Jak NASA vyřešila miliónový problém  
Před několika lety inženýři NASA zjistili, že raketa Ares má zásadní konstrukční chybu, která ohrožuje celý projekt Constellation. Náklady na odstranění propočítali na stovky miliónů dolarů a začali se smiřovat s myšlenkou, že řešení zabere léta. Pak někdo přišel s nápadem a stálo to jako jedna večeře v restauraci.

 

 

Zvětšit obrázek
Ares1: Kredit NASA

Problém rakety Ares 1 nebyl v jejím nosiči nebo počítačích, ale v běžných fyzikálních zákonitostech. Jak nosná raketa na pevná paliva během závěrečné fáze startu dohořívá, s úbytkem hmotnosti vibruje se stále větší intenzitou. Kmity se přenášejí i na modul s posádkou. A jsou tak velké, že při nich astronouti nemohou číst údaje z digitálních displejů. Nemohou-li číst, nemohou ani dělat svou práci, a tak by celá mise byla zbytečná.


Pro řešení podobných problémů má NASA Divizi lidských faktorů (Human Factors division), v níž pracují experti na lidské chování, psychiku, výkonnost ve stížených podmínkách,... Ve skutečnosti to byli oni, kdo před půl stoletím provedli vibrační testy u projektu Gemini. Tenkrát ale informací z čidel nebylo mnoho a zobrazovaly se analogovými ukazateli. Nikdo netušil, že přechod na displeje přivodí takový problém. Logika věci velela hledat nápravu v úpravě sedaček.

 

VIDEO: Start rakety Ares I-X (2009). Kredit: NASA

 

 

 

Zvětšit obrázek
Gemini. Kredit: NASA

Začalo se s převládajícím směrem kmitání - s vertikálními vibracemi. Rezonanční frekvence rakety byla vypočtena na 12 Hz s hraničními hodnotami 10 Hz a 13Hz. Pro testy s lidmi bylo třeba zhotovit zařízení, které by otřesy imitovalo. Naštěstí se ukázalo, že taková technika je již k mání - v zábavních parcích, kde třese s křesly návštěvníků v simulátorech pilotních kabin. Jenže spolu s nabíráním rychlosti rakety nepůsobí na posádku jen chvění, ale i gravitace a zrychlení okolo 4 g. Zatlačení hlav do drnčících lehátek by znamenalo jediné - místo odečítání dat z displejů by akorát tak mohli dolů hlásit: “Houstone, máme tu problém”. Ani ta největší čísla by totiž nebyli schopni přečíst. A tak technici začali propočítávat parametry pružin, tlumičů kmitů a zvažovali použít i vyrovnávací kyvadélka a motorky. Odhady nákladů se šplhaly na stovky milionů dolarů a vše se jevilo jako momentálně nepřekonatelná překážka, která si vyžádá několik let vývoje a zkoušek navíc. I v našem tisku Antonín Vítek psal že potlačení vibrací si vyžaduje vyvinutí speciálního otřesy tlumícího systému, který však zvýší váhu startující rakety a že se to promítne do její snížené nosnosti.


 

Zvětšit obrázek
Modul Orion měla do kosmu vynést právě raketa Ares I, která je první novou raketou, kterou odborníci z NASA navrhli a v testovací verzi Ares I-X vyrobili za posledních třicet let. (Kredit: NASA)

Pak ale výzkumníci z Vibrační laboratoře NASA přišli s nápadem synchronizace vibrací se zobrazováním na displeji. Koupili za pár dolarů součástky, připojili je k obrazovce a nastavili zobrazování obrázků s prodlevou 12 Hz. A ono to fungovalo! Tedy skoro.
Čitelnost byla podstatně lepší, ale stále nebyla dokonalá. Sedačka vibrovala na 12 Hz, stejně taková byla i frekvence obrázků na obrazovce, jenže se nedařilo obě “třepání” synchronizovat dokonale. Psaný text již rozpoznat šel, ale vypadalo to, jako by plaval. Stačilo ale nápad vylepšit o několik akcelerometrů připevněných k sedačce a s jejich pomocí vibrace precizně synchronizovat s posíláním obrázků na displej. A hned byl obraz křišťálově čistý. A náklady? Nepatrný zlomek toho, s čím se počítalo.


I když pokračování vývoje rakety Ares I (Ares I-X byla testovací verze s letem na nízkou oběžnou dráhu) bylo odloženo na neurčito, vyřešený problém s jejími chvějícími se motory určitě najde uplatnění v příštím letu do vesmíru s lidskou posádkou, ať už se projekt NASA bude jmenovat jakkoliv. S problikávajícími obrazovkami se s velkou pravděpodobností začneme setkávat i jinde než jen v raketách. Problém se čtením roztřepaných čísel znají i osádky vrtulníků, letadel, rychlých člunů,... Není divu, že si NASA nápad nechala patentovat.

 

VIDEO: Centrifuga v Goddardově vesmírném centru s vesmirným teleskopem JWST

 


Prameny: NASA, Brent Rose: “How NASA Solved a 100 Million Dollar Problem for Five Bucks

 


 

Autor: Jan Bílek
Datum: 05.02.2012 02:46
Tisk článku

Krtek a raketa - Puzzle 24 - neuveden
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 129 Kč
cena: 109 Kč
Krtek a raketa - Puzzle 24
neuveden
Oto Otépka
sponzor


Diskuze:

Osobny nazor

Max Payne,2012-02-21 14:42:00

ze IBA raketovy pohon sa pri vyzkume kozmu pouziva len preto aby bol taky drahy a pristupny len loajalnym elite.

na nizku orbitu sa da dostat aj balonom, len to netrva taku chvilku

Odpovědět

Ještě mě napadly další 2 řešení.

Tomáš Kohout,2012-02-07 21:54:21

To nejjednodušší je: Pokud nejde údaje přečíst, tak to zařídím tak, abych je číst nemusel. Pokud pošlu telemetrii kompletně do řídícího střediska, nepotřebuji, aby astronauti cokoliv četli. Je to i lepší varianta vzhledem k tomu, co častěji vypadne za spojení. Spíše vypadne vizuální a audio spojení, než telemetrické údaje.
Druhé řešení, když už to teda musejí číst, je použití e-linku místo displeje, ten by se měl chovat stejně jako analogový zobrazovač. Je to jako by jste měli přečíst něco z papíru. Na čtení e-linků je v kabině světla dost.

Odpovědět

Nejde ale jen o displeje

Vít Výmola,2012-02-06 12:19:47

Nevím, ale řekl bych, že čtení displejů ještě není ten největší problém (ostatně, k čemu to vůbec je, když při startu astronauti jenom pasívně čekají). Co na to ale na vibrace řeknou přístoje samotné, případně užitečný náklad? Jistě jsou tyto věci na vibrace testované a stavěné, ale přesto jde o zbytečné komplikace.

Odpovědět

Správně položená otázka

Jaroslav Kousal,2012-02-05 16:01:42

Ukázkový příklad toho, jak je důležité si správně zadefinovat problém. Zadání "problém je, že raketa vibruje" vede k úplně jinému uvažování než "problém je, že astronauti nepřečtou dipleje".

Odpovědět


Roman Rodak,2012-02-06 08:49:58

ja by som z toho až takú vedu nerobil. to "správne riešenie" ma napadlo už po prvom odstavci a verím, že väčšinu čitateľov osla tiež, alebo minimálne tušili že nebolo treba meniť celú raketu, ale len niečo čo sa týka displeja/astronauta.

Odpovědět


vibracemi narůstá mnoho problémů

Antonin Stefka,2012-02-13 14:10:36

například výkonnější raketa na TPH už živou osádku nevynese, protože posádka by měla problém vibrace vůbec přežít .

Odpovědět

Nebojte se!

Jan Špaček,2012-02-05 11:35:14

Nebojte se!
Nebojte se u dentisty,
je-li jeho pohyb jistý.
Je-li ale celý roztřesený,
takový dentista nemá valné ceny.
Leda, že se s dentistou třese i pacient,
pak to vyruší shodný kmitový koeficient.
J. Cimrman

Odpovědět

astronautika v praxi

Pavel Houdek,2012-02-05 10:40:37

Kdo si chce výše zmíněné efekty vyzkoušet na vlastní kůži, může využít dobrodiní MHD. Například v Praze vyzkoušeno na lince 167 od Nemocnice Motol dolů s kopce - stoupněte si úplně dozadu a opřete/přitiskněte hlavu na zadní stěnu autobusu skrývající vibrující motor. Společně s hrboly na cestě (kočičí hlavy?) skutečně způsobí optické rozvibrování displeje (s jménem příští zastávky) do krajně surreálných poloh. Dalí by se divil :) .

Odpovědět


mám tutéž zkušenost ze starého motoráčku

Pavel Brož,2012-02-05 12:55:19

Ještě než na zdejší trati zrušili ty malé dvouvagónové motoráky, tak se mi občas taky povedlo uvidět ten rozvibrovaný displej, v závislosti na sedadle, které si člověk vybral (Regionovy, které je nahradily, to už nedělají, zato ten nízkopodlažní vagón je mnohem hlučnější). To, co mě na tom zaujalo, bylo že pouze ten text na tom displeji zobrazujícím příští stanice vibroval, když se člověk díval třeba na stejně vzdálené cestující, vibrace neviděl. Zpočátku jsem si myslel, že opravdu vibruje jenom ta zobrazovací jednotka v krabici displeje, jenže když se člověk postavil, displej byl čitelný. Myslím si, že tam možná bude fungovat nějaké korigování toho optického vjemu v mozku, které se ale možná uplatňuje jenom u delších linií, kdežto na text už nefunguje.

Odpovědět


Pro pana Brože

Vojtěch Kocián,2012-02-05 18:49:41

Problém u displejů v motoráčcích patrně způsobuje nestálost obrazu. Jas displeje je většinou určován pulzně-šířkovou modulací, takže displej bliká. Sice na takové frekvenci, jakou nejsme schopni v klidu postřehnout, ale v pohybu to se zrakovým centrem dělá divy. Kdyby byl i celý vagón osvětlen podobně blikajícími světly, byl by pravděpodobně problém i s jinými částmi obrazu.

Odpovědět


Pro pana Kociána - děkuji za vysvětlení

Pavel Brož,2012-02-05 20:23:24

tak nakonec je ten problém evidentně ještě komplikovanější, musí tedy vznikat jako kombinovaný výsledek jak těch vibrací, tak procesu "skládání plynulého obrazu" z obrazu blikajícího. Určitě budete mít pravdu, protože teď si uvědomuji, že roztřesený text např. na vytištěných reklamách v tom motoráku jsem nezaznamenal.

Na druhou stranu ale určitě bude hrát roli i intenzita těch vibrací. Pro čtení textu je nezbytné, aby se oko fixovalo po nezbytně nutnou dobu do jednoho místa (oka se při čtení nepohybuje plynule, ale po skocích), takže si lze představit, že při opravdu intenzivních vibracích může vzniknout problém už jen s tím, že se oko po tu nezbytnou minimální dobu neudrží v klidu.

Odpovědět


Skládání barev

Enders Xenocida,2012-02-06 01:02:40

Koukněte se na ten panel hodně zblízka.
Jsou tam jen červené a zelené ledky.
Sledováním letícího písmena se vám na sítnici zároveň promítne do stejného bodu červená a zelená barva ledky - takže ve výsledku mozek prohlásí že vidí oranžové písmeno :)
Zkuste i opak mrknutí - zavřené oko na chvilku otevřít.
Bude to trochu lépe vidět.
Pokud je to tedy ten panel co si myslím.

Odpovědět


Letící písmena

Vojtěch Kocián,2012-02-06 07:41:39

K letícím písmenům mě napadla ještě jedna zajímavost. Dřív byly v autobusech a metru běžné takové displeje, co statický text zobrazovaly normálně jako kolmý a běžící vypadal jako psaný kurzívou - šíkmý. Technicky nebylo možné šikmý statický text vytvořit, protože displej měl hrubou pravoúhlou matici, ale když se text dal do pohybu, tak se vlivem nízkého řádkovacího kmitočtu zobrazovací jednotky položil - každý řádek byl o zlomek pixelu posunutý oproti předchozímu.
Teď se používají vyšší řádkovací kmitočty nebo zobrazení pomocí hradlového pole, tak už to není vidět. Dle mého názoru trochu škoda, připadalo mi to jako pěkný efekt.

Odpovědět

-

Zdeněk Jindra,2012-02-05 10:17:40

NASA si to nechala patentovat a ten, co to doopravdy vymyslel, dostal bundu s logem firmy jako cenu útěchy. (To jsem si vymyslel jako příklad.)

Odpovědět


Mamlasos Mamlasovič,2012-02-06 10:36:11

mě napadlo stejné řešení hned na začátku článku a pak jsem si ho dále potvrdil... jde o logickou věc, a tyhle jednoduché logické věci se dají patentovat, to podle mě není dobře. Mělo by se to dát patentovat jen jako free patent...

Odpovědět


Vážený Mamlasi

Jozef Petrovský,2012-02-07 12:16:19

Vymyslete něco geniálně jednoduchého a potom to dejte jako free patent. Když za dlohou dobu duševné práce nedostanete nic určite budete velice spokojen. A na vašem nápadu vydělaj jenom nadnárodní korporace.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni