ทำความเข้าใจการประยุกต์ใช้งานของหน่วยวัดความเฉื่อย (IMUs) ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ การนำทางและการควบคุมที่แม่นยำ เป็นสิ่งที่ไม่สามารถต่อรองได้ ไม่ว่าจะเป็นการนำทางดาวเทียมเข้าสู่วงโคจร การทรงตัวของโดรนในอากาศแปรปรวน หรือการรับประกันว่าการซ้อมรบของเครื่องบินรบมีความแม่นยำ เทคโนโลยีหนึ่งมีบทบาทสำคัญแต่เงียบๆ นั่นคือ หน่วยวัดความเฉื่อย (IMU).

IMU เป็นฮีโร่ที่ไม่ได้รับการยกย่องของระบบการบินและอวกาศ—อุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดและบรรจุในตัวที่วัดการเคลื่อนที่ การวางแนว และความเร่งโดยไม่ต้องพึ่งพาสัญญาณภายนอก สิ่งนี้ทำให้เป็นสิ่งจำเป็นในสภาพแวดล้อมที่ไม่มี GPS ติดขัด หรือไม่น่าเชื่อถือ

1️⃣ IMU คืออะไร?

หน่วยวัดความเฉื่อย เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่โดยทั่วไปรวม:มาตรวัดความเร่ง

• – วัดความเร่งเชิงเส้นตามแกนหนึ่งแกนขึ้นไปไจโรสโคป
• – วัดความเร็วเชิงมุม (อัตราการหมุน) รอบแกนหนึ่งแกนขึ้นไป(ไม่จำเป็น)
• มาตรวัดสนามแม่เหล็ก – วัดการวางแนวเทียบกับสนามแม่เหล็กโลกด้วยการรวมการวัดเหล่านี้ IMU สามารถกำหนด

ทัศนคติ (การวางแนว) ของวัตถุ ความเร็ว และ การเปลี่ยนแปลงตำแหน่ง เมื่อเวลาผ่านไป2️⃣ ทำไม IMU จึงมีความสำคัญในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

ในการใช้งานด้านการบินและอวกาศ IMU ให้:

ความเป็นอิสระในการนำทาง

• – ทำงานโดยไม่มี GPS หรือสัญญาณภายนอกอัตราการอัปเดตสูง
• – ส่งมอบข้อมูลการเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วสำหรับการควบคุมแบบเรียลไทม์ความทนทาน
• – ทำงานในสภาวะที่รุนแรง: แรง G สูง สุญญากาศ หรือการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าความซ้ำซ้อน
• – ทำหน้าที่เป็นตัวสำรองสำหรับระบบนำทางดาวเทียม3️⃣ การใช้งานหลักในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

✈️ การนำทางเครื่องบินและการควบคุมการบิน

เครื่องบินพาณิชย์และทหาร

• ใช้ IMU ใน ระบบนำทางเฉื่อย (INS) เพื่อให้ข้อมูลตำแหน่งและทัศนคติอย่างต่อเนื่องระบบ Fly-by-wire
• อาศัยข้อเสนอแนะจาก IMU เพื่อเพิ่มเสถียรภาพและฟังก์ชันนักบินอัตโนมัติการควบคุมทัศนคติของยานอวกาศ

ดาวเทียมและยานสำรวจอวกาศใช้ IMU เพื่อรักษาการวางแนวสำหรับการจัดตำแหน่งแผงโซลาร์เซลล์ การชี้เสาอากาศ และการกำหนดเป้าหมายเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์

• ในระหว่าง
• การเปิดตัวและการกลับเข้าสู่ IMU จะนำทางแก้ไขวิถีเมื่อไม่มี GPSยานปล่อยและขีปนาวุธ

IMU ให้ข้อมูลความเร่งและการหมุนที่แม่นยำสูงสำหรับระบบนำทาง

• ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการกำหนดเป้าหมายและการควบคุมเส้นทางการบินที่แม่นยำแม้ในสภาพแวดล้อมที่ GPS ถูกปฏิเสธ
• UAV และโดรน

IMU ทำให้การบินมีเสถียรภาพแบบเรียลไทม์ ทำให้สามารถถ่ายภาพทางอากาศ การทำแผนที่ และการลาดตระเวนได้อย่างราบรื่น

• ในการปฏิบัติงานแบบฝูง IMU ช่วยรักษาการก่อตัวโดยไม่ต้องอัปเดต GPS อย่างต่อเนื่อง
• 4️⃣ การบูรณาการกับระบบอื่นๆ

IMU ทำงานคนเดียวได้ยาก—เป็นส่วนหนึ่งของ

ระบบนิเวศการหลอมรวมเซ็นเซอร์:การรวม INS/GPS

• – GPS แก้ไขการดริฟท์ของ IMU; IMU เชื่อมช่องโหว่ของ GPSคอมพิวเตอร์ข้อมูลอากาศ
• – รวมข้อมูล IMU กับความเร็วลม ระดับความสูง และอุณหภูมิสำหรับการควบคุมการบินตัวติดตามดาว
• – ในยานอวกาศ IMU ให้ข้อมูลการเคลื่อนไหวระยะสั้นระหว่างการแก้ไขท้องฟ้า5️⃣ ความท้าทายและข้อควรพิจารณาด้านวิศวกรรม

การดริฟท์

• – ข้อผิดพลาดในการวัดเล็กน้อยสะสมเมื่อเวลาผ่านไป ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งการสอบเทียบ
• – ต้องมีการจัดตำแหน่งที่แม่นยำและการชดเชยผลกระทบจากอุณหภูมิขนาด น้ำหนัก และพลังงาน (SWaP)
• – แพลตฟอร์มการบินและอวกาศต้องการการออกแบบที่กะทัดรัด น้ำหนักเบา และใช้พลังงานต่ำความต้านทานการสั่นสะเทือนและแรงกระแทก
• – ต้องทนต่อแรงปล่อย การปั่นป่วน และความเครียดทางกล6️⃣ อนาคตของ IMU ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

ความก้าวหน้าในเทคโนโลยี

MEMS (ระบบไมโครอิเล็กโทรเมคคานิคัล) ทำให้ IMU:มีขนาดเล็กลงและเบาขึ้นสำหรับ CubeSats และ micro-UAV

• ราคาไม่แพงมากขึ้นโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพ
• ฉลาดขึ้น ด้วย AI ออนบอร์ดสำหรับการนำทางเชิงพยากรณ์และการตรวจจับข้อผิดพลาด
• ในขณะที่ภารกิจด้านการบินและอวกาศผลักดันไปสู่

อวกาศที่ลึกขึ้น ความเร็วที่สูงขึ้น และการดำเนินงานที่เป็นอิสระมากขึ้น IMU จะยังคงเป็นรากฐานของการนำทางและการควบคุม—ทำให้มั่นใจได้อย่างเงียบๆ ว่าทุกการซ้อมรบมีความแม่นยำ ทุกวิถีเป็นจริงความคิดสุดท้าย

จากห้องนักบินของเครื่องบินโดยสารไปจนถึงสุญญากาศของห้วงอวกาศ IMU เป็นนักนำทางที่เงียบที่ทำให้ยานพาหนะการบินและอวกาศอยู่ในเส้นทาง ความสามารถในการทำงานโดยอิสระจากสัญญาณภายนอกทำให้มีคุณค่าอย่างยิ่งในสถานการณ์วิกฤตภารกิจ ในอุตสาหกรรมที่

ความแม่นยำคือการอยู่รอด IMU ไม่ได้เป็นเพียงเซ็นเซอร์—แต่เป็นผู้พิทักษ์การบิน