1950-luvun lopulla, ennen kuin NASA: lla oli aikomusta mennä kuuhun - tai tarvittavansa tietokonetta päästäkseen sinne - MIT-instrumentointilaboratorio oli suunnitellut ja rakentanut pienen prototyyppikoettimen, jonka he toivoivat lentävänsä jonain päivänä Marsille (lukekaa taustaa osittain 1 tästä tarinasta). Tämä pieni koetin käytti navigointiin pientä, alkeellista yleiskäyttöistä tietokonetta, joka perustui ballististen ohjusten, sukellusveneiden ja ilma-alusten inertiajärjestelmiin, jotka Lab oli suunnitellut ja rakennettu armeijalle toisen maailmansodan jälkeen.
Instrumentointilaboratorion ihmiset väittivät, että heidän Mars Probe -konseptinsa - ja erityisesti navigointijärjestelmän - kiinnostavat niitä, jotka ovat mukana uusissa planeettatutkimuspyrkimyksissä, kuten Yhdysvaltain ilmavoimat ja Jet Propulsion -laboratorio. Mutta kun MIT Lab lähestyi heitä, kumpikaan yksikkö ei ollut kiinnostunut. Ilmavoimat olivat poissa avaruusliiketoiminnasta, ja JPL: llä oli suunnitelmia käyttää omaa planeettaalusta, joka suunnitteli Mojaven autiomaassa sijaitsevaa suurta Goldstone-viestintäastiaa. 26-metrinen tutkalautanen oli rakennettu seuraamaan varhaisrobottisia Pioneer-koettimia.
Sekä ilmavoimat että JPL ehdottivat lab-keskustelua vasta perustetun NASA-organisaation ihmisille.
Laboratorion jäsenet vierailivat NBA: n varahallintojohtaja Hugh Drydenissa Washington DC: ssä ja Robert Chilton, joka johti NASAn lentodynamiikkaosastoa Langleyn tutkimuskeskuksessa. Molempien miesten mielestä laboratorio oli tehnyt erittäin hienoa työtä suunnittelussa, etenkin ohjaustietokoneessa. NASA päätti antaa laboratoriolle 50 000 dollaria jatkamaan konseptin tutkimusta.
Myöhemmin laboratorion johtajan, Dr. Charles Stark Draperin ja muiden NASA: n johtajien välillä järjestettiin kokous, jossa keskusteltiin NASA: n erilaisista pitkän kantaman suunnitelmista ja siitä, kuinka laboratorion mallit saattavat sopia ihmisten ohjaamaan avaruusalukseen. Useiden kokousten jälkeen päätettiin, että järjestelmän tulisi koostua yleiskäyttöisestä digitaalisesta tietokoneesta, jossa on ohjaukset ja näytöt astronautteille, avaruussekstantista, inertiaohjausyksiköstä gyros- ja kiihtyvyysmittarien kanssa ja kaikesta sitä tukevasta elektroniikasta. Kaikissa näissä keskusteluissa kaikki olivat yhtä mieltä siitä, että astronautin pitäisi olla roolissa avaruusaluksen toiminnassa eikä vain olla mukana matkalla. Ja kaikki NASA: n ihmiset pitivät erityisen itsenäistä navigointikykyä, koska pelättiin, että Neuvostoliitto saattoi häiritä Yhdysvaltojen avaruusaluksen ja maan välistä viestintää vaarantaen astronautien tehtävän ja hengen.
Mutta sitten syntyi Project Apollo. Presidentti John F. Kennedy haastoi NASA: n huhtikuussa 1961 laskeutumaan Kuulle ja palaamaan turvallisesti maan päälle - kaikki ennen vuosikymmenen loppua. Vain yksitoista viikkoa myöhemmin, elokuussa 1961, MIT-instrumentointilaboratorion kanssa allekirjoitettiin Apollon ensimmäinen pääsopimus ohjaus- ja navigointijärjestelmän rakentamiseksi.
"Meillä oli sopimus", sanoi Mars Probe -suunnittelutiimiin kuuluneen laboratorion insinööri Dick Battin. "Mutta meillä ei ollut aavistustakaan, kuinka aiomme tehdä tämän työn, paitsi kokeilla sitä Marsin jälkeen koetin."
Osa Apollon opastustietokoneen (AGC) pääaineista on, että Doc Draper veti periaatteessa jotkut laboratorion 11-sivun ehdotuksessa luetelluista teknisistä tiedoista. Parempien numeroiden puuttuessa - ja tietäen sen tarvitsevan mahtua avaruusaluksen sisään - hän sanoi, että se painaa 100 kiloa, on yhden kuutiometrin kokoinen ja käyttää vähemmän kuin 100 wattia voimaa.
Mutta tuolloin tietyistä Apollon komponenteista tai avaruusaluksista tiedettiin hyvin harvat tekniset tiedot, koska muita sopimuksia ei ollut annettu eikä NASA ollut vielä päättänyt menetelmästään (suora nousu, Earth Orbit Rendezvous tai Lunar Orbit Rendezvous) ja avaruusalusten tyypit päästäksesi matkapuhelimeen.
"Sanoimme:" Emme tiedä mitä työ on, mutta tämä on tietokone, joka meillä on, ja työskentelemme sen parissa, yritämme laajentaa sitä, teemme kaiken voitavan ", Battin sanoi . "Mutta se oli ainoa tietokone, jolla jollain on maassa ja joka voisi mahdollisesti tehdä tämän työn ... mikä tahansa tämä työ voi olla."
Battin muistutti, kuinka aluksi mahdollisuus lentämiseen kuuhun tapahtui maan kiertoradalla, missä avaruusaluksen eri osat laskeutuivat maasta ja yhdistetään maan kiertoradalla ja lentävät kuuhun ja laskeutuvat siellä kokonaisuutena. Mutta lopulta kuun kiertoradan tapaamiskonsepti voitti - missä laskeutuja erottui komentoyksiköstä ja laskeutui kuuhun.
"Joten kun se tapahtui, kysymys oli ... tarvitsemmeko täysin uutta ja erilaista ohjausjärjestelmää kuukausimoduulille kuin meillä komentoyksikölle?" Battin sanoi. "Mitä aiomme tehdä tässä? Vakuutimme NASA: n käyttämään samaa [tietokone] järjestelmää molemmissa avaruusaluksissa. Heillä on erilaisia tehtäviä, mutta voisimme laittaa kaksoiskappaleen kuun moduuliin. Joten mitä me teimme. "
Varhainen käsitteellinen työ Apollon opastustietokoneella (AGC) eteni nopeasti, kun Battin ja hänen ryhmänsä Milt Trageser, Hal Laning, David Hoag ja Eldon Hall kehittivät ohjauksen, navigoinnin ja ohjauksen yleisen kokoonpanon.
Ohjaus tarkoitti veneen liikkeen ohjaamista, kun taas navigointi tarkoitti nykyisen sijainnin määrittämistä mahdollisimman tarkasti suhteessa tulevaan määränpäähän. Ohjauksella viitataan ajoneuvon liikkeiden ohjaamiseen ja avaruudessa suuntiin, jotka liittyvät ajoneuvon asentoon (suunta, nousu ja vieritys) tai nopeuteen (nopeus ja suunta). MIT: n asiantuntemus keskittyi ohjaukseen ja navigointiin, kun taas NASA: n insinöörit - etenkin ne, joilla oli kokemusta projekti Mercuryn parissa työskentelystä - korostivat ohjausta ja hallintaa. Joten, nämä kaksi yksikköä työskentelivät yhdessä luodakseen tarvittavat liikkeet, jotka perustuvat gyroskopio- ja kiihtyvyysmittarien tietoihin ja kuinka tehdä liikkeistä osa tietokoneesta ja ohjelmistosta.
MIT-instrumentointilaboratorion kannalta yksi suuri huolenaihe Apollon ohjaustietokoneessa oli luotettavuus. Tietokone olisi avaruusaluksen aivot, mutta entä jos se epäonnistuu? Koska irtisanominen oli tunnettu ratkaisu luotettavuuden perusongelmaan, The Labin ihmiset ehdottivat, että mukana olisi kaksi tietokonetta, yksi varmuuskopiona. Mutta Pohjois-Amerikan ilmailulla - Apollon komento- ja palvelumoduuleja rakentavalla yrityksellä - oli omat ongelmansa painovaatimusten täyttämisessä. Pohjois-Amerikka paisutti nopeasti kahden tietokoneen koon ja tilavaatimukset, ja NASA suostui.
Toinen idea luotettavuuden lisäämiseksi oli se, että avaruusaluksella olisi varapiirilevyjä ja muita moduuleja, jotta astronautit voisivat suorittaa ”lennon ylläpidon” korvaamalla vialliset osat avaruudessa ollessaan. Mutta idea astronautista vetää auki osasto tai lattialauta ja etsiä viallista moduuli ja varapiirilevyn asettaminen lähestyessä Kuuta näytti valheelliselta - vaikka tätä vaihtoehtoa harkittiin voimakkaasti jo jonkin aikaa.
"Sanoimme, että" me vain teemme tästä tietokoneesta luotettavan ", Battin muistutti. ”Tänään sinut syrjäytetään ohjelmasta, jos sanot, että aiot rakentaa sen niin, että se ei epäonnistu. Mutta juuri sen me teimme. "
Syksyyn 1964 mennessä Lab aloitti suunnitellun päivitetyn AGC-versionsa lähinnä paremman tekniikan hyödyntämiseksi. Yksi Apollo-operaation haastavimmista näkökohdista oli reaaliaikaisen tietojenkäsittelyn määrä, jota tarvitaan avaruusaluksen navigoimiseen kuuhun ja takaisin. Kun laboratorion insinöörit aloittivat projektityönsä, tietokoneet luottavat edelleen analogiseen tekniikkaan. Analogiset tietokoneet eivät olleet nopeaa tai riittävän luotettavaa matkaan tehtävään.
Integroidut piirit, jotka oli juuri keksitty vuonna 1959, olivat nyt kykenevämpiä, luotettavampia ja pienempiä; ne voisivat korvata aikaisemmat mallit ydintransistoripiireillä ottaen noin 40 prosenttia vähemmän tilaa. Heti kun tekniikka oli edistynyt sen jälkeen, kun MIT voitti AGC-sopimuksen vuonna 1961, he tunsivat olevansa varmoja läpimenoajasta, kunnes Apollon ensimmäinen lento sallii suuremman edistyksen luotettavuudessa ja toivottavasti kustannussäästöissä. Tällä päätöksellä AGC: stä tuli yksi ensimmäisistä tietokoneista, joka käytti integroituja piirejä, ja pian yli kaksi kolmasosaa mikrosirien Yhdysvaltojen kokonaistuotannosta käytettiin Apollon tietokoneprototyyppien rakentamiseen.
Lyijykuvateksti: Varhainen integroitu piiri, joka tunnetaan nimellä Fairchild 4500a integroitu piiri. Kuvan kohteliaisuus: Draper.
Vaikka monet tietokonelaitteiden suunnitteluselementit alkoivat asettua paikoilleen, 1960-luvun puoliväliin mennessä ilmeinen nagging -kysymys tuli ilmeiseksi: muisti. Alkuperäisessä Mars-koettimeen perustuvassa suunnittelussa oli vain 4 kilotavua kiinteän muistin sanoja ja 256 poistettavaa sanaa. Kun NASA lisäsi muita näkökohtia Apollo-ohjelmaan, muistivaatimukset jatkoivat nousuaan 10 K: seen, sitten 12, 16, 24: een ja lopulta 36 kilotavuun kiinteää muistia ja 2 K: aan käyttökelpoista.
Lab-järjestelmän suunnittelemaa järjestelmää kutsuttiin ydinvaijerimuistiksi, ja ohjelmistot luotiin huolellisesti nikkelilejeerinkilangalla, joka on kudottu pienten magneettisten "munkkien" läpi, jotta voidaan luoda pysyvä muisti. Tietokoneen ja nollan kielellä, jos se oli yksi, se juoksi donitsin läpi; jos se oli nolla, lanka juoksi sen ympärille. Yksi muistikomponentti kesti 512 magneettisen ytimen läpi kudottua puolen mailin langan kimppuja. Yksi moduuli voi tallentaa yli 65 000 kappaletta tietoa.
Battin kutsui ydinköyden muuntamisen rakentamisprosessiksi LOL-menetelmää.
"Pikku vanhat naiset", hän sanoi. "Raytheonin tehtaan naiset kudottavat ohjelmiston kirjaimellisesti tähän ydinköyden muistiin."
Vaikka naiset tekivät pääasiassa kutomista, he eivät olleet välttämättä vanhoja. Raytheon työllisti monia entisiä tekstiilityöntekijöitä, taitavasti kutomaan, joiden piti noudattaa yksityiskohtaisia ohjeita lankojen kutomiseen.
Kun ydinköyden muistoja rakennettiin ensimmäistä kertaa, prosessi oli melko työvoimavaltainen: kaksi naista istuisi vastakkain toistensa kanssa ja kutoisi käsin virtajohtovirtaa pienten magneettinenytimien läpi työntämällä koetinta johdolla yhdeltä puolelta. toiselle. Vuoteen 1965 mennessä oli otettu käyttöön mekaanisempi menetelmä lankojen kutomiseksi, joka perustui Uuden Englannin kutomateollisuudessa käytettyihin tekstiilikoneisiin. Mutta silti, prosessi oli erittäin hidas, ja yhden ohjelman kudonta voi kestää useita viikkoja tai jopa kuukausia, ja sen testaamiseen tarvitaan enemmän aikaa. Kudonnan mahdolliset virheet tarkoittivat, että se olisi uusittava. Command Module -tietokone sisälsi kuusi sarjaa ydinköysiyksiköitä, kun taas Lunar-moduulitietokone piti seitsemää.
Kaikkiaan tietokoneessa oli noin 30 000 osaa. Jokainen komponentti suoritetaan sähkötestillä ja stressitestillä. Mikä tahansa vika vaati komponentin hylkäämistä.
"Vaikka muisti oli luotettava", Battin sanoi, "NASA: lle ei pitänyt siitä, että se oli, että jo varhain sinun oli päätettävä, mistä tietokoneohjelmasta tulee. He kysyivät meiltä: "Entä jos meillä olisi viime hetken muutos?" Ja sanoimme, että meillä ei voi olla viime hetken muutoksia, ja milloin tahansa haluat muuttaa muistia, tarkoittaa vähintään kuuden viikon liukuminen. Kun NASA sanoi, että se oli sietämätöntä, sanoimme heille: "No, tämä on tapa tämä tietokone on, eikä ole muuta sellaista tietokonetta, jota voit käyttää."
Kaikkien laitteistojen suunnittelussa ja rakentamisessa oli haasteita, kun työ edistyi AGC: llä vuodesta 1965 saakka 1966, toisen näkökohdan laajuus ja monimutkaisuus erottui: ohjelmiston ohjelmointi. Siitä tuli tärkein tietokoneen määrittelevä ongelma sekä aikataulujen että eritelmien noudattamisessa.
Kaikki ohjelmoinnit tehtiin pohjimmiltaan niissä ja nollatasolla, kokoonpanokielen ohjelmointi. Suunnitellessaan ohjelmistoa monimutkaisten tehtävien suorittamiseen ohjelmistosuunnittelijoiden oli keksittävä kekseliäitä tapoja sovittaa koodi muistirajoitteisiin. Ja tietysti mitään näistä hadeverista ei ole tehty aikaisemmin, ainakaan ei tämän mittakaavan ja monimutkaisuuden tasolle. Tänä ajankohtana AGC: n on ehkä jouduttava koordinoimaan useita tehtäviä kerralla: lukemista tutkalta, laskettua suunta, laskemaan virheenkorjaukset gyrossa, määrittämään, mitkä potkurit tulisi ampua, samoin kuin lähettämään tietoja NASA: n maa-asemille ja ottamaan uusia tuloja theastronauteilta .
Hal Laning suunnitteli niin kutsuttua toimeenpano-ohjelmaa, joka asetti tehtäville eri prioriteetit ja antoi korkean prioriteetin tehtävät nukkua ennen matalan prioriteetin tehtäviä. Tietokone pystyi jakamaan muistin eri tehtävien kesken ja seuraamaan tehtävän keskeytymistä.
Labin ohjelmistoryhmä aloitti tarkoituksellisesti ohjelmiston suunnittelun prioriteettiaikataulutuskyvyllä, joka pystyy tunnistamaan tärkeimmät komennot ja antamaan niiden suorittaa keskeytyksettä vähemmän tärkeistä komennoista.
Syksyyn 1965 mennessä NASA: lle kävi kuitenkin ilmeisenä, että Apollon tietokone oli vakavissa vaikeuksissa, koska ohjelmien kehitys oli merkittävästi myöhässä. NASA ei hyväksynyt sitä tosiasiaa, että suhteellisen tuntematon määrä, nimeltään ”ohjelmisto”, voisi viivästyttää koko Apollon ohjelmaa.
Seuraava: Osa 3, selvittämällä se kaikki.
