Дик Баттин стоял на подъездной дорожке в морозную предрассветную ночь в Новой Англии в октябре 1957 года, напрягая глаза, чтобы увидеть, как спутник летит над головой. Наблюдение за этой маленькой точкой молнии по небу заставило сердце Бэттина биться сильнее. Созданный человеком кусок металла фактически вращался вокруг Земли!
Возвращаясь к своему дому, разум Бэттина мчался. О, как бы он хотел, чтобы он никогда не покидал Лабораторию инструментов MIT полтора года назад. Он сожалел об этом с того дня, как решил перейти к тому, что считал более зелеными пастбищами. Но теперь его сожаление стало твердой решимостью каким-то образом снова вернуться в Лабораторию, потому что он знал - он был абсолютно уверен без сомнений - что Док Драпер получит свою руку в этом новом предприятии космического исследования. И Баттин тоже хотел войти.
Доктор - доктор Чарльз Старк Дрэйпер - в начале 30-х годов создал учебную лабораторию для занятий аэронавтикой в Массачусетском технологическом институте. Сначала лаборатория позволяла студентам получить практический опыт работы с такими вещами, как проводка топлива и высотомер для самолетов, но со временем стала полноценной лабораторией, разрабатывающей приборы, необходимые для навигации самолетов. Во время Второй мировой войны лаборатория Дрейпера расширилась, и они переехали из кампуса в старую польскую фабрику обуви Уиттемора по железнодорожным путям на Массачусетской авеню в Кембридже.
Лаборатория стала известна как Конфиденциальная лаборатория по разработке приборов, производя технологические достижения, такие как системы раннего наведения и гироскопическое оборудование, которые привели к появлению прицела Mark 14, используемого зенитным вооружением ВМФ. Около 85 000 орудийных прицелов было произведено в компании под названием «Сперри гироскопы», что укрепило репутацию Дрейпера в армии и его престиж в Массачусетском технологическом институте, поскольку роялти за прицелы стали основным источником финансирования университета.
Но гордость, радость и первоочередная задача Дрейпера заключались в том, чтобы изобрести практическое применение для специализированных инерциальных приборов - гироскопов и акселерометров - для автономного бортового плавания. Основываясь на системах наведения ракет, Дрейпер создал новую систему, которую можно было непрерывно вычислять с помощью точного расчета положения, ориентации и скорости самолета. Это исключило бы необходимость в более трудоемких методах навигации, таких как радионавигация или пилоты, проводящие наблюдения небесных звезд, чтобы нанести «карту» на карту. С еще несколькими хитростями и достижениями Дрейпер почувствовал, что его система может автономно «пилотировать» самолет.
В дерзком испытании технологий управления, навигации и управления (GN & C) Дрейпера в 1953 году он и семь других инженеров из инструментальной лаборатории MIT (ее новое послевоенное название) улетели на берег со своим космическим инерциальным эталонным оборудованием (SPIRE). Система установлена в задней части бомбардировщика B-29. SPIRE автоматически управлял полетом самолета, первой работающей реализацией так называемой инерциальной навигации - автономной системы, которая отслеживает положение и прокладывает курс. Они взяли с базы ВВС Hanscom в Массачусетсе и полетели в Лос-Анджелес с пилотом-человеком на борту только для взлета и посадки - и в случае сбоя системы. Кроме того, журналисты Эрик Севарейд и его съемочная группа задокументировали поездку, рассказывая Дрэйперу о возможном будущем использовании этой автономной навигационной системы, в том числе - возможно, в один прекрасный день - для космических кораблей. Впечатляюще, B-29 прибыл точно в правильный пункт назначения, даже внося поправки в последнюю минуту для боковых ветров. В завершение своего доклада Севарейд сказал: «Может быть, можно сказать, что это один маленький шаг к эпохе космических путешествий».
Причиной полета Дрейпера в Лос-Анджелес было выступление с докладом о системе SPIRE на конференции. Во время Хистолка кто-то встал и сказал: «Это смешно! Это никогда не сработает. Дрейпер спокойно ответил. «Ну, я просто полетел через страну, используя его».
С новыми и улучшенными версиями SPIRE стали использоваться инерциальные системы наведения на судах и летательных аппаратах, что коренным образом изменило воздушные перевозки, обеспечивая точную точность для глобальных полетов. Системы были особенно важны для баллистических ракет подводных лодок эпохи холодной войны и ракет с управляемыми ракетами, которые обе необходимо автоматически направлять их цели без радиосвязи, потому что эти передачи могут раскрыть их присутствие. Инерциальные системы GN & C лаборатории были центральными в программе подводных ракет UGM-27Polaris и ракетах, выпущенных ракетами Atlas и Titan.
Сам Дрэйпер был пилотом, искателем приключений и интеллектуалом - он поступил в колледж в возрасте 15 лет, и, по легенде, он поступил на курсы в Массачусетском технологическом институте больше, чем кто-либо еще. И он был абсолютно восхитительным человеком. Все, кто его знал, называли его «Док», и для многих он становился отцом. Дрейпер мог мгновенно вспомнить имена и лица сотен людей, которые работали в Лаборатории на протяжении многих лет, или тысяч студентов, которых он преподавал, даже спустя десятилетия после их окончания.
Руководя лабораторией, Дрейпер заставил всех почувствовать себя важными, будь то ведущий инженер, секретарь или уборщик. Боб Сиаманс из НАСА был учеником Дрейпера и его протеже, проработав в лаборатории 15 лет. Он вспомнил, как Дрейпер сказал: «Работая здесь, у вас может не быть денег на младенцев или лошадей, но мы собираемся повеселиться!» Дрэпер создал кнопку под своим столом, которая активировала реле на большие часы в главном офисе, двигая стрелки на час вперед. Это указывало на то, что настало время для коктейлей, и Мари Аллен, верный секретарь Дрейпера, вырвет уложенные духи. Док обладал еще одной легендарной способностью пить всех остальных под столом.
Самозваного «жирного механика большого пальца» Дрэйпера называют гетерогенным инженером, так как он понимал все аспекты работы, проводимой Лабораторией. Его можно было найти в цехе, но он обладал проницательностью, чтобы иметь дело с политиками или военными. Дрейпер интуитивно понимал сложные математические и физические науки, но также получил ученую степень по психологии. Он был хитрым предпринимателем, но его величайшей любовью и интересом было образование. Он занимался отделом аэронавтики Массачусетского технологического института в то же время, когда руководил лабораторией, а также отвечал за учебную программу по обучению военных офицеров технологиям наведения, которые они применяли на местах. Образовательные процессы, которые он создал в Массачусетском технологическом институте и Лаборатории приборостроения, придали истинное значение девизу Массачусетского технологического института «Mens et Manus», «Ум и рука». Он передал свои блестящие методы лидерства длинному списку будущих лидеров.
Смотрите другие изображения из инструментальной лаборатории MIT, ныне известной как Draper, на их специальном веб-сайте «Hack The Moon», посвященном 50-летию Аполлона.
И Дрейпер окружил себя другими блестящими людьми, а несколько бывших студентов остались работать в Лаборатории. В 1950-х годах Дэвид Хоаг стал техническим директором по разработке систем прицеливания и наведения, а Милтон Трагезер был руководителем проекта. Дж. Халкомб Лэнинг работал в области вычислительной техники, создав первый алгебраический компилятор в 1953 году (он назвал его Джорджем), что привело к улучшению положения знаменитого вихревого компьютера MIT, одного из первых крупномасштабных компьютеров с вакуумными трубками, разработанных во время Второй мировой войны. Баттин присоединился к команде в 51 году и всегда чувствовал, что Лэнинг был его другом, а также хорошим другом.
Первые годы работы Баттина в лаборатории были потрачены на работу над секретными системами наведения, но, конечно, учебников по этому вопросу не было. Почти все, что они узнали в Лабе, стало будущим учебным материалом, таким как их система Q-навигации, названная в честь фундаментальной матрицы, которую они вывели, которая навсегда сформировала основу типов систем вычислений, которые были необходимы для работы.
Но затем Баттин сделал то, что он всегда считал самой страшной ошибкой своей жизни, думая, что ему нужно изучить другие возможности его работы. Он покинул лабораторию, чтобы присоединиться к консалтинговой компании, но с самого начала ему не нравилось все: работа была неинтересной (он занимался инвентаризацией) и требовала частых поездок (ему не нравилось быть вдали от семьи).
Оставаясь на связи с HalLaning, Баттин узнал - после Спутника - некоторые подробности о потенциальном космическом корабле, с которым лабировала Лаборатория, где Ланинг проводил элементарные компьютерные симуляции полетов туда и обратно на планету Марс. Этот лакомый кусочек информации был последней каплей. Баттин принял лучшее решение в своей жизни, чтобы вернуться в MIT Instrumentation Lab.
В 1957 году он официально присоединился к работе Лэнинга по контракту ВВС на системы наведения баллистических ракет. Но небольшая оговорка в контракте указала, что лаборатория может посвятить небольшое количество времени другим независимым исследованиям и разработкам, связанным с руководством. Это исследование стало небольшим космическим кораблем, известным как зонд Марса. Первоначальная идея Лэнинга заключалась в том, что, поскольку в те дни почти все думали о космосе, он не собирался делать sitaround и ждать, пока его попросят разработать систему космического наведения, он просто решил - с благословения Доктора Дрейпера - сделать это.
Милт Трейджер руководил проектированием космического корабля, и вместе с Ланингом, Баттином, Элдоном Холлом, Ральфом Раганом и некоторыми другими, эта новая «космическая» команда построила небольшую деревянную модель космического корабля, изучила, что потребуется для управления и навигации, и выполнила предварительные расчеты траекторий на Марс. Они выяснили, что наиболее эффективная траектория на Красную планету может быть сделана с датой запуска в декабре 1962 года, и зонд должен будет повернуть вокруг Марса 15 февраля 1963 года. Бортовая камера сделала бы один снимок при приближении к Марсу - они этого не сделали. не хочу усложнять эту вещь и испортить их единственный шанс - и она вернется на Землю с трехлетним путешествием, сплавляясь в Мексиканском заливе для восстановления канистры с пленкой. Самая большая проблема заключалась в поиске техник наведения для такой длины полета, которая могла быть рассчитана исключительно на борту космического корабля. Транспортное средство, преодолевающее такие расстояния, безусловно, нельзя было бы контролировать с земли, по крайней мере, с помощью радиотехнологии, доступной в то время.
Они обсудили свои идеи с астрономами Смитсоновской астрофизической обсерватории в Кембридже, которые быстро сказали Бэттину и Лэйнгу, что они сумасшедшие. Астрономы спросили: «Как вы собираетесь попасть на Марс? Вы даже не знаете, где находится Марс.
И они были правы. В то время только с наземными наблюдениями неопределенность абсолютного местоположения Марса в любой момент времени составляла плюс или минус 20 000 миль. Но то, что астрономы не поняли, было то, что Лэнинг и Бэттин не планировали полагаться на наземные измерения. Вместо этого измерения будут проводиться на борту космического корабля с навигацией, рассчитанной по пути. Баттин сравнил концепцию с поездкой из Бостона в Нью-Йорк: «Мне не нужно знать широту и долготу Нью-Йорка, чтобы добраться туда», - сказал он. «Я могу просто поехать туда, пока я могу видеть, куда я иду. Мне не нужен кто-то в Бостоне, чтобы сказать мне, куда мне и как быстро я должен идти и куда я должен указывать. Я просто ищу Нью-Йорк и стремлюсь к нему ».
Команда Mars Probe поняла, что маленький бортовой компьютер для управления работой космического корабля будет самым важным компонентом, который они могут разработать, и чтобы проверить свои идеи, они обратились к мощности вихревого компьютера MIT. Этот гигантский компьютер находился в огромном здании, и перед тем, как включить Whirlwind, команде лаборатории нужно было сначала уведомить кембриджскую силовую установку из-за огромной нагрузки, которую компьютер оказал на электрическую систему города.
Команда тщательно вводит свои вычисления, используя перфорированную ленту, похожую на перфокарту, осторожно, не превышая 1024 16-разрядных слов памяти Whirlwind. Это было современное состояние в конце 1950-х годов, но все эти ограничения делали идею размещения крошечного компьютера внутри небольшого космического корабля довольно надуманной. Кроме того, он должен работать непрерывно и без сбоев в течение всей трехлетней поездки - без ремонта в полете или передачи данных по каналам связи - и ему придется постоянно определять, где он находится и когда ему необходимо компенсировать изменения в направлении, выполняемые небольшими Гироскопы называются колесами углового момента.
Они выяснили, как сделать все это. В целом автономная работа осуществлялась на борту небольшого цифрового компьютера общего назначения, настроенного его дизайнером, членом лаборатории Раймондом Алонсо. Для вычислений на более высокой скорости не требовалось много энергии, за исключением времени. Уникальной особенностью этого компьютера была предустановленная, не предназначенная только для чтения, не стираемая память, называемая сердечником веревки, конфигурация, использующая провода с резьбой внутри и из крошечных магнитных колец. Кольцо, или сердечник, с проволокой, проложенной через центр, представляло собой одно; пустое ядро представляет ноль. Структура проводов образовала нули и ноль жестко запрограммированной компьютерной программы.
Их дизайн был замечательным, их документация всеобъемлющей. В июле 1959 года они составили четырехтомный набор описаний, деталей и схем, касающихся маленького космического корабля, маленького компьютера и системы GN & C. Однако команда в то время не знала, что, несмотря на их новаторскую работу, их любимый Марс-зонд, к сожалению, никогда не полетит. Но все, что они спроектировали, протестировали и рассчитали для этого надуманного маленького компьютера, вскоре превратится в компьютер управления для космического корабля Аполлон.
Далее: Часть 2: Как команда MIT разработала компьютер Apollo Guidance Computer
