في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي ، قبل أن يكون لدى وكالة ناسا أي نية للذهاب إلى القمر - أو الحاجة إلى جهاز كمبيوتر للوصول إلى هناك - قام مختبر MIT Instrumentation بتصميم وتصميم مسبار نموذجي صغير كانوا يأملون أن يطير إلى المريخ يومًا ما (اقرأ الخلفية جزئيًا 1 من هذه القصة هنا). استخدم هذا المسبار الصغير جهاز كمبيوتر صغيرًا وبسيطًا للأغراض العامة للملاحة ، استنادًا إلى الأنظمة الخاملة للصواريخ البالستية والغواصات والطائرات التي صممها المعمل وبناها للجيش منذ الحرب العالمية الثانية.
اعتقد الناس في مختبر الأجهزة أن مفهوم مسبار المريخ الخاص بهم - وخاصة نظام الملاحة - سيكون مفيدًا لأولئك المشاركين في جهود استكشاف الكواكب الوليدة ، مثل القوات الجوية الأمريكية ومختبر الدفع النفاث. ولكن عندما اتصل بهم مختبر MIT ، لم يكن أي من الكيانين مهتمًا. كانت القوات الجوية تخرج من قطاع الفضاء ، وكان لدى JPL خطط لتشغيل المركبات الفضائية الكوكبية الخاصة بهم ، والقيام بالملاحة من طبق الاتصالات الكبير في Goldstone في صحراء Mojave. صُنع طبق الرادار الذي يبلغ طوله 26 متراً لتتبع مجسات بايونير الروبوتية المبكرة.
اقترح كل من سلاح الجو و JPL حديث المختبر لإسكان منظمة ناسا التي تم تشكيلها حديثًا.
زار أعضاء المعمل هيو درايدن ، نائب مدير وكالة ناسا في واشنطن العاصمة ، وروبرت شيلتون ، الذي كان يقود فرع ناسا لديناميكيات الطيران في مركز أبحاث لانجلي. اعتقد كلا الرجلين أن المختبر قد قام ببعض العمل الجيد جدًا في التصميم ، خاصة على الكمبيوتر التوجيهي. قررت وكالة ناسا إعطاء المختبر 50000 دولار لمواصلة دراساتهم حول هذا المفهوم.
في وقت لاحق ، تم عقد اجتماع بين زعيم المختبر ، الدكتور تشارلز ستارك دريبر وقادة ناسا الآخرين لمناقشة الخطط الطويلة المدى المختلفة التي تضعها وكالة ناسا في الاعتبار ، وكيف يمكن أن تتناسب تصاميم المختبر مع مركبة فضائية يقودها البشر. بعد عدة اجتماعات ، تم تحديد أن النظام يجب أن يتكون من كمبيوتر رقمي للأغراض العامة مع ضوابط وشاشات لرواد الفضاء ، ومراكم فضائية ، ووحدة توجيه بالقصور الذاتي مع الجيروسكوبات وأجهزة قياس التسارع ، وجميع الإلكترونيات الداعمة. في جميع هذه المناقشات ، اتفق الجميع على أن رائد الفضاء يجب أن يلعب دورًا في تشغيل المركبة الفضائية وليس فقط على طول الرحلة. وجميع أفراد وكالة ناسا أحبوا بشكل خاص قدرة الملاحة المستقلة بذاتها ، حيث كان هناك خوف من أن الاتحاد السوفييتي يمكن أن يتداخل مع الاتصالات بين مركبة فضائية أمريكية والأرض ، مما يعرض مهمة وحياة رواد الفضاء للخطر.
ولكن بعد ذلك ، ولد مشروع أبولو. تحدى الرئيس جون كينيدي وكالة ناسا في أبريل 1961 للهبوط على القمر والعودة بأمان إلى الأرض - كل ذلك قبل نهاية العقد. بعد أحد عشر أسبوعًا فقط ، في أغسطس 1961 ، تم توقيع أول عقد رئيسي لشركة Apollo مع مختبر MIT Instrumentation Laboratory لبناء نظام التوجيه والملاحة.
قال ديك باتين ، وهو مهندس في مختبر كان جزءًا من فريق تصميم مسبار المريخ: "كان لدينا عقد ، ولكن ... لم يكن لدينا أي فكرة عن الطريقة التي سنقوم بها بهذه المهمة ، بخلاف تجربة تصميمها بعد كوكب المريخ الخاص بنا". مسبار."
جزء من تقاليد Apollo Guidance Computer (AGC) هو أن بعض المواصفات المدرجة في اقتراح المختبر المكون من 11 صفحة قد تم سحبها من الهواء الرقيق بواسطة Doc Draper. لعدم وجود أرقام أفضل - ومعرفة أنها ستحتاج إلى وضعها داخل مركبة فضائية - قال إنها ستزن 100 رطل ، وتكون بحجم قدم مكعب ، وتستخدم أقل من 100 واط من الطاقة.
ولكن في ذلك الوقت ، كانت هناك القليل جدًا من المواصفات المعروفة عن أي من مكونات Apollo أو المركبة الفضائية الأخرى ، حيث لم يتم السماح بأي عقود أخرى ، ولم تقرر وكالة ناسا بعد أسلوبها (الصعود المباشر ، Earth Orbit Rendezvous ، أو Lunar Orbit Rendezvous) و أنواع المركبات الفضائية للوصول إلى القمر.
قال باتين "قلنا ،" نحن لا نعرف ما هي الوظيفة ، ولكن هذا هو الكمبيوتر الذي لدينا ، وسنعمل على ذلك ، سنحاول توسيعه ، وسنبذل كل ما في وسعنا ". . "ولكنه كان الكمبيوتر الوحيد الذي يمتلكه أي شخص في البلد يمكنه القيام بهذه المهمة ... مهما كانت هذه الوظيفة."
تذكر باتين كيف كان خيار الطيران إلى القمر في البداية هو الالتقاء بمدار الأرض ، حيث سيتم إطلاق الأجزاء المختلفة من المركبة الفضائية من الأرض ودمجها في مدار الأرض وتطير إلى القمر وتهبط هناك ككل. ولكن في النهاية ، ربح مفهوم موعد المدار القمري - حيث سيفصل المركبة عن وحدة القيادة وتهبط على القمر.
"لذا عندما حدث ذلك ، كان السؤال هو ... هل نحتاج إلى نظام توجيه جديد ومختلف تمامًا للوحدة القمرية مما لدينا لوحدة القيادة؟" قال باتين. "ماذا سنفعل حيال ذلك؟ أقنعنا وكالة ناسا باستخدام نفس نظام [الكمبيوتر] في كل من المركبة الفضائية. لديهم مهام مختلفة ، ولكن يمكننا وضع نظام مكرر في الوحدة القمرية. اذا هذا ما فعلناه."
استمر العمل المفاهيمي المبكر على كمبيوتر Apollo Guidance (AGC) بسرعة ، حيث عمل باتن وزملاؤه Milt Trageser و Hal Laning و David Hoag و Eldon Hall على التكوين العام للتوجيه والملاحة والتحكم.
يعني التوجيه توجيه حركة المركبة ، بينما يشير التنقل إلى تحديد الوضع الحالي بأكبر قدر ممكن من الدقة ، فيما يتعلق بالوجهة المستقبلية. أشارت السيطرة إلى توجيه حركات السيارة ، وفي الفضاء الاتجاهات المتعلقة بموقفها (الانحراف ، الملعب ، اللفة) أو السرعة (السرعة والاتجاه). تركزت خبرة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على التوجيه والملاحة ، في حين أكد مهندسو وكالة ناسا - وخاصة أولئك الذين لديهم خبرة في العمل على مشروع ميركوري - التوجيه والتحكم. لذا ، عمل الكيانان معًا لإنشاء المناورات التي ستكون مطلوبة بناءً على بيانات من الجيروسكوبات وأجهزة قياس التسارع وكيفية جعل المناورات جزءًا من الكمبيوتر والبرامج.
بالنسبة لمختبر معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT Instrumentation Lab) ، كان أحد أهم مخاوف جهاز Apollo Guidance Computer هو الموثوقية. سيكون الحاسوب هو أدمغة المركبة الفضائية ، ولكن ماذا لو فشلت؟ نظرًا لأن التكرار كان حلاً معروفًا لمشكلة الموثوقية الأساسية ، فقد اقترح الأشخاص في المختبر تضمين جهازي كمبيوتر على متن أحدهما مع نسخة احتياطية. لكن طيران أمريكا الشمالية - الشركة التي تبني وحدات أبولو للقيادة والخدمة - كانت تواجه مشاكلها الخاصة التي تلبي متطلبات الوزن. لقد رفضت أمريكا الشمالية بسرعة متطلبات الحجم والمساحة لجهازين كمبيوتر ، ووافقت وكالة ناسا.
ومن الأفكار الأخرى لزيادة الموثوقية وجود لوحات للدارات الفضائية ووحدات أخرى على متن المركبة الفضائية حتى يتمكن رواد الفضاء من "الصيانة أثناء الطيران" ، واستبدال الأجزاء المعيبة أثناء وجودهم في الفضاء ، لكن فكرة قيام رائد فضاء بسحب حجرة أو لوح أرضي ، والصيد بحثًا عن عيب الوحدة ، وإدخال لوحة دائرة احتياطية أثناء اقترابها من القمر بدت غير معقولة - على الرغم من أن هذا الخيار قد تم النظر فيه بقوة لبعض الوقت.
"قلنا ،" نحن فقط سنجعل هذا الكمبيوتر موثوقًا به ، "يتذكر باتين. "اليوم ، سيتم طردك من البرنامج إذا قلت أنك ستقوم ببنائه حتى لا يفشل. ولكن هذا ما فعلناه ".
بحلول خريف عام 1964 ، بدأ المختبر في تصميم نسخته المحسنة من AGC ، وذلك بشكل أساسي للاستفادة من التكنولوجيا المحسنة. كان أحد أكثر جوانب مهمة أبولو تحديًا هو مقدار الحوسبة في الوقت الحقيقي المطلوبة للتنقل في المركبة الفضائية إلى القمر والعودة. عندما بدأ المهندسون في المختبر عملهم في المشروع لأول مرة ، كانت أجهزة الكمبيوتر لا تزال تعتمد على التكنولوجيا التناظرية. لم تكن أجهزة الكمبيوتر التناظرية سريعة أو موثوقة بما يكفي لمهمة إلى القمر.
الدوائر المتكاملة ، التي تم اختراعها للتو في عام 1959 ، أصبحت الآن أكثر قدرة وموثوقية وأصغر. يمكنهم استبدال التصميمات السابقة باستخدام دوائر الترانزستور الأساسية ، مما يشغل مساحة أقل بنسبة 40 بالمائة. وبسرعة تقدم التكنولوجيا منذ فوز MIT بعقد AGC في عام 1961 ، شعروا بالثقة في المهلة الزمنية حتى أول رحلة لأبولو ستسمح بتقدم أكبر في الموثوقية ، ونأمل أن يتم تخفيض التكلفة. مع هذا القرار ، أصبحت AGC واحدة من أوائل أجهزة الكمبيوتر التي تستخدم الدوائر المتكاملة ، وسرعان ما تم استخدام أكثر من ثلثي إجمالي الناتج الأمريكي من الدوائر المصغرة لبناء النماذج الأولية للكمبيوتر Apollo.
تسمية توضيحية للرصاص: دائرة متكاملة مبكرة ، تعرف باسم الدائرة المتكاملة Fairchild 4500a. الصورة مجاملة: Draper.
على الرغم من أن العديد من عناصر التصميم لأجهزة الكمبيوتر بدأت في الظهور في مكانها ، إلا أن مشكلة مزعجة بحلول منتصف الستينيات أصبحت واضحة: الذاكرة. كان التصميم الأصلي ، القائم على مسبار المريخ ، يحتوي على 4 كيلوبايت فقط من الكلمات ذات الذاكرة الثابتة و 256 كلمة قابلة للمسح. نظرًا لأن NASA أضفت المزيد من الجوانب إلى برنامج Apollo ، استمرت متطلبات الذاكرة في الارتفاع ، إلى 10 K ، ثم 12 ، 16 ، 24 وأخيرًا إلى 36 كيلو بايت من الذاكرة الثابتة و 2 K oferasable.
كان النظام الذي ابتكره المختبر يسمى ذاكرة الحبل الأساسي ، حيث يتم إنشاء البرامج بعناية باستخدام سلك من سبائك النيكل المنسوجة عبر "الكعك" المغناطيسي الصغير لإنشاء الذاكرة غير القابلة للمسح. بلغة الكمبيوتر والأصفار ، إذا كانت واحدة ، فإنها تمر عبر الدونات ؛ إذا كان صفرًا ، دارت السلك حوله. بالنسبة لمكون ذاكرة واحد ، فقد استغرق حزم نصف ميل من الأسلاك المنسوجة من خلال 512 نوى مغناطيسية. يمكن لوحدة واحدة تخزين أكثر من 65000 قطعة من المعلومات.
دعا باتن عملية بناء النواة-الذاكرة طريقة LOL.
قال: "السيدات العجائز الصغيرات". "ستقوم النساء في مصنع رايثيون بنسج البرنامج حرفيا في ذاكرة الحبل الأساسي هذه."
في حين أن النساء في المقام الأول قامن بالنسيج ، إلا أنهن لم يكن لسن بالضرورة. استخدم Raytheon العديد من عمال النسيج السابقين ، الماهرين في النسيج ، الذين كانوا بحاجة إلى اتباع تعليمات مفصلة لنسج الأسلاك.
عندما تم بناء ذكريات الحبل الأساسي لأول مرة ، كانت العملية كثيفة العمالة: كانت هناك امرأتان تجلسان على بعضهما البعض حيث كانا ينسجان يدويًا تيارًا من الأسلاك من خلال نوى مغناطيسية صغيرة ، ويدفعان مسبارًا بسلك متصل من جانب واحد للاخر. بحلول عام 1965 ، تم تنفيذ طريقة ميكانيكية أكثر لنسج الأسلاك ، مرة أخرى ، استنادًا إلى آلات النسيج المستخدمة في صناعة النسيج في نيو إنجلاند. ولكن مع ذلك ، كانت العملية بطيئة للغاية ، وقد يستغرق برنامج واحد عدة أسابيع أو حتى أشهر للنسج ، مع مزيد من الوقت اللازم لاختباره. أي أخطاء في النسيج تعني أنه يجب إعادة بنائها. احتوى كمبيوتر وحدة القيادة على ست مجموعات من وحدات الحبل الأساسي ، في حين كان جهاز الكمبيوتر وحدة القمر يحمل سبع وحدات.
في المجموع ، كان هناك ما يقرب من 30000 جزء في الكمبيوتر. سيتم وضع كل مكون من خلال اختبار كهربائي واختبار صارم. أي فشل دعا إلى رفض المكون.
قال باتين: "على الرغم من أن الذاكرة كانت موثوقة ، فإن ما لم تعجبه وكالة ناسا بشأنه هو حقيقة أنك في وقت مبكر جدًا عليك أن تقرر ما هو برنامج الكمبيوتر. سألونا ، "ماذا لو قمنا بتغيير اللحظة الأخيرة؟" وقلنا أنه لا يمكن إجراء تغييرات في اللحظة الأخيرة ، وفي أي وقت تريد تغيير الذاكرة ، يعني انزلاق لمدة ستة أسابيع ، كحد أدنى. عندما كان NASAsaid هذا لا يطاق ، قلنا لهم ، "حسنًا ، هذه هي الطريقة التي يعمل بها هذا الكمبيوتر ، ولا يوجد أي جهاز كمبيوتر آخر يمكنك استخدامه."
أثناء تصميم وبناء جميع الأجهزة شكلت تحديات ، مع تقدم العمل على AGC حتى عام 1965 وحتى عام 1966 ، برز حجم وتعقيد جانب آخر: برمجة البرنامج. أصبحت مشكلة تعريف الكمبيوتر الرئيسية في تلبية كل من الجداول الزمنية والمواصفات.
تم تنفيذ جميع البرمجة بشكل أساسي في تلك وعلى مستوى الصفر ، برمجة لغة التجميع. عند تصميم البرنامج لإجراء مهام معقدة ، احتاج مهندسو البرمجيات إلى ابتكار طريقة مبتكرة لتلائم الشفرة ضمن قيود الذاكرة. وبالطبع ، لم يتم تنفيذ أي من هذا من قبل ، على الأقل ليس على هذا المستوى من التعقيد والتعقيد. في أي وقت من الأوقات ، قد يضطر AGC إلى تنسيق العديد من المهام في وقت واحد: أخذ القراءات من الرادار ، وحساب المسار ، وتصحيح الأخطاء على الجيروسكوبات ، وتحديد أي الدوافع التي يجب إطلاقها ، بالإضافة إلى إرسال البيانات إلى المحطات الأرضية في وكالة ناسا وأخذ مدخلات جديدة من رواد الفضاء .
ابتكر هال لانينغ ما أسماه برنامجًا تنفيذيًا ، والذي حدد المهام لأولويات مختلفة وسمح للمهام ذات الأولوية العالية بالظهور قبل تلك ذات الأولوية المنخفضة. يمكن للكمبيوتر تخصيص الذاكرة بين المهام المختلفة ، وتتبع المكان الذي تمت مقاطعة المهمة فيه.
بدأ فريق برمجيات المختبر في تصميم البرنامج عن قصد مع إمكانية جدولة أولوية يمكنها تحديد أهم الأوامر والسماح بتشغيلها دون مقاطعة أوامر أقل أهمية.
ومع ذلك ، بحلول خريف عام 1965 ، أصبح من الواضح لناسا أن جهاز الكمبيوتر أبولو كان في مشكلة خطيرة ، حيث كان تطوير البرامج متأخرًا بشكل كبير عن الجدول الزمني. حقيقة أن كمية غير معروفة نسبيًا تسمى "برمجيات" يمكن أن تؤخر برنامج أبولو بأكمله لم تلق استقبالًا جيدًا من وكالة ناسا.
التالى: الجزء 3 ، معرفة كل شيء.
