В края на 50-те години, преди НАСА да има някакви намерения да отиде до Луната - или да се нуждае от компютър, за да стигне до там - лабораторията за инструменти на MIT беше проектирала и построила малка прототипна сонда, за която се надяваха, че един ден ще отлети до Марс (прочетете частично предисторията) 1 от тази история тук). Тази малка сонда използва малък, рудиментарен компютър с общо предназначение за навигация, базиран на инерционните системи за балистични ракети, подводници и самолети, които Лабораторията беше проектирала и изградила за военните след Втората световна война.
Хората в лабораторията за инструменти са помислили, че тяхната концепция за проучване на Марс - и по-специално навигационната система - ще бъде интересна за онези, които участват в новоизгряващите планетарни проучвания, като ВВС на САЩ и Лабораторията за реактивни двигатели. Но когато лабораторията на MIT се приближи до тях, нито едно лице не се заинтересува. ВВС се измъкваха от космическия бизнес и JPL планираше да управлява собствен планетарен космически кораб, правейки навигация от голямата комуникационна чиния Goldstone в пустинята Мохаве. 26-метровата радарна антена е конструирана за проследяване на ранните роботизирани сонди на Pioneer.
И ВВС, и JPL предложиха лабораторията да разговаря с хората от новосформираната НАСА организация.
Членовете на лабораторията посетиха Хю Драйдън, заместник-администратор на НАСА във Вашингтон, и Робърт Чилтън, който ръководеше филиала на НАСА за динамика на полета в изследователския център в Лангли. И двамата мъже смятаха, че лабораторията е свършила много добра работа по дизайна, особено върху компютъра за ориентиране. НАСА реши да даде на лабораторията 50 000 долара, за да продължат проучванията си по концепцията.
По-късно беше създадена среща между лидера на лабораторията, д-р Чарлз Старк Дрейпър и други ръководители на НАСА, за да обсъдят различните планове за далечни разстояния, които НАСА имаше предвид и как проектите на лабораторията могат да се впишат в космически кораб, пилотиран от хората. След няколко срещи беше установено, че системата трябва да се състои от цифров компютър с общо предназначение с контроли и дисплеи за астронавтите, космически секстант, инерционен блок за насочване с жироскопи и акселерометри и цялата поддържаща електроника. Във всички тези дискусии всички се съгласиха, че астронавтът трябва да играе роля в управлението на космическия кораб, а не само да бъде заедно с карането. И всички хора от НАСА особено харесаха самостоятелната навигационна способност, тъй като имаше опасения, че Съветският съюз може да попречи на комуникациите между американски космически кораб и земята, застрашавайки мисията и живота на астронавтите.
Но тогава се роди Проект Аполон. През април 1961 г. президентът Джон Ф. Кенеди предизвика НАСА да кацне на Луната и да се върне безопасно на Земята - всичко преди края на десетилетието. Само единадесет седмици по-късно, през август 1961 г., е подписан първият основен договор за Аполон с инструменталната лаборатория MIT за изграждане на системата за насочване и навигация.
„Имахме договор“, каза Дик Батин, инженер от TheLab, който беше част от екипа на дизайнерите на Mars Probe, „но ... нямахме представа как ще вършим тази работа, освен да опитаме да я моделираме след нашия Марс сонда. "
Част от историята на компютъра за ориентиране на Apollo (AGC) е, че някои от спецификациите, изброени в предложението за 11 страници на лабораторията, са били извадени от въздуха от Doc Draper. За липсата на по-добри числа - и като знае, че ще трябва да се побере в космически кораб - той каза, че ще тежи 100 килограма, ще бъде с размер 1 кубически фут и ще използва по-малко от 100 вата мощност.
Но по онова време бяха известни много малко спецификации за някой от другите компоненти на Аполлон или космически кораби, тъй като не бяха пуснати други договори и НАСА все още не беше взела решение за неговия метод (директно изкачване, Земно орбита Rendezvous или Lunar Orbit Rendezvous) и видовете космически кораби, за да стигнете до TheMoon.
„Ние казахме:„ Не знаем каква е работата, но това е компютърът, който имаме, и ще работим върху него, ще се опитаме да го разширим, ще направим всичко, което можем “, каза Батин , "Но това беше единственият компютър, който всеки има в страната, който може да върши тази работа ... каквато и да е тази работа."
Батин припомни как в началото вариантът за полет до Луната ще бъде рандеву на орбита на Земята, където различните части на космическия кораб ще бъдат изстреляни от Земята и комбинирани в земна орбита и ще летят до Луната и кацат там като цяло. Но в крайна сметка концепцията за лунната орбита на рандеву спечели - там, където кацателят ще се отдели от командния модул и ще кацне на Луната.
"И така, когато това се появи, тогава въпросът беше ... нужна ли ни е съвсем нова и различна система за насочване за Лунния модул, отколкото имаме за командния модул?" - каза Батин. „Какво ще правим по този въпрос? Убедихме НАСА да използва една и съща [компютърна] система и в двата космически кораба. Те имат различни мисии, но бихме могли да поставим дублирана система в лунния модул. Това е, което направихме. "
Ранната концептуална работа върху компютъра за ориентиране на Аполон (AGC) протича бързо, като Батин и неговите колеги Milt Trageser, Hal Laning, David Hoag и Eldon Hall изработват цялостната конфигурация за ориентиране, навигация и контрол.
Ръководството означаваше да се насочва движението на даден кораб, докато навигацията се отнася до определяне на настоящата позиция възможно най-точно във връзка с бъдеща дестинация. Контролът се отнася до насочване на движенията на превозното средство, а в пространството посоките, свързани с неговото положение (прозяване, наклон и преобръщане) или скоростта (скорост и посока). Експертизата на MIT е съсредоточена върху насоките и навигацията, докато инженерите на НАСА - особено тези, които са имали опит да работят по Project Mercury - подчертават насоките и контрола. И така, двете образувания работиха заедно, за да създадат маневри, които биха били необходими въз основа на данни от жироскопите и акселерометрите и как да направят маневрите част от компютъра и софтуера.
За лабораторията на MIT Instrumentation едно голямо притеснение за компютъра за ориентиране Apollo беше надеждността. Компютърът би бил мозъкът на космическия кораб, но какво ще стане, ако не успее? Тъй като съкращението беше известно решение на основния проблем с надеждността, хората от The Lab предложиха да се включат два компютъра на борда, като един е резервен. Но Северноамериканската авиация - компанията, изграждаща модулите за командване и обслужване на Аполон - изпитваше свои собствени проблеми, отговарящи на изискванията за тегло. Северна Америка бързо преодоля изискванията за размер и пространство на два компютъра и НАСА се съгласи.
Друга идея за повишена надеждност включваше разполагане на резервни схеми и други модули на борда на космическия кораб, така че астронавтите да могат да „поддържат по време на полет“, заменяйки дефектни части по време на космоса. Но идеята за астронавт да отваря купе или дъска, ловувайки дефект модул и поставяне на резервна платка по време на приближаването към Луната изглеждаше нелепо - въпреки че тази опция беше силно обмислена от доста време.
„Ние казахме:„ Просто ще направим този компютър надежден “, припомни Батин. „Днес ще бъдете изхвърлени от програмата, ако казахте, че ще я изградите, така че да не се провали. Но това сме направили. "
До есента на 1964 г. The Lab започва да проектира модернизираната си версия на AGC, главно да се възползва от подобрената технология. Един от най-предизвикателните аспекти на мисията Аполон беше количеството изчисления в реално време, необходимо за навигация на космическия кораб до Луната и обратно. Когато инженерите в лабораторията за първи път започнаха работа по проекта, компютрите все още разчитаха на аналогова технология. Аналоговите компютри не са били бързи или достатъчно надеждни за мисия до Луната.
Интегралните схеми, които току-що бяха изобретени през 1959 г., сега бяха по-способни, надеждни и по-малки; те биха могли да заменят по-ранните дизайни, използвайки основните транзисторни схеми, заемайки около 40 процента по-малко място. Колкото бързо беше напреднала технологията, тъй като MIT спечели договора за AGC през 1961 г., те се почувстваха уверени, че предстоящото време до първия полет на Аполон ще позволи по-голям напредък в надеждността и, надяваме се, намаляване на разходите. С това решение AGC стана един от първите компютри, които използваха интегрални схеми и скоро над две трети от общия изход на микросхеми в САЩ бяха използвани за изграждане на компютърни прототипи на Apollo.
Надпис от водещо изображение: Ранна интегрална схема, известна като интегрална схема на Fairchild 4500a. Учтивост към изображението: Draper.
Въпреки че много дизайнерски елементи за компютърния хардуер започнаха да се появяват на мястото си, до средата на 60-те години на миналия век става очевиден проблем: паметта. Оригиналният дизайн, базиран на сондата Mars, имаше само 4 килобайта думи с фиксирана памет и 256 думи за изтриване. Тъй като NASA добави повече аспекти към програмата Apollo, изискванията към паметта продължиха да се увеличават, до 10 K, след това 12, 16, 24 и накрая до 36 Kilobytes фиксирана памет и 2 K oferasable.
Системата, създадена от лабораторията, беше наречена основна въжена памет, като софтуерът беше внимателно създаден с никелова сплав, изтъкана през малките магнитни „понички“, за да създаде паметта, която не може да се изтрива. На езика на компютърните и нули, ако беше такъв, той мина през поничката; ако беше нула, жицата обикаляше около нея. За един компонент от паметта бяха необходими снопове от половин миля тел, изтъкан през 512 магнитни ядра. Един модул може да съхранява над 65 000 броя информация.
Батин нарече процеса за конструиране на ядрото-рупемория метода LOL.
- Малки стари дами - каза той. „Жените във фабриката Raytheon буквално биха вплели софтуера в тази основна памет.“
Докато жените основно изпълняваха тъкането, те не бяха непременно стари. Raytheon наемаше много бивши текстилни работници, умели в тъкането, които трябваше да следват подробни инструкции, за да тъкат жиците.
Когато за първи път се изграждаха спомени от сърцевината на въжето, процесът беше доста трудоемък: две жени щяха да седят една срещу друга, те щяха да тъкат на ръка поток от жици през малки магнитни ядра, бутайки сонда с прикрепената жица от едната страна на другия. До 1965 г. отново е приложен по-механичен метод за тъкане на жиците, основан на текстилни машини, използвани в тъкачната индустрия на Нова Англия. Но все пак процесът беше изключително бавен и една програма може да отнеме няколко седмици или дори месеци, за да се тъкат, с повече време, необходимо за тестване. Всички грешки в тъкането означаваха, че ще трябва да се преработи. Компютърът на командния модул съдържа шест комплекта модули с основни въжета, докато компютърът с лунен модул съдържа седем.
Общо в компютъра имаше приблизително 30 000 части. Всеки компонент ще бъде поставен чрез електрически тест и стрес. Всяка повреда изисква отхвърляне на компонента.
„Въпреки че паметта беше надеждна“, каза Батин, „всичко, което НАСА не харесваше, е фактът, че много рано трябваше да решите каква ще бъде компютърната програма. Попитаха ни: „Ами ако имахме промяна в последната минута?“ И казахме, че не можем да правим промени в последната минута и по всяко време, когато искате да промените паметта, означава минимум шестседмично подхлъзване. Когато NASAsaid беше непоносимо, ние им казахме: „Е, така е този компютър и няма друг такъв компютър, който да използвате.“
Докато проектирането и изграждането на целия хардуер създаваше предизвикателства, с напредването на работата върху AGC през 1965 г. и през 1966 г., величината и сложността на друг аспект изпъкваше: програмирането на софтуера. Той се превърна в основния определящ проблем на компютъра при спазване на сроковете и спецификациите.
Цялото програмиране беше основно на тези и нулево ниво, програмиране на езика за сглобяване. При проектирането на софтуера за извършване на сложни задачи, софтуерните инженери трябваше да измислят изобретателен начин, за да впишат кода в ограниченията на паметта. И разбира се, нищо от този хайвер не е правено преди, поне не до това ниво на мащаб и сложност. Ако има време, АРУ може да трябва да координира няколко задачи наведнъж: вземане на четения от радара, изчисляване на траектория, извършване на корекции на грешки при жироскопите, определяне на кои дросели трябва да се задействат, както и предаване на данни на наземните станции на НАСА и приемане на нови входове от космонавтите ,
Хал Ланинг създаде така наречената изпълнителна програма, която определя задачи с различни приоритети и позволява да се изпълняват задачи с висок приоритет пред бедни пред ниско приоритетни. Компютърът може да разпределя памет между различни задачи и да следи къде е прекъсната задача.
Софтуерният екип на Lab започна умишлено да проектира софтуера с възможност за планиране на приоритет, който може да идентифицира най-важните команди и да позволи на тези да се изпълняват без прекъсване от по-малко важни команди.
Въпреки това, до есента на 1965 г. стана ясно, че компютърът на NASA изпитва сериозни проблеми, тъй като развитието на програмите значително изостава от графика. Фактът, че сравнително неизвестно количество, наречено „софтуер“, може да забави цялата програма на Аполо, не беше добре приет от НАСА.
Следваща: Част 3, измисляйки всичко.
