Alla fine degli anni '50, prima che la NASA avesse intenzione di andare sulla Luna - o di aver bisogno di un computer per arrivarci - il MIT Instrumentation Laboratory aveva progettato e costruito una piccola sonda prototipo che speravano un giorno di volare su Marte (leggi lo sfondo in parte 1 di questa storia qui). Questa piccola sonda utilizzava un piccolo computer di base per la navigazione, basato sui sistemi inerziali di missili balistici, sottomarini e aerei che il Lab aveva progettato e costruito per i militari dalla Seconda Guerra Mondiale.
Le persone del Instrumentation Lab pensavano che il loro concetto Mars Probe - e in particolare il sistema di navigazione - sarebbe stato interessante per coloro che erano coinvolti nelle nascenti attività di esplorazione planetaria, come la US Air Force e il Jet Propulsion Laboratory. Ma quando il MIT Lab si è avvicinato a loro, nessuna entità era interessata. L'Air Force stava uscendo dal settore spaziale e JPL aveva in programma di far funzionare il proprio veicolo spaziale planetario, navigando dal grande piatto di comunicazione Goldstone nel deserto del Mojave. La parabola radar da 26 metri era stata costruita per tracciare le prime sonde robot Pioneer.
Sia l'Aeronautica che la JPL hanno suggerito che il laboratorio parlasse per peopleat l'organizzazione NASA di recente formazione.
I membri del laboratorio hanno visitato Hugh Dryden, il vicedirettore della NASA a Washington D.C., e Robert Chilton, che stava guidando la Flight Dynamics Branch della NASA presso il Langley Research Center. Entrambi pensarono che il Lab avesse fatto un ottimo lavoro sul design, specialmente sul computer di guida. La NASA ha deciso di dare al laboratorio $ 50.000 per continuare gli studi sul concetto.
Più tardi, fu organizzato un incontro tra il leader del laboratorio, il dottor Charles Stark Draper e altri leader della NASA, per discutere dei vari piani a lungo raggio che la NASA aveva in mente e su come i progetti del laboratorio potevano adattarsi a un veicolo spaziale pilotato da umani. Dopo diverse riunioni, è stato stabilito che il sistema dovrebbe consistere in un computer digitale generico con controlli e display per gli astronauti, un sestante spaziale, un'unità di guida inerziale con giroscopi e accelerometri e tutta l'elettronica di supporto. In tutte queste discussioni, tutti concordarono sul fatto che l'astronauta avrebbe dovuto svolgere un ruolo nel funzionamento della navicella spaziale e non essere solo in viaggio. E a tutte le persone della NASA è piaciuta soprattutto la capacità di navigazione autonoma, poiché si temeva che l'Unione Sovietica potesse interferire con le comunicazioni tra un veicolo spaziale statunitense e il suolo, mettendo in pericolo la missione e la vita degli astronauti.
Ma poi è nato il Progetto Apollo. Il presidente John F. Kennedy sfidò la NASA nell'aprile del 1961 a sbarcare sulla Luna e tornare sulla Terra in sicurezza, il tutto prima della fine del decennio. Solo undici settimane dopo, nell'agosto del 1961, fu firmato il primo contratto principale per Apollo con il MIT Instrumentation Laboratory per costruire il sistema di guida e navigazione.
"Avevamo un contratto", ha detto Dick Battin, un ingegnere del Lab che faceva parte del team di progettazione Mars Probe, "ma ... non avevamo idea di come avremmo fatto questo lavoro, oltre a provare a modellarlo dopo il nostro Marte sonda."
Parte della tradizione dell'Apollo Guidance Computer (AGC) è che alcune delle specifiche elencate nella proposta di 11 pagine del Lab sono state sostanzialmente estratte dal nulla da Doc Draper. Per mancanza di numeri migliori - e sapendo che avrebbe dovuto inserirsi in un'astronave - disse che avrebbe pesato 100 libbre, misurava 1 piede cubo e consumava meno di 100 watt di potenza.
Ma a quel tempo erano note pochissime specifiche su qualsiasi altro componente o veicolo spaziale Apollo, dato che non erano stati stipulati altri contratti e NASA non aveva ancora deciso il suo metodo (ascesa diretta, Rendezvous in orbita terrestre o Rendezvous in orbita lunare) e i tipi di veicoli spaziali per arrivare a theMoon.
"Abbiamo detto: 'Non sappiamo quale sia il lavoro, ma questo è il computer che abbiamo, e lavoreremo su di esso, proveremo ad espanderlo, faremo tutto ciò che possiamo", ha detto Battin . "Ma è stato l'unico computer che qualcuno ha nel paese che potrebbe fare questo lavoro ... qualunque sia questo lavoro."
Battin ha ricordato come all'inizio l'opzione per volare sulla Luna sarebbe stata un appuntamento in orbita terrestre, dove le varie parti del veicolo spaziale sarebbero state lanciate dalla Terra e combinate nell'orbita terrestre e avrebbero volato sulla Luna e vi avrebbero atterrato nel suo insieme. Ma alla fine, il concetto di appuntamento dell'orbita lunare ha vinto - dove il lander si separerebbe dal Modulo di comando e atterrerebbe sulla Luna.
"Quindi, quando ciò è avvenuto, la domanda era ... abbiamo bisogno di un sistema di guida completamente nuovo e diverso per il modulo lunare rispetto a quello che abbiamo per il modulo di comando?" Disse Battin. “Cosa faremo al riguardo? Abbiamo convinto la NASA a utilizzare lo stesso sistema [computer] in entrambi i veicoli spaziali. Hanno missioni diverse, ma potremmo mettere un sistema duplicato nel modulo lunare. Quindi è quello che abbiamo fatto. "
I primi lavori concettuali sull'Apollo Guidance Computer (AGC) procedettero rapidamente, con Battin e le sue coorti Milt Trageser, Hal Laning, David Hoag ed Eldon Hall che elaborarono la configurazione generale per la guida, la navigazione e il controllo.
Guidare significava dirigere il movimento di un'imbarcazione, mentre la navigazione si riferiva alla determinazione della posizione attuale nel modo più preciso possibile, in relazione a una destinazione futura. Il controllo si riferiva alla direzione dei movimenti del veicolo e nello spazio le direzioni relative al suo atteggiamento (imbardata, inclinazione e rollio) o alla velocità (velocità e direzione). Le competenze del MIT erano incentrate sull'orientamento e sulla navigazione, mentre gli ingegneri della NASA - in particolare quelli che avevano esperienza di lavoro sul Progetto Mercurio - hanno sottolineato guida e controllo. Quindi, le due entità hanno lavorato insieme per creare le manovre che sarebbero necessarie sulla base dei dati dei giroscopi e degli accelerometri e su come rendere le manovre parte del computer e del software.
Per il MIT Instrumentation Lab, una grande preoccupazione per Apollo Guidance Computer era l'affidabilità. Il computer sarebbe il cervello dell'astronave, ma se fallisse? Poiché la ridondanza era una soluzione nota al problema di affidabilità di base, le persone del Lab hanno suggerito di includere due computer a bordo, uno dei quali come backup. Ma North American Aviation - la società che costruiva i moduli di comando e servizio Apollo - stava avendo i propri problemi per soddisfare i requisiti di peso. Il Nord America si è rapidamente opposto alle dimensioni e ai requisiti di spazio di due computer e la NASA ha concordato.
Un'altra idea per una maggiore affidabilità è stata quella di avere a bordo delle navicelle spaziali e altri moduli a bordo del veicolo spaziale in modo che gli astronauti potessero fare "manutenzione in volo", sostituendo le parti difettose durante lo spazio. e l'inserimento di un circuito stampato di riserva mentre ci si avvicina alla Luna sembrava assurdo, anche se questa opzione è stata fortemente considerata per un bel po 'di tempo.
"Abbiamo detto," stiamo solo andando a rendere questo computer affidabile ", ha ricordato Battin. "Oggi verrai espulso dal programma se avessi detto che lo avresti costruito in modo che non fallisse. Ma è quello che abbiamo fatto. "
Nell'autunno del 1964, The Lab iniziò a progettare la versione aggiornata di AGC, principalmente per sfruttare la tecnologia migliorata. Uno degli aspetti più impegnativi della missione Apollo è stata la quantità di elaborazione in tempo reale richiesta per navigare sulla navicella spaziale verso la Luna e ritorno. Quando gli ingegneri del Lab hanno iniziato a lavorare al progetto, i computer si affidavano ancora alla tecnologia analogica. I computer analogici non erano veloci o abbastanza affidabili per una missione sulla Luna.
I circuiti integrati, che erano stati appena inventati nel 1959, erano ora più capaci, affidabili e più piccoli; potrebbero sostituire i progetti precedenti utilizzando circuiti a transistor core, occupando circa il 40 percento in meno di spazio. Con la rapidità con cui la tecnologia era avanzata da quando il MIT aveva vinto il contratto AGC nel 1961, si sentivano sicuri dei tempi di consegna fino al primo volo di Apollo che avrebbe consentito maggiori progressi nell'affidabilità e, si spera, riduzioni dei costi. Con questa decisione, l'AGC divenne uno dei primi computer a utilizzare circuiti integrati e presto, oltre i due terzi della produzione totale di microcircuiti negli Stati Uniti furono usati per costruire prototipi di computer Apollo.
Didascalia dell'immagine principale: un circuito integrato precoce, noto come circuito integrato Fairchild 4500a. Immagine gentilmente concessa: Draper.
Anche se molti elementi di design per l'hardware del computer hanno iniziato a insediarsi, un problema fastidioso alla metà degli anni '60 è diventato ovvio: la memoria. Il design originale, basato sulla sonda Mars, aveva solo 4 kilobyte di memoria fissa e 256 parole di cancellabile. Man mano che la NAS aggiungeva più aspetti al programma Apollo, i requisiti di memoria continuavano a salire, a 10 K, quindi a 12, 16, 24 e infine a 36 Kilobyte di memoria fissa e 2 K cancellabili.
Il sistema ideato dal Lab era chiamato memoria della corda centrale, con software creato con cura con filo di lega di nichel intrecciato attraverso le minuscole "ciambelle" magnetiche per creare la memoria non cancellabile. Nel linguaggio dei computer e degli zeri, se era uno, scorreva attraverso la ciambella; se era uno zero, il filo gli correva attorno. Per un componente di memoria, ci sono voluti fasci di mezzo miglio di filo intrecciato attraverso 512 nuclei magnetici. Un modulo potrebbe memorizzare oltre 65.000 informazioni.
Battin chiamò il processo per costruire il core-ropememory il metodo LOL.
"Piccole signore anziane", ha detto. "Le donne nella fabbrica Raytheon avrebbero letteralmente intrecciato il software in questa memoria di base."
Mentre le donne eseguivano principalmente la tessitura, non erano necessariamente vecchie. Raytheon impiegò molti ex lavoratori tessili, esperti nella tessitura, che dovevano seguire istruzioni dettagliate per tessere i fili.
Quando furono costruite per la prima volta le memorie della corda centrale, il processo era piuttosto laborioso: due donne si sedevano l'una di fronte all'altra e tessevano a mano un flusso di fili attraverso minuscoli nuclei magnetici, spingendo una sonda con il filo attaccato da un lato all'altro. Nel 1965, un metodo più meccanico di tessitura dei fili fu implementato, ancora una volta, basato su macchine tessili utilizzate nell'industria della tessitura del New England. Tuttavia, il processo è stato estremamente lento e un programma potrebbe richiedere diverse settimane o addirittura mesi per essere tessuto, con più tempo necessario per testarlo. Qualsiasi errore nella tessitura significava che avrebbe dovuto essere rifatto. Il computer del modulo di comando conteneva sei serie di moduli core-rope, mentre il computer del modulo lunare ne conteneva sette.
In totale, c'erano circa 30.000 parti nel computer. Ogni componente verrebbe sottoposto a un test elettrico e uno stress test. Qualsiasi errore ha richiesto il rifiuto del componente.
"Anche se la memoria era affidabile", ha detto Battin, "la cosa che la NASA non ha gradito è il fatto che molto presto hai dovuto decidere quale sarebbe stato il programma per computer. Ci hanno chiesto: "E se avessimo un cambiamento dell'ultimo minuto?" E abbiamo detto che non possiamo avere cambiamenti dell'ultimo minuto, e ogni volta che vuoi cambiare la memoria, significa uno slittamento di sei settimane, minimo. Quando la NASA ha detto che era intollerabile, abbiamo detto loro: "Bene, questo è il modo in cui questo computer è, e non c'è nessun altro computer simile che puoi usare."
Durante la progettazione e la costruzione di tutto l'hardware rappresentava una sfida, con il progredire dei lavori sull'AGC fino al 1965 e fino al 1966, l'entità e la complessità di un altro aspetto si sono distinte: la programmazione del software. È diventato il principale problema di definizione del computer, rispettando sia le tempistiche sia le specifiche.
Tutta la programmazione è stata sostanzialmente eseguita a livello di zeri e livello, programmazione del linguaggio assembly. Nel progettare il software per svolgere compiti complicati, gli ingegneri del software dovevano trovare modi ingegnosi per adattare il codice ai vincoli di memoria. E, naturalmente, nulla di tutto questo hadever è stato fatto prima, almeno non a questo livello di scala e complessità. Ad ogni dato momento, l'AGC potrebbe dover coordinare più compiti contemporaneamente: prendere le letture dal radar, calcolare la traiettoria, eseguire correzioni di errori sui giroscopi, determinare quali propulsori dovrebbero essere sparati, nonché astrasmettere i dati alle stazioni terrestri della NASA e prendere nuovi input dai satelliti .
Hal Laning ha ideato quello che ha definito un programma esecutivo, che ha assegnato compiti con priorità diverse e ha permesso ai compiti ad alta priorità di rifarsi prima di quelli a bassa priorità. Il computer potrebbe allocare memoria tra compiti diversi e tenere traccia di dove un'attività era stata interrotta.
Il team del software del laboratorio ha iniziato a progettare intenzionalmente il software con una capacità di pianificazione prioritaria in grado di identificare i comandi più importanti e consentire a questi di essere eseguiti senza interruzione da comandi meno importanti.
Tuttavia, nell'autunno del 1965, divenne evidente per la NASA che il computer Apollo era in gravi difficoltà, poiché lo sviluppo dei programmi era significativamente in ritardo sui tempi previsti. Il fatto che una quantità relativamente sconosciuta chiamata "software" potesse ritardare l'intero programma Apollo non è stata ben accolta dalla NASA.
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