Komputer, który zabrał człowieka na Księżyc

„Jeden mały krok dla człowieka, jeden wielki skok dla ludzkości”. Neil Armstrong

Około 27 godzin po rozpoczęciu swojego misji Armstrong i Aldrin powrócili na spotkanie z Collinsem i orbitującym statkiem kosmicznym. 22 lipca Apollo 11 opuścił orbitę Księżyca i rozpoczął drogę powrotną na Ziemię, gdzie znalazł się o godzinie 12:51 czasu wschodnioamerykańskiego 24 lipca w okolicy Hawajów. Poznajmy technologię i wyzwania technologiczne, jakie pozwoliły na zrealizowanie tego wyczynu w tamtych czasach.

Parę słów o statku

W czasie podróży na Księżyc statek kosmiczny Apollo zapewnił niezwykły transport i samowystarczalne miejsce do pracy i życia. W jakże nieprzyjaznym dla człowieka środowisku kosmicznym, statek ten musiał zapewnić astronautom wszystko, czego potrzebują w podróży: ochronę, sprzęt lotniczy i roboczy, powietrze, żywność, ubrania, ekwiwalent łazienek i wiele więcej. Znajdujące się na wystawie artefakty wskazują na bezprecedensową pomysłowość i planowanie wymagane w podróży przez przestrzeń kosmiczną do innego świata.

Statek Apollo 11 składał się z trzech części: moduł dowodzenia Columbia, moduł obsługi i moduł księżycowy. Podczas gdy astronauci Armstrong i Aldrin zeszli na Księżyc w module księżycowym, Michael Collins pozostał sam w Columbii. Przez 28 godzin służył jako łącze komunikacyjne i fotografował powierzchnię Księżyca. Po powrocie Armstronga i Aldrina Columbia była jedyną częścią statku kosmicznego, który powrócił na Ziemię.

^{Fot.: NASA}

Columbia przewiozła astronautów Neila Armstronga, Edwina "Buzza" Aldrina i Michaela Collinsa w ich historycznej podróży na Księżyc i z powrotem w dniach 16-24 lipca 1969 roku. Podczas misji astronauci Armstrong i Aldrin stali się pierwszymi ludźmi, którzy postawili stopę w kosmosie.

^{Fot.: Wikipedia}

Podczas podróży na Księżyc i z Księżyca używano modułu Columbia, którego przestrzeń wewnętrzną można porównać wielkością do przestrzeni, jaką dysponujemy w dużym samochodzie. Miejsce to służyło jako główna kwatera astronautów, do pracy i życia.

^{Fot.: Shutterstock}

Jego konstrukcja została wybrana w oparciu o doświadczenie zdobyte przy użyciu podobnie ukształtowanych statków kosmicznych Mercury i Gemini. Statek kosmiczny powrócił do atmosfery z ochronną osłoną cieplną (najszersza strona statku) skierowaną do przodu. Warstwy specjalnego materiału ablacyjnego na osłonie zostały celowo wypalone podczas ponownego wlotu, aby rozproszyć ekstremalnie wysokie temperatury spowodowane tarciem atmosferycznym.

Specyfikacje modułów dowodzenia

• wysokość: 3,2 m
• maksymalna średnica: 3,9 m
• waga: 5.900 kg
• producent: North American Rockwell na zamówienie NASA
• pojazd startowy: Saturn V

Moduł serwisowy zawierał tlen, wodę i energię elektryczną dla modułu sterującego. Moduł serwisowy mieścił również system napędu serwisowego ─ silnik rakietowy, który umieścił statek kosmiczny na orbicie księżycowej, a następnie wystrzelił go z powrotem w kierunku Ziemi. Moduł ten został wyrzucony tuż przed ponownym wejściem do atmosfery ziemskiej.

Po trzech dniach podróży w kosmosie (19 lipca) Apollo wszedł na orbitę wokół Księżyca. Podczas lotu na Księżyc astronauta Michael Collins przesunął moduł księżycowy tak, że Columbia i Eagle (Moduł Księżycowy) zostali połączeni w swoich włazach. Następnego dnia astronauci przygotowali moduł księżycowy i zeszli na powierzchnię Księżyca. Moduł Księżycowy był używany jako baza, podczas gdy astronauci byli na Księżycu.

^{Fot.: NASA}

Ponieważ moduły księżycowe zostały zaprojektowane tak, aby mogły latać tylko w próżni kosmicznej, nie musiały być opływowe jak samolot, nie była konieczna także  osłona termiczna w celu ochrony podczas ponownego wlotu. Kiedy moduł księżycowy został wystrzelony w przestrzeń kosmiczną, nie mógł wrócić na Ziemię. Zdjęcie pokazuje moduł księżycowy LM-2, jeden z 12 zbudowanych dla Apollo.

^{Fot.: NASA}

Moduł księżycowy miał dwa główne elementy:

1. Srebrno ─ czarny, zawierający przedział ciśnieniowy dla załogi i skupiska rakiet sterujących statkiem kosmicznym.
2. Złoto ─ czarny, zawierający główny, centralnie umieszczony silnik rakietowy oraz zbiorniki paliwa i utleniacza.

Silnik rakietowy spowalniał tempo opadania na powierzchnię Księżyca. Posłużył też do powrotu astronautów do modułu dowodzenia orbitalnego. Po wejściu załogi do modułu dowodzenia celem powrotu na Ziemię, moduł księżycowy został zwolniony i ostatecznie rozbił się o Księżyc.

Na zdjęciu poniżej znajduje się pełnowymiarowa makieta kokpitu modułu księżycowego, identyczna pod względem wyglądu z kokpitami modułów księżycowych używanych do lądowania na Księżycu. Obydwaj astronauci stoją przed oknami, kontrolując statek podczas zejścia na powierzchnię Księżyca, a później, podczas wydostawania się z Księżyca. Szesnaście rakietowych silników, które mogą być wystrzeliwane automatycznie lub ręcznie sterują położeniem modułu księżycowego.

^{Fot.: Wikipedia}

Specyfikacja modułu księżycowego

• waga (pusta): 3920 kg
• waga (z załogą i paliwem): 14 700 kg
• wysokość: 7,0 m
• szerokość: 9,4 m
• nacisk silnika opadania: maksymalnie 44 316 newtonów, minimalnie 4710 newtonów
• nacisk silnika wznoszenia: 15 700 newtonów
• paliwo: 50-50 mieszanka niesymetrycznej dimetylowej hydrazyny (UDMH) i hydrazyny
• utleniacz: Tetratlenek azotu
• wykonawca: Grumman Aerospace Corporation

Statki kosmiczne Gemini i Apollo pobierały energię elektryczną z wodorowo-tlenowych ogniw paliwowych. Ogniwo takie przetwarza energię uwalnianą w reakcji chemicznej bezpośrednio na energię elektryczną. W przeciwieństwie do akumulatora magazynującego, ogniwo paliwowe dostarcza prąd tak długo, jak długo dostępne lub uzupełniane są reagenty chemiczne.

W zastosowaniach kosmicznych ogniwa paliwowe mają jeszcze jedną zaletę w porównaniu z bateriami konwencjonalnymi: wytwarzają kilka razy więcej energii na jednostkę równoważnej wagi. Kiedy tlen i wodór łączą się w celu utworzenia wody, energia jest uwalniana, ponieważ elektrony w cząsteczce wody znajdują się w stanie niższym energetycznie niż elektrony w cząsteczkach gazu. W reakcji spalania, podobnie jak w silniku rakietowym, energia pojawia się w postaci ciepła. W ogniwie paliwowym część z nich (około 50-60%) jest przekształcana bezpośrednio w energię elektryczną. W miarę działania ogniw paliwowych tlen i wodór łączą się w celu wytwarzania wody i energii elektrycznej. Załoga Apollo wykorzystywała tę wodę do picia. Statek kosmiczny Gemini, który poprzedzał statek kosmiczny Apollo, miał dwie sekcje baterii.

Każda sekcja baterii zawierała trzy komory z ogniwami paliwowymi. Były one połączone równolegle i mogły być włączane i wyłączane indywidualnie. Każda komora miała 32 pojedyncze ogniwa połączone szeregowo i wytwarza prąd o natężeniu około 490 amperów przy napięciu 23-26 V. Maksymalna moc wyjściowa na sekcję akumulatora wynosi około 1 kW.

Fot.: NASA

Prezentowany tutaj model ogniwa paliwowego zawiera wiele pojedynczych ogniw paliwowych wraz z instalacją chłodzącą i czujnikami niezbędnymi do zasilania reaktorów i utrzymywania ogniw w odpowiedniej temperaturze. Reaktory były przechowywane w oddzielnych zbiornikach w postaci płynnej w celu zmniejszenia przestrzeni. Wymagało to utrzymania tlenu w temperaturze -173°C i ciśnienia 63.26 kg/cm². Ciepło odpadowe z ogniw paliwowych zostało wykorzystane do doprowadzenia reaktorów do postaci gazowej przed ich wejściem do ogniwa. Ogniwo paliwowe Apollo pracowało w temperaturze około 206°C, a ogniwo Gemini w temperaturze około 65°C.

^{Fot.: airanspace.si.edu} 

Statek kosmiczny Apollo 11 też przewoził trzy wodorowo-tlenowe ogniwa paliwowe w module serwisowym. Każda jednostka zawierała 31 pojedynczych ogniw paliwowych połączonych szeregowo i pracowała przy napięciu od 27 do 31 V. Normalna moc wyjściowa wynosiła od 563 do 1420 W, a maksymalna 2300 W. Podstawowe materiały konstrukcyjne to tytan, stal nierdzewna i nikiel.

Na uwagę zasługują także stroje astronautów. W przeciwieństwie do osłony statku kosmicznego, każdy kombinezon Apollo był dostosowany do potrzeb każdego z trzyosobowej załogi. Kombinezony zaprojektowano tak, aby były w pełni sprawne w próżni kosmicznej i na powierzchni księżyca.

Według NASA każda misja wymagała 15 kombinezonów. Główna załoga miała między sobą dziewięć kombinezonów, z których jeden służył do lotu, jeden do szkolenia, a drugi jako wsparcie na wypadek, gdyby coś się stało z innym kombinezonem. Załoga rezerwowa składająca się z trzech osób potrzebowała sześciu kombinezonów: jednego do lotu i jednego do szkolenia.

Budowa kombinezonu kosmicznego zmieniała się, w miarę jak wymagania astronautów stawały się coraz bardziej złożone. Na przykład projektanci zmienili talię kombinezonu Apollo, aby astronauci mogli łatwiej korzystać z łazików księżycowych, co pozwoliło im przeprowadzać bardziej złożone ekspedycje geologiczne dalej od modułu księżycowego.

W kombinezonie było kilka warstw. Wewnątrz znajdowała się specjalna tkanina, która zawierała rury z wodą chłodzącą przyszyte do materiału, aby zapewnić astronautom chłód podczas pracy na powierzchni Księżyca. Następnie było kilka warstw nylonu, kaptonu, tkaniny z włókna szklanego, mylara i teflonu, aby utrzymać ciśnienie i chronić astronautów przed promieniowaniem i mikrometeroidami.

Rękawiczki i buty księżycowe zostały dołączone do zestawu, aby chodzić po powierzchni księżyca i czuć jego powierzchnię, podobnie było z rękawicami, które zawierały gumę silikonową.

Do kombinezonu dołączony był hełm z poliwęglanu, który przymocowany był za pomocą pierścienia na szyi, który pozostawał na miejscu, gdy astronauta ruszył głową. Innym ważnym uzupełnieniem kombinezonu był przenośny system podtrzymywania życia, plecak, który pozwalał astronautom oddychać i utrzymywać ciśnienie w kombinezonie przez siedem godzin na powierzchni.

^{Fot.: NASA}

Mózg Apollo − komputer, który zabrał człowieka na Księżyc.

Kiedy 20 lipca 1969 roku Apollo 11 wylądował na Morzu Spokoju, był to więcej niż triumf ducha ludzkiego, była to również historia technologicznego cudu zwanego komputerem nawigacyjnym Apollo (AGC), który pomógł astronautom Apollo bezpiecznie podróżować na Księżyc i z powrotem. Był to komputer tak zaawansowany w swoim czasie, że inżynierowie, którzy go stworzyli, powiedzieli, że prawdopodobnie nie próbowaliby tego zrobić ponownie, gdyby wiedzieli, w co się pakują.

Komputer nawigacyjny Apollo jest jednym z ważniejszych sukcesów wyścigu kosmicznego. Jest tak prawdopodobnie dlatego, że był tak fenomenalnie udany, miał bardzo niewiele problemów w locie - a większość z nich była spowodowana błędami ludzkimi. Przeniesiony na pokład zarówno modułu dowodzenia (CSM), jak i modułu księżycowego (LM), odbył 15 misji załogowych, w tym dziewięć lotów na Księżyc, sześć lądowań na Księżycu, trzy misje Skylab oraz misję testową Apollo-Soyuz w 1975 roku.

^{Fot.: NASA}

W tych czasach był to najnowszy i najbardziej zaawansowany system naprowadzania inercyjnego, pierwszy cyfrowy komputer pokładowy  wykorzystujący układy krzemowe i pierwszy komputer pokładowy, od którego zależało życie załogi.

Na pierwszy rzut oka wyglądał jak mosiężna walizka w dwóch częściach, o wymiarach 61 × 32 × 17 cm i wadze 32 kg.

^{Fot.: NASA}

Trudno jest również dokonać dokładnego porównania z nowoczesnymi urządzeniami, ponieważ AGC (Apollo Guidance Computer) nie był komputerem ogólnego przeznaczenia, ale takim, który był dosłownie stworzony wyłącznie do konkretnego zadania, co pozwoliło mu je wykonać na poziomie Commodore 64 lub ZX Spectrum z początku lat 80-tych. Spróbujmy wyobrazić sobie dostanie się na Księżyc za pomocą Commodore 64 do obsługi nawigacji czy innych systemów.

Chip 8088, który stał się podstawą komputera IBM, wydanego w 1981 roku, zaledwie dziesięć lat po wyprawie Apollo 11 na Księżyc, miał osiem razy więcej pamięci niż Apollo Guidance Computer (16kB vs 2kB). IBM PC XT działał z zawrotną prędkością zegara 4.077MHz. W porównaniu z nim komputer nawigacyjny Apollo był jak ślimak o częstotliwości 1,024 MHz.

Wewnętrznie, architektura 8086 miała osiem 16-bitowych rejestrów dostępnych do pracy. Mogła śledzić osiem rejestrów, a komputer pokładowy Apollo Guidance otrzymał tylko cztery.

Najbardziej zadziwiająca część, to nie tyle sprzęt, co oprogramowanie, którego użyli, aby dostać się na Księżyc. W rzeczywistości, system operacyjny działający w czasie rzeczywistym w statku kosmicznym Apollo 11 mógłby wykonywać jednocześnie osiem zadań, co dziś przyjmujemy za rzecz oczywistą, ale był to nie lada wyczyn w czasie, gdy był on rozwijany.

Wielozadaniowość nie była jednak taka, jaką teraz znamy. Nasze systemy operacyjne wykorzystują blokującą wielozadaniowość, gdzie sam system operacyjny kontroluje wykonanie i może zatrzymać dowolny program w dowolnym momencie. AGC polegał na wielozadaniowości bez prawa blokowania, w związku z czym programy musiały okresowo rezygnować z kontroli na rzecz systemu operacyjnego.

System Apollo miał również maszynę wirtualną, która oferowała bardziej złożone instrukcje i mogła być wykorzystywana do wykonywania bardziej zaawansowanych obliczeń matematycznych. Dysponował 2kB pamięci operacyjnej i 32kB pamięci masowej. System operacyjny zarządzał przejściem pomiędzy instrukcjami natywnymi a zestawem instrukcji maszyny wirtualnej, co pozwalało programistom mieszać i dopasowywać instrukcje na poziomie sprzętowym z instrukcjami wirtualnymi w ramach tego samego kodu asemblera.

Co więcej, Apollo 11 był w rzeczywistości zaawansowaną wersją AGC "Block II" ─ wcześniejsze misje polegały na zaledwie 24kB pamięci podręcznej i tylko 1kB pamięci głównej!

Powodem, dla którego wszystkie misje Apollo potrzebowały przynajmniej jednego z tych komputerów jest to, że misje Księżycowe wiązały się z problemami nawigacyjnymi. Na Ziemi nawigacja polega w najprostszy sposób na odnalezieniu drogi od jednego stałego punktu na kuli ziemskiej do drugiego. Podróż na Księżyc to jak stanie z karabinem na gramofonie, który obraca się w centrum znacznie większego gramofonu, na którym znajduje się trzeci gramofon siedzący na obręczy, przy czym wszystkie stoły obracają się z różnymi i zmiennymi prędkościami i próbują trafić w cel, celując tam, gdzie będzie to za trzy dni. Biorąc pod uwagę ogromną liczbę zmiennych, powyższa analogia daje jedynie niewielki przedsmak złożoności równań, które muszą być rozwiązane dla takiej podróży ─ a nawet wtedy wynikiem będzie raczej seria coraz dokładniejszych szacunków niż pewna ścieżka. Ale to, co było pewne od samego początku programu Apollo, to fakt, że nawigacja kosmiczna jest zbyt skomplikowana do obsługi przez astronautów.

AGS był rozwijany w czasie, gdy nie tylko komputery, ale cała dziedzina elektroniki przechodziła zadziwiającą ewolucję, której nikt nie był w stanie przewidzieć.

Kiedy program Apollo się rozpoczął, komputery były jeszcze gigantycznymi maszynami, które zajmowały całe pomieszczenia. Na całym świecie była ich tylko garstka, a próba uzyskania informacji z jednego z nich była tak skomplikowana, że do wykonania tej pracy potrzebny był specjalista najwyższego szczebla. Jednak była to dziedzina, która szybko się rozwijała i zanim rozpoczęły się prace nad AGC, technologia miała eksplodować w rewolucję komputerową, z którą nadal próbujemy sobie poradzić.

Nie tylko technologie komputerowe rozwijały się szybko, ale także podstawowa elektronika. Pod koniec lat 40. tranzystory wystawały z płyt drukowanych jak zawory i mogły być do niej lutowane przez człowieka w garażu. Alternatywne układy scalone (IC), bezpośredni przodek do układu krzemowego, dopiero się rozwijały, aby wejść na rynek w 1958 roku. Cała ta nowa technologia nie tylko miała synergiczny wpływ na projektowanie komputerowe, ale także panowała w całym przemyśle elektronicznym, ponieważ układ scalony zacierał granicę między firmami elektronicznymi, które tradycyjnie projektowały i budowały obwody, a dostawcami komponentów, którzy właściwie tworzyli części. Jak zaprojektować komputer, który będzie funkcjonował przez sześć lat, gdy technologia się zmienia? Co gorsza, jak uzyskać wsparcie branżowe dla komputera, który musi pozostać w produkcji i użytkowaniu przez 10 lat, skoro branża oczekuje, że wszystko się zmieni w ciągu 18 miesięcy?

W sierpniu 1961 r., NASA zdecydowała o przyznaniu kontraktu Apollo Guidance Computer dla MIT zamiast zwykłego dostawcy, na przykład IBM. Było to w dużej mierze spowodowane tym, że MIT, pod kierownictwem Laboratorium Oprzyrządowania Charlesa Starka Drapera miał duże doświadczenie w opracowywaniu inercyjnych systemów naprowadzania wraz z Eldonem C. Hallem, który zaprojektował najnowszy komputer do pocisków Polaris marynarki wojennej Stanów Zjednoczonych.

Na początku, nie było obawy o przekazanie kontraktu do MIT. Draper pokazał tyle pewności siebie, że jego zespół może dostarczyć komputer dostosowany do specyfikacji i na czas, że zgłosił się na ochotnika do lotu na pierwszej misji. W 1962 r. uzgodniono, że MIT będzie przewodził wysiłkom przy wsparciu oddziału AC Spark Plug Division of General Motors, Kollsman Instrument Corporation oraz Raytheon, który sam zbuduje komputer.

Dużą przeszkodą było to, że specyfikacją dla AGC była czysta kartka papieru. Nikt nie zbudował czegoś takiego i nikt nie miał pojęcia, jak to zrobić. Jako punkt wyjścia MIT powrócił do czterotomowego badania misji Marsa z 1958 roku, w którym pisano o bezzałogowej sondzie o wadze 150 kg (331 funtów), która mogła poruszać się samodzielnie przy użyciu gwiazd.

Było to bardzo odległe od komputera, który pomógłby w lądowaniu na Księżycu, na początek jednak wystarczyło. Wkrótce zaczęła wyłaniać się podstawowa konstrukcja małego, samodzielnego, energooszczędnego komputera ogólnego, który poradzi sobie z wszystkimi problemami nawigacyjnymi rejsu Księżycowego. Bazując na technologii pocisku Polaris, wykorzystywał żyroskop i akcelerometry połączone z sekstantem do ustalenia pozycji statku kosmicznego i utrzymania go na kursie. Poza tym, nowy komputer musiałby być zgodny z ogólnymi specyfikacjami Apollo, musiał być wystarczająco wytrzymały, aby wytrzymać loty kosmiczne i używać minimalnej liczby tranzystorów, które nadal nie były niezawodne. Ponadto, potrzebował on prostego interfejsu sterującego dla astronautów.

Wszystko to wydawało się obiecującym początkiem, ale nie trwało to długo. MIT cierpiał z powodu braku odpowiedniego wykonawcy i nie miał wymaganej kultury czy dyscypliny do pracy takiej jakiej projekt AGC wymagał. Rezultatem był powolny postęp i niepotrzebne powielanie w oprogramowaniu, które było pełne błędów i zajmowało zbyt wiele miejsca w pamięci.

Ale nie wszystkie problemy były organizacyjne. Wspomnieliśmy o oprogramowaniu, ale w 1966 roku oprogramowanie było nowym słowem i wielu specjalistów komputerowych miało problemy ze zrozumieniem tego pojęcia. W rzeczywistości nikt nie był dokładnie pewien, co komputer może faktycznie zrobić. Jakie były jego mocne strony? Jakie były jego słabości? To było uczenie się w miarę upływu czasu.

Jednym z wniosków wyciągniętych przez MIT było to, że technologia ta jest nadal zbyt prymitywna dla maszyny, którą przewidywali. W 1966 r. było jasne, że AGC był po prostu zbyt mały i nie dysponował wystarczającą ilością pamięci, był zbyt wolny, aby obsłużyć wystarczającą ilość zadań w jednym czasie i nie mógł obsłużyć danych w sposób, w jaki mogły to być układy analogowe.

Innymi słowy, był to powrót do „tyranii” sprzętu. Pomysł ogólnego komputera kontrolującego misję został porzucony, a AGC stało się wyspecjalizowaną maszyną, która została odsunięta do stanu rezerwowego. W przyszłości komputery naziemne przekazywały dane nawigacyjne do statku kosmicznego Apollo, podczas gdy komputer pokładowy stał z boku na wypadek awarii połączenia komunikacyjnego.

To może wydawać się dużym krokiem wstecz, ale AGC nadal pełnił ważną funkcję. Kontrola naziemna może poradzić sobie z nawigacją, ale między Ziemią a Księżycem pozostało jeszcze sekundowe opóźnienie, a kiedy statek kosmiczny Apollo znalazł się za Księżycem, wszystkie połączenia zostały odcięte. Co gorsza, było to w czasie zimnej wojny, a Amerykanie obawiali się, że Sowieci celowo zakłócą transmisje.

Patrząc na AGC należy pamiętać, że była to zarówno nowoczesna, jak i bardzo staromodna konstrukcja. W przeciwieństwie do nowoczesnych komputerów, wszystkie AGC były wykonywane ręcznie w powolnym, żmudnym procesie, który nawet częściowa automatyzacja i nowe metody testowania w niewielkim stopniu przyspieszały lub ułatwiały pracę. W sumie budowa komputerów zajęła 2000 lat  ─ licząc osobon każdą jednostkę.

Jedna z trudności polegała na tym, że AGC zastosował wiele najnowocześniejszych technologii, takich jak bycie pierwszym komputerem, który polegał na komponentach chipowych w swoich układach logicznych ─ w szczególności na trzech wejściowych bramach NOR. Były one dopiero wprowadzane na rynek, ale w 1963 roku Laboratorium Oprzyrządowania MIT kupowało 60 procent produkcji układów scalonych w Stanach Zjednoczonych.

^{Fot.: NASA}

W swojej ostatecznej formie AGC nie był już komputerem ogólnego przeznaczenia, lecz komputerem przeznaczonym do wykonywania konkretnych zadań i był do tego dostosowany. Składał się on z dwóch metalowych tacek ─ jednej na pamięć i jednej na obwody logiczne dla łącznie 30 000 komponentów. Ze względu na ograniczenia technologii, pomimo jej złożoności, AGC został zaprojektowany w taki sposób, aby był jak najprostszy, z jak najmniejszą liczbą części dla zmniejszenia wagi i większej niezawodności.

Ponieważ AGC musiał pokonać ćwierć miliona kilometrów od najbliższego warsztatu naprawczego, niezawodność ta była najwyższym priorytetem. W pewnym momencie pojawiła się sugestia zainstalowania duplikatu komputera na pokładzie statku kosmicznego, ale zostało to odrzucone na rzecz energicznych i agresywnych testów, a następnie hermetycznego uszczelnienia komponentów w celu ochrony przed kurzem i wilgocią.

Jednym z głównych problemów projektowych był sposób przechowywania programów i danych w AGC. Pamięci komputerowe przeszły długą drogę od czasów, gdy dane były wczytywane za pomocą taśmy papierowej lub przechowywane poprzez wysyłanie fal dźwiękowych przez rury wypełnione rtęcią, ale technologia była jeszcze w powijakach i żadna z obecnych technik przechowywania nie była praktyczna dla Apollo.

^{Fot.: NASA}

Zamiast tego, MIT wymyślił nowatorskie podejście, w którym oprogramowanie zostało dosłownie wplecione w banki pamięci. Wykorzystując technikę zwaną "rope memory", inżynierowie wymyślili metodę, w której na małe metalowe pierścienie nałożone były druty. Kiedy drut przechodził przez środek pierścienia, reprezentował on numer binarny 1. Kiedy biegł na zewnątrz, było to 0.

Do zaprogramowania tych pamięci, MIT użył tego, co nazwali metodą LOL (little old ladies). Było tak dlatego, że programowanie było wykonywane przez byłych pracowników włókienniczych, którzy umiejętnie używali igły do przenoszenia drutu przez żelazne pierścienie. Wspomagał ich zautomatyzowany system, który pokazywał im, w który otwór w obrabianym przedmiocie wbić igłę, ale nadal była to praca wymagająca wysokich kwalifikacji, koncentracji i cierpliwości.

^{Fot.: NASA}

W rezultacie powstało niezniszczalne wspomnienie, którego nie można było wymazać, zmienić ani uszkodzić. Wadą było to, że wyprodukowanie tej pamięci było bardzo trudne do zrobienia i jeszcze trudniejsze do poprawienia, gdy znaleziono błąd. Było to jednak również zaletą, ponieważ oznaczało to, że w ostatniej chwili "dobre pomysły" mogły zostać zlekceważone.

Oczywiście, to nie była jedyna pamięć w AGC. Była też 2K pamięć RAM, która przechowywała dane tymczasowe, gdy komputer uruchamiał program. Było to szczególnie ważne z powodu specjalnej funkcji bezpieczeństwa maszyny.

^{Fot.: NASA}

W latach 60. powszechną praktyką w przypadku komputera, który był używany przez kilka osób lub uruchamiał wiele programów, było dzielenie się czasem. Komputer przydzielałby do każdego z nich mikrosekundy czasu i przełączał się między nimi. Mogłoby to być w porządku dla głównego komputera uniwersyteckiego, ale dla Apollo mogłoby to być fatalne, ponieważ komputer mógłby okazać się zaabsorbowany w sytuacji życia i śmierci lub mógłby się zwyczajnie zawiesić.

Wtedy to pionier komputerowy Halcombe Laning znalazł rozwiązanie. Zamiast podziału czasu, AGC został zaprogramowany jako maszyna używająca priorytetów. Innymi słowy, każdy program był ponumerowany w kolejności ważności w dowolnym punkcie osi czasu misji. Gdyby program o wyższym priorytecie potrzebował komputera, inne po prostu zatrzymywałyby się i czekały na jego zakończenie, a następnie wznawiały pracę. Tymczasem pamięć tymczasowa przechowywała dane aż do punktu zatrzymania w sposób podobny do tego, jaki ma nowoczesny komputer przechodzący w tryb uśpienia. To nie tylko wyeliminowało awarie, ale również pozwoliło załodze przerwać uruchomiony program lub wznowić z nowymi danymi w miarę ich pojawiania się.

Dane te pochodziły z wielu urządzeń, w tym sekstantu, teleskopu, inercyjnej jednostki pomiarowej (IMU) składającej się z żyroskopu i trzech akcelerometrów, ręcznego sterowania używanego przez astronautów, radaru modułu dowodzenia, radaru lądowania modułu księżycowego, telemetrii z Ziemi, silnika głównego i systemu kontroli reakcji.

^{Fot.: NASA}

Jednak najważniejszym z wejść był wyświetlacz i klawiatura (DSKY), za pomocą których astronauci komunikowali się z komputerem. Ten interfejs użytkownika był tak obszerny, że wielu ludzi, którzy widzą go dzisiaj, uważa, że jest to komputer sam w sobie, ale w rzeczywistości nie jest to nic więcej niż zbiór świateł ostrzegawczych i statusowych, przycisków i wyświetlacza numerycznego.

^{Fot.: NASA}

Zaprojektowany przez Alana Greena z MIT panel człowowy z przyciskami i kontrolkami  ─ DSKY ─ na początku wydaje się być bardzo trudny w użyciu. Istnieje sporo symulatorów on-line, chętni mogą spróbować obsługi komputera AGC. Astronauci też tak myśleli, ale z praktyką wkrótce byli zaskoczeni tym, jak dobre było to urządzenie i stali się jego wielkimi fanami.

To, co było fascynujące, to unikalny sposób działania DSKY. Zamiast wpisywać polecenia słowne lub klikać na ikony, astronauci użyli specjalnego języka numerycznego "rzeczowników" i "czasowników". Rzeczownik był obiektem, a czasownik czynnością do wykonania przez obiekt. Aby działać, astronauta najpierw naciskał przycisk odblokowujący, który zapobiegał przypadkowemu naciśnięciu przycisku, następnie wprowadzał kod numeryczny rzeczownika, a następnie kod czasownika.

W rezultacie otrzymamy polecenie typu "wyświetlenie - pozycja". Jeśli polecenie wymagało od astronauty wprowadzenia danych, komputer migałby sygnałem gotowości i czekał na dane. Na jednej z grodzi wydrukowano nawet arkusz zawierający polecenia komputerowe.

Oczywiście, komputer jest tylko tak dobry jak jego oprogramowanie, a AGC potrzebował 350 inżynierów i równowartość 1400 osobo-lat ich pracy przed pierwszym lądowaniem na Księżycu.

^{Fot.: Draper Laboratory}

W przeciwieństwie do dzisiejszych czasów, kod był pisany ręcznie, a następnie przenoszony na ogromne stosy kart dziurkacza do testowania. Pomimo tej prymitywnej metody, oprogramowanie było ogromnym krokiem naprzód i pierwszym, który musiał poradzić sobie z rozwiązywaniem problemów w czasie rzeczywistym, od którego zależeć będzie życie astronautów oraz powodzenie wyprawy.

W praktyce, AGC zachowywał się bezbłędnie podczas lotów Apollo, a jedynymi problemami były te wynikające z wprowadzenia niewłaściwego kodu lub przekręcenia niewłaściwego przełącznika.

Ale to właśnie na Apollo 11 AGC naprawdę pokazał swoje „możliwości”. Podczas historycznego lądowania na Księżycu na Morzu Spokoju komputer nagle się zepsuł z powodu przypadkowego pozostawienia włączonego radaru. Radar zalewał komputer bezsensownymi danymi. W typowym komputerze spowodowałoby to zamrożenie lub zawieszenie się. Zamiast tego, AGC zasygnalizował 1202 dla błędu przeciążenia i wyłączył każdy program z wyjątkiem priorytetu numer jeden i uruchomił się ponownie. Większość ludzi nie jest świadoma tej małej historii i być może jest to najlepszy hołd, jaki komputer może kiedykolwiek mieć. Zrobił to, co do niego należało i to dzięki niemu wiele misji odniosło sukces.

Przebieg lądowania, ogromny sukces ludzkości

Poniżej wideo, na którym można obejrzeć przebieg lądowania modułu księżycowego na powierzchni Księżyca.

Po trzech dniach podróży w kosmosie, astronauci i trzy moduły dowodzenia statkiem kosmicznym Columbia: moduł serwisowy i moduł księżycowy znaleźli się na orbicie Księżyca. Następnego dnia astronauci przygotowali moduł księżycowy i sami zeszli na Księżyc. 20 lipca rozpoczęła pierwsza ludzka eksploracja innego świata.

20 lipca astronauci Neil A. Armstrong i Edwin E. "Buzz" Aldrin i moduł księżycowy wylądowali nad Księżycowym Morzem Spokoju. Astronauci Armstrong i Aldrin badali powierzchnię przez 2 godziny i 32 minuty, Michael Collins pozostał na orbicie księżycowej wewnątrz modułu dowodzenia. Podczas tej eksploracji przeprowadzili dwa eksperymenty w ramach pakietu naukowego (Early Apollo Scientific Experiment Package) i zebrali 21 kilogramów próbek księżycowych do powrotu na Ziemię.

Armstrong i Aldrin pozostali na Księżycu przez ponad 21 godzin, z czego dwie i pół godziny spędzili poza modułem księżycowym, badając i prowadząc eksperymenty naukowe. O 13:53, 21 lipca astronauci odlecieli z Księżyca, a następnie spotkali się z Collinsem i orbitującym statkiem kosmicznym. Z orbity księżycowej statek Columbia odleciał 22 lipca i wrócił na Ziemię 24 lipca.

^{Fot.: NASA}

Było to przełomowe wydarzenie w dziejach ludzkości, a zasługi i odwaga tych trzech osób zapisała się już kartach historii. To wszystko nie byłoby jednak możliwe, gdyby nie osiągnięcia inżynieryjne oraz techniczne, a także innowacyjne pomysły naukowców z MIT, którzy stworzyli świetny komputer i oprogramowanie.