I slutet av 1950-talet, innan NASA hade några avsikter att gå till månen - eller behöva en dator för att komma dit - hade MIT Instrumentation Laboratory designat och byggt en liten prototyp som de hoppades skulle en dag flyga till Mars (läs bakgrunden delvis 1 av den här historien här). Denna lilla sond använde en liten, rudimentär dator för allmänt syfte för navigering, baserad på tröghetssystemen för ballistiska missiler, ubåtar och flygplan som labbet hade designat och byggt för militären sedan andra världskriget.
Folket på Instrumentation Lab trodde att deras Mars Probe-koncept - och i synnerhet navigationssystemet - skulle vara av intresse för de som är involverade i det nyskapande planetundersökningsarbetet, som det amerikanska flygvapnet och Jet Propulsion Laboratory. Men när MIT-laben närmade sig dem, var ingen av enheterna intresserade. Flygvapnet var på väg ut ur rymdverksamheten, och JPL hade planer på att driva sitt eget planetariska rymdskepp, genom att navigera från den stora Goldstone-kommunikationsdisken i Mojaveöknen. Radarmatern på 26 meter hade konstruerats för att spåra de tidiga robot Pioneer-proberna.
Både flygvapnet och JPL föreslog att Lab skulle prata med den nybildade NASA-organisationen.
Lab-medlemmar besökte Hugh Dryden, biträdande administratör för NASA i Washington D.C., och Robert Chilton, som ledde NASA: s Flight Dynamics-filial vid Langley Research Center. Båda männen tyckte att labbet hade gjort ett mycket fint arbete med designen, särskilt på vägledningsdatorn. NASA beslutade att ge laboratoriet 50 000 dollar för att fortsätta sina studier på konceptet.
Senare inrättades ett möte mellan Labs ledare, Dr. Charles Stark Draper och andra NASA-ledare för att diskutera de olika långväga planerna som NASA hade i åtanke, och hur Labs design kan passa in i ett rymdskepp som pilotats av människor. Efter flera möten fastställdes att systemet skulle bestå av en digital dator med allmänt syfte med kontroller och skärmar för astronauterna, en rymdsekstant, en tröghetsstyrningsenhet med gyros och accelerometrar och all elektronik som stöds. I alla dessa diskussioner var alla överens om att astronauten skulle spela en roll i att driva rymdskeppet och inte bara vara med på åkturen. Och alla NASA-människor gillade särskilt den fristående navigationsförmågan, eftersom det var rädd att Sovjetunionen kunde störa kommunikationen mellan ett amerikanskt rymdskepp och marken, vilket äventyrar uppdraget och astronauternas liv.
Men då föddes Project Apollo. President John F. Kennedy utmanade NASA i april 1961 att landa på månen och återvända säkert till jorden - allt innan decenniets slut. Bara elva veckor senare, i augusti 1961, undertecknades det första huvudkontraktet för Apollo med MIT Instrumentation Laboratory för att bygga vägledning och navigationssystem.
"Vi hade ett kontrakt," sa Dick Battin, ingenjör på Lab som hade varit en del av Mars Probe designteam, "men ... vi hade ingen aning om hur vi skulle göra det här jobbet, annat än att försöka modellera det efter vår Mars sond."
En del av läran till Apollo Guidance Computer (AGC) är att vissa av specifikationerna som listas i laboratoriets förslag på 11 sidor i princip drogs ut ur tunn luft av Doc Draper. Avsaknad av bättre antal - och att veta att det skulle behöva passa in i ett rymdskepp - sa han att det skulle väga 100 kilo, vara 1 kubikfot i storlek och använda mindre än 100 watt kraft.
Men vid den tiden var mycket få specifikationer kända om någon av de andra Apollo-komponenterna eller rymdskeppet, eftersom inga andra kontrakt hade låtts, och NASA hade ännu inte beslutat om sin metod (direkt uppstigning, Earth Orbit Rendezvous eller Lunar Orbit Rendezvous) och typerna av rymdfarkoster för att komma till månen.
"Vi sa:" Vi vet inte vad jobbet är, men det är den dator vi har, och vi kommer att arbeta med det, vi ska försöka utvidga det, vi gör allt vi kan, "sa Battin . "Men det var den enda datorn som någon har i landet som möjligen kunde göra det här jobbet ... oavsett det här jobbet kan vara."
Battin påminde om hur till att börja med, alternativet för att flyga till månen skulle bli jorden omloppsbana, där de olika delarna av rymdskeppet skulle sjösättas från jorden och kombineras i jorden omloppsbana och flyga till månen och landa där som helhet. Men så småningom vann konceptet för lunarbanans bana - där landaren skulle skilja sig från kommandomodulen och landa på månen.
"Så när det hände, då var frågan ... behöver vi ett helt nytt och annorlunda styrsystem för Lunar Module än vad vi har för Command Module?" Battin sa. ”Vad ska vi göra med det? Vi övertygade NASA att använda samma [dator] -system i båda rymdskeppet. De har olika uppdrag, men vi kan sätta ett duplikatsystem i månmodulen. Så det var vad vi gjorde. "
Det tidiga konceptuella arbetet med Apollo Guidance Computer (AGC) fortsatte snabbt, med Battin och hans kohorter Milt Trageser, Hal Laning, David Hoag och Eldon Hall som arbetade ut den övergripande konfigurationen för vägledning, navigering och kontroll.
Vägledning innebar att styra rörelsens rörelse, medan navigering hänvisade till att bestämma den nuvarande positionen så exakt som möjligt i förhållande till en framtida destination. Styrning hänvisar till att rikta fordonets rörelser och i rymden riktningarna relaterade till dess inställning (gäspa, stigning och rullning) eller hastighet (hastighet och riktning). MITs expertis inriktade sig på vägledning och navigering, medan NASA-ingenjörer - särskilt de som hade erfarenhet av att arbeta med Project Mercury - betonade vägledning och kontroll. Så de två enheterna arbetade tillsammans för att skapa de manövrar som skulle krävas baserat på data från gyros och accelerometrar och hur man kan göra manövrerna till en del av datorn och programvaran.
För MIT Instrumentation Lab var en stor oro för Apollo Guidance-datorn tillförlitlighet. Datorn skulle vara rymdskeppets hjärnor, men vad händer om det misslyckades? Eftersom redundans var en känd lösning på det grundläggande tillförlitlighetsproblemet föreslog personer på The Lab att inkludera två datorer ombord, med en som backup. Men North American Aviation - företaget som bygger Apollo-kommandot och servicemodulerna - hade sina egna problem som uppfyller viktkraven. Nordamerikanska strömmade snabbt över storleken och rymdkraven för två datorer, och NASA instämde.
En annan idé för ökad tillförlitlighet inkluderade att ha sparkretsbrädor och andra moduler ombord på rymdfarkosten så att astronauterna kunde göra "under flygning", byta ut defekta delar under rymden. Men idén om en astronaut som drar upp ett fack eller golvbräda, jagar efter en defekt modulen, och att sätta in ett reservkort när han var på godkännande verkade månen vara överträdande - även om detta alternativ övervägs starkt under ganska lång tid.
"Vi sa," vi kommer bara att göra den här datorn pålitlig, "påminde Battin. ”I dag skulle du bli kastad ur programmet om du sa att du ska bygga det så att det inte misslyckas. Men det är vad vi gjorde. "
Hösten 1964 började The Lab att utforma sin uppgraderade version av AGC, främst för att dra nytta av förbättrad teknik. En av de mest utmanande aspekterna av Apollo-uppdraget var mängden beräkningar i realtid som krävs för att navigera rymdskeppet till månen och tillbaka. När ingenjörerna på labbet först började sitt arbete med projektet förlitade sig fortfarande datorer på analog teknik. Analoga datorer var inte snabba eller tillförlitliga nog för ett uppdrag till månen.
Integrerade kretsar, som just hade uppfunnits 1959, var nu mer kapabla, pålitliga och mindre; de skulle kunna ersätta de tidigare konstruktionerna med hjälp av kärntransistorkretsar, vilket tar cirka 40 procent mindre utrymme. Så snabbt som tekniken hade avancerat sedan MIT vann AGC-kontraktet 1961 kände de sig säkra på ledtiden tills Apollos första flygning skulle möjliggöra större framsteg i tillförlitlighet och förhoppningsvis kostnadsminskningar. Med det beslutet blev AGC en av de första datorerna som använde integrerade kretsar, och snart användes över två tredjedelar av den totala U.S.-utgången från mikrokretsar för att bygga Apollo-datorprototyper.
Huvudbildtexter: En tidig integrerad krets, känd som Fairchild 4500a integrerad krets. Bild artighet: Draper.
Trots att många designelement för datormaskinvaran började komma på plats, blev en irriterande fråga i mitten av 1960-talet uppenbar: minne. Den ursprungliga designen, baserad på Mars Sonden, hade bara 4 kilobyte ord med fast minne och 256 ord raderbara. När NASA tillfogade fler aspekter på Apollo-programmet ökade minneskraven, till 10 K, sedan 12, 16, 24 och slutligen till 36 kilobyt fast minne och 2 K oferbara.
Systemet som Lab utvecklade kallades kärnrepminne, med mjukvara som skapades noggrant med nickellegeringstråd vävd genom de små magnetiska "munkar" för att skapa det icke-raderbara minnet. På språket för dator och nollor, om det var en, sprang den genom munken; om det var noll, rann tråden runt den. För en minneskomponent tog det buntar av en halv kilometer tråd vävd genom 512 magnetkärnor. En modul kan lagra mer än 65 000 information.
Battin kallade processen för att konstruera core-ropememory LOL-metoden.
”Små gamla damer,” sa han. "Kvinnor i Raytheon-fabriken skulle bokstavligen väva programvaran i detta kärnrepminne."
Medan kvinnor främst utförde vävningen var de inte nödvändigtvis gamla. Raytheon anställde många före detta textilarbetare, skickliga på vävningen, som behövde följa detaljerade instruktioner för att väva trådarna.
När kärnrepminnena först byggdes var processen ganska arbetsintensiv: två kvinnor skulle sitta mittemot varandra, de vävde för hand en ström av ledningar genom små magnetiska kärnor och pressade en sond med tråden fäst från ena sidan till den andra. År 1965 implementerades en mer mekanisk metod för att väva trådarna igen, baserad på textilmaskiner som användes i New Englands vävindustri. Men ändå var processen extremt långsam, och ett program kunde ta flera veckor eller till och med månader att väva, med mer tid som behövs för att testa det. Eventuella fel i vävningen innebar att det måste göras om. Command Module-datorn innehöll sex uppsättningar med core-rep-moduler, medan Lunar Module-datorn innehöll sju.
Totalt fanns det cirka 30 000 delar i datorn. Varje komponent skulle genomföras genom ett elektriskt test och ett strestest. Eventuellt fel krävde avslag på komponenten.
”Även om minnet var tillförlitligt,” sade Battin, ”det som NASA inte gillade med det var det faktum att man tidigt behövde bestämma vad datorprogrammet skulle bli. De frågade oss, "Vad händer om vi hade en förändring i sista minuten?" Och vi sa att vi inte kan ha förändringar i sista minuten, och när du vill ändra minnet betyder det minst sex veckors glidning. När NASA sa att det var oacceptabelt, sa vi till dem: "Det är så den här datorn är, och det finns ingen annan dator som du kan använda."
Medan design och byggande av all hårdvara gav utmaningar, när arbetet fortsatte på AGC till 1965 och in i 1966, stod storleken och komplexiteten hos en annan aspekt: programmering av programvaran. Det blev datorns största definierande problem när det mötte både tidslinjer och specifikationer.
All programmering gjordes i princip på de ena och nollnivån, programmeringsspråk för montering. Vid utformningen av programvaran för att utföra komplicerade uppgifter behövde programvaruingenjörerna komma med ett genialt sätt att passa koden i minnesbegränsningarna. Och naturligtvis har inget av detta gjort något tidigare, åtminstone inte till denna nivå av skala och komplexitet. Vid en viss tid kan AGC behöva samordna flera uppgifter på en gång: ta ut radningar från radaren, beräkna bana, utföra felkorrigeringar på gyros, bestämma vilka thrusterar som ska skjutas, samt att överföra data till NASA: s markstationer och ta nya insatser från teaterstronauterna .
Hal Laning tänkte på vad han kallade ett verkställande program, som tilldelade uppgifter olika prioriteringar och gjorde det möjligt för högprioriterade uppgifter att lägga sig innan de lågprioriterade. Datorn kunde fördela minne mellan olika uppgifter och hålla reda på var en uppgift hade avbrutits.
Labs mjukvararteam började avsiktligt utforma programvaran med en prioriterad schemaläggningsfunktion som kunde identifiera de viktigaste kommandona och låta dem köras utan avbrott från mindre viktiga kommandon.
Men hösten 1965 blev det uppenbart för NASA att Apollo-datorn var i allvarliga problem, eftersom utvecklingen av programmen låg betydligt efter schemat. Det faktum att en relativt okänd mängd kallad "programvara" kunde försena hela Apollo-programmet mottogs inte väl av NASA.
Nästa: Del 3, räkna ut allt.
