В конце 1950-х годов, до того, как НАСА собиралось отправиться на Луну - или нуждаться в компьютере, чтобы туда попасть - Лаборатория приборостроения Массачусетского технологического института спроектировала и построила небольшой прототип зонда, который, как они надеялись, однажды полетит на Марс (читайте фон частично). 1 из этой истории здесь). В этом небольшом зонде использовался небольшой элементарный компьютер общего назначения для навигации, основанный на инерциальных системах для баллистических ракет, подводных лодок и самолетов, которые лаборатория спроектировала и построила для военных со времен Второй мировой войны.
Ребята из Лаборатории Измерительных приборов думали, что их концепция Mars Probe - и, в частности, навигационная система - будет интересна для тех, кто участвует в начинающих исследованиях планет, таких как ВВС США и Лаборатория реактивного движения. Но когда к ним подошла лаборатория MIT, ни одна из сторон не заинтересовалась. Военно-воздушные силы выходили из космического бизнеса, и JPL планировали управлять своими собственными планетарными космическими кораблями, осуществляя навигацию с большой антенны связи Голдстоуна в пустыне Мохаве. 26-метровая радиолокационная антенна была разработана для отслеживания ранних роботизированных зондов Pioneer.
И ВВС, и JPL предложили лаборатории поговорить с людьми во вновь созданной организации НАСА.
Члены лаборатории посетили Хью Драйдена, заместителя Администратора НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия, и Роберта Чилтона, который возглавлял Отделение динамики полета НАСА в исследовательском центре Лэнгли. Оба мужчины подумали, что лаборатория проделала очень хорошую работу над дизайном, особенно на компьютере управления. НАСА решило дать лаборатории 50 000 долларов для продолжения изучения этой концепции.
Позже была организована встреча между руководителем лаборатории, доктором Чарльзом Старком Дрэйпером и другими руководителями НАСА, чтобы обсудить различные долгосрочные планы НАСА и то, как конструкции лаборатории могли бы вписаться в космический корабль, пилотируемый людьми. После нескольких встреч было определено, что система должна состоять из цифрового компьютера общего назначения с органами управления и дисплеями для космонавтов, космического секстанта, блока инерциального наведения с гироскопами и акселерометрами и всей вспомогательной электроникой. Во всех этих обсуждениях все согласились с тем, что космонавт должен играть роль в управлении космическим кораблем, а не просто быть в поездке. И всем людям НАСА особенно нравились автономные навигационные возможности, так как существовал страх, что Советский Союз может помешать связи между космическим кораблем США и землей, ставя под угрозу миссию и жизнь астронавтов.
Но потом, проект Аполлон родился. Президент Джон Ф. Кеннеди бросил вызов НАСА в апреле 1961 г. приземлиться на Луну и благополучно вернуться на Землю - и все это до конца десятилетия. Всего одиннадцать недель спустя, в августе 1961 года, был подписан первый основной контракт для Apollo с приборной лабораторией MIT на создание системы навигации и навигации.
«У нас был контракт, - сказал Дик Баттин, инженер в Lab, который был частью команды разработчиков Mars Probe, - но… мы понятия не имели, как мы собирались делать эту работу, кроме как попытаться смоделировать ее после нашего Марса». зондировать «.
Часть знаний о компьютере-руководстве Apollo (AGC) заключается в том, что некоторые спецификации, перечисленные в 11-страничном предложении лаборатории, были в основном взяты из воздуха Доком Дрейпером. Из-за нехватки лучших чисел - и зная, что это должно было бы поместиться в космическом корабле - он сказал, что это будет весить 100 фунтов, быть 1 кубическим футом в размерах, и потреблять меньше чем 100 ватт.
Но в то время было очень мало спецификаций о каких-либо других компонентах Аполлона или космическом корабле, так как никакие другие контракты не были заключены, и НАСА еще не определилась с его методом (прямое восхождение, Рандеву на орбите Земли или Рандеву на лунной орбите) и типы космических кораблей, чтобы добраться до Луны.
«Мы сказали:« Мы не знаем, что это за работа, но у нас есть компьютер, и мы будем над ним работать, мы будем пытаться расширить его, мы сделаем все, что можем », - сказал Баттин. , «Но это был единственный компьютер, который есть у любого человека в стране, который мог бы выполнять эту работу… какой бы она ни была».
Баттин вспомнил, как сначала вариант полета на Луну должен был стать местом встречи на орбите Земли, когда различные части космического корабля будут запускаться с Земли и объединяться на околоземной орбите и лететь на Луну и приземляться там в целом. Но в конце концов концепция сближения с лунной орбитой победила, когда спускаемый аппарат отделился от командного модуля и приземлился на Луну.
«Итак, когда это произошло, тогда возник вопрос: нужна ли нам совершенно новая и другая система наведения для лунного модуля, чем для командного модуля?» Баттин сказал. «Что мы будем делать с этим? Мы убедили НАСА использовать одну и ту же [компьютерную] систему на обоих космических кораблях. У них разные миссии, но мы могли бы поместить дубликат системы в лунный модуль. Вот что мы сделали.
Ранняя концептуальная работа над компьютером управления Apollo (AGC) прошла быстро, и Баттин и его соратники Милт Трейджер, Хэл Ланинг, Дэвид Хоаг и Элдон Холл разработали общую конфигурацию для управления, навигации и управления.
Под руководством подразумевалось направление движения судна, в то время как навигация относилась к определению текущего положения с максимально возможной точностью относительно будущего пункта назначения. Управление относится к управлению движениями транспортного средства, а в пространстве - к направлениям, связанным с его положением (рыскание, наклон и крен) или скоростью (скорость и направление). Специализация MIT была сосредоточена на руководстве и навигации, в то время как инженеры НАСА, особенно те, кто имел опыт работы над проектом «Меркурий», делали упор на управление и контроль. Таким образом, эти два объекта работали вместе, чтобы создать маневры, которые потребуются на основе данных от гироскопов и акселерометров и того, как сделать маневры частью компьютера и программного обеспечения.
Для Лаборатории Инструментария MIT одной большой заботой о Руководящем компьютере Apollo была надежность. Компьютер будет мозгом космического корабля, но что, если он выйдет из строя? Поскольку избыточность была известным решением основной проблемы с надежностью, сотрудники лаборатории предложили включить в нее два компьютера, один из которых был резервным. Но у North American Aviation - компании, производящей модули управления и обслуживания Apollo, - были свои проблемы с соблюдением требований к весу. Североамериканцы быстро отказались от требований к размерам и размерам двух компьютеров, и НАСА согласилось.
Другая идея для повышения надежности включала наличие запасных плат и других модулей на борту космического корабля, чтобы астронавты могли проводить «техническое обслуживание в полете», заменяя неисправные детали во время нахождения в космосе. Но идея космонавта, открывающего отсек или половую доску, охотится за неисправным модуль и вставка запасной печатной платы при заходе на Луну казались нелепыми, хотя этот вариант решительно рассматривался в течение достаточно долгого времени.
«Мы сказали:« Мы просто сделаем этот компьютер надежным », - вспоминает Баттин. «Сегодня вас исключат из программы, если вы заявите, что собираетесь построить ее так, чтобы она не провалилась. Но это то, что мы сделали.
К осени 1964 года лаборатория приступила к разработке своей обновленной версии AGC, в основном, чтобы воспользоваться преимуществами усовершенствованной технологии. Одним из наиболее сложных аспектов миссии «Аполлон» было количество вычислений в реальном времени, необходимых для навигации космического корабля к Луне и обратно. Когда инженеры лаборатории впервые начали работу над проектом, компьютеры все еще полагались на аналоговые технологии. Аналоговые компьютеры не были быстрыми или недостаточно надежными для полета на Луну.
Интегральные микросхемы, которые были только что изобретены в 1959 году, теперь стали более функциональными, надежными и компактными; они могли бы заменить более ранние конструкции с использованием транзисторных цепей с ядром, занимая примерно на 40 процентов меньше места. Поскольку технологии развивались с тех пор, как MIT выиграла контракт AGC в 1961 году, они были уверены в том, что время до первого полета Аполлона позволит повысить надежность и, возможно, сократить расходы. С этим решением AGC стал одним из первых компьютеров, использующих интегральные схемы, и вскоре более двух третей от общего объема производства микросхем в США использовалось для создания компьютерных прототипов Apollo.
Заголовок ведущего изображения: ранняя интегральная схема, известная как интегральная схема Fairchild 4500a. Изображение предоставлено Draper.
Несмотря на то, что многие элементы дизайна для компьютерного оборудования начали становиться на свои места, к середине 1960-х годов появилась острая проблема: память. Оригинальный дизайн, основанный на Mars Probe, содержал всего 4 килобайта слов фиксированной памяти и 256 слов стираемой. По мере того как НАСА добавляло больше аспектов к программе Apollo, требования к памяти продолжали расти, до 10 К, затем до 12, 16, 24 и, наконец, до 36 Кбайт фиксированной памяти и 2 К с возможностью перерасчета.
Разработанную лабораторией систему называли памятью веревки сердечника, а программное обеспечение тщательно создавалось из проволоки из никелевого сплава, сплетенной через крошечные магнитные «пончики» для создания не стираемой памяти. На языке компьютерных единиц и нулей, если это был один, он пробегал пончик; если это был ноль, провод обвился вокруг него. Для одного компонента памяти потребовались жгуты длиной в полмили проволоки, проложенные через 512 магнитных сердечников. Один модуль может хранить более 65 000 единиц информации.
Баттин назвал процесс построения сердцевины-веревки методом LOL.
«Маленькие старушки», - сказал он. «Женщины на фабрике Raytheon буквально вплетают программное обеспечение в эту память.»
В то время как женщины в основном выполняли ткачество, они не обязательно были старыми. В Raytheon работало много бывших ткацких мастеров, знатоков ткачества, которым нужно было следовать подробным инструкциям по плетению проволоки.
Когда сначала строились воспоминания о сердечнике и веревке, процесс был довольно трудоемким: две женщины сидели напротив друг друга и вручную протягивали поток проводов через крошечные магнитные сердечники, проталкивая зонд с проводом, прикрепленным с одной стороны. к другому. К 1965 году, опять же, был внедрен более механический метод плетения проволоки на основе текстильных машин, используемых в ткацкой промышленности Новой Англии. Но, тем не менее, процесс был чрезвычайно медленным, и на создание одной программы могло уйти несколько недель или даже месяцев, а для ее тестирования требовалось больше времени. Любые ошибки в плетении означали, что их придется переделывать. Компьютер с командным модулем содержал шесть наборов веревочных модулей, а на компьютере с лунным модулем - семь.
Всего в компьютере было около 30 000 деталей. Каждый компонент прошел бы электрический тест и стресс-тест. Любой сбой требует отклонения компонента.
«Несмотря на то, что память была надежной, - сказал Баттин, - то, что НАСА не понравилось в этом, так это тот факт, что очень рано вам нужно было решить, какой будет компьютерная программа. Они спросили нас: «Что если бы у нас были изменения в последнюю минуту?» И мы сказали, что у нас не может быть изменений в последнюю минуту, и в любое время, когда вы захотите изменить память, подразумевается минимальное проскальзывание на шесть недель. Когда НАСА заявило, что это невыносимо, мы сказали им: «Вот так этот компьютер, а другого такого компьютера, как этот, вы не можете использовать».
При проектировании и сборке всего аппаратного обеспечения возникали проблемы, поскольку работа над AGC продолжалась до 1965 г. и до 1966 г., масштабность и сложность другого аспекта выделялись: программирование программного обеспечения. Это стало главной определяющей проблемой компьютера при соблюдении сроков и спецификаций.
Все программирование в основном делалось на нулевом уровне, языке программирования ассемблера. При разработке программного обеспечения для выполнения сложных задач разработчикам программного обеспечения необходимо было придумать изобретательные способы встраивания кода в ограниченные объемы памяти. И, конечно, ничего из этого не было сделано раньше, по крайней мере, до такого уровня масштаба и сложности. В любой момент времени AGC, возможно, придется координировать несколько задач одновременно: считывание данных с радара, вычисление траектории, выполнение исправления ошибок на гироскопах, определение того, какие двигатели должны быть запущены, а также передача данных на наземные станции НАСА и получение новых данных от астронавтов ,
Хэл Ланинг разработал то, что он назвал исполнительной программой, в которой задачи были назначены на различные приоритеты и разрешены задачи с высоким приоритетом, а не задачи с низким приоритетом. Компьютер может распределять память между различными задачами и отслеживать, где задача была прервана.
Команда разработчиков программного обеспечения Лаборатории начала намеренно разрабатывать программное обеспечение с возможностью планирования приоритетов, которая могла бы определять наиболее важные команды и позволять им работать без перерыва от менее важных команд.
Однако к осени 1965 года для НАСА стало очевидно, что компьютер Apollo испытывает серьезные проблемы, поскольку разработка программ значительно отстает от графика. Тот факт, что относительно неизвестное количество, называемое «программным обеспечением», может задержать всю программу «Аполлон», не был хорошо воспринят НАСА.
Далее: Часть 3, выяснение всего этого.
