아폴로 "8-볼" FDAI(비행 지시 및 자세 표시계) 내부

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아폴로 임무에서 중요하게 사용된 'FDAI' 는 우주선의 자세와 방향을 시각적으로 표시하는 핵심 기기임
이 기기는 3축 회전(롤, 피치, 요) 을 모두 표현하며, 본체 내부의 메커니즘과 겉의 반구형 셸이 결합되어 작동함
내부는 슬립링, 동기기(싱크로), 서보루프 등 정밀한 전기·기계 구조로 구성되어 정확한 위치 제어와 피드백 구현함
Lear Siegler 등 항공계 선구자들의 혁신을 바탕으로, X-15, F-4, Gemini, Apollo, Space Shuttle에 걸쳐 발전함
기사에서 분석한 FDAI는 아폴로용 출발이지만 스페이스 셔틀 시뮬레이터에 맞게 여러 부품과 회로가 개조된 이력 지님

아폴로 FDAI(비행 지시 및 자세 표시계)란

아폴로 임무에서 우주인의 우주선 자세 관측용으로 활용된 FDAI는 고유의 8-볼 형태 회전 기구를 보유함
중앙 구체(일명 8-볼)은 한 면이 검은색이며, 비행 방향(자세)을 3축 동작으로 시각화함
세 개의 노란색 바늘은 현재의 자세 지시 외에 목표 기동 방향(지침)까지 안내해, 우주비행사가 신속한 자세 교정을 할 수 있게 도움
FDAI는 자세 속도(회전률) 등 추가 정보도 표시함

FDAI의 기계적 구조 및 동작 원리

3축 회전 구현 방식

구체는 롤, 피치, 요 세 축을 기준으로 회전함
- 롤: 장치 외부 프레임의 모터와 톱니바퀴로 좌우로 돌림
- 피치: 구 내부 모터로 수직축을 따라 기울임
- 요: 반구 셸만이 수직축을 따라 독립적으로 회전하며, 내부 기구는 고정됨
두 겹의 슬립링(전기 접점 고리)으로 다축 회전에도 내부 배선이 엉키지 않게 전기적 연결 유지

동기기(synchro)와 서보루프(feedback) 제어

동기기(싱크로)는 입력 축과 출력 축의 회전 각도 변환 신호를 3선 통신으로 전달함
- 두 동기기 간 각도 차가 생기면 토크가 발생, 자동으로 일치 방향으로 회전
서보루프 회로는 동기기, 제어 변압기, 증폭기, 모터로 구성
- 제어 변압기가 목표 각도-실제 각도 차이(오차 신호)를 증폭 및 모터에 전달
- 타코미터(회전 속도 검출기) 가 음의 피드백 신호 제공, 오류 감소 속도에 따라 감속·정밀 제어 구현

증폭기 회로 및 전자 부품 구성

3축 각각 별도 서보루프/증폭기/제어 변압기를 지님
회로 기판은 공간 절약과 내진동 내구성을 위해 부품을 적층 배치, 일부 리드선은 플라스틱 튜브로 보호
증폭기는 오차 신호 크기와 방향을 감지해 모터 구동, 회전 방향을 정교하게 결정함

FDAI의 역사와 발전

개발·진화 배경

Bill Lear(1902–1978) 등이 이끄는 Lear Avionics/Lear Siegler가
- F-102 전투기, X-15 로켓기, F-4 전투기 등의 자세 표시 장치 개발
- 이후 Gemini, Apollo에 FDAI로 발전, 아폴로 LM(달 착륙선)에 심장부 계기배치
1970년대 Lear Siegler는 우주선 임무 수익성 문제로 ADI(스페이스 셔틀용) 생산 후 해당 분야 철수
Honeywell이 이후 Shuttle용 계기(MEDS 등) 생산 주도

유사 기기의 구조 비교

기존 ARU/11-A 계기와 FDAI 구조는 유사하나, 전자회로 내장·파워보드 형태 등 차이 있음
기존 비행기 특화 피치 트림 등 기능은 우주비행에서 의미 적어 제거됨
내부 반구 셸 홀 고정방식도 약간 변경됨

분석 대상 FDAI와 아폴로, 셔틀 간 주요 차이

대상 FDAI는 원래 아폴로용 제작이나 스페이스 셔틀 시뮬레이터용으로 개조됨
- 입력 신호 방식(싱크로 ↔ 리졸버), 조명 시스템(전구 ↔ 전자발광), 내부 구조 등 달라짐
- 바늘 설계, 조정 기능, 표시 방법 등에서 Shuttle 구성에 맞게 도색·회로 변경 흔적 다수
셔틀의 ADI는 오프 표시, 입력 신호 확인, 피드백 서보 시스템 등 추가 전자회로로 더욱 복잡
- 통합회로 및 다중 파워 회로 채택, 바늘 위치 정밀도 향상
- ADI 내부 구체 회전 방식은 비슷할 것으로 추정

결론

FDAI는 아폴로 미션에서 우주선 자세/기동 정보 제공의 핵심 계기
정교한 2+1축 회전 메커니즘 및 서보 피드백 기법을 활용, 높은 정확성과 신뢰도 제공
FDAI 계보는 항공기–로켓기–유인 우주선–셔틀까지 이어지며, 각 시대별 기술 혁신을 내포함
분석 대상 FDAI는 아폴로-셔틀 이행기의 과도기형 개체로서 우주비행 계기 진화상의 희귀 사례임

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