Στα τέλη της δεκαετίας του 1950, πριν η NASA είχε καμία πρόθεση να πάει στη Σελήνη - ή να χρειαστεί έναν υπολογιστή για να φτάσει εκεί - το Εργαστήριο Οργάνωσης MIT είχε σχεδιάσει και κατασκευάσει έναν μικρό πρωτότυπο ανιχνευτή που ήλπιζαν ότι μια μέρα θα πετάξει στον Άρη (διαβάστε εν μέρει το φόντο 1 από αυτήν την ιστορία εδώ). Αυτός ο μικρός ανιχνευτής χρησιμοποίησε έναν μικρό, στοιχειώδη υπολογιστή γενικής χρήσης για πλοήγηση, βασισμένο στα αδρανειακά συστήματα για βαλλιστικούς πυραύλους, υποβρύχια και αεροσκάφη που το Εργαστήριο είχε σχεδιάσει και κατασκευάσει για τον στρατό από τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο.
Οι λαοί στο εργαστήριο οργάνων πίστευαν ότι η ιδέα του Mars Probe - και ιδίως το σύστημα πλοήγησης - θα ενδιαφερόταν για όσους συμμετείχαν στις νέες προσπάθειες πλανητικής εξερεύνησης, όπως η Πολεμική Αεροπορία των ΗΠΑ και το Εργαστήριο Jet Propulsion. Αλλά όταν το εργαστήριο MIT τους πλησίασε, καμία οντότητα δεν ενδιαφερόταν. Η Πολεμική Αεροπορία βγαίνει από τη διαστημική επιχείρηση και η JPL είχε σχέδια να λειτουργήσει το δικό της πλανητικό διαστημικό σκάφος, κάνοντας πλοήγηση από το μεγάλο πιάτο επικοινωνίας Goldstone στην έρημο Mojave. Το πιάτο ραντάρ 26 μέτρων είχε κατασκευαστεί για την παρακολούθηση των πρώτων ρομποτικών ανιχνευτών Pioneer.
Τόσο η Πολεμική Αεροπορία όσο και η JPL πρότειναν στο Lab να μιλήσει με τους ανθρώπους στον νεοσυσταθέντα οργανισμό της NASA.
Τα μέλη του εργαστηρίου επισκέφτηκαν τον Hugh Dryden, τον Αναπληρωτή Διαχειριστή της NASA στην Ουάσινγκτον, και τον Robert Chilton, ο οποίος ήταν επικεφαλής του κλάδου δυναμικής πτήσης της NASA στο ερευνητικό κέντρο Langley. Και οι δύο άντρες πίστευαν ότι το εργαστήριο είχε κάνει πολύ καλή δουλειά στο σχεδιασμό, ειδικά στον υπολογιστή καθοδήγησης. Η NASA αποφάσισε να δώσει στο Lab 50.000 $ για να συνεχίσει τις σπουδές του σχετικά με την ιδέα.
Αργότερα, δημιουργήθηκε μια συνάντηση μεταξύ του ηγέτη του εργαστηρίου, του Δρ. Charles Stark Draper και άλλων ηγετών της NASA για να συζητηθούν τα διάφορα σχέδια μεγάλης εμβέλειας που είχε η NASA στο μυαλό και πώς τα σχέδια του εργαστηρίου θα μπορούσαν να χωρέσουν σε ένα διαστημικό σκάφος πιλοτικό από ανθρώπους. Μετά από αρκετές συναντήσεις, καθορίστηκε ότι το σύστημα θα πρέπει να αποτελείται από έναν ψηφιακό υπολογιστή γενικής χρήσης με χειριστήρια και οθόνες για τους αστροναύτες, ένα διαστημικό εξάρτημα, μια αδρανειακή μονάδα καθοδήγησης με γυροσκόπια και επιταχυνσιόμετρα και όλα τα υποστηρικτικά ηλεκτρονικά. Σε όλες αυτές τις συζητήσεις, όλοι συμφώνησαν ότι ο αστροναύτης πρέπει να διαδραματίσει ρόλο στη λειτουργία του διαστημικού σκάφους και όχι μόνο να είναι μαζί για τη βόλτα. Και όλοι οι άνθρωποι της NASA άρεσαν ιδιαίτερα την αυτόνομη ικανότητα πλοήγησης, καθώς υπήρχε φόβος ότι η Σοβιετική Ένωση θα μπορούσε να παρεμβαίνει στις επικοινωνίες μεταξύ ενός διαστημικού σκάφους των ΗΠΑ και του εδάφους, θέτοντας σε κίνδυνο την αποστολή και τη ζωή των αστροναυτών.
Αλλά τότε, το Project Apollo γεννήθηκε. Ο Πρόεδρος Τζον Φ. Κένεντι ζήτησε από τη NASA τον Απρίλιο του 1961 να προσγειωθεί στη Σελήνη και να επιστρέψει με ασφάλεια στη Γη - όλα πριν από το τέλος της δεκαετίας. Μόλις έντεκα εβδομάδες αργότερα, τον Αύγουστο του 1961, το πρώτο πρωταρχικό συμβόλαιο για τον Απόλλωνα υπογράφηκε με το Εργαστήριο Οργάνωσης MIT για την κατασκευή του συστήματος καθοδήγησης και πλοήγησης.
«Είχαμε ένα συμβόλαιο», είπε ο Dick Battin, μηχανικός στο εργαστήριο που ήταν μέλος της ομάδας σχεδιασμού του Mars Probe, «αλλά… δεν είχαμε ιδέα πώς θα κάναμε αυτή τη δουλειά, εκτός από το να το δοκιμάσουμε μετά από τον Άρη μας καθετήρας."
Μέρος της γνώσης του Apollo Guidance Computer (AGC) είναι ότι ορισμένες από τις προδιαγραφές που απαριθμούνται στην 11-σελίδα πρόταση του Εργαστηρίου βασικά τραβήχτηκαν από το λεπτό αέρα από τον Doc Draper. Για την έλλειψη καλύτερων αριθμών - και γνωρίζοντας ότι θα χρειαζόταν να χωρέσει μέσα σε ένα διαστημικό σκάφος - είπε ότι θα ζυγίζει 100 κιλά, έχει 1 κυβικό πόδι σε μέγεθος και θα χρησιμοποιεί λιγότερη από 100 watts ισχύος.
Αλλά εκείνη την εποχή, πολύ λίγες προδιαγραφές ήταν γνωστές για οποιοδήποτε άλλο συστατικό στοιχείο ή διαστημικό σκάφος του Απόλλωνα, καθώς δεν είχαν επιτραπεί άλλα συμβόλαια και η NASA δεν είχε ακόμη αποφασίσει σχετικά με τη μέθοδο της (άμεση ανάβαση, Earth Orbit Rendezvous ή Lunar Orbit Rendezvous) και τους τύπους του διαστημικού σκάφους για να φτάσετε στο Moon.
«Είπαμε,« Δεν ξέρουμε τι είναι η δουλειά, αλλά αυτός είναι ο υπολογιστής που έχουμε, και θα δουλέψουμε σε αυτό, θα προσπαθήσουμε να τον επεκτείνουμε, θα κάνουμε ό, τι μπορούμε », δήλωσε ο Battin. . «Αλλά ήταν ο μόνος υπολογιστής που έχει κανείς στη χώρα που θα μπορούσε να κάνει αυτή τη δουλειά… όποια κι αν είναι αυτή η δουλειά.»
Ο Battin υπενθύμισε πώς στην αρχή, η επιλογή για πτήση στη Σελήνη θα ήταν ραντεβού σε τροχιά της Γης, όπου τα διάφορα μέρη του διαστημικού σκάφους θα εκτοξευτούν από τη Γη και θα συνδυαστούν σε τροχιά της Γης και θα πετάξουν στη Σελήνη και θα προσγειωθούν εκεί στο σύνολό τους. Αλλά τελικά, η σεληνιακή ραντεβού σε τροχιά κέρδισε - όπου ο εκφορτωτής θα διαχωριζόταν από την Ενότητα εντολών και θα προσγειωνόταν στη Σελήνη.
«Λοιπόν, όταν προέκυψε, τότε το ερώτημα ήταν… χρειαζόμαστε ένα εντελώς νέο και διαφορετικό σύστημα καθοδήγησης για το Lunar Module από ό, τι έχουμε για το Command Module;» Ο Μπατίν είπε. «Τι θα κάνουμε γι 'αυτό; Πείσαμε τη NASA να χρησιμοποιήσει το ίδιο σύστημα [υπολογιστή] και στα δύο διαστημόπλοια. Έχουν διαφορετικές αποστολές, αλλά θα μπορούσαμε να βάλουμε ένα διπλό σύστημα στη σεληνιακή ενότητα. Αυτό κάναμε λοιπόν. "
Το αρχικό εννοιολογικό έργο στον υπολογιστή Apollo Guidance Computer (AGC) προχώρησε γρήγορα, με τον Battin και τις κοόρτες του Milt Trageser, Hal Laning, David Hoag και Eldon Hall να επεξεργάζονται τη συνολική διαμόρφωση για καθοδήγηση, πλοήγηση και έλεγχο.
Η καθοδήγηση σήμαινε την καθοδήγηση της κίνησης ενός σκάφους, ενώ η πλοήγηση αναφέρεται στον προσδιορισμό της παρούσας θέσης όσο το δυνατόν ακριβέστερα, σε σχέση με έναν μελλοντικό προορισμό. Ο έλεγχος αναφέρεται στην κατεύθυνση των κινήσεων του οχήματος, και στο διάστημα οι κατευθύνσεις που σχετίζονται με τη στάση του (χασμουρητό, βήμα και ρολό) ή την ταχύτητα (ταχύτητα και κατεύθυνση). Η τεχνογνωσία του MIT επικεντρώθηκε στην καθοδήγηση και την πλοήγηση, ενώ οι μηχανικοί της NASA - ειδικά εκείνοι που είχαν εμπειρία στο έργο Mercury - τόνισαν την καθοδήγηση και τον έλεγχο. Έτσι, οι δύο οντότητες συνεργάστηκαν για να δημιουργήσουν τους ελιγμούς που θα απαιτηθούν βάσει δεδομένων από τα γυροσκόπια και τα επιταχυνσιόμετρα και πώς να κάνουν τους ελιγμούς μέρος του υπολογιστή και του λογισμικού.
Για το εργαστήριο οργάνων MIT, μια μεγάλη ανησυχία για τον υπολογιστή Apollo Guidance ήταν η αξιοπιστία. Ο υπολογιστής θα ήταν ο εγκέφαλος του διαστημικού σκάφους, αλλά τι γίνεται αν αποτύχει; Δεδομένου ότι η απόλυση ήταν μια γνωστή λύση στο βασικό πρόβλημα αξιοπιστίας, οι άνθρωποι στο The Lab πρότειναν να συμπεριληφθούν δύο υπολογιστές επί του σκάφους, με έναν ως εφεδρικό. Αλλά η North American Aviation - η εταιρεία που κατασκευάζει τα Apollo Command and Service Modules - αντιμετώπιζε τα δικά της προβλήματα που πληρούσαν τις απαιτήσεις βάρους. Η Βόρεια Αμερική απέκλεισε γρήγορα τις απαιτήσεις μεγέθους και χώρου δύο υπολογιστών και η NASA συμφώνησε.
Μια άλλη ιδέα για αυξημένη αξιοπιστία περιελάμβανε την ύπαρξη πλακέτων σπειροειδών κυκλωμάτων και άλλων δομοστοιχείων στο διαστημικό σκάφος, ώστε οι αστροναύτες να μπορούσαν να «συντηρήσουν κατά την πτήση», αντικαθιστώντας ελαττωματικά μέρη κατά τη διάρκεια του διαστήματος. Αλλά η ιδέα ενός αστροναύτη να ανοίγει ένα διαμέρισμα ή σανίδα δαπέδου, να κυνηγάει ένα ελαττωματικό μονάδα και η τοποθέτηση ενός ανταλλακτικού κυκλώματος ενώ πλησίαζε στη Σελήνη φαινόταν παράλογη - παρόλο που αυτή η επιλογή εξετάστηκε έντονα για αρκετό καιρό.
"Είπαμε," απλώς πρόκειται να κάνουμε αυτόν τον υπολογιστή αξιόπιστο ", υπενθύμισε ο Battin. "Σήμερα, θα αποβληθείτε από το πρόγραμμα αν είπατε ότι θα το φτιάξετε έτσι ώστε να μην αποτύχει. Αλλά αυτό κάναμε. "
Μέχρι το φθινόπωρο του 1964, το The Lab άρχισε να σχεδιάζει την αναβαθμισμένη έκδοση του AGC, κυρίως για να εκμεταλλευτεί τη βελτιωμένη τεχνολογία. Μία από τις πιο απαιτητικές πτυχές της αποστολής Apollo ήταν ο υπολογισμός σε πραγματικό χρόνο που απαιτείται για την πλοήγηση στο διαστημικό σκάφος στη Σελήνη και πίσω. Όταν οι μηχανικοί στο εργαστήριο ξεκίνησαν για πρώτη φορά το έργο τους, οι υπολογιστές εξακολουθούσαν να βασίζονται στην αναλογική τεχνολογία. Οι αναλογικοί υπολογιστές δεν ήταν γρήγοροι ή αρκετά αξιόπιστοι για αποστολή στη Σελήνη.
Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα, τα οποία μόλις εφευρέθηκαν το 1959, ήταν πλέον πιο ικανά, αξιόπιστα και μικρότερα. θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν τα προηγούμενα σχέδια χρησιμοποιώντας κυκλώματα τρανζίστορ πυρήνα, καταλαμβάνοντας περίπου 40 τοις εκατό λιγότερο χώρο. Όσο γρήγορα προχώρησε η τεχνολογία από τότε που η MIT κέρδισε το συμβόλαιο AGC το 1961, ένιωθαν σίγουροι ότι θα οδηγήσει στον χρόνο μέχρι την πρώτη πτήση του Apollo να επιτρέψει μεγαλύτερη πρόοδο στην αξιοπιστία και ελπίζουμε ότι θα μειωθεί το κόστος. Με αυτήν την απόφαση, το AGC έγινε ένας από τους πρώτους υπολογιστές που χρησιμοποίησαν ολοκληρωμένα κυκλώματα και σύντομα, πάνω από τα δύο τρίτα της συνολικής παραγωγής μικροκυκλωμάτων στις ΗΠΑ χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή πρωτοτύπων υπολογιστών Apollo.
Υπότιτλος κύριας εικόνας: Ένα αρχικό ολοκληρωμένο κύκλωμα, γνωστό ως ολοκληρωμένο κύκλωμα Fairchild 4500a. Ευγενική προσφορά εικόνας: Draper.
Παρόλο που πολλά στοιχεία σχεδίασης για το υλικό του υπολογιστή άρχισαν να ισχύουν, ένα ενοχλητικό ζήτημα στα μέσα της δεκαετίας του 1960 έγινε προφανές: μνήμη. Το αρχικό σχέδιο, που βασίστηκε στο Mars Probe, είχε μόλις 4 kilobytes λέξεις σταθερής μνήμης και 256 λέξεις διαγράψιμες. Καθώς η NASA προσέθεσε περισσότερες πτυχές στο πρόγραμμα Apollo, οι απαιτήσεις μνήμης συνέχισαν να αυξάνονται, σε 10 K, μετά 12, 16, 24 και τέλος σε 36 Kilobytes σταθερής μνήμης και 2 K του Serasable.
Το σύστημα που σχεδίασε το Εργαστήριο ονομάστηκε μνήμη πυρήνα σχοινιού, με το λογισμικό να δημιουργείται προσεκτικά με σύρμα κράματος νικελίου που υφαίνεται μέσω των μικροσκοπικών μαγνητικών «ντόνατ» για να δημιουργήσει τη μη διαγράψιμη μνήμη. Στη γλώσσα των υπολογιστών και των μηδενικών, αν ήταν ένα, διέτρεχε το ντόνατ. αν ήταν μηδέν, το καλώδιο έτρεχε γύρω του. Για ένα εξάρτημα μνήμης, χρειάστηκε δέματα μισού μιλίου καλωδίου υφασμένα μέσω 512 μαγνητικών πυρήνων. Μια ενότητα θα μπορούσε να αποθηκεύσει πάνω από 65.000 κομμάτια πληροφοριών.
Ο Battin χαρακτήρισε τη διαδικασία κατασκευής του πυρήνα-μνήμης ως τη μέθοδο LOL.
«Μικρές ηλικιωμένες κυρίες», είπε. «Οι γυναίκες στο εργοστάσιο Raytheon θα κυριολεκτικά υφαίνονταν το λογισμικό σε αυτήν τη μνήμη πυρήνα.»
Ενώ οι γυναίκες έκαναν κυρίως την ύφανση, δεν ήταν απαραίτητα ηλικιωμένες. Ο Raytheon απασχολούσε πολλούς πρώην υφαντουργούς, έμπειρους στην ύφανση, οι οποίοι έπρεπε να ακολουθήσουν λεπτομερείς οδηγίες για την ύφανση των καλωδίων.
Όταν οι μνήμες πυρήνα σχοινιού χτίστηκαν για πρώτη φορά, η διαδικασία ήταν αρκετά απαιτητική: δύο γυναίκες κάθονταν το ένα απέναντι από την άλλη, θα υφαίνονταν με το χέρι μια ροή καλωδίων μέσω μικροσκοπικών μαγνητικών πυρήνων, σπρώχνοντας έναν καθετήρα με το καλώδιο συνδεδεμένο από τη μία πλευρά στο άλλο. Μέχρι το 1965, εφαρμόστηκε και πάλι μια πιο μηχανική μέθοδος ύφανσης των συρμάτων, με βάση τις υφαντικές μηχανές που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία ύφανσης της Νέας Αγγλίας. Όμως, η διαδικασία ήταν εξαιρετικά αργή και ένα πρόγραμμα μπορεί να διαρκέσει αρκετές εβδομάδες ή και μήνες για να υφαίνει, με περισσότερο χρόνο για να το δοκιμάσει. Τυχόν λάθη στην ύφανση σήμαινε ότι θα έπρεπε να επαναληφθεί. Ο υπολογιστής Command Module περιείχε έξι σύνολα δομοστοιχείων πυρήνα, ενώ ο υπολογιστής Lunar Module κράτησε επτά.
Συνολικά, υπήρχαν περίπου 30.000 ανταλλακτικά στον υπολογιστή. Κάθε στοιχείο θα υποβληθεί σε μια ηλεκτρική δοκιμή και μια δοκιμή πίεσης. Οποιαδήποτε αποτυχία απαιτεί απόρριψη του στοιχείου.
«Παρόλο που η μνήμη ήταν αξιόπιστη», είπε ο Battin, «αυτό που δεν της άρεσε η NASA είναι το γεγονός ότι πολύ νωρίς από εσάς έπρεπε να αποφασίσετε ποιο θα ήταν το πρόγραμμα υπολογιστή. Μας ρώτησαν, "Τι γίνεται αν αλλάξουμε μια αλλαγή της τελευταίας στιγμής;" Και είπαμε ότι δεν μπορούμε να έχουμε αλλαγές της τελευταίας στιγμής και όποιος θέλεις να αλλάξουμε τη μνήμη, σημαίνει μια ελάχιστη διαφορά έξι εβδομάδων. Όταν η NASA είπε ότι ήταν απαράδεκτη, τους είπαμε: "Λοιπόν, έτσι είναι αυτός ο υπολογιστής και δεν υπάρχει κανένας άλλος υπολογιστής σαν να μπορείτε να χρησιμοποιήσετε."
Ενώ ο σχεδιασμός και η κατασκευή όλου του υλικού δημιούργησαν προκλήσεις, καθώς οι εργασίες προχώρησαν στο AGC έως το 1965 και το 1966, ξεχώρισε το μέγεθος και η πολυπλοκότητα μιας άλλης πτυχής: προγραμματισμός του λογισμικού. Έγινε το σημαντικότερο καθοριστικό πρόβλημα του υπολογιστή, ικανοποιώντας τόσο τα χρονοδιαγράμματα όσο και τις προδιαγραφές.
Όλος ο προγραμματισμός έγινε βασικά σε αυτά και στο μηδενικό επίπεδο, προγραμματισμός γλώσσας συναρμολόγησης. Κατά το σχεδιασμό του λογισμικού για την εκτέλεση πολύπλοκων εργασιών, οι μηχανικοί λογισμικού έπρεπε να βρουν έναν έξυπνο τρόπο για να ταιριάξουν τον κώδικα εντός των περιορισμών μνήμης. Και φυσικά, κανένα από αυτά δεν είχε γίνει πριν, τουλάχιστον όχι σε αυτό το επίπεδο κλίμακας και πολυπλοκότητας. Εν πάση περιπτώσει, η AGC ενδέχεται να χρειαστεί να συντονίσει πολλές εργασίες ταυτόχρονα: λήψη διαβάσεων από το ραντάρ, υπολογισμός τροχιάς, εκτέλεση διορθώσεων σφαλμάτων στα γυροσκόπια, καθορισμός των προωθητών που πρέπει να πυροδοτηθούν, καθώς και μεταφορά δεδομένων στους επίγειους σταθμούς της NASA και λήψη νέων εισόδων από τους αστροναύτες .
Ο Χαλ Λάνινγκ επινόησε αυτό που ονόμασε εκτελεστικό πρόγραμμα, το οποίο ανέθεσε σε καθήκοντα διαφορετικές προτεραιότητες και επέτρεψε σε καθήκοντα υψηλής προτεραιότητας να κοιμηθούν πριν από αυτά χαμηλής προτεραιότητας. Ο υπολογιστής θα μπορούσε να εκχωρήσει μνήμη μεταξύ διαφορετικών εργασιών και να παρακολουθεί πού είχε διακοπεί μια εργασία.
Η ομάδα λογισμικού του εργαστηρίου, άρχισε σκόπιμα να σχεδιάζει το λογισμικό με δυνατότητα προγραμματισμού προτεραιότητας που θα μπορούσε να προσδιορίσει τις πιο σημαντικές εντολές και να επιτρέπει σε αυτές να εκτελούνται χωρίς διακοπή από λιγότερο σημαντικές εντολές.
Ωστόσο, μέχρι το φθινόπωρο του 1965, έγινε προφανές στη NASA ότι ο υπολογιστής Apollo αντιμετώπιζε σοβαρά προβλήματα, καθώς η ανάπτυξη των προγραμμάτων ήταν σημαντικά καθυστερημένη. Το γεγονός ότι μια σχετικά άγνωστη ποσότητα που ονομάζεται «λογισμικό» θα μπορούσε να καθυστερήσει ολόκληρο το πρόγραμμα Apollo δεν έγινε δεκτό από τη NASA.
Επόμενο: Μέρος 3, καταλαβαίνοντας τα όλα.
