1950-ndate lõpus, enne kui NASA-l oli mingeid kavatsusi Kuule minna - või oli sinna jõudmiseks vaja arvutit -, oli MIT instrumentatsioonilabor kavandanud ja ehitanud väikese prototüübisondi, mida nad lootsid ühel päeval Marsile lennata (loe tausta osaliselt 1 sellest loost siin). See väike sond kasutas navigeerimiseks väikest algelist üldotstarbelist arvutit, mis põhines ballistiliste rakettide, allveelaevade ja lennukite inertsiaalsetel süsteemidel, mille lab oli sõjaväe jaoks alates II maailmasõjast konstrueerinud ja ehitanud.
Instrumentatsioonilabori inimesed arvasid, et nende Mars Probe'i kontseptsioon - ja eriti navigatsioonisüsteem - huvitaksid neid, kes on seotud planeedi põhjalike uurimistöödega, nagu USA õhujõud ja reaktiivmootorite laboratoorium. Kuid kui MIT Lab neile lähenes, polnud kumbki üksus huvitatud. Õhuvägi oli kosmoseärist väljumas ja JPL plaanis käitada omaenda planetaarset kosmoselaeva, navigeerides Mojave kõrbes asuvast suurest Goldstone'i kommunikatsioonitaldrikust. 26-meetrine radarinõu oli konstrueeritud robotite Pioneer varajase sondide jälgimiseks.
Nii õhuvägi kui ka JPL soovitasid labori juttu vastloodud NASA organisatsiooni inimestega.
Labi liikmed külastasid Washingtonis NASA NASA asehaldurit Hugh Drydenit ja Robert Chiltonit, kes juhtis NASA lennudünaamika haru Langley uurimiskeskuses. Mõlemad mehed arvasid, et labor on teinud disainilahenduse kallal väga peent tööd, eriti juhtimisarvuti osas. NASA otsustas anda laborile 50 000 dollarit, et jätkata kontseptsiooni uurimist.
Hiljem korraldati labori juhi dr Charles Starki Draperi ja teiste NASA juhtide vaheline kohtumine, kus arutati erinevaid NASA kavandatud pikamaaplaane ja seda, kuidas labori kavandid võiksid sobida inimeste juhitud kosmoselaevadega. Pärast mitut kohtumist otsustati, et süsteem peaks koosnema üldotstarbelisest digitaalarvutist koos astronautide juhtelementide ja näidikutega, kosmoseksandist, inertsiaalse juhtseadmega koos güroskoopide ja kiirendusmõõturitega ning kogu toetavast elektroonikast. Kõigis neis aruteludes nõustusid kõik, et astronaut peaks mängima rolli kosmoselaeva opereerimisel ja mitte ainult sõitma. Ja kõigile NASA inimestele meeldis eriti iseseisev navigatsioonivõime, kuna kardeti, et Nõukogude Liit võib segada USA kosmoselaeva ja maa vahelist suhtlust, seades ohtu astronautide missiooni ja elu.
Kuid siis sündis Project Apollo. President John F. Kennedy esitas 1961. aasta aprillis NASA-le väljakutse Kuule maanduda ja turvaliselt Maale naasta - kõik enne kümnendi lõppu. Vaid üksteist nädalat hiljem, augustis 1961, sõlmiti MIT-i instrumentatsioonilaboriga Apollo jaoks esimene põhileping juhtimis- ja navigatsioonisüsteemi ehitamiseks.
"Meil oli leping," ütles Mars Probe'i disainimeeskonda kuulunud Labi insener Dick Battin, "kuid ... meil polnud aimugi, kuidas me seda tööd teeme, peale selle, et proovida seda pärast meie Marsi sondi. ”
Apollo Guidance Computeri (AGC) pärimuse osa on see, et mõned labori 11-leheküljelises ettepanekus loetletud spetsifikatsioonid tõmbas Doc Draper põhimõtteliselt õhukesest õhust. Paremate numbrite puudumise tõttu - ja teades, et see peaks mahtuma kosmoselaeva sisse - ütles ta, et see kaaluks 100 naela, oleks ühe kuupjalga suurune ja kasutaks vähem kui 100 vatti võimsust.
Kuid sel ajal oli mõne muu Apollo komponendi või kosmoseaparaadi kohta teada väga vähe tehnilisi andmeid, kuna ühtegi muud lepingut ei olnud sõlmitud ja NASA polnud selle meetodi kohta veel otsustanud (otsene tõus, Earth Orbit Rendezvous või Lunar Orbit Rendezvous) ja kosmoselaevade tüübid, milleni liikuda.
"Me ütlesime:" Me ei tea, mis see töö on, aga see on see arvuti, mis meil on, ja töötame selle kallal, proovime seda laiendada, teeme kõik, mis suudame, "" ütles Battin . "Kuid see oli ainus arvuti, mis kellelgi on riigis, kes võiks seda tööd teha ... mis iganes see töö ka poleks."
Battin meenutas, kuidas algul pidi Kuule lendamise võimalus olema Maa orbiidi orbiidil kohtumine, kus kosmoselaeva erinevad osad lastakse Maast üles ja ühendatakse Maa orbiidil ning lendavad Kuule ja maanduvad seal tervikuna. Kuid lõpuks võitis Kuu orbiidi kohtumispaik kontseptsiooni - kus maandur eralduks käsumoodulist ja maanduks Kuule.
"Nii et kui see sündis, siis oli küsimus ... kas vajame Kuu mooduli jaoks täiesti uut ja teistsugust juhtimissüsteemi kui meil käsumooduli jaoks?" Ütles Battin. „Mida me selle vastu ette võtame? Veendusime NASA-d kasutama mõlemas kosmoseaparaadis sama [arvutisüsteemi]. Neil on erinevad missioonid, kuid me võiksime panna kuu moodulisse duplikaadi süsteemi. Nii me seda tegime. ”
Apollo juhendamiskompuutri (AGC) varase kontseptuaalne töö edenes kiiresti ning Battin ja tema kohortid Milt Trageser, Hal Laning, David Hoag ja Eldon Hall töötasid välja juhtimise, navigeerimise ja juhtimise üldise konfiguratsiooni.
Juhendamine tähendas veesõiduki liikumise suunamist, samas kui navigeerimine viitas praeguse asukoha võimalikult täpsele kindlaksmääramisele tulevase sihtkoha suhtes. Juhtimine viitab sõiduki liikumise suunamisele ja ruumis olevatele suundadele, mis on seotud selle hoiaku (suuna, kalde ja pöörde) või kiirusega (kiirus ja suund). MITi teadmised keskendusid juhistele ja navigeerimisele, samas kui NASA insenerid - eriti need, kellel oli projekti Mercury kallal töötamise kogemus - rõhutasid juhendamist ja kontrolli. Nii töötasid kaks üksust koos güroskoopide ja kiirendusmõõturite andmete põhjal vajalike manöövrite loomiseks ning manöövrite osaks arvuti ja tarkvara moodustamiseks.
MIT Instrumentation Lab jaoks oli Apollo juhendamisarvuti üks suur mure töökindlus. Arvuti oleks kosmoselaeva aju, aga mis siis, kui see ebaõnnestub? Kuna koondamine oli teadaolev lahendus peamisele töökindluse probleemile, soovitasid The Labi inimesed kaasata pardale kaks arvutit, millest üks oleks varukoopia. Kuid Põhja-Ameerika lennundusel - Apollo juhtimis- ja teenindusmooduleid ehitaval ettevõttel - olid kaalu nõuetele vastavad probleemid. Põhja-ameeriklane küpsetas kiiresti kahe arvuti suuruse ja ruumivajaduse ning NASA nõustus sellega.
Veel üks suurema töökindluse idee oli kosmosesõiduki pardal olevate vooluringide plaatide ja muude moodulite olemasolu, et astronaudid saaksid kosmoses viibimise ajal defektseid osi asendada. Kuid idee astronaudist tõmbab sektsiooni või põrandalaua lahti, otsides puudusi mooduli ja varuahela sisestamine Kuule lähenemisel tundus olevat meeletu - kuigi seda võimalust kaaluti pikka aega tugevalt.
"Me ütlesime:" Me lihtsalt muudame selle arvuti töökindlaks "," meenutas Battin. „Täna visatakse teid programmist välja, kui ütlete, et kavatsete selle ehitada nii, et see ei vea. Kuid seda me tegime. ”
1964. aasta sügiseks asus laboratoorium uuendatud AGC versiooni kavandama, peamiselt selleks, et kasutada täiustatud tehnoloogiat. Apollo missiooni üks väljakutsuvamaid aspekte oli kosmoselaeva Kuule ja tagasi navigeerimiseks vajalik reaalajas andmetöötlus. Kui labori insenerid projektiga esimest korda tööd alustasid, lootsid arvutid endiselt analoogtehnoloogiat. Analoogarvutid polnud Kuu jaoks missiooniks kiire ega piisavalt töökindel.
Integreeritud vooluringid, mis olid just leiutatud 1959. aastal, olid nüüd võimekamad, usaldusväärsemad ja väiksemad; nad saaksid asendada varasema kujunduse, kasutades transistori südamiku ahelaid, mis võtavad umbes 40 protsenti vähem ruumi. Nii kiiresti kui tehnoloogia arenes pärast seda, kui MIT võitis 1961. aastal AGC-lepingu, tundsid nad end kindlalt, et Apollo esimene lend võimaldab edasist usaldusväärsust ja loodetavasti kulusid vähendada. Selle otsusega sai AGC-st üks esimesi integreeritud vooluahelaid kasutavaid arvuteid ja peagi kasutati üle kahe kolmandiku kogu mikrolülituste väljundist Apollo arvutiprototüüpide ehitamiseks.
Pliipildi pealdis: varajane integreeritud vooluring, tuntud kui Fairchild 4500a integraallülitus. Pilt viisakalt: draper.
Ehkki paljud arvutiriistvara kujunduselemendid hakkasid paika saama, sai 1960. aastate keskpaigaks ilmsiks närune probleem: mälu. Algses Marsi sondil põhinevas kavandis oli vaid 4 kilovatti fikseeritud mälu ja 256 kustutatavat sõna. Kui NASA lisas Apollo programmile rohkem aspekte, tõusis mälunõue pidevalt 10 K-ni, seejärel 12, 16, 24 ja lõpuks 36 kB-ni püsmälu ja 2 K-ni kontrollitavat.
Labi välja töötatud süsteemi kutsuti südamiku köismäluks, kustutamatu mälu loomiseks loodi tarkvara hoolikalt niklist sulamist traadiga, mis oli kootud väikestest magnetilistest sõõrikutest. Arvuti- ja nullkeeltes, kui see oli üks, jooksis see sõõriku läbi; kui see oli null, jooksis traat selle ümber. Ühe mälukomponendi jaoks kulus 512 magnetsüdamikust kootud poole miili pikkust traati. Üks moodul mahutaks üle 65 000 teabeühiku.
Battin nimetas südamiku köie ehitamise protsessi LOL-meetodiks.
"Väikesed vanad daamid," ütles ta. "Naised Raytheoni tehases peaksid tarkvara sõna otseses mõttes sellesse südamiku köitesse mällu kuduma."
Kui kudumist tegid peamiselt naised, ei olnud nad tingimata vanad. Raytheon võttis tööle palju endisi kudumisega vilunud tekstiilitöötajaid, kes pidid juhtmete punumiseks järgima üksikasjalikke juhiseid.
Kui tuumaköite mälestusi esmakordselt ehitati, oli protsess üsna töömahukas: kaks naist istusid üksteise vastas, nad kudusid käsitsi juhtmevoolu läbi pisikeste magnetiliste südamike, surudes sondi ühelt küljelt kinnitatud juhtmega. teisele. 1965. aastaks oli taas kasutusele võetud mehaanilisem juhtmete kudumise meetod, mis põhineb New Englandi kudumistööstuses kasutatavatel tekstiilimasinatel. Kuid sellegipoolest oli protsess äärmiselt aeglane ja ühe programmi kudumiseks võib kuluda mitu nädalat või isegi kuud, selle katsetamiseks kulub rohkem aega. Kõik kudumisel tekkinud vead tähendasid, et see tuleb ümber teha. Käsumooduli arvuti sisaldas kuut südamikukomplektide komplekti, Lunar-mooduli arvuti aga seitset.
Kokku oli arvutis umbes 30 000 osa. Iga komponent läbiks elektritesti ja stressitesti. Kõik tõrked nõudsid komponendi tagasilükkamist.
"Isegi kui mälu oli usaldusväärne," sõnas Battin, "NASA-le ei meeldinud see, et peate juba varakult otsustama, milline arvutiprogramm saab olema. Nad küsisid meilt: “Mis oleks, kui meil oleks viimase hetke muudatusi?” Ja me ütlesime, et meil ei saa viimase hetke muudatusi olla ja kui soovite mälu muuta, tähendab see vähemalt kuue nädala pikkust libisemist. Kui NASA ütles, et see on talumatu, ütlesime neile: "Noh, see on see viis, ja teist sellist arvutit pole, mida saaksite kasutada."
Kogu riistvara kavandamine ja ehitamine tekitas väljakutseid, kuna töö edenes AGC-l 1965. aastast 1966. aastani, paistis silma veel ühe aspekti ulatus ja keerukus: tarkvara programmeerimine. See sai arvuti peamiseks määratlevaks probleemiks nii ajakavade kui ka spetsifikatsioonide täitmisel.
Kogu programmeerimine toimus põhimõtteliselt nendes ja nulltasandil, montaažikeele programmeerimine. Tarkvara kavandamisel keerukate toimingute tegemiseks pidid tarkvarainsenerid leidma leidliku viisi, kuidas kood mälupiirangutesse mahutada. Ja muidugi pole ühtegi sellist hadeverist varem tehtud, vähemalt mitte nii ulatuslikult ja keerukalt. Aeg-ajalt võib AGC-l olla vaja koordineerida mitut ülesannet korraga: võtta lugemid radarilt, arvutada trajektoor, arvutada güroskoopides veaparandused, otsustada, millised tõukejõud tuleb välja lasta, samuti edastada andmeid NASA maapealsetesse jaamadesse ja võtta uusi sisendit teastronautidelt. .
Hal Laning töötas välja selle, mida ta nimetas täitevprogrammiks, mis määras ülesanded erinevatele prioriteetidele ja võimaldas kõrge prioriteediga ülesannetel enne madala prioriteediga ülesandeid magama jääda. Arvuti suutis jaotada mälu erinevate ülesannete vahel ja jälgida, kus mõni toiming katkestati.
Labi tarkvara meeskond hakkas tahtlikult kavandama tarkvara, millel on prioriteedid ajastamise võimalusega, mis võimaldaks tuvastada kõige olulisemad käsud ja võimaldada neil vähem segavatest käskudest segamatult töötada.
1965. aasta sügiseks sai NASA-le aga ilmseks, et Apollo arvuti oli tõsistes probleemides, kuna programmide arendamine oli ajakavast märkimisväärselt maha jäänud. NASA ei võtnud hästi vastu asjaolu, et suhteliselt tundmatu kogus, mida nimetatakse tarkvaraks, võib kogu Apollo programmi edasi lükata.
Järgmine: 3. osa, nuputades selle kõik välja.
