grobsensor aufweist. Die voneinander Regelglied (23) zugeordnet ist. abgeschirmten Grob- und Feinsensoren haben zwar

7. Einrichtung nach Anspruch 6. gekenn/cich- 55 eine gemeinsame optische Achse, jedoch weisen sie net durch eine Rückfünrung des Ausgangssitmals unterschiedliche Gesichtswinkel auf, so daß eine des Hauptverstärkers (18) über einen Gleichrich- Richtungsbestimmung bei Auftreffen der Strahlung ter und ein Zeitglied auf den Regeleingang des auf die Sensoren möglich ist. Nachteilig ist, daß der Hauptverstärkers. Sonnensensor nur niedrigen Ccir.uiigkeitsnnsprüchen

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7. da- 60 genügt.

durch gekennzeichnet, daß das Aiisgangssignal Der in der USA.-Patentschrift 3 414 214 beschrie-

des Regelgliedes (23) den Schwellwertsehaltcrn bene drallstabilisierte Raumflugkörper weist zwei Scn-(21) zur Verstellung der Schwellenwerte zufuhr- soren mit im Winkel zueinander gestellten optischen bar ist. Achsen auf. Die Sensoren erzeugen beim Durchgang

65 ihres Gesichtsfeldes durch den Bczugsraumkörpcr-Hori/rint Signale, die für eine Lageregelung ausgenutzt werden. Die optischen Achsen der Sensoren sind so weit auseinandcrecstcllt. daß beim Aiiswci-

_chen der Drallachse des Raumflugkörpers aus der

ausder vorgeschriebenen Richtung der möglichst große Abweichungen der Sen-

A Filamenten a,f die U- *«*

^ _Ausführungsform der Erfindung orzug Detektoren jeweds.eme aus

rr

rr ska

IS to «™, daß ein reh.crhaftcs S.euer^na, ^CTf Ä li, Λ Aufgab, ,ugrund», eine

vo„ de,

^M°j

dbe^enzun,cn der Detektoren größer oder m.ndeslens gleich den. Winkel ist, unter dem em störender Raumkörper den Sensoren erschemt und daß erne «emcinsamc Koinzidenzstufe vorgesehen «st, an de re," Auswing ein S_lgnal nur bei gleichzen.gem Vorhe- »en von Signalen aus beiden Detektoren ersehe nt ^fc Ein Vorteil der Erfindung besteht dann daß Sr-

30 - Ho_rizonte_S ^P des Bezugsraurnkorpers m Siel ac _Dctektorcn tritt, und «n negtivg

^, ^f _auMer anderen Seite des Raumk^ das

w . Detektoren wieder verlaßt, υ e

Ge ch te ^^^ _{daß an} ^ _de d,_e

^ Strahlungsmaximums erreicht wird, D

HaIUe ^ ^ ^₃ Tangenten^^o

Sonne und Mond oder andere Storob^ktc sind ,durch die Winkelstellung der be.den Meßdetektoren und Sie nachfolgende Endschaltung der Ausgangs mpulse vollkommen aus ges ehalt*t · ^E'ⁿ ^

b ^ _{Hilfsausgänge}, _d,c iir,' ^Fa"^e _cr ^de _f ^S _erngcsltr_ucrt

_Hauptausganges automatisch ode ter h Js ,änderen Befehl cngescha Itet^cri« ko _nen, erlauben auch dann noch «n^rbeu ^

feld von 1° angenommen w.rd muß der Wmkd ζ- ι «hen den „p.ischen Achsen der beiden De.ek.oien

^SVlS de, Eririun. -in.. ™g rSsiS

_BKUgsia„mkötper_S immer am selben un ^ 6 A^hnnpbei^ie! der

Fig. 3 eine Prinzip-Darstellung der Schaltung der der beiden Kanäle 12 bzw. 13 oder der Koinzidenz-Detektoren, stufe 10 eingeschaltet werden können und über die F i g. 4 ein Blockschaltbild der Einrichtung. dann immci noch ein Impuls abgegeben werden Nach Fig. 1 ist in einem Gehäuse 1 ein aus zwei kann.

strahlungsempfindlichcn Elementen 4 und 5 gcbilde- 5 Wie der Aufbau dieser Schallung im einzelnen ter Doppeldetektor3 im Brennpunkt eines aus einer aussieht, ist in der Fig.4 näher dargestellt. Die bci-Germanium-Linse 2 bestehenden Objektivs angcord- den den slrahlungsempfindlichcn Elementen 4 und 5 net. Die beiden strahlungsempfindlichen Elemente nachgcschaltelm Meßwerlverarbeitungskanälc 12 (Detektoren) 4 und 5 des Doppeldctektors 3 weisen und 13 sind völlig identisch und weisen einen Vordabei einen geringen Abstand voneinander auf, so io verstärker 16. einen Entzerrer 17 (bei Verwendung daß ihre optischen Achsen, die durch die Verbindung von ThermiMor-Bolomctcrn als Detektoren können des Flächcnmittclpunktcs des Elementes mil dem diese Entzerrer wegfallen), einen mit einem Hoch-Mittelpunkt der Linse 2 gebildet werden, Hnen Win- paß- und einem Tieipaßglicd ausgerüsteten Hauptkel einschließen, dessen Größe sich nach dem Ab- verstärker 18, eine elektronische Weiche 20. Schwcllstand der beiden strahlungsempfindlichen Elemente 4 15 wcrtschaller 21 und Monoflops 22 auf. Ein Regel- und 5 voneinander und der Brennweite der Linse 2 glied 23. das einen Gleichrichter und ein Zciigüeo bemißt. Die Verbindungslinien zwischen dem Lin- umfaßt u:iJ mit dem Ausgang des Hauptverstärkers senmiltclpunkt und den Rändern der strahlungsemp- 18 verbunden ist, ist an den Rcgcleingang des \ erfindlichen Elemente 4 bzw. 5 begrenzen das Gesichts- stärkers 18 angeschlossen und ist weiterhin mit den feld, das bei den hier verwendeten Detektoren opti- ao Schwellwertschallein 21 zu deren Beaufschlagung mal bei einem Winkel von efva 1 IiCg₁ (bei der mit Rcgelsignalen verbunden.

Erde als Bezugsraumkörper). Die Koinzidenzstufe 10 weist zwei Koinzidcnzglic-

Die Gesichtsfelder der beiden Detektoren schlic- der 24 und 25 auf. von denen das eine 24 für die po-

ßen nun, wie in Fig. 2 in stark übertriebener Dar- sitiven Impulse der Kanäle 12 und 13 vorgesehen ist.

stellung zu erkennen ist. einen Winkel ein. der je 25 während das andere 25 mit den die negativen Im-

nach Einsatzort des Raumflugkörpers und der Giöße pulse führenden Zweigen der Kanäle 12 und 13 vci-

der möglicherweise störenden Raumkörper so be- bundcn ist. Beide Koinzidenzglicdcr 24 und 25 «teu-

messen sein muß, daß die störenden Raumkörper ern eine Endstufe 26 an, an deren Ausgang 11 dei

keinesfalls in das Gesichtsfeld beider Detekto.cn ge- Hauptausgangsimpuls erscheint. Daneben sind noch

langen können. So müssen beispielsweise für einen 30 die Hilfsausgänge 14 und 15 voigeschcn. wobei der

Erdsatelliten die zueinander in Beziehung stehenden Ausgang 14 über eine Endstufe 27 vom Kanal 12

Abmessungen, nämlich Abstand der strahlung':mp- und dei Ausgang 15 über eine Endstufe 28 vom Ka-

findlichen Elemente untereinander, Elemcntcnflächc nal 13 angesteuert wird.

und I inscnhiennuoitc so gewählt sein, daß die opti- Im folgenden soll nun die Wirkungsweise und die

sehen Achsen der beiden Elemente einen Winkel von 35 Signalverarbeitung für eine in einem Erdsatelliten

mindestens 1.5 bilden (bei je 1 Gesichtswinkel), eingebaute crlinduncsgcmälte Einrichtung naher cr-

also zwischen den Gesichtsfeldern, die in Fig. 2 läutert werden.

durch die Linien 8 für das Element 5 und die Li- Da^ am Detektomusgang erscheinende Sienai än-

nicn9 für das Element 4 begrenzt sind, ein Winkel der: sich innerhalb do Zeil, während der das Detek-

von mindestens 0.5 verbleibt. Auf diese Weise kön- 4° torgcsiehtsfeUl aus dem Weltraum kommend, sich

nen weder Sonne noch Mond, die beide unter dem dem Erdhori/ont nähert, von Null (entsprechend

Winkel von 0.5 erscheinen, eine gleichzeitige An- Weltraum) au! sein Maximum (entsprechend 20 km

zeige in beiden Detektoren bewirken. Tangentenhöhe) und fällt dann, nachdem es bei

ι Das Gehäuse 1 weist gemäß Fig. 1 weiterhin noch Lberstreichung der Erdoberfläche etwa konstant >_v

'■. ringförmige, als Lichtfallen wirkende Rippen 7 auf, 45 blieben ist. wieder auf Null ab. Dieses Detektorsignal

die eine Beaufschlagung des Doppeldetektors 3 durch wird in dem rauscharmen Vorverstärker 16 verstärkt

schräg einfallende, von den Wänden reflektierende und gegebenenfalls (bei Verwendung eines pyroelck-

ί Strahlung verhindert. Der Linse 2 ist darüber hinaus Irischen Detektors) in dem Entzerrer 17 entzerrt,

ein Interferenzfilter 6 vorgeschaltet, das die nicht in- dem Hauptverstärker 18 zugeführt. Die wenicer

ι tercssiercndcn Wellenlängen außerhalb des Bereiches 50 wichtigen hohen und liefen Frequenzanteile werden

; zwischen 14 und 16 um ausblendet, so daß nur die in den im Hauptverstärker 18 enthaltenen Tief- bzw

!; Eigenstrahlung des CO₂ in den oberen Schichten der Hochpaßglicdcrn unterdrückt, so daß schließlich air

k Atmosphäre bis zum Doppeldctektor 3 gelangt. Ausgang des Hauptverstärkers 18 ein Signal er-

An Stelle des Interferenzfilters 6 wäre es auch scheint, das je Umlauf aus zwei Spitzen-Impulsen υπ-

f- möglich, die Linsen 2 selbst mit einer entsprechenden 55 terschicdlicher Polarität besteht, wobei der positiv* Filterschicht zu versehen, die durch Aufdampfen auf Impuls dem Anstieg des Dctektorausgarsassisnal·

f eine der Linsenoberflächen aufgebracht wird. von Null auf das Maximum und der negative Irnpiil:

f Die Prinzipdarstellung nach Fig. 3 zeigt, daß den dem Abfall von Maximum auf Null entspricht. Dii

beiden strahlungsempfindlichcn Elementen 4 und 5 je Polarität dieser Impulse gibt also eine Informatioi

ein eigener Meßwertverarbeitungskanal 12 bzw. 13 60 über die Reihenfolge des Durchuangs von Erdhori

nachgeschaltet ist und daß die Ausgänge der beiden zont und Weltraum durch das Detektorgesichtsfcld

§ Kanäle über eine Koinzidenzstufc 10 zu einem Und zwar gibt der positive Impuls an. daß erst de

Haupt-Impulsausgang 11 führen. Am Haupt-Impuls- Weltraum und danach der Erdhorizont in das Dctek

ausuang 11 erscheint jedoch nur dann ein Impuls, torgesichtsfeld gelangten, während beim negative:

f wenn am Eingang der Koinzidenzstufc 10 gleichzeitip 65 Impuls die Reihenfolge umgekehrt ist.

·.₍.n beiden Kanälen 12 und 13 ein Impuls ansteht Die positiven und negativen Impulse werden dan

f (I nd-Bcdingung). Zusätzlich sind noch zwei Hilfs- von der elektronischen Weiche 20, die aus zw<

niisgänuc 14 und 15 vorgesehen, die bei Ausfall eines Gleichrichtern bestehen kann, voneinander getrenr

und den Schwellwertschalter!! 21 zugeführt, die bei Errcicheii eines bestimmten Schwellenwertes des Eingangssignal ein Ausgangssignal abgeben. Dieser Schwellenwert liegt hier bei halber maximaler Impulshöhe (entsprechend 40 km Tangentenhöhe). Mi; den Ausgangssignalen der Schwellwertschalter 21 werden Monoflops 22 (monostabile Mullivibratoren) getriggert, die zur Erzeugung exakter Rechteckimpulse dienen. Die Schwellwertschalter 21 und die Monoflops 22 müssen für den positiven und den negativen Impuls gelrennt vorgesehen sein.

Die von den Monoflops 22 erzeugten Impulse beider Kanäle 12 und 13 gehen dann der Koinzidenzetufe 10 mit den beiden Koinzideiizglicdern 24 und 25 zu, die jeweils nur bei gleichzeitigem Vorliegen von Impulsen aus beiden Kanälen diese auf die Endstufe 26 mit dem Ausgang 11 durchschalten.

Die positiven und negativen Impulse jedes Kanals 12 bzw. 13 können aber auch auf die Endstufen 27 bzw. 28 mil den Hilfsausgängen 14 bzw. 15 durchgeschaltet werden, so daß auch bei Versagen eines Kanals oder der Koinziden/stufe 10 immer noch Ausgangsimpulsc, die allerdings nun durch Störobjekie verfälscht werden können, abgegeben werden.

Da nun die von dem Detektor erfaßte Strahlungsstärke vom geographischen Ort und von der Jalires-/■.cit abhängig ist und daher die Impulshohe nicht von sich aus exakt konstant bleibt, wird der Ausgang des Hauptveisläikers 18 über das einen Gleichrichter und ein Zcitglicd enthaltende Rcgejglied 23 auf den

ίο Regeieingang des Hauplverstärkers 18 zurückgeführt. Diese Regelung ist der Schwundregelung eines Hochfrequcnzempfängers vergleichbar. Durch diese Rückführung wird die Impulshöhc des Ausgangssignals des Hauptverstärkers nahezu konstant gehalten.

Dieses im Regelglied 23 erzeugte Signal kann zusätzlich noch den Schwellwertschaltern 21 zur Verstellung der Schwellenwerte zugeführt werden, um auch auf diese Weise zu erreichen, daß der Triggerimpuls immer bei Erreichen der halben Impulshöhe ausge-

ao löst wird, also immer zu einem Zeitpunkt, der einer Tangentenhöhe von 40 km entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung Patentansprüche: zur Lageregelung von Raumfahrzeugen mit zwei die Strahlung eines Bezugsraumkörpers erfassenden Scn-

1. Einrichtung zur Lageregelung von Raum- sorcn, die Detektoren mit im Winkel gegeneinander fahrzeugen mit zwei die Strahlung eines Bezugs- 5 verstellten optischen Achsen aufweisen,
raumkörper erfassenden Sensoren, die Detekto- Die Lageregelung von drallstabilisierten Raumkörren mit im Winkel gegeneinander verstellten opti- pern kann beispielsweise mit Hilfe von elektrischen sehen Achsen aufweisen, dadurch gekenn- Impulsen erfolgen. Drallstabiliserte Raumflugkörper zeichnet, daß der Winkel zwischen den inne- führen zum Zwecke ihrer festen Ausrichtung auf ren Gesichtsfeldbegrenzungen der Detektoren io einen Raumpunkt eine dauernde Drehung um eine (4,5) größer oder mindestens gleich dem Winkel Körperachse (Drallachse) aus, während sie sich auf ist, unter dem ein störender Raumkörper den ihrer Raumflugbahn bewegen. Um nun Signale u. a. Sensoren erscheint und daß eine gemeinsame für eine eventuell notwendige Kurskorrektur und da-Koinzidenzstufe (10) vorgesehen ist. an deren mit der Ausrichtung der Drallachse zu erhalten, sol-Ausgang (11) ein Signal nur bei gleichzeitigem 15 len von auf dem Raumflugkörper angeordneten Mc-Vorliegen von Signalen aus beiden Detektoren ßinstrumenten immer dann Impulse ausgegeben wer-(4, 5) erschein!. den. wenn sich der Raumflugkörper in bestimmten