O możliwości zapisu 38 minut w MARS-BM

Zazwyczaj odpowiedzi na tytułowe pytanie udziela się w oparciu o instrukcję МАРС-БМ: РТЭ. Byłby to bardzo przydatny dokument, jednak należy go traktować z najwyższą ostrożnością. Już bowiem na pierwszej stronie (okładce) pojawia się czerwonymi literami wypisane: "Nie etałon", czyli: wersja niestandardowa. Czy i kiedy będzie standardowa, nie wiadomo.

Dlaczego w internecie dostępna jest tylko i wyłącznie wersja niestandardowa, natomiast standardowa, czyli odnosząca się do rejestratorów standardowo instalowanych od lat na samolotach produkcji radzieckiej? Oto jest pytanie, wcale niełatwe, jeśli chce się dać na nie rzetelną odpowiedź. Zostawiając je na razie na boku przyjrzyjmy się, jak działa owa niestandardowa wersja popularnego rejestratora.

Napęd taśmy magnetycznej MARS-BM składa się z dwóch szpul sprzężonych ze sobą mechanizmem sprężynowym, z których jedna, tzw. wiodąca, napędzana jest ze stałą prędkością obrotową przez silnik elektryczny DPR-42-N2-02. Silnik ten zasilany jest impulsowo z napięcia stałego 27V, poprzez przekładnię zębatą 40:160 i sprzęgło cierne o przełożeniu 9:88. Po przewinięciu taśmy do końca krzywka sprzężona przez przekładnię zębatą 22:88 a następnie ślimakową 1:80, wykonująca w jednym swoim przebiegu obrót o ok. 0,9 kąta pełnego, uruchamia mikroprzełączniki, które powodują odwrócenie napięcia zasilania na końcówkach silnika z +27V na -27V i tym samym wywołuje zmianę kierunku obrotów silnika, oraz szpul z taśmą, a także przełączenie wyjść/wejść sygnałów zapisu/odczytu na alternatywną czwórkę głowic zapisu-odczytu..

Na schemacie mechanizmu (i tylko tu) zaznaczona jest prędkość obrotowa 750 obr/min. Można łatwo obliczyć, że w przypadku czasu rejestracji wynoszącego 30 min. silnik pracujący z prędkością 750 obr/min, obracając się przez 15 min w jednym z dwóch kierunków, powinien wykonać 11250 obrotów. W przypadku zapisu p czasie 38 min. (w obie strony) byłoby to 14250 obrotów (w jedna stronę).

Obliczmy zatem, o jaki kąt obróci się oś krzywki przełączającej zmianę kierunku obrotów w obu tych przypadkach. Dla ułatwienia obliczeń zauważmy, że przekładnia zębata po stronie silnika wynosi 1:4, przekładnia cierna na szpuli napędowej 1:39, przekładnia zębata po stronie krzywki także 1:4. Mamy zatem kolejne stopnie redukcji obrotów, składające się na całkowite przełożenie pomiędzy silnikiem a krzywką równe:  4 x 9,78 * 4 * 80 = 12515,5.

W przypadku zapisu 30 min. (11250 obrotów w jedną stronę) obrót ten wyniesie zatem 0,9 obr. pełnego (323,6 st. kątowego). Z kolei w przypadku zapisu 38 min. (14250 obrotów w jedną stronę) kąt obrotu będzie równy 1,139 kąta pełnego, czyli wyraźnie więcej, niż kąt pełny 360 st., pozbawia mechanizm krzywki jakiegokolwiek sensu.  Z tego względu ten drugi przypadek w zasadzie należałoby całkowicie wykluczyć (gdyby nie pytanie w duchu przekory, jakie się w tym miejscu nasuwa: "A właściwie to dlaczego zaraz wykluczać?") i uznać, że mechanizm napędowy, jaki opisuje jedynie dostępna niestandardowa instrukcja eksploatacyjna, nie pozwala raczej na zapis o czasie trwania 38 min., a jedynie 30 min. Przynajmniej takie zdaje się sprawiać wrażenie. Aliści jest jedno poważne "ale". Na stronie 106 tejże instrukcji czytamy bowiem:

"Aparatura powinna włączyć się w stan zapisu... Szpula napędzająca powinna wykonać 10 obrotów w ciągu 40 +/-2 sek."

A zatem, zgodnie z tym fragmentem instrukcji eksploatacyjnej, a jak wiadomo, instrukcje zawsze mają rację, nawet jak się wydaje, że nie mają, jednoznacznie określona jest nowa prędkość obrotu szpuli napędowej. Zgodnie z tym fragmentem zamieszczonym na str. 106, ale wbrew danym zawartym wcześniej na schemacie opisującym mechanizm str. 30, szpula ta powinna obracać się z prędkością 0,25 obr./sek. czyli 15 obr./min. Co za tym idzie - obroty silnika elektrycznego, 39,12 razy wyższe od obrotów szpuli "wiodącej" 15 obr./min., powinny wynosić teraz nie 750 ale 587 obr./min.

W jaki sposób można uzyskać 38 minut zapisu na standardowo 30-minutowym rejestratorze?

Z tą kwestią powyższą zmagał się już, jak pamiętamy, min. Miller i obie Prokuratury. Przyjęto urzędowo za pewnik, że musiała być cieńsza taśma. Jak cienka, o tym milczał min. Miller i milczy nawet instrukcja eksploatacyjna. .Żeby to ustalić, trzeba wiedzieć ile zwojów powinno się zmieścić na szpuli.

Z przekładni silnik-szpula wiodąca równej 4 x 9,78 wynika, że 11250 obrotów silnika daje w ciągu 15 min. ok. 288 pełnych obrotów szpuli "wiodącej", a zatem także 288 zwojów taśmy magnetycznej na tej szpuli. Z instrukcji ponadto wiadomo, że producent zaleca, by po nawinięciu się taśmy podczas jej wymiany dokręcić jeszcze 15 dodatkowych 15 zwojów, a ponadto zostawić wolny koniec o długości 600 mm . Razem daje to 300-303 zwoje taśmy. .

Idąc dalej, różnica pomiędzy średnicą zewnętrzną szpuli ok. 86 mm a wewnętrzną 60 mm wynosi 26 mm. więc różnica ich promieni równa się 13 mm. A zatem maksymalna grubość taśmy magnetycznej wynosiłaby 13/300 =  0,043 mm. Jak się wydaje, typowymi wielkościami są tutaj wartości: 0,018, 0,025 i 0,035 mm,  a więc w grę wchodziłyby raczej te dwie ostatnie, ze wskazaniem na 0,035.

Trzeba jednak mieć zarazem świadomość, że zmniejszanie grubości taśmy tylko w niewielkim stopniu wpływa na długość odcinka roboczego taśmy (w granicach 10 proc.), i w najmniejszym nawet stopniu nie wpływa na liczbę zapisanych 0,5 -sekundowych markerów. Przynosi to jedynie zwiększenie nieużytecznej ilości taśmy na szpuli, która dla odcinka roboczego taśmy spełnia rolę czegoś w rodzaju podkładki, czy też bufora dystansowego. Znaczenie dla długości odcinka czasu zapisu ma natomiast tylko i wyłącznie wydłużenie czasu obrotu osi krzywki uruchamiającej mikroprzełączniki graniczne, potrzebnego do osiągnięcia przez krzywkę kąta obrotu równego ok.0,9 kąta pełnego.

Istnieje kilka możliwych metod zwiększenia tej wielkości. Wiążą się one zazwyczaj z modyfikacją samego systemu elektryczno-mechanicznego rejestratora, względnie jego sprzętowego otoczenia. Czyli mówiąc kolokwialnie - z przeróbką rejestratora z wersji standardowej 30-minutowej na niestandardową 38-minutową, bez zmiany nazwy, symbolu, a także - last but not least - bez konieczności kłopotliwej, być może, notyfikacji zmian użytkownikom tego rejestratora.  

1. Zmiana prędkości obrotowej silnika elektrycznego poprzez wewnętrzny regulator. W internetowej literaturze przedmiotu panuje dość częste przeświadczenie, że w MARS-BM nie ma żadnej regulacji prędkości silnika napędowego. Tymczasem w bloku fazowej (bardzo skutecznej) stabilizacji obrotów o symbolu 70A-12M (str. 27) taki regulator widnieje. Jest nim regulowany rezystor R10 (potencjometr), widoczny na samej górze schematu.

Oznaczenie R10 w spisie elementów jako OSSP5-14m, 47 kohm stanowi potwierdzenie symbolu ideowego (prostokąt ze strzałką z boku, że należy on do typoszeregu rezystorów regulowanych. Element ten wraz z włączonym z nim szeregowo rezystorem R11 ( 15 kohm) dostarcza część regulowaną składowej stałej napięcia na kondensatorze C9, która, jak głosi instrukcja, decyduje o częstotliwości impulsów, a w konsekwencji wpływa w określony sposób na prędkość obrotową silnika.

W normalnych warunkach potencjometr służy raczej do równoważenia układu porównawczego fazy, czyli stanu, kiedy szerokość impulsów jest równa przerwie pomiędzy impulsami (współczynnik wypełnienia impulsów  równy 1. Jednak w sytuacji wymuszonego niezrównoważenia może być uważany, naszym zdaniem przynajmniej, za (roz)regulator prędkości. Czy zakres tej regulacji  byłby w tych warunkach wystarczający, aby można było za jego pomocą  ustawić prędkość 587 obr./min,  potrzebną do wydłużenia czasu zapisu do 38 min.? To należałoby w pierwszym rzędzie zweryfikować praktycznie na konkretnych egzemplarzach tego rejestratora.

2. Redukcja stałego napięcia zasilającego 27 V do wielkości rzędu 22-24 V, lub wprowadzenie napięcia zasilającego stałego pulsującego w określonych granicach wartości granicznych i parametrów czasowych.  Może być ona realizowana układowo wewnątrz rejestratora, lub poza nim.
Warto mieć przy tym na uwadze, że dodatkową specyfiką tego rozwiązania jest wpływ pulsacji tego zasilania (jeśli są większe od 0,9 V) na zmianę treści informacyjnej lub nawet zaniki markerów czasu generowanych przez układ dopasowujący  UsS-16, a zapisywanych w kanale IV rejestratora.

3. Zmiana przekładni zębatych, ślimakowej i ciernej tak, aby uzyskać 1,267-krotne zmniejszenie standardowej prędkości obrotowej. Wymaga specjalnych, niestandardowych elementów  mechanicznych, co nie jest łatwe w realizacji, ale i nie da się z całą pewnością wykluczyć (dla chcącego nic trudnego).

4. Wymiana silnika DPR-42-N2-02 o nominalnej prędkości obrotowej 6000 obr./min. przy napięciu stałym 27 V na silnik  DPR-42-N3-02  (4500 obr./min). Można zauważyć, że ta ostatnia wartość w razie zapotrzebowania idealnie pasuje do omawianej zmiany prędkości obrotowej.

Listę metod uzyskania 38 minut zapisu zamiast standardowej ">30" pozostawiamy otwartą. Może nasi Czytelnicy mają jakieś inne koncepcje?  


Wracając do pytania: dlaczego w internecie dostępna jest tylko i wyłącznie wersja niestandardowa, natomiast standardowa, czyli odnosząca się do rejestratorów standardowo instalowanych od lat na samolotach produkcji radzieckiej? Trudno dociec, w tym samym mniej więcej stopniu, jak było to trudne na wstępie. Być może już tylko takie niestandardowe katastroficzne rejestratory będą obecnie w rosyjskich samolotach w użyciu? Ale to jak na razie tylko takie nasze niczym nie potwierdzone przypuszczenia.