מערכת ניווט אינרציאלית – הבדלי גרסאות

ב[[מלחמת העולם השנייה]], כללו טילים גרמניים מסוג [[V-2]], מערכת ניווט הנחיה שהורכבה משני גירוסקופים, מד תאוצה בציר הרוחב ו[[מחשב אנלוגי]] פשוט. המערכת ניטרה את כיוון הטיסה של הטיל ותיקנה אותו בעזרת אותות אנלוגים מהמחשב שהניעו ארבע [[מסיטי סילון]] בזנב הטיל. עם סיום מלחמת העולם השנייה, נכנעו לאמריקאים פון בראון וכ-500וכ־500 מעמיתיו והסגירו עימם גם רכיבי טילים. ב-1945ב־1945 הועברו הגרמנים למתקן צבאי ב[[טקסס]] בשם פורט בליס וב-1950וב־1950 להאנטסוויל ב[[אלבמה]].

בתחילת שנות ה-50ה־50 התבקשה מעבדת המיכשור של [[המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס]] (MIT) בראשות [[צ'ארלס סטארק דרייפר]] לספק [[מערכת הנחיה]] פנימית כמערכת מגבה לטיל ה[[אטלס (טיל)|אטלס]]. מערכת ההנחיה של האטלס תוכננה כשילוב של מערכת אוטונומית על גבי הטיל ושל תחנת מעקב ושליטה קרקעית. בסופו של דבר, המערכת האוטונומית תפסה מקום מרכזי ב[[טיל בליסטי|טילים בליסטיים]], והשילוב בינה לבין תחנה קרקעית נותר בשימוש בחקר החלל.

בקיץ 1952 חקרו ד"ר ריצ'רד בטין וד"ר הלקומב לנינג פתרונות ממוחשבים להנחיה. לנינג בסיוע פיל הנקינס וצ'ארלי ורנר פיתחו [[שפת מחשב]] אלגברית בשם MAC ל-ל־[[IBM 650]] שהושלמה באביב 1958. שפת המחשב של [[משימות מעבורות החלל|פרויקט מעבורת החלל]], HAL/S, פותחה על בסיס MAC.

ב-1954ב־1954 החלו לנינג ובטין לנתח את בעיית ההנחיה הפנימית של האטלס. יחד איתם עבדו על הפרויקט המהנדס הראשי צ'ארלי בוסרט וראש קבוצת ההנחיה וולטר שווידצקי. שווידצקי עבד עם פון בראון במהלך מלחמת העולם השנייה.

בגרסה ראשונית, העריכה מערכת ההנחיה דלתא את הפער בין המיקום לבין המסלול המתוכנן. היא חישבה מהירות נדרשת לתיקון המסלול מתוך שאיפה לאפס את המהירות הנדרשת לתיקון. [[תוקף|תקפותה]] של שיטת החישוב לא סייעה להשמשת המערכת שכן היכולות המעשיות של מחשבים אנלוגים ומדי התנועה לא איפשרו את ישומה. הפתרון נוצר במערכת ההנחיה Q. מערכת Q הציגה [[נגזרת חלקית|נגזרות חלקיות]] מהמהירות תוך התייחסות ל[[וקטור (פיזיקה)|וקטור]] המיקום. חישובי המערכת יכלו לשמש ישירות להנחיית הטייס האוטומטי, טכניקה שכונתה cross-product steering. מערכת Q הוצגה במהלך הכנס הטכני הראשון ל[[טיל בליסטי|טילים בליסטים]] שנערך בתאגיד רמו-ולדריגרמו־ולדריג' (Ramo-Wooldridge Corporation, היום מכונה TRW) בלוס אנג'לס ב-21ב־21 וב-22וב־22 ביוני 1956. המידע על המערכת נשאר [[מידע מסווג|מסווג]] במהלך שנות ה-60ה־60. מערכות המבוססות על מערכת Q נמצאות גם בטילים בני ימינו.

חלקה השני של המערכת כולל מחשב המחשב ללא הרף את מיקומה. ראשית, לגבי כל אחת משש [[דרגת חופש|דרגות החופש]] (x,y,z ו- θו־θ_x, θ_y{{כ}}, θ_z) משולב המידע מהתאוצות המדודות בגודלה המשוער של ה[[כבידה]] לחישוב המהירות הנוכחית. לאחר מכן משולבת המהירות בחישוב המיקום הנוכחי. העדרו של מחשב מקשה על בניית מנ"א. הצורך בהנחיה אינרציאלית ל[[תוכנית אפולו]] ול[[טיל בליסטי בין-יבשתי|טיל הבליסטי הבין-יבשתיהבין־יבשתי]] [[מיניטמן]] דחף לניסיונות הראשונים למזעור מחשבים.

מנ"א המופעלות על רכביםכלי רכב הנעים סמוך לפני כדור הארץ כוללות מתקן נוסף (Schuler tuning) המשמר את כיוון המערכת כולה ביחס למרכז כדור הארץ. בעת תנועת הרכב על פני השטח, נשארת המנ"א פונה לכיוון מרכז הכדור.

אחת הדרכים לסידור חיישני תאוצה היא הצבת מדי התאוצה הקווית על פלטפורמה מיוצבת גירוסקופים בגימבליםב[[גימבל]]ים (gimbaled gyrostabilized platform). [[גימבל]]יםגימבלים הןהם שלוש טבעות המחוברות זו לזו דרך מיסבים המונחים בדרך המציבה את הטבעות בזווית ישרה זו לזו. הגימבלים מאפשרותמאפשרים לפלטפורמה במרכזן להסתובב לכל כיוון או לרכב שאליו מחוברת הפלטפורמה להסתובב לכל כיוון מסביב לפלטפורמה, בלי שישפיע על כיוונה.

חסרונה הגדול של מערכת כזו הוא מחירם של חלקיה המכנים המדויקים. בנוסף, היא כוללת חלקים נעים הנוטים לבלאי, ולמעצוריםלמעצורים וול"[[גימבל#נעילת גימבל|נעילת גימבל]]"{{הערה|1="נעילת גימבל" מתארת אובדן דרגת חופש המתרחש כאשר שתיים מהטבעות מגיעות לאותו מישור. ראו בוויקיפדיה באנגלית [[:en:Gimbal lock|Gimbal lock]]}} עלולה להתרחש בה. מערכת ההנחיה העיקרית של חלליות אפולו השתמשה בפלטפורמת גימבל תלת-ציריתתלת־צירית שהעבירה נתונים למחשב ההנחיה של החללית. תמרוני החללית תוכננו בדרך שלא תאפשר מצב של "נעילת גימבל".

המדידים הנמצאים כיום בשימוש כוללים גירוסקופ תנודות, [[HRG|גירוסקופ כיפת תהודה]], חיישן מגנטו-הידרודינמימגנטו־הידרודינמי, [[RLG|גירוסקופ מבוסס טבעת לייזר]], [[FOG|גירוסקופ סיב אופטי]] ועוד.

מידע מהפלטפורמה החוצה מועבר דרך סלילים או בעזרת [[דיודה פולטת אור]] (לדLED) המאירה [[פוטודיודה]].

מערכת מקובעת מקבלת נתונים מחיישניהּ בקצב גבוה בהרבה ממערכת עם גימבלים. קצב העדכון של מערכת עם גימבלים הוא 50-6050–60 [[הרץ]] ואילו במערכת מקובעת קצב העדכון מגיע ל-2000ל־2,000 הרץ. חישוב מהירות המערכת נעשה בעזרת [[אלגוריתם]] מורכב שאפשר להריץ רק במחשב דיגיטלי.

העלויות הנמוכות ביצור מחשבים מודרניים ומהירותם, מאפשרים ייצור המוני של מערכות מקובעות. מערכות אלו נפוצות במערכות מסחריות ובמערכות צבאיות (כגון מטוסים וטילים), אך נדירות יותר במקומות שרמת הדיוק הנדרשת גבוהה (למשל ב[[צוללת|צוללות]] ובטילים בליסטים בין-יבשתייםבין־יבשתיים).

אוריינטציה של מערכת ניווט אינרציאלית מקובעת יכולה להיקבע בעזרת מעקב אחרי נתוני המיקום של הרכב (מנתוני מערכת ניווט לווייני למשל). כיוון התנועה של רכביםכלי רכב כגון מטוסים ומכוניות הוא גם כיוונה של המנ"א.