בסוף שנות החמישים, לפני שלנאס"א היו כוונות ללכת לירח - או להזדקק למחשב להגיע לשם - מעבדת המכשירים של MIT עיצבה ובנתה בדיקה קטנה של אב-טיפוס שקיוו כי יום אחד יטוס למאדים (קרא את הרקע בחלקו 1 מהסיפור הזה כאן). בדיקה קטנה זו השתמשה במחשב קטן ומגוון למטרות כלליות לניווט, שהתבסס על מערכות האינרציה של טילים בליסטיים, צוללות וכלי טיס שהמעבדה תכננה ובנתה עבור הצבא מאז מלחמת העולם השנייה.
האנשים במעבדת המכשור חשבו שמושג החלל שלהם ממאדים - ובמיוחד מערכת הניווט - יעניין את המעורבים במאמצי החקירה הפלנטריים הנרחבים, כמו חיל האוויר האמריקני ומעבדת הנעה של סילון. אך כאשר מעבדת ה- MIT ניגשה אליהם, אף אחת מהישויות לא התעניינה. חיל האוויר יצא מעסקי החלל, ו- JPL היו תוכניות להפעיל חללית פלנטרית משלהם, תוך כדי ניווט מכלי התקשורת הגדול של גולדסטון במדבר מוג'אבה. צלחת המכ"ם בגובה 26 מטרים נבנתה למעקב אחר בדיקות החלוץ הרובוטיות המוקדמות.
גם חיל האוויר וגם JPL הציעו לשוחח במעבדה עם עמותת ארגון נאס"א שהוקם לאחרונה.
אנשי המעבדה ביקרו ביו דריידן, המשנה למנהל נאס"א בוושינגטון די.סי., ורוברט צ'ילטון, שהוביל את ענף הטיסה לדינמיקה של נאס"א במרכז המחקר לנגלי. שני הגברים חשבו שהמעבדה עשתה עבודה יפה מאוד בעיצוב, במיוחד במחשב ההדרכה. נאס"א החליטה להעניק למעבדה 50,000 דולר להמשך לימודיהם על הרעיון.
מאוחר יותר נקבעה פגישה בין מנהיג המעבדה, ד"ר צ'רלס סטארק דרייפר ומנהיגי נאס"א אחרים כדי לדון בתוכניות השונות לטווח הארוך שנאס"א עמדה בראשם, ואיך עיצובים של המעבדה עשויים להתאים לחללית שנדסה על ידי בני אדם. לאחר מספר פגישות, נקבע שהמערכת צריכה להיות מורכבת ממחשב דיגיטלי לשימוש כללי עם בקרות ותצוגה לאסטרונאוטים, משקע חלל, יחידת הדרכה אינרציאלית עם ג'ירואים ומדי מדי תאוצה וכל האלקטרוניקה התומכת. בכל הדיונים הללו, כולם הסכימו שהאסטרונאוט צריך למלא תפקיד בהפעלת החללית ולא רק להיות עם הנסיעה. וכל אנשי נאס"א אהבו במיוחד את יכולת הניווט העצמאית, מכיוון שהיה חשש שברית המועצות תוכל להפריע לתקשורת בין חללית ארה"ב לקרקע, תוך סיכון המשימה וחיי האסטרונאוטים.
אבל אז, פרויקט אפולו נולד. הנשיא ג'ון קנדי קרא תיגר על נאס"א באפריל 1961 לנחות על הירח ולחזור בבטחה לכדור הארץ - והכל לפני סוף העשור. כעבור אחת-עשרה שבועות, באוגוסט 1961, נחתם החוזה הראשון לראשונה של אפולו עם מעבדת המכשירים MIT לבניית מערכת ההנחיה והניווט.
"היה לנו חוזה", אמר דיק באטין, מהנדס ב- Lab שהיה חלק מצוות העיצוב של Mars Probe, "אבל ... לא היה לנו מושג איך אנחנו הולכים לעשות את העבודה הזו, מלבד לנסות לדגמן אותה אחרי המאדים שלנו בדיקה. "
חלק מהעומק במחשב ההנחיות של אפולו (AGC) הוא שחלק מהמפרטים הרשומים בהצעת המעבדה בת 11 העמודים למעשה הוצאו מאוויר על ידי דוק דרייפר. מחוסר במספרים טובים יותר - וידע שהוא יצטרך להתאים לחללית - הוא אמר שזה ישקל 100 קילו, יהיה מטר של מטר מעוקב וישתמש בפחות ממאה וואט כוח.
אך באותה תקופה, מעט מאוד מפרטונים היו ידועים על אף אחד מרכיביהם האחרים או חללית של אפולו, שכן לא הותרו על חוזים אחרים, ונאס"א טרם החליטה על שיטתה (עלייה ישירה, Earth Orbit Rendezvous, או Lunar Orbit Rendezvous) ו את סוגי החלליות כדי להגיע למלון.
"אמרנו 'אנחנו לא יודעים מה התפקיד, אבל זה המחשוב שיש לנו, ונעבוד על זה, ננסה להרחיב את זה, נעשה כל מה שאנחנו יכולים'," אמר באטין . "אבל זה היה המחשב היחיד שיש לכל אחד במדינה שיכול היה לבצע את העבודה הזו ... תהיה אשר תהיה העבודה הזו."
באטין נזכר כיצד בהתחלה האפשרות לטוס לירח הייתה להיות מפגש מסלול כדור הארץ, שם ישוגרו חלקיו השונים של החללית מכדור הארץ וישולבו במסלול כדור הארץ ויעופו לירח ונחתו שם בכללותו. אך בסופו של דבר, מושג המפגש של הירח הסתיים - שם הנחת היה נפרד ממודול הפיקוד ונחת על הירח.
"אז כשזה קרה, השאלה הייתה ... האם אנו זקוקים למערכת הדרכה חדשה ושונה לחלוטין עבור מודול הירח ממה שיש לנו עבור מודול הפיקוד?" באטין אמר. "מה אנחנו הולכים לעשות בקשר לזה? שכנענו את נאס"א להשתמש באותה מערכת [מחשב] בשתי החלליות. יש להם משימות שונות, אך אנו יכולים להכניס מערכת כפולות במודול הירח. אז זה מה שעשינו. "
העבודה הקונספטואלית המוקדמת במחשב ההכוונה של אפולו (AGC) התקיימה במהירות, כאשר באטין וחבריו Milt Trageser, Hal Laning, David Hoag and Eldon Hall ביצעו את התצורה הכוללת להדרכה, ניווט ובקרה.
הכוונה פירושה כיוון תנועת כלי השיט, בעוד הניווט התייחס לקביעת המיקום הנוכחי בצורה מדויקת ככל האפשר, ביחס ליעד עתידי. השליטה התייחסה לכיוון תנועות הרכב, ובמרחב לכיוונים הקשורים לגישה שלו (פיהוק, המגרש והגלילה) או המהירות (מהירות וכיוון). המומחיות של MIT התמקדה בהדרכה וניווט, ואילו מהנדסי נאס"א - במיוחד אלה שהתנסו בעבודה בפרויקט מרקורי - הדגישו הנחיות ושליטה. אז, שתי הישויות פעלו יחד כדי ליצור את התמרונים שיידרשו בהתבסס על נתונים מג'ירו ומדי תאוצה וכיצד להפוך את התמרונים לחלק מהמחשב והתוכנה.
עבור מעבדת המכשירים של MIT, דאגה אחת גדולה על מחשב ההדרכה של אפולו הייתה אמינות. המחשב יהיה המוח של החללית, אבל מה אם הוא ייכשל? מכיוון שהיתירות הייתה פיתרון ידוע לבעיית האמינות הבסיסית, אנשים במעבדה הציעו לכלול שני מחשבים על הסיפון, כאשר אחד מהם כגיבוי. אולם תעופה צפון אמריקאית - החברה שבונה את מודולי הפיקוד והשירות של אפולו - עשתה צרות משלהם העונות על דרישות המשקל. צפון אמריקה התמקמה במהירות בדרישות הגודל והמרחב של שני מחשבים, ונאס"א הסכימה.
רעיון נוסף לאמינות מוגברת כלל שכלול לוחות קרב-חלון ומודולים אחרים על גבי החללית, כך שהאסטרונאוטים יכלו לעשות "תחזוקה בטיסה", החלפת חלקים פגומים בזמן שהות בחלל. אבל הרעיון של אסטרונאוט יפתח תא או קרש רצפה, יצוד אחר פגום מודול, והכנסת לוח מעגלים רזרבי בזמן שהתקרב לירח נראה מגוחך - למרות שאופציה זו נבדקה בחוזקה במשך זמן רב.
"אמרנו, 'אנחנו פשוט הולכים להפוך את המחשב הזה לאמין'," נזכר באטין. "היום תזרקו אותך מהתוכנית אם אמרת שאתה הולך לבנות אותה כך שהיא לא תיכשל. אבל זה מה שעשינו. "
בסתיו 1964 החל המעבדה לתכנן את הגרסה המשודרגת שלהם ל- AGC, בעיקר כדי לנצל את הטכנולוגיה המשופרת. אחד ההיבטים המאתגרים ביותר במשימת אפולו היה כמות המחשוב בזמן אמת הנדרשת כדי לנווט את החללית לירח ובחזרה. כאשר המהנדסים במעבדה החלו לראשונה בעבודתם בפרויקט, מחשבים עדיין הסתמכו על טכנולוגיה אנלוגית. מחשבים אנלוגיים לא היו מהירים, או אמינים מספיק למשימה לירח.
מעגלים משולבים, שזה עתה הומצאו בשנת 1959, היו כעת מסוגלים יותר, אמינים וקטנים יותר; הם יכולים להחליף את העיצובים הקודמים באמצעות מעגלי טרנזיסטור ליבה, וגוזלים כ -40 אחוז פחות מקום. מהר ככל שהטכנולוגיה התקדמה מאז ש- MIT זכתה בחוזה AGC בשנת 1961, הם הרגישו בטוחים שזמן ההובלה עד לטיסתו הראשונה של אפולו תאפשר התקדמות רבה יותר באמינות, ובתקווה להפחית בעלויות. עם אותה החלטה, AGC הפך לאחד המחשבים הראשונים שהשתמשו במעגלים משולבים, ועד מהרה, למעלה משני שלישים מהתפוקה האמריקאית הכוללת של מעגלי מיקרו שימשו לבניית אבות טיפוס של מחשב אפולו.
כיתוב תמונה מוביל: מעגל משולב מוקדם, המכונה מעגל משולב Fairchild 4500a. באדיבות תמונה: דרייפר.
אף על פי שהרכיבו אלמנטים עיצוביים רבים לחומרת המחשבים במקומם, נושא מציק באמצע שנות השישים נעשה ברור: זיכרון. העיצוב המקורי, שהתבסס על החללית למאדים, היה בעל 4 קילובייטים בלבד של זיכרון קבוע ו -256 מילים למחיקה. ככל ש- NASA הוסיפה היבטים נוספים לתוכנית אפולו, דרישות הזיכרון המשיכו לעלות, ל -10 ק"ג, לאחר מכן ל -12, 16, 24 ולבסוף ל -36 קילובייט זיכרון קבוע ו -2 ק"ס בר-קיימא.
המערכת שאותה המציאה המעבדה נקראה זיכרון חבל ליבה, כאשר תוכנה נוצרה בזהירות עם חוטי סגסוגת ניקל השזורה דרך 'סופגניות' הזעירות כדי ליצור את הזיכרון הלא מחיק. בשפה של מחשבים ואפסים ממוחשבים, אם זה אחד, הוא עבר דרך הסופגנייה; אם זה היה אפס, החוט התרוצץ סביבו. עבור רכיב זיכרון אחד, זה לקח צרורות של חצי קילומטר של חוט ארוגים דרך 512 ליבות מגנטיות. מודול אחד יכול לאחסן מעל 65,000 פיסות מידע.
באטין כינה את התהליך לבניית הליבה מחדש את שיטת LOL.
"גבירותיי זקנות קטנות," הוא אמר. "נשים במפעל Raytheon צריכות ממש לארוג את התוכנה בזיכרון הליבה הזה."
בעוד שנשים ביצעו בעיקר את האריגה, הן לא היו בהכרח זקנות. Raytheon העסיק עובדי טקסטיל לשעבר, מיומנים בתחום האריגה, שנדרשו למלא אחר הוראות מפורטות לשזירת החוטים.
כאשר נבנו לראשונה זיכרונות חבל הליבה, התהליך היה די אינטנסיבי בעבודה: שתי נשים היו יושבות זו מול זו שהן אורגות ביד זרם חוטים דרך ליבות מגנטיות זעירות, דוחפות בדיקה עם החוט המחובר מצד אחד. לאחר. עד 1965 הופעלה שיטה מכנית יותר לאריגת החוטים, שוב, על בסיס מכונות טקסטיל המשמשות בתעשיית האריגה של ניו אינגלנד. עם זאת, התהליך היה איטי ביותר, ותוכנית אחת יכולה לארוך כמה שבועות ואפילו חודשים עד שהארך זמן רב יותר כדי לבדוק זאת. כל שגיאה באריגה פירושה שיהיה צורך לבצע אותה מחדש. מחשב מודול הפקודה הכיל שש קבוצות של מודולי חבל ליבה, ואילו מחשב מודול הירח החזיק שבעה.
בסך הכל היו כ- 30,000 חלקים במחשב. כל רכיב יעבור בדיקת חשמל וביצוע קיצוני. כל כישלון קרא לדחיית הרכיב.
"למרות שהזיכרון היה אמין", אמר באטין, "הדבר ש- NASA לא מצא חן בעיניהם הוא העובדה שמוקדם מאוד היית צריך להחליט מה תהיה תוכנית המחשב. הם שאלו אותנו, 'מה אם היה לנו שינוי ברגע האחרון?' ואמרנו שאנחנו לא יכולים לחולל שינויים של הרגע האחרון, ובכל עת שאתה רוצה לשנות את הזיכרון, פירושו החלקה של שישה שבועות, מינימום. כשנאס"א אמר שזה בלתי נסבל, אמרנו להם "ובכן, ככה המחשבים האלה, ואין שום מחשב אחר כזה שאתה יכול להשתמש בו."
תוך כדי תכנון ובניית כל החומרה הציבו אתגרים, ככל שהעבודה התקדמה ב- AGC עד 1965 ועד 1966, בלטה גודל המורכבות של היבט אחר: תכנות התוכנה. זו הפכה לבעיה המגדירה העיקרית של המחשב, תוך עמידה בקווי זמן ובמפרט.
כל התכנות בוצעו בעצם בזו ורמת האפס, תכנות שפת הרכבה. בתכנון התוכנה לביצוע משימות מורכבות, על מהנדסי התוכנה להמציא דרך גאונית להתאים את הקוד לאילוצי הזיכרון. וכמובן, אף אחד מאותם דברים לא נעשה לפני כן, לפחות לא לרמת המידה והמורכבות הזו. לאחר זמן נתון, יתכן כי ה- AGC צריך לתאם מספר משימות בבת אחת: הוצאת רדינגים מהרדאר, חישוב מסלול, ביצוע תיקוני שגיאה בג'ירואים, קביעת אילו דחפים צריכים להיות מפוטרים, כמו גם העברת נתונים לתחנות הקרקע של נאס"א ולקחת תשומות חדשות מגומרי תיאטרון .
הל לאנינג תכנן את מה שכינה תוכנית מנהלתית, שהקצתה למשימות סדרי עדיפויות שונים ואיפשרה למשימות בעדיפות גבוהה לשכב לפני מטלות עדיפות נמוכות. המחשב יכול להקצות זיכרון בין משימות שונות, ולעקוב אחר היכן הופרעה משימה.
צוות התוכנה של המעבדה החל בעיצוב מכוון של התוכנה עם יכולת תזמון עדיפות שיכולה לזהות את הפקודות החשובות ביותר ולאפשר לאלה להפעיל ללא הפרעה מפקודות פחות חשובות.
עם זאת, בסתיו 1965 התברר לנאס"א כי מחשב אפולו היה בבעיה קשה, מכיוון שפיתוח התוכניות היה משמעותי מאחורי לוח הזמנים. העובדה שכמות לא ידועה יחסית בשם 'תוכנה' עלולה לעכב את כל תוכנית אפולו לא התקבלה יפה על ידי נאס"א.
הבא: חלק 3, להבין את הכל.
