In den späten 1950er Jahren, bevor die NASA beabsichtigte, zum Mond zu gehen - oder einen Computer zu benötigen, um dorthin zu gelangen -, hatte das MIT Instrumentation Laboratory eine kleine Prototypsonde entworfen und gebaut, von der sie hofften, dass sie eines Tages zum Mars fliegen würde (lesen Sie den Hintergrund teilweise 1 dieser Geschichte hier). Diese kleine Sonde verwendete einen kleinen, rudimentären Allzweckcomputer für die Navigation, der auf den Trägheitssystemen für ballistische Raketen, U-Boote und Flugzeuge basierte, die das Labor seit dem Zweiten Weltkrieg für das Militär entworfen und gebaut hatte.
Die Leute vom Instrumentation Lab waren der Meinung, dass ihr Mars-Sonden-Konzept - und insbesondere das Navigationssystem - für diejenigen von Interesse sein würde, die an den noch jungen Planetenerkundungsbemühungen beteiligt sind, wie die US-Luftwaffe und das Jet Propulsion Laboratory. Aber als sich das MIT Lab ihnen näherte, war kein Unternehmen interessiert. Die Luftwaffe stieg aus dem Weltraumgeschäft aus, und JPL hatte Pläne, ein eigenes planetarisches Raumschiff zu betreiben, das von der großen Goldstone-Kommunikationsschüssel in der Mojave-Wüste aus navigierte. Die 26-Meter-Radarschüssel war für die Verfolgung der frühen Pioneer-Robotersonden konstruiert worden.
Sowohl die Luftwaffe als auch JPL schlugen das Laborgespräch vor, um die neu gegründete NASA-Organisation zu bevölkern.
Die Labormitglieder besuchten Hugh Dryden, den stellvertretenden Administrator der NASA in Washington, DC, und Robert Chilton, der die Flugdynamikabteilung der NASA im Langley Research Center leitete. Beide Männer waren der Meinung, dass das Labor sehr gute Arbeit am Design geleistet hatte, insbesondere am Leitcomputer. Die NASA beschloss, dem Labor 50.000 US-Dollar zu geben, um ihre Studien zu diesem Konzept fortzusetzen.
Später wurde ein Treffen zwischen dem Leiter des Labors, Dr. Charles Stark Draper, und anderen Leitern der NASA vereinbart, um die verschiedenen langfristigen Pläne der NASA zu erörtern und zu erörtern, wie die Entwürfe des Labors in ein von Menschen gesteuertes Raumschiff passen könnten. Nach mehreren Sitzungen wurde festgelegt, dass das System aus einem Universal-Digitalcomputer mit Steuerungen und Anzeigen für die Astronauten, einem Raumsextanten, einer Trägheitsführungseinheit mit Gyros und Beschleunigungsmessern sowie der gesamten unterstützenden Elektronik bestehen sollte. In all diesen Diskussionen waren sich alle einig, dass der Astronaut eine Rolle beim Betrieb des Raumfahrzeugs spielen und nicht nur mitfahren sollte. Und alle NASA-Leute mochten besonders die in sich geschlossene Navigationsfähigkeit, da befürchtet wurde, dass die Sowjetunion die Kommunikation zwischen einem US-Raumschiff und dem Boden stören und die Mission und das Leben der Astronauten gefährden könnte.
Aber dann wurde das Projekt Apollo geboren. Präsident John F. Kennedy forderte die NASA im April 1961 auf, auf dem Mond zu landen und sicher zur Erde zurückzukehren - alles vor dem Ende des Jahrzehnts. Nur elf Wochen später, im August 1961, wurde mit dem MIT Instrumentation Laboratory der erste Hauptvertrag für Apollo über den Bau des Leit- und Navigationssystems unterzeichnet.
„Wir hatten einen Vertrag“, sagte Dick Battin, ein Ingenieur im Labor, der Teil des Mars Probe-Designteams war, „aber… wir hatten keine Ahnung, wie wir diesen Job machen würden, außer zu versuchen, ihn nach unserem Mars zu modellieren Sonde."
Ein Teil der Überlieferung des Apollo Guidance Computer (AGC) ist, dass einige der im 11-seitigen Vorschlag des Labors aufgeführten Spezifikationen von Doc Draper im Grunde genommen aus dem Nichts gezogen wurden. Aus Mangel an besseren Zahlen - und weil er wusste, dass es in ein Raumschiff passen müsste - sagte er, es würde 100 Pfund wiegen, 1 Kubikfuß groß sein und weniger als 100 Watt Leistung verbrauchen.
Zu diesem Zeitpunkt waren jedoch nur sehr wenige Spezifikationen für andere Apollo-Komponenten oder Raumfahrzeuge bekannt, da keine anderen Verträge abgeschlossen worden waren, und die NASA hatte sich noch nicht für ihre Methode entschieden (direkter Aufstieg, Earth Orbit Rendezvous oder Lunar Orbit Rendezvous) und die Arten von Raumfahrzeugen, um zum Mond zu gelangen.
"Wir sagten: 'Wir wissen nicht, was der Job ist, aber dies ist der Computer, den wir haben, und wir werden daran arbeiten, wir werden versuchen, ihn zu erweitern, wir werden alles tun, was wir können", sagte Battin . "Aber es war der einzige Computer, den irgendjemand im Land hat, der diesen Job möglicherweise machen könnte ... was auch immer dieser Job sein mag."
Battin erinnerte sich daran, dass die Option für den Flug zum Mond zunächst ein Rendezvous der Erdumlaufbahn sein würde, bei dem die verschiedenen Teile des Raumfahrzeugs von der Erde aus gestartet und in der Erdumlaufbahn kombiniert würden, um zum Mond zu fliegen und dort als Ganzes zu landen. Aber irgendwann setzte sich das Konzept der Mondumlaufbahn durch - wo sich der Lander vom Kommandomodul trennte und auf dem Mond landete.
"Als das passierte, war die Frage ... brauchen wir ein ganz neues und anderes Leitsystem für das Mondmodul als für das Befehlsmodul?" Sagte Battin. „Was werden wir dagegen tun? Wir haben die NASA davon überzeugt, in beiden Raumfahrzeugen dasselbe [Computer-] System zu verwenden. Sie haben verschiedene Missionen, aber wir könnten ein doppeltes System in das Mondmodul einfügen. Das haben wir also getan. "
Die frühen konzeptionellen Arbeiten am Apollo Guidance Computer (AGC) gingen zügig voran. Battin und seine Kohorten Milt Trageser, Hal Laning, David Hoag und Eldon Hall erarbeiteten die Gesamtkonfiguration für Führung, Navigation und Steuerung.
Führung bedeutete, die Bewegung eines Fahrzeugs zu steuern, während sich die Navigation darauf bezog, die gegenwärtige Position in Bezug auf ein zukünftiges Ziel so genau wie möglich zu bestimmen. Die Steuerung bezieht sich auf die Steuerung der Fahrzeugbewegungen und im Raum auf die Richtungen, die sich auf die Fluglage (Gieren, Neigen und Rollen) oder die Geschwindigkeit (Geschwindigkeit und Richtung) beziehen. Das Fachwissen des MIT konzentrierte sich auf Führung und Navigation, während die NASA-Ingenieure - insbesondere diejenigen, die Erfahrung mit dem Projekt Mercury hatten - die Führung und Kontrolle betonten. Daher arbeiteten die beiden Einheiten zusammen, um die erforderlichen Manöver auf der Grundlage der Daten der Gyros und Beschleunigungsmesser zu erstellen und um festzustellen, wie die Manöver Teil des Computers und der Software werden können.
Für das MIT Instrumentation Lab war die Zuverlässigkeit eine große Sorge um den Apollo Guidance Computer. Der Computer wäre das Gehirn des Raumfahrzeugs, aber was ist, wenn es versagt? Da Redundanz eine bekannte Lösung für das grundlegende Zuverlässigkeitsproblem war, schlugen die Mitarbeiter von The Lab vor, zwei Computer an Bord zu haben, von denen einer als Backup dient. Aber North American Aviation - das Unternehmen, das die Apollo Command and Service Modules herstellt - hatte seine eigenen Probleme, die Gewichtsanforderungen zu erfüllen. North American widersprach schnell der Größe und dem Platzbedarf von zwei Computern, und die NASA stimmte zu.
Eine weitere Idee für mehr Zuverlässigkeit bestand darin, Sparecircuit-Boards und andere Module an Bord des Raumfahrzeugs zu haben, damit die Astronauten im Flug Wartungsarbeiten durchführen und defekte Teile im Weltraum ersetzen können. Aber die Idee, dass ein Astronaut ein Fach oder eine Diele aufreißt und nach einem Defekt sucht Modul, und das Einsetzen einer Ersatzplatine während der Annäherung an den Mond schien absurd - obwohl diese Option für einige Zeit stark in Betracht gezogen wurde.
"Wir sagten:" Wir werden diesen Computer nur zuverlässig machen ", erinnert sich Battin. "Heute würden Sie aus dem Programm ausgeschlossen, wenn Sie sagten, dass Sie es erstellen werden, damit es nicht fehlschlägt. Aber genau das haben wir getan. "
Im Herbst 1964 begann The Lab mit der Entwicklung seiner aktualisierten Version der AGC, hauptsächlich um die Vorteile der verbesserten Technologie zu nutzen. Einer der herausforderndsten Aspekte der Apollo-Mission war die Menge an Echtzeit-Computing, die erforderlich ist, um das Raumschiff zum Mond und zurück zu navigieren. Als die Ingenieure des Labors ihre Arbeit an dem Projekt aufnahmen, waren Computer immer noch auf analoge Technologie angewiesen. Analoge Computer waren nicht schnell oder zuverlässig genug für eine Mission zum Mond.
Integrierte Schaltkreise, die gerade 1959 erfunden worden waren, waren jetzt leistungsfähiger, zuverlässiger und kleiner; Sie könnten die früheren Konstruktionen durch Kerntransistorschaltungen ersetzen und etwa 40 Prozent weniger Platz beanspruchen. So schnell sich die Technologie weiterentwickelt hatte, seit MIT 1961 den AGC-Vertrag erhalten hatte, waren sie zuversichtlich, dass die Vorlaufzeit bis zum ersten Flug von Apollo größere Fortschritte bei der Zuverlässigkeit und hoffentlich Kostensenkungen ermöglichen würde. Mit dieser Entscheidung war die AGC einer der ersten Computer, die integrierte Schaltkreise verwendeten, und bald wurden mehr als zwei Drittel der gesamten US-amerikanischen Leistung von Mikroschaltkreisen für den Bau von Apollo-Computerprototypen verwendet.
Bildunterschrift: Eine frühe integrierte Schaltung, die als integrierte Schaltung Fairchild 4500a bekannt ist. Bildhöflichkeit: Draper.
Obwohl viele Designelemente für die Computerhardware in Kraft getreten sind, wurde Mitte der 1960er Jahre ein heikles Problem offensichtlich: das Gedächtnis. Das ursprüngliche Design, das auf der Mars-Sonde basiert, hatte nur 4 Kilobyte Wörter mit festem Speicher und 256 Wörter mit löschbarem Speicher. Als die NASA dem Apollo-Programm weitere Aspekte hinzufügte, stieg der Speicherbedarf weiter auf 10 K, dann auf 12, 16, 24 und schließlich auf 36 Kilobyte festen Speicher und 2 K verfügbar.
Das vom Labor entwickelte System wurde als Kernseilspeicher bezeichnet. Die Software wurde sorgfältig aus Nickellegierungsdraht erstellt, der durch die winzigen magnetischen „Donuts“ gewebt wurde, um den nicht löschbaren Speicher zu erstellen. In der Sprache der Computer-Einsen und Nullen lief es, wenn es eine Eins war, durch den Donut; Wenn es eine Null war, lief der Draht darum herum. Für eine Speicherkomponente wurden Bündel von einer halben Meile Draht benötigt, die durch 512 Magnetkerne gewebt waren. Ein Modul könnte über 65.000 Informationen speichern.
Battin nannte den Prozess zur Konstruktion des Core-Ropememory die LOL-Methode.
"Kleine alte Damen", sagte er. "Frauen in der Raytheon-Fabrik würden die Software buchstäblich in diesen Kernseilspeicher einbinden."
Während Frauen hauptsächlich das Weben durchführten, waren sie nicht unbedingt alt. Raytheon beschäftigte viele ehemalige Textilarbeiter, die sich mit dem Weben auskannten und detaillierte Anweisungen zum Weben der Drähte befolgen mussten.
Als die Kernseilspeicher zum ersten Mal gebaut wurden, war der Prozess ziemlich arbeitsintensiv: Zwei Frauen saßen sich gegenüber und webten von Hand einen Drahtstrom durch winzige Magnetkerne, wobei sie eine Sonde mit dem von einer Seite befestigten Draht drückten zu den anderen. Bis 1965 wurde erneut eine mechanischere Methode zum Weben der Drähte eingeführt, die auf Textilmaschinen basiert, die in der Webindustrie Neuenglands eingesetzt werden. Trotzdem war der Prozess extrem langsam und das Weben eines Programms konnte mehrere Wochen oder sogar Monate dauern, wobei mehr Zeit zum Testen benötigt wurde. Fehler beim Weben bedeuteten, dass es wiederholt werden musste. Der Befehlsmodul-Computer enthielt sechs Sätze von Kernseilmodulen, während der Mondmodul-Computer sieben enthielt.
Insgesamt befanden sich ungefähr 30.000 Teile im Computer. Jede Komponente würde einem elektrischen Test und einem Stresstest unterzogen. Jeder Fehler erforderte die Ablehnung der Komponente.
"Obwohl der Speicher zuverlässig war", sagte Battin, "war das, was die NASA nicht mochte, die Tatsache, dass Sie sehr früh entscheiden mussten, wie das Computerprogramm aussehen würde. Sie fragten uns: "Was ist, wenn wir eine Änderung in letzter Minute vorgenommen haben?" Und wir sagten, dass wir keine Änderungen in letzter Minute vornehmen können, und wann immer Sie den Speicher ändern möchten, bedeutet dies einen Ausfall von mindestens sechs Wochen. Als die NASA sagte, dass dies unerträglich sei, sagten wir ihnen: "Nun, so ist dieser Computer, und es gibt keinen anderen Computer wie diesen, den Sie verwenden können."
Während das Entwerfen und Erstellen der gesamten Hardware eine Herausforderung darstellte, während die Arbeiten an der AGC von 1965 bis 1966 voranschritten, stachen Größe und Komplexität eines weiteren Aspekts heraus: der Programmierung der Software. Es wurde zum Hauptproblem des Computers, sowohl Zeitpläne als auch Spezifikationen einzuhalten.
Die gesamte Programmierung erfolgte im Wesentlichen auf der Assembler-Programmierung mit Einsen und Nullen. Bei der Entwicklung der Software für komplizierte Aufgaben mussten die Softwareentwickler ausgeklügelte Methoden entwickeln, um den Code an die Speicherbeschränkungen anzupassen. Und natürlich wurde nichts davon zuvor getan, zumindest nicht in diesem Ausmaß und in dieser Komplexität. Zu jedem Zeitpunkt muss die AGC möglicherweise mehrere Aufgaben gleichzeitig koordinieren: Ablesen vom Radar, Berechnen der Flugbahn, Durchführen von Fehlerkorrekturen an den Gyros, Bestimmen, welche Triebwerke abgefeuert werden sollen, sowie Übertragen von Daten an die Bodenstationen der NASA und Übernehmen neuer Eingaben von den Stronauten .
Hal Laning entwickelte ein sogenanntes Executive-Programm, bei dem Aufgaben unterschiedliche Prioritäten zugewiesen wurden und Aufgaben mit hoher Priorität vor Aufgaben mit niedriger Priorität erledigt werden konnten. Der Computer konnte Speicher auf verschiedene Aufgaben verteilen und verfolgen, wo eine Aufgabe unterbrochen wurde.
Das Softwareteam des Labors begann absichtlich mit dem Entwurf der Software mit einer Prioritätsplanungsfunktion, mit der die wichtigsten Befehle identifiziert und diese ohne Unterbrechung durch weniger wichtige Befehle ausgeführt werden können.
Im Herbst 1965 wurde der NASA jedoch klar, dass der Apollo-Computer in ernsthaften Schwierigkeiten steckte, da die Entwicklung der Programme erheblich hinter dem Zeitplan zurückblieb. Die Tatsache, dass eine relativ unbekannte Menge namens "Software" das gesamte Apollo-Programm verzögern könnte, wurde von der NASA nicht gut aufgenommen.
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