पीआईजीए एक्सेलेरोमीटर

पीआईजीए एक्सेलेरोमीटर (पेंडुलस इंटीग्रेटिंग जाइरोस्कोपिक एक्सेलेरोमीटर) ऐसा एक्सेलेरोमीटर है जो त्वरण को माप सकता है, साथ ही गति माप का उत्पादन करने के लिए समय के साथ इस त्वरण को एकीकृत करता है। पीआईजीए का मुख्य उपयोग विमान के मार्गदर्शन के लिए और विशेष रूप से बैलिस्टिक मिसाइल मार्गदर्शन के लिए जड़त्वीय नेविगेशन प्रणाली (आईएनएस) में किया जाता है। इसकी अत्यधिक उच्च संवेदनशीलता और विस्तृत त्वरण सीमा पर संचालन के संयोजन के साथ त्रुटिहीनता के लिए इसकी प्रशंसा की जाती है। पीआईजीए को अभी भी रणनीतिक ग्रेड मिसाइल मार्गदर्शन के लिए प्रमुख साधन माना जाता है, चूँकि माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक प्रणाली प्रौद्योगिकी पर आधारित अल्प प्रदर्शन आवश्यकताओं के लिए आकर्षक हैं।

संचालन का सिद्धांत

पीआईजीए का सेंसिंग एलिमेंट पेंडुलस मास है, जो बियरिंग पर माउंट होने के कारण पिवोट के लिए स्वतंत्र है। घूमता हुआ जाइरोस्कोप इस प्रकार से जुड़ा होता है कि यह पेंडुलम को त्वरण की दिशा में गिरने से रोकता है। पेंडुलस द्रव्यमान और इसके संलग्न जाइरोस्कोप स्वयं कुरसी पर लगे होते हैं जिसे विद्युत टोक़ मोटर द्वारा घुमाया जा सकता है। इस पेडस्टल का घूर्णी अक्ष जाइरोस्कोप के स्पिन अक्ष के साथ-साथ पेंडुलम को स्थानांतरित करने के लिए स्वतंत्र अक्ष के लिए पारस्परिक रूप से ऑर्थोगोनल है। इस पेडस्टल के रोटेशन की धुरी भी मापी गई त्वरण की दिशा में है।

पेंडुलम की स्थिति को त्रुटिहीन विद्युत संपर्कों या ऑप्टिकल या विद्युत चुम्बकीय साधनों द्वारा ज्ञात किया जाता है। यदि त्वरण पेंडुलम भुजा को उसकी अशक्त स्थिति से विस्थापित करता है तो संवेदन तंत्र टॉर्क मोटर को संचालित करेगा और पेडस्टल को घुमाएगा जैसे जाइरोस्कोपिक प्रीसेशन की संपत्ति पेंडुलम को उसकी शून्य स्थिति में पुनर्स्थापित करती है। पेडस्टल के घूर्णन की दर त्वरण देती है जबकि शाफ्ट के घुमावों की कुल संख्या गति देती है, इसलिए पीआईजीए परिवर्णी शब्द में "एकीकृत" शब्द है। शाफ्ट रोटेशन के एकीकरण का स्तर या तो इलेक्ट्रॉनिक माध्यम से या यांत्रिक माध्यम से, जैसे कि बॉल-एंड-डिस्क इंटीग्रेटर, विस्थापन या दूरी की यात्रा को रिकॉर्ड कर सकता है, यह पश्चात की यांत्रिक विधि उपयुक्त डिजिटल कंप्यूटर की उपलब्धता से पूर्व प्रारंभिक मार्गदर्शन प्रणालियों द्वारा उपयोग की जा रही है।

पीआईजीए के अधिकांश कार्यान्वयन में जाइरोस्कोप स्वयं पेंडुलम भुजा के अंत में पेंडुलम द्रव्यमान के रूप में कार्य करने के लिए कैंटिलीवर होता है। आईएनएस के प्रत्येक आयाम के लिए ऐसे तीन उपकरणों की आवश्यकता हो सकती है, जिसमें तीन एक्सेलेरोमीटर सामान्यत: गिंबल्स की प्रणाली के अंदर जाइरोस्कोपिक रूप से स्थिर एक प्लेटफॉर्म पर लगे होते हैं।

पेंडुलम के बीयरिंगों में त्रुटिहीनता के लिए महत्वपूर्ण आवश्यकता अल्प स्थैतिक घर्षण है; यह विभिन्न प्रकारों से प्राप्त किया जाता है, जिसमें डबल बॉल बियरिंग के साथ सुपरइम्पोज़्ड ऑसिलेटरी मोशन से लेकर बियरिंग को उसकी चौखट से ऊपर या गैसीय या गहना असर के उपयोग के माध्यम से या जाइरोस्कोप को तरल पदार्थ में तैरने और अवशिष्ट द्रव्यमान को नियंत्रित करने की वैकल्पिक विधि गहना बीयरिंग या विद्युत चुम्बकीय साधन द्वारा प्राप्त किया जाता है। यद्यपि इसके पश्चात की विधि में अभी भी द्रव का चिपचिपा घर्षण है, यह रैखिक है और इसकी कोई सीमा नहीं है और न्यूनतम स्थिर घर्षण होने का लाभ है। अन्य विषय जाइरोस्कोप की घूर्णी दर का त्रुटिहीन नियंत्रण है।

पीआईजीए का उपयोग करने वाली मिसाइलें पोलारिस, टाइटन, रेडस्टोन (रॉकेट), जुपिटर, सैटर्न श्रृंखला और एमएक्स पीसकीपर थीं।

इतिहास

पीआईजीए लेव-3 और नाज़ी युग जर्मन वी -2 रॉकेट (इएम डबल्यू ए4) बैलिस्टिक मिसाइल की प्रायोगिक एसजी-66 मार्गदर्शन प्रणाली के लिए डॉ. फ्रिट्ज मुलर द्वारा विकसित एक्सेलेरोमीटर पर आधारित था, जो उस समय क्रेज़ेलगेरेटे कंपनी का था और जर्मन रॉकेट वैज्ञानिकों के मध्य एमएमआईए "म्यूएलर मैकेनिकल इंटीग्रेटिंग एक्सेलेरोमीटर" के रूप में जाना जाता था। इस प्रणाली ने टॉर्क मोटर को क्रियान्वित करने के लिए त्रुटिहीन विद्युत संपर्कों का उपयोग किया और 1000 से 1 भाग प्रति 10000 में 1 भाग की त्रुटिहीनता प्राप्त की, जिसे प्रौद्योगिकी भाषा में 1000 से 100 के स्तर की त्रुटि के रूप में जाना जाता है। यह वी2 1500 मीटर/सेकंड की गति और 320 किमी की उड़ान पर लगभग 600 मीटर त्रुटिहीनता के समान था। चूंकि शाफ्ट घुमावों की संख्या गति का प्रतिनिधित्व करती है, इसलिए इंजन थ्रॉटल-डाउन और शट-ऑफ जैसे मिसाइल नियंत्रण अनुक्रमों को आरंभ करने के लिए कैम स्विच का उपयोग किया गया था।

एआईआरएस (उन्नत जड़त्वीय संदर्भ क्षेत्र) में लगे पीआईजीए एक्सेलेरोमीटर एमएक्स मिसाइल के लिए विकसित सबसे त्रुटिहीन जड़त्वीय नेविगेशन (आईएनएस) का भाग है। आईएनएस बहाव दर संचालन के प्रति घंटे 1.5 x 10⁻⁵ डिग्री से अल्प है, लगभग 8.5 मीटर प्रति घंटा मिसाइल की समग्र त्रुटिहीनता के साथ गुरुत्वाकर्षण मानचित्रों में दोषों से अधिक प्रभावित होता है।

संयुक्त राज्य अमेरिका की एमआईटी इंस्ट्रूमेंटेशन लैब के डॉ. चार्ल्स स्टार्क ड्रेपर को अन्सप्लोडेड वी2 से बरामद एमएमआईए एक्सेलेरोमीटर प्रस्तुत किया गया था, जो फ्लोटेड इंटीग्रेटिंग जाइरोस्कोप के रूप में जाने वाले अत्यल्प बहाव दर जाइरोस्कोप को प्राप्त करने के प्रयासों पर प्रारम्भ में ध्यान केंद्रित करके विमान के लिए जड़त्वीय नेविगेशन का आधार विकसित कर रहे थे। ड्रेपर ने अपने एकीकृत जाइरोस्कोप से विचारों को जोड़ा, जो कैन में लगे हुए थे जो तरल पदार्थ में तैरते थे जो जड़े हुए बीयरिंगों द्वारा रखे गए थे, पेंडुलम-जाइरोस्कोप भाग को तैरते हुए बरामद V2 एक्सेलेरोमीटर के साथ है। पीआईजीए का अधिक सामान्य नाम डॉ ड्रेपर द्वारा विद्युत चुम्बकीय या पेंडुलम स्थिति के ऑप्टिकल सेंसिंग जैसे विभिन्न शोधन के अतिरिक्त होने के कारण सुझाया गया था। इस प्रकार के एक्सेलेरोमीटर का उपयोग टाइटन II और पोलारिस सिस्टम्स और मिनुटमैन प्रणाली में किया गया था।

रेडस्टोन आर्सेनल और निकटवर्ती मार्शल स्पेस फ़्लाइट केंद्र, हंट्सविले, अलबामा के निकट, पूर्व-जर्मन रॉकेट वैज्ञानिकों की टुकड़ी, जिन्हें ऑपरेशन पेपरक्लिप के अंतर्गत संयुक्त राज्य अमेरिका में लाया गया था, जिसमें डॉ मुलर भी सम्मिलित थे, जिन्होंने अमेरिकी इंजीनियर और वैज्ञानिक के साथ अपने मूल उपकरणों को परिष्कृत करना जारी रखा। डॉ मुलर के सुझाव पर, मूल बॉल बेयरिंग को गैसीय बियरिंग से बदलने का तकनीकी रूप से कठिन कार्य प्राप्त किया गया था। प्रारंभ में, संपीड़ित नाइट्रोजन का उपयोग किया गया था, किन्तु अंत में फ़्लोरोकार्बन का उपयोग किया गया था, जो विस्तारित प्रतीक्षा अवधि के समय मिसाइल या विमान पर पुनर्चक्रण योग्य होने का लाभ था। इसलिए यूएस एक्सेलेरोमीटर में या तो फ्लोटेड प्रकार या अमेरिकी सेना और यूएस स्पेस प्रोग्राम के पश्चात के प्रकार के उपकरण पर निर्भर गैसीय बियरिंग प्रकार सम्मिलित थे।

संदर्भ

• "Developments in the Field of Automatic Guidance and Control of Rockets", Walter Haeussermann, The Bendix Corporation, Huntsville, Ala. VOL. 4, NO. 3 J. GUIDANCE AND CONTROL MAY-JUNE 1981, History of Key Technologies AIAA 81-4120. From AIAA American Institute for Aeronautics & Astronautics Digital Library
• AIAA 2001-4288, "The Pendulous Integrating Gyroscope Accelerometer (PIGA) from the V-2 to Trident D5, the Strategic Instrument of Choice", R.E. Hopkins The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Cambridge, MA, Dr. Fritz K. Mueller, Dr. Walter Haeussermann, Huntsville, AL, Guidance, Navigation, and Control Conference & Exhibit, 6-9 August 2001 Montreal, Canada. From AIAA American Institute for Aeronautics & Astronautics Digital Library
• MacKenzie, Donald (1990). Inventing Accuracy: An Historical Sociology of Nuclear Missile Guidance. MIT Press.