Dick Battin stand im Oktober 1957 in der frostigen Morgendämmerung Neuenglands auf seiner Einfahrt und bemühte sich, Sputnik über sich fliegen zu sehen. Battins Herz pochte, als er diesen kleinen Lichtpunkt sah, der lautlos über den Himmel schoss. Ein von Menschen geschaffenes Stück Metall umkreiste tatsächlich die Erde!
Battin ging zurück zu seinem Haus und seine Gedanken rasten. Oh, wie er wünschte, er hätte das MIT Instrumentation Laboratory vor anderthalb Jahren nie verlassen. Er hatte es bereut, seit er beschlossen hatte, auf grünere Weiden zu gehen. Aber jetzt wurde sein Bedauern zu einer unerschütterlichen Entschlossenheit, irgendwie wieder ins Labor zurückzukehren, denn er wusste - er war sich ohne Zweifel absolut sicher -, dass Doc Draper seine Hand in diesem neuen Unternehmen der Weltraumforschung bekommen würde. Und Battin wollte auch rein.
Doc - Dr. Charles Stark Draper - hatte Anfang der 1930er Jahre ein Lehrlabor für seine Luftfahrtkurse am Massachusetts Institute of Technology eingerichtet. Das Labor ermöglichte es den Schülern zunächst, praktische Erfahrungen mit der Verkabelung von Treibstoff und Höhenmessgeräten für Flugzeuge zu sammeln. Im Laufe der Zeit wurde das Labor jedoch zu einem vollwertigen Labor, in dem die für die Flugzeugnavigation erforderlichen Instrumente entwickelt wurden. Während des Zweiten Weltkriegs wurde Draper's Lab erweitert und sie zogen vom Campus in die alte Whittemore Shoe Polish-Fabrik an den Eisenbahnschienen an der Massachusetts Avenue in Cambridge.
Das Labor wurde als Confidential Instrument Development Laboratory bekannt und produzierte technologische Fortschritte wie Frühleitsysteme und Kreiselausrüstung, die zum Mark 14-Visier führten, das von den Flugabwehrwaffen der Marine verwendet wurde. Ungefähr 85.000 der Visiere wurden bei einer Firma namens Sperry Gyroscopes hergestellt, was Drapers Ruf beim Militär und sein Ansehen am MIT stärkte, da die Lizenzgebühr für die Visiere zu einer Hauptfinanzierungsquelle für die Universität wurde.
Drapers Stolz, Freude und Hauptfokus waren jedoch die Erfindung einer praktischen Anwendung für spezielle Trägheitsinstrumente - Gyroskope und Beschleunigungsmesser - für die autonome Navigation an Bord. Basierend auf den Raketenleitsystemen hat Draper ein neues System entwickelt, mit dem Position, Ausrichtung und Geschwindigkeit eines Flugzeugs kontinuierlich berechnet werden können. Es würde die Notwendigkeit mühsamerer Navigationsmethoden wie Funknavigation oder Piloten, die Himmelssternsichtungen durchführen, überflüssig machen, um einen „Fix“ auf einer Karte zu zeichnen. Mit ein paar Moretweaks und Fortschritten war Draper der Ansicht, dass sein System möglicherweise autonom ein Flugzeug „steuern“ könnte.
Bei einem kühnen Test der Leit-, Navigations- und Steuerungstechnologien (GN & C) von Draper im Jahr 1953 flogen er und sieben andere Ingenieure des MIT Instrumentation Laboratory (neuer Nachkriegsname) mit ihrer Space Inertial Reference Equipment (SPIRE) von Küste zu Küste. System auf der Rückseite eines B-29-Bombers installiert. SPIRE leitete automatisch den Flug des Flugzeugs, die erste funktionierende Implementierung der sogenannten Trägheitsnavigation - ein eigenständiges System, das die Position verfolgt und einen Kurs zeichnet. Sie nahmen von der Hanscom Air Force Base in Massachusetts ab und flogen mit einem Humanpiloten an Bord nur zum Start und zur Landung nach Los Angeles - und für den Fall, dass das System ausfiel. Auch an Bord dokumentierten der Journalist Eric Sevareid und sein Filmteam die Reise und sprachen mit Draper über mögliche zukünftige Anwendungen dieses autonomen Navigationssystems, einschließlich - vielleicht eines Tages - für Raumfahrzeuge. Spektakulär kam die B-29 genau am richtigen Ziel an und korrigierte sogar in letzter Minute Seitenwinde. Sevareid schloss seinen Bericht mit den Worten: "Vielleicht könnte man sagen, dass dies ein kleiner Schritt in Richtung Zeitalter der Raumfahrt ist."
Drapers Grund, nach Los Angeles zu fliegen, bestand darin, auf einer Konferenz ein Papier über das SPIRE-System vorzustellen. Während des Gesprächs stand jemand auf und sagte: „Das ist lächerlich! Es könnte niemals funktionieren. “, Antwortete Draper ruhig. "Nun, ich bin gerade damit über das Land geflogen."
Mit neuen und verbesserten Versionen von SPIRE wurden Trägheitsleitsysteme auf Schiffen und Flugzeugen eingesetzt, die den Flugverkehr revolutionierten, indem sie die Genauigkeit von globalen Flügen punktgenau ermöglichten. Die Systeme waren besonders wichtig für U-Boot-Raketen und Raketenlenkraketen aus der Zeit des Kalten Krieges mussten ohne Funkkommunikation schön zu ihren Zielen geführt werden, da diese Übertragungen ihre Präsenz offenbaren könnten. Die trägheitsbasierten GN & C-Systeme des Labors waren von zentraler Bedeutung für das U-Boot-Raketenprogramm UGM-27Polaris und die von den Raketen Atlas und Titan abgefeuerten Raketen.
Draper selbst war Pilot, Abenteurer und Intellektueller - er trat im Alter von 15 Jahren in das College ein, und der Legende nach schrieb er sich für mehr Kurse am MIT ein als jeder andere. Und er war ein absolut entzückender Mensch. Jeder, der ihn kannte, nannte ihn "Doc", und er wurde für viele zu einer vaterähnlichen Figur. Draper konnte sich sofort an die Namen und Gesichter der Hunderte von Menschen erinnern, die im Laufe der Jahre im Labor gearbeitet hatten, oder an die Tausenden von Studenten, die er unterrichtete, sogar Jahrzehnte nach ihrem Abschluss.
Draper leitete das Labor und gab jedem das Gefühl, wichtig zu sein, sei es der leitende Ingenieur, die Sekretärin oder der Hausmeister. Bob Seamans von der NASA war Drapers Student und Schützling und arbeitete fünfzehn Jahre lang im Labor. Er erinnerte sich an Draper und sagte: "Wenn du hier arbeitest, hast du vielleicht kein Geld für die Babes oder die Pferde, aber wir werden Spaß haben!" Draper konstruierte unter seinem Schreibtisch einen Druckknopf, der ein Relais zur großen Uhr im Hauptbüro aktivierte und die Zeiger eine Stunde nach vorne bewegte. Dies signalisierte, dass es jetzt Zeit für Cocktails war und Marie Allen, Drapers treue Sekretärin, die verstauten Geister ausbrechen würde. Doc besaß eine weitere legendäre Fähigkeit, alle anderen unter dem Tisch zu trinken.
Draper, ein selbst beschriebener „fettiger Daumenmechaniker“, wurde als heterogener Ingenieur bezeichnet, da er alle Aspekte der vom Labor durchgeführten Arbeiten verstand. Er war in der Werkstatt zu finden, besaß aber den Scharfsinn, mit Politikern oder Militärchefs umzugehen. Draper verstand intuitiv komplexe Mathematik und Physik, hatte aber auch einen Abschluss in Psychologie. Er war ein schlauer Unternehmer, aber seine größte Liebe und sein größtes Interesse galt der Bildung. Heran, die Luftfahrtabteilung des MIT, war gleichzeitig mit dem Betrieb des Labors für ein Schulungsprogramm verantwortlich, mit dem Militäroffiziere in der Führungstechnologie geschult werden sollten, die sie vor Ort implementieren würden. Die Bildungsprozesse, die er am MIT und im Instrumentation Lab erstellte, gaben dem MIT-Motto „Mens et Manus“, Mind and Hand, eine wahre Bedeutung. Er gab seine brillanten Führungsmethoden an eine lange Liste zukünftiger Führungskräfte weiter.
Weitere Bilder aus dem MIT Instrumentation Laboratory, jetzt bekannt als Draper, finden Sie auf der speziellen Website „Hack The Moon“ zum 50-jährigen Jubiläum von Apollo.
Und Draper umgab sich mit anderen brillanten Leuten, und mehrere ehemalige Studenten blieben, um im Labor zu arbeiten. In den 1950er Jahren wurde David Hoag technischer Direktor für die Entwicklung von Visier- und Leitsystemen, während Milton Trageser Projektmanager war. J. Halcombe Laning arbeitete auf der Computerseite und entwickelte 1953 den ersten algebraischen Compiler (er nannte ihn George), der zu Verbesserungen des berühmten Whirlwindcomputers des MIT führte, eines der ersten großen Vakuumröhrencomputer, die während des Zweiten Weltkriegs entwickelt wurden. Battin trat dem Team im Jahr 51 bei und fühlte sich immer als Lanmentor und guter Freund.
Battins Anfänge im Labor wurden mit der Arbeit an klassifizierten Leitsystemen verbracht, aber es gab natürlich keine Lehrbücher zu diesem Thema. Fast alles, was sie im Labor herausgefunden hatten, wurde zu zukünftigem Lehrbuchmaterial, wie zum Beispiel ihr Q-Guidance-System, das nach einer von ihnen abgeleiteten Grundmatrix benannt wurde, die für immer die Grundlage für die Arten von Berechnungsleitsystemen bildete, die für den Betrieb benötigt wurden.
Aber dann machte Battin das, was er immer für den schlimmsten Fehler seines Lebens hielt, und dachte, er müsse andere Perspektiven für seine Arbeitsmöglichkeiten erkunden. Er verließ das Labor, um sich einem Beratungsunternehmen anzuschließen, lehnte das Ganze jedoch von Anfang an ab: Die Arbeit war nicht interessant (er führte eine Bestandskontrolle durch) und erforderte häufige Reisen (er war nicht gern von seiner Familie entfernt).
Indem Battin mit HalLaning in Kontakt blieb, erfuhr er nach Sputnik einige Details über ein potenzielles Raumschiff, mit dem sich das Labor beschäftigte und in dem Laning rudimentäre Computersimulationen von Rundflügen zum Planeten Mars durchführte. Dieser Leckerbissen verlockender Informationen war der letzte Strohhalm. Battin traf die beste Entscheidung seines Lebens, das MIT Instrumentation Lab zurückzukehren.
1957 schloss er sich offiziell Lanings Arbeit an einem Luftwaffenvertrag für Leitsysteme für ballistische Raketen an. Eine kleine Klausel im Vertrag deutete jedoch darauf hin, dass das Labor ein wenig Zeit für andere unabhängige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in Bezug auf die Führung aufwenden könnte. Diese Forschung wurde zu einem kleinen Raumschiff, das als Mars-Sonde bekannt ist. Lanings ursprüngliche Idee war, dass, da damals fast jeder über den Weltraum nachdachte, er nicht umhergehen und darauf warten würde, gebeten zu werden, ein Weltraumleitsystem zu entwickeln. Er entschied sich einfach - mit Doc Drapers Segen - dafür.
Milt Trageser leitete das Design des Raumfahrzeugs, und zusammen mit Laning, Battin, Eldon Hall, Ralph Ragan und einigen anderen baute dieses neue "Weltraum" -Team ein kleines Holzmodell des Raumfahrzeugs, studierte, was es für Führung und Navigation benötigen würde, und führte es durch vorläufige Berechnungen der Flugbahnen zum Mars. Die effizienteste Flugbahn zum Roten Planeten, so stellten sie fest, könnte mit einem Startdatum im Dezember 1962 erreicht werden, und die Sonde würde am 15. Februar 1963 um den Mars schwingen. Eine Bordkamera würde ein Bild aufnehmen, wenn sie sich dem Mars am nächsten nähert - sie taten es nicht Ich möchte dieses Ding nicht zu kompliziert machen und ihre eine Chance versauen - und es würde mit einer dreijährigen Reise zur Erde zurückkehren und im Golf von Mexiko planschen, um den Filmkanister zu bergen. Die größte Herausforderung bestand darin, Führungstechniken für eine Reise dieser Länge zu finden, die ausschließlich an Bord des Raumfahrzeugs berechnet werden konnte. Ein Fahrzeug, das solche Entfernungen zurücklegt, konnte sicherlich nicht vom Boden aus gesteuert werden, zumindest nicht mit der damals verfügbaren Funktechnologie.
Sie diskutierten ihre Ideen mit Astronomen am Smithsonian Astrophysics Observatory in Cambridge, die Batin und Laning umgehend sagten, sie seien verrückt. Die Astronomen fragten: „Wie kommen Sie zum Mars? Du weißt nicht einmal, wo der Mars ist. "
Und sie hatten recht. Zu diesem Zeitpunkt betrug die Unsicherheit der absoluten Position des Mars zu einem bestimmten Zeitpunkt nur bodengestützte Beobachtungen plus oder minus 20.000 Meilen. Was die Astronomen jedoch nicht verstanden, war, dass Laning und Battin nicht vorhatten, sich auf bodengestützte Messungen zu verlassen. Stattdessen würden die Messungen an Bord des Raumfahrzeugs durchgeführt, wobei die Navigation auf dem Weg berechnet würde. Battin verglich das Konzept mit dem Fahren von Boston nach New York: "Ich muss den Breiten- und Längengrad von New York City nicht kennen, um dorthin zu gelangen", sagte er. "Ich kann einfach dorthin fahren, solange ich sehe, wohin ich gehe. Ich brauche niemanden in Boston, der mir sagt, wo ich bin und wie schnell ich gehen soll und wohin ich zeigen soll. Ich suche nur nach New York und lenke danach. “
Das Mars Probe-Team erkannte, dass ein kleiner Bordcomputer, der den Betrieb des Raumfahrzeugs steuert, die kritischste Komponente ist, die sie entwerfen können. Um ihre Ideen zu testen, wandten sie sich der Leistung des Whirlwind-Computers des MIT zu. Dieser gigantische Computer war in einem riesigen Gebäude untergebracht, und bevor Whirlwind eingeschaltet wurde, musste das Laborteam zuerst das Cambridge-Kraftwerk benachrichtigen, da der Computer das elektrische System der Stadt enorm belastete.
Das Team gab seine Berechnungen sorgfältig ein, indem es ein perforiertes, Lochkarten-ähnliches Band verwendete, das die 1.024 16-Bit-Speicherwörter von Whirlwind nicht überschritt. Dies war in den späten 1950er Jahren auf dem neuesten Stand der Technik, aber all diese Einschränkungen ließen die Idee, einen winzigen Computer in ein kleines Raumschiff zu stecken, ziemlich weit hergeholt erscheinen. Außerdem müsste es während der gesamten dreijährigen Reise kontinuierlich und fehlerfrei arbeiten - keine Reparaturen während des Fluges oder Daten-Uplinks - und es müsste kontinuierlich bestimmen, wo es sich befindet und wann es durch Richtungsänderungen kompensiert werden muss, die nur wenig durchgeführt werden Gyroskope genannt Drehimpulsräder.
Sie fanden heraus, wie man alles zum Laufen bringt. Der gesamte autonome Betrieb wurde an Bord von einem kleinen digitalen Universalcomputer verwaltet, der von seinem Designer, Labormitglied Raymond Alonso, konfiguriert wurde. Es wurde nur gelegentlich Strom für Berechnungen mit höherer Geschwindigkeit benötigt. Ein einzigartiges Merkmal dieses Computers war ein vorverdrahteter, schreibgeschützter, nicht löschbarer Speicher, der als Seilkern bezeichnet wird. Dabei werden Drähte verwendet, die in winzige Magnetringe hinein- und herausgeschraubt werden. Ein Ring oder Kern mit Draht, der durch die Mitte gefädelt ist, stellte eine Eins dar; Ein leerer Kern stellte eine Null dar. Das Drahtmuster bildete die Einsen und Nullen eines fest verdrahteten Computerprogramms.
Ihr Design war bemerkenswert, ihre Dokumentation umfassend. Im Juli 1959 stellten sie eine vierbändige Sammlung von Beschreibungen, Details und Schemata über das kleine Raumschiff, den kleinen Computer und das GN & C-System zusammen. Was das Team damals jedoch nicht wusste, war, dass ihre geliebte Mars-Sonde trotz ihrer bahnbrechenden Arbeit - leider - niemals fliegen würde. Aber alles, was sie für diesen weit hergeholten kleinen Computer entworfen, getestet und berechnet hatten, würde sich bald in den Leitcomputer für das Apollo-Raumschiff verwandeln.
Weiter: Teil 2: Wie das MIT-Team den Apollo Guidance Computer entwickelt hat
