Orbital Instruments

インタラクティブ工学コレクション

コレクション 01 / アナログ計算

証拠と限界

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ヴォスホート時代の電気機械式航法

グローブス IMP

真鍮と鋼と動きで計算される軌道。

ИМП · レビュー v2

ドラッグで回転 · Shift+ドラッグでパン · クリックで点検

外観表示
写真に基づく · 検証済みの実寸レプリカではありません

計器を組み立てています…

初期条件と較正

解析上の周期復元されたIMPの較正値ではありません

分

軌道位相 · О

基準経度 · Э

固定した実演用の軌道傾斜角

円軌道モデルです。設定値は説明用のものであり、特定の飛行の再現ではありません。

地上軌跡公称で軌道の前後半周分

● 現在の直下点○ 着陸予測

計器の電源展示側の制御

展示用の操作です。電源をオフにすると、パルスアクチュエーターとプレビュー用モーターの両方が停止します。

レビューv2 · 機構と状態管理を修正しました。実機の正確な較正値と、隠れた伝達段は依然として未検証です。

再構成の注記を読む出典、確認された原理、モデル化した仮定

ボスホートのIMP · 後継のソユーズINKではありません

これは動作する教育用の再構成であり、計測学的に検証されたデジタルツインではありません。代表的な減速機構は、明示的に示した理想ゲインを通じて基準となる軌道積算器を駆動します。これは依然として、完全に復元されたIMPの歯車列ではありません。任意で表示できる後継INKのカム例は既定で非表示になっており、検証済みのIMPハードウェアとしては数えていません。このモデルを、宇宙船の航法・再突入計画・実機の製造に用いてはなりません。

このモデルが再現していること

初期の計器の前面配置、ロシア語の表記、地球儀、複合座標表示、カウンター、補正操作部は、フランソワ・ゲイ氏によるIMPの写真から解釈したものです。単一のパルスアクチュエーターと、独立した着陸予測用モーターを保持しています。後継INKの第2ソレノイド、独立した座標尺度、昼夜表示は、意図的に含めていません。

要素	証拠の水準
前面パネルの配置と部品の種類	写真に基づく。寸法比は推定値です
座標計算、および地球儀と表示の一致	解析的な円軌道モデル。数値的に検証済みです
個々の歯車、カムの輪郭、内部の正確な配置	代表的な形状です。実機の歯数と寸法は、参照した資料からは特定できていません
軌道傾斜角65°、初期周期90分	固定した教育用のシナリオであり、実際に飛行した機体の較正値ではありません
1秒または5秒のパルス、60枚歯のラチェット	教育用に選んだ値であり、検証済みのIMP仕様ではありません
120°の着陸先行角とモーターの遷移速度	説明用のプレビューであり、弾道再突入のモデルではありません
ハンマートーン塗装、真鍮、鋼、アクリル、紙	手続き的に近似した見た目であり、実測したPBRスキャンではありません
地球儀の地図表現	Natural Earthの海岸線データから作り直したものであり、当時のソ連の印刷地図そのものではありません

この再構成モデルの操作方法

ドラッグで周回、Shift+ドラッグまたは右クリックドラッグでパンします。モデルをクリックするとホイールを取得し、スクロールまたはピンチでズームできます。「正面表示」ボタンは、カメラを固定された十字線に合わせます。ЭとОのノブは、クリックすると経度基準と軌道位相をそれぞれ5°進め、Shift+クリックで逆方向に進みます。補正用のつまみは数字ドラムを操作し、中央をクリックすると10進の桁を選択できます。史料の記述には周期インジケーターの存在が示されていますが、その正確な尺度と補正の伝達機構は復元されていません。そのため、解析上の周期は別の設定として分けています。小さなカウンター用のハンドホイールは表示上の周回数を1つ加算し、Shift+クリックで1つ減算します(この刻み幅は教育用に選んだ値です)。この展示には、カウンターをゼロに戻す独立したボタンもあります。

モデルがキーボードを取得している間、Spaceは再生・一時停止の操作と同じように軌道時計を一時停止・再生します。ステップボタンは、仮定した1回分のシーケンサーパルスを進めます。XでX線表示、Eで分解表示を切り替え、Rでカメラを復元し、Escapeで取得を解除します。着陸モードは、軌道時計が一時停止していても、独立したシミュレーション上のプレビュー用モーターを使用します。電源をオフにすると両方のアクチュエーターが停止します。表示パネルは選択中のモードを示し、画面にはモーターが移動中であることが明示され、これは確定した着陸結果ではありません。軌道カウンターには、追加された着陸プレビューの角度は含まれません。分解表示は点検のために組立体を分離するものであり、接続された動作可能な構成ではありません。

レビューv2:接続台帳

動力の経路	実装済み / 未解決
パルス → ラチェット → 複合平歯車列	60枚歯の再構成したラチェット。24:96、20:100、20:92の組み合わせ。モジュール・中心距離・位相を一致させています。ラチェットのストロークは運動学的なものであり、力・接触のシミュレーションではありません。
終端軸 → 軌道	明示した理想ゲイン +92 × パルス間隔 / 周期(分)。実機の可変伝達機構は復元されておらず、機械的な完全性を暗に主張するものではありません。
地球側の系統 → 赤道リング	リングとピニオンの比を一致させ、同軸シャフトの打ち消しを明示しています。隠れた伝達機構の形状は再構成していません。
座標カム → ドラム	有限半径のローラーによる包絡線の輪郭、解析的なレバー較正。実機のカム形状とラック・レバーは復元されていません。
プレビュー用モーター → ウォームホイール → 位相加算機構	32対1に再構成したウォーム比。絶対的な移動量と、補正した差動遊星歯車の符号。ウォームホイールの歯面は見た目の近似であり、ホブ切りによる共役歯面ではありません。
数字表示	実際にテクスチャを施した回転する円筒です。桁の繰り上がりは運動学的なものであり、実機の繰り上がり機構は再構成していません。
任意表示のINK比較	閉じた円錐カム、有限半径のフォロワーによる包絡線、逆転しない出力です。IMPの補正伝達機構からは独立しています。
無線通信可視円	ボスホートにおける目的は資料で確認できます。その半径は説明用のものであり、較正された電波到達範囲の計算ではありません。

数理的な範囲

軌道角u、固定した軌道傾斜角i、東を正とする基準経度λ₀に対して:φ = asin(sin i sin u)、λ = atan2(cos i sin u, cos u) + λ₀ − ω⊕t。このシミュレーションは球形の地球と、恒星日86164.0905秒の自転周期を用いています。軌道離心率、歳差、摂動、大気抵抗、歯車のバックラッシ、摩擦、実際のカムの誤差は省略しています。着陸表示では、仮定した先行時間の間、軌道位相と理想化した地球の自転の両方を進めます。

主な参考資料

Yu. Tyapchenko · ボストーク/ボスホートの情報表示システム図16:10進の周期表示、桁選択、無線通信可視円、ボスホートの軌道カウンターと補正ハンドホイール。当時のシステム開発チームの回想を含みます。

François Guay · IMPの正面写真実機の写真、2009年2月26日撮影。CC BY-SA 3.0。

François Guay · IMPの内部写真実機の写真。真鍮製シャーシ、赤い配線、ドラムの配置。

François Guay · ボスホートGlobusの調査と展示実際に分解調査した観察記録。アクチュエーター、受動部品、パルス周期の不確かさ。

Ken Shirriff · Globus INKの内部後継の計器を区別し、赤道駆動の原理を説明するために使用しています。IMPの寸法図面としては扱っていません。

Ken Shirriff · Globus INKのリバースエンジニアリングカムと差動歯車の原理を比較するための証拠であり、IMPの歯車一覧ではありません。

Natural Earth · パブリックドメインの地図データ海岸線の形状のみを使用しています。地球儀の色・格子線・文字表記は作り直したものです。

実装

外部依存のないWebGL 2です。形状・シェーダー・テクスチャはページ内で生成し、海岸線と3枚の機械加工した板は、このサイト自身のアセットファイルから読み込みます。CDN・アカウント・アップロードは不要です。再構成した形状と生成した見た目:CC BY-SA 3.0。オリジナルのアプリケーションとレンダラーのコード:MIT。参考写真はリンクのみで、再配布はしていません。

現在描画されている表示をPNGとして保存します。これは再構成モデルの画像であり、写真や実測値ではありません。

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1964年頃 · コンピューティング

Globus IMP 航法計器

手で設定し、シーケンサーのパルスで駆動されるこの計器は、歯車・カム・差動歯車だけでボスホートの乗員の位置を予測しました——決して実測したわけではありません。

ボスホートの乗員には、いまどこにいるのかを尋ねられる計算機がありませんでした。あったのはこれです。筐体に収まった地球儀を、まず手で初期位置に合わせ、その後は宇宙船のシーケンサーから届くパルス、その1つの入力だけで駆動し、歯車・カム・差動歯車によって予測位置に変えます。実機のタイミングは確認されていないため、この展示ではパルスを毎秒または5秒ごとと仮定できます。

この再構成では、ソレノイドが爪を引き、歯が60枚ある爪車の次の歯へ送り込みます。噛み合わせを揃えた三段の歯車列が、これを92分の1に減速します。パルスとパルスの間は何ひとつ動きません。シーケンサーを1段ずつ送ると、計器はいったん静止し、それから跳ねます。緯度は軌道幾何の逆正弦に沿って削られたカムから取り出します。経度の補正はもう1枚のカムから取り出します。傾いた地上軌跡は、半周のあいだ軌道角より遅れ、残りの半周では先行するからです。そこへ地球自身の自転が加わるため、1周ごとに前の周より西へ落ちます。

独立した着陸予測用モーターが、地球儀を説明用の着陸位置まで前へ振ります。これは独自の時計を持っており、軌道を一時停止してもこのモーターは止まらず、計器の電源を切ったときだけ止まります。モーターが落ち着くまで、表示部には移動中であることが明示されます。

この再構成があえて作り出さないものが2つあります。軌道周期を決めていた可変変速機構は現物が伝わっていないため、この展示は機構を演じるのではなく、明示的にラベル付けした理想ゲインとして比を適用します。そして3桁の補正コードは、コードとして合わせ、コードとして報告します。それが分単位で何を意味していたのかは分かっていないからです。各サブシステムには、それぞれ独自の証拠に関する注記が添えられており、歯数・カムの輪郭・配線は代表的なものであって、復元された実物ではありません。

仕様

入力: 1秒または5秒ごとと仮定したシーケンサーのパルス。1回につき爪車の歯1枚分
歯車列: 再構成した歯数60の爪車と、24:96、20:100、20:92の各段(92:1)
関数: 緯度と経度の補正を、それぞれカムとして削り出し
時計: パルス駆動の軌道時計と、独立した着陸予測用モーター
出力: 時間に基づく位置予測であり、航法上の実測値ではありません
位置づけ: 写真に基づく再構成。メーカーの図面でも、検証済みの実寸レプリカでもありません

全展示

グローブス IMP

今号の展示