Czechia














 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 v 02:46

Vytisknout článek               Poslat článek emailem

Související články:

Jak se z grafenu dělá dotykový displej     Autor: Dagmar Gregorová

Volant s dotykovým displejem     Autor: Josef Pazdera

Toyota představila okna automobilů s dotykovým displejem     Autor: Josef Pazdera


Diskuze:

Krtek a raketa - DVD - Miler Zdeněk
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 79 Kč
cena: 70 Kč
Krtek a raketa - DVD
Miler Zdeněk
Oto Otépka
sponzor








Vypsat celou diskuzi
Zpět

od:Pavel Houdek

astronautika v praxi

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 :) .


Zobrazení reakcí:

od:Pavel Brož

mám tutéž zkušenost ze starého motoráčku

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.


od:Vojtěch Kocián

Pro pana Brože

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.


od:Pavel Brož

Pro pana Kociána - děkuji za vysvětlení

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.


od:Enders Xenocida

Skládání barev

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.


od:Vojtěch Kocián

Letící písmena

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.


Pro vstup do diskuse je třeba být přihlášen
Email: Heslo:
Nový účet nebo zaslání zapomenutého hesla je možno vyřídit zde