Astronautika: istorija

a2

Pre dva meseca sam započeo priču o 'Apolo'epopeji. To je priča moje mladosti, ljubav moga pokojnog oca, a i dešavala se u vreme rođenja moje supruge, pa kud ćeš veći povod za priču. Uz to, prošlo je i okruglo pola veka, a mi se i dalje beznadežno krčkamo ovde na Zemlji.

 

 FELJTON Pola veka Apoll 11 

Zašto sam napisao serijal o 'Apolu'?

 

Pre dva meseca sam započeo priču o 'Apolo'epopeji. To je priča moje mladosti, ljubav moga pokojnog oca, a i dešavala se u vreme rođenja moje supruge, pa kud ćeš veći povod za priču. Uz to, prošlo je i okruglo pola veka, a mi se i dalje beznadežno krčkamo ovde na Zemlji. Ali počeli su svi da pišu o 'Apolu', počele su vrućine i ostalo, pa sam rešio da malo ohanem i odgodim moje pisanije. Tema je tu, Mesec je tu, i ja sam tu još malo, te neće ništa da se promeni (mada iz opravdanih razloga fali Armstrong). Ovu seriju textova posvećujem mojoj ćerci Eni, uz izvestan stid što je moja generacija doživela iskrcavanje ljudi na Mesec, a njena ima da se još načeka... uz jedno 'daj Bože'!

U svakom 'Apolo'brodu je, uz trojicu astronauta, postojao i ključni četvrti član posade. Bio je to AGC(Apollo Guidance Computer), iako su ga svi znali prosto kao 'Apolov računar'. Međutim, svaki put kada se govori o AGC-u obično se podcrtavaju njegove prednosti, koje su smešne u poređenju s bilo kojim današnjim elektroničkim uređajem. Zanimljivo je da se obično preskače glavno pitanje: za šta je uopšte 'Apolo'astronautima bio potreban računar? I, pre svega, da li je doista bio potreban tako složen računar – prema tadašnjim standardima – da bi se čovek poslao na Mesec?

a1
'Apolov'
računar AGC(levo) sa numeričkom tastarurom DSKY(čita se 'diski') pored njega. Imao je dimenzije 61×32×17 cm, težinu od 32 kg, a trošio je 55 W struje.

'APOLOVI' RAČUNARI (DA, U MNOŽINI)

Ali da ne gradimo kuću od krova. Pre svega treba pojasniti da je u stvarnosti postojalo – nekoliko 'Apolo računara'. Najpoznatiji je bio AGC komandno-servisnog modula (CSM), ali ne smemo da zaboravimo ni da je lunarni modul (LM) posedovao identični računar. Kako bi se izbegla zabuna, AGC se za LM često nazivao LGC(Lunar GuidanceComputer), a za CSM je bio poznat kao CGC(Computer Command Modus Guidance Computer). Iako da su oba bili zapravo blizanci, malo kasnije ćemo detaljno pričati o njihovim operacijama.

Sledeći računar je bio onaj koji se nalazio u raketi 'Saturn V', koji je bio zadužen za vođenje ogromne rakete u orbitu. Mnogi su mislili da je za ovaj zadatak bio zadužen AGC komandnog modula, ali je tokom lansiranja AGC služio samo kao bekap računar i kao alat za prikazivanje podataka posadi.

a2
Montiranje Instrumenatne jedinice na 'Saturn V'.Prečnik – 6,6 m; visina: 0,91 m; težina: 1996 kg.

Računar 'Saturna V'službeno se nazivaoLVDC(Launch Vehicle Digital Computer), ili FCC(Flight Control Computer), i nalazio se u tzv. Instrumentnojjedinici(IUInstruments Unit) trećeg stepena S-IVBrakete. Smešten u cilindričnom kontejneru, LVDC je proizveden u IBM-u koristeći potpuno drugačiju arhitekturu i softver od AGC-a. Imao je ROM od 32 kilobajta a radio je na frekvenciji od 2 MHz. U misiji 'Apola 12','Saturn V'je uspeo da nastavi let i dostigne orbitu zahvaljujući LVDC-u nakon što je AGC prestao da radi nakon što je munja pogodila raketu odmah posle poletanja. Ali da se pokvario i ovaj računar, zapovednik misije je teoretski mogao da uvede raketu u orbitu (upravljati raketom od tri hiljade tona ručno: to bi bilo nešto što je vredelo videti), nešto za šta, srećom, nikada nije bilo potrebe.

a3
Delovi UI-a'Saturna V'. Strelica prikazuje lokaciju računara LVDC.

a4
Detalj dela UI-a gde se nalazio računar.

'Apolov'drugi računar je bio zapravo skup više njih. Govorimo o računarima RTCC(Real-Time Computer Complex) kontrolnog centra misije (MCC) u Hjustonu, odgovornih za izračunavanje položaja i trajektorije broda na osnovu radio-signala letilice. Za vreme 'Apolovih'lunarnih misija, RTCC računari su se sastojali od pet IBM računara tipa '360-75J' sa po 1 MB memorije.

Sada kada znamo da se u 'Apolu'nalazilo nekoliko računara, daj da kažemo nešto o AGC-u.

a5
IBM-ovi računari '360-75J'u kontrolnom centru MCC u Hjustonu.

ČEMU SU SLUŽILI RAČUNARI NA KOSMIČKOM BRODU?

Danas uzimamo zdravo za gotovo potrebu za postojanjem nekakvog računara koji služi kao interfejs između nesavršenih ljudskih bića i sistema na letilicama poput aviona ili kosmičkih brodova. Ali 60-ih godina fly-by-wirekontrole su bile sve samo ne uobičajene. Računar – ili barem 'digitron' – bio je neophodan ako smo želili da osiguramo efikasnu kontrolu nad kosmičkom letilicom.

Brodovi se orijentišu u kosmosu pomoću manevarskih trastera, ali se mora uzeti u obzir da se centar mase jednog broda stalno menja kako se smanjuje količina goriva u tankovima ili kada se spoji s drugim brodom. Stoga, rezultanta sila koje stvaraju trasteri sistema za kontrolu položaja RCS-a (Reaction Control System)obično ne prolazi kroz težište broda, što uzrokuje kretanje po nekoj od osa.

a6
'Apolovi'
moduli CSM i LM.

Naprimer, kod'Apola', četiri prednja i stražnja RCS-a[1]CSM-ovog sistema imala su zakošene mlaznice radi smanjenja uticaja gasova na trupove servisnog i lunarnog modula, koji su takođe bili malo van centra u odnosu na centar mase. Kao rezultat toga, bez računara koje bi upravljao RCS sistemom, kretanje CSM-a prema napred ili nazad uzrokovalo bi zaokrete po jednoj od osa. Ista stvar bi se u većoj ili manjoj meri događala prilikom rotacija i translacija broda koje je generisalo 16 RCS trastera i glavni SPS(Service Propulsion System)motor (u slučaju LM-a, položaj 12 RCS-a bio je još asimetričniji). Stoga je bio potreban računar kako bi pomogao astronautima da upravljaju brodom ili da ostane statičan u odnosu na određeni referentni sistem.

a7
RCS sistem mikromotora na komandnom modulu (CM-u) i servisnom modulu (SM-u).

Međutim, za precizno uključivanje motora ili za fly-by-wire, nije bio potreban posebno složen računar čak ni u 60-im. Zašto je onda računar napredan kao 'Apolov' AGC uopšte bio razvijan? Odgovor je jednostavan: radi navođenja i navigacije. Šta je to? Pa, u suštini, da se zna gde se nalazi letilica i kamo ide. To znači, njen položaj (navigacija) i trajektoriju (navođenje). A to su velike stvari. Jer kako možemo da znamo gde se nalazimo usred cislunarnog prostranstva? Kad je početkom 60-ih razmatrana konstrukcija 'Apolovog'CSM-a, dizajniran je s jasnom premisom: brod treba da u svakom momentu bude navođen potpuno autonomno[2]. Ovaj uslov je uveden zato što niko nije znao da li će biti moguće održati stabilnu komunikacijsku vezu s brodom gotovo četiri stotine hiljada kilometara od Zemlje. Mogućnost nekakvog uplitanja u komunikacije Sovjetskog Saveza takođe je bio faktor koji je uziman u obzir (nemojmo zaboraviti da se Kubanska raketna kriza[3], u jeku Hladnog rata, dogodila 1962.). Ukratko, posada 'Apola'je morala da se sigurno vrati na Zemlju čak i bez pomoći hjustonskih kontrolora misije.

a8
Originalna posada 'Apola 13' (Lovell, Mattingly i Haise), poziraju sa sekstantom i astrolabom.

UPRAVLJANJE I NAVIGACIJA

'Apolov'računar AGC je koristio inercijalnu mernu jedinicu, skraćeno nazvanu IMU,kao izvor podataka za usmeravanje i navigaciju. IMU je predstavljao skup od tri žiroskopa i akcelerometra koji su otkrivali bilo kakve promene u ubrzanju letilice po njenih tri referentne ose. Tako je bilo moguće znati jačinu i pravac sila koje deluju na letilicu i koliko dugo. Pomoću ovih podataka računar je mogao da u bilo kojem trenutku ekstrapolira položaj broda. IMU tehnologija je tada bila u punom jeku zahvaljujući svojoj upotrebi u vojnim avionima i balističkim raketama. Problem je bio u tome što su se računanjem položaja broda ovom metodom greške kontinuirano akumulirale i pre ili kasnije podaci više nisu bili pouzdani. Ako je misija bila kratka, poput leta nekog projektila, to nije imalo bitnog efekta, ali u suprotnom, kao u slučaju putovanja na Mesec, bilo je potrebno povremeno kalibrisati IMU na osnovu spoljnjih podataka.

a9

'Apolov'IMU. Unutra se vide tri žiroskopa.

a10

I tu konačno dolazi do izražaja složenost sistema koji je koristio 'Apolo'. Jedan od načina dobijanja podataka nezavisno od položaja i trajektorije broda je bila upotraba zvezdanih i solarnih senzora, što su već rutinski koristile tadašnje kosmičke sonde obe zemlje. Ali oni koji su bili zaduženi za konstrukciju 'Apola' nisu verovali ovom sistemu, koji je još bio u pelenama. Zato brodovi 'Apola'nisu nosili 'proste' automatske stelarne senzore, već su otišli korak dalje. Doista, astronauti su morali da budu u mogućnosti da izračunaju položaj broda iz promatranja referentnih zvezda kao da su mornari iz XIX veka. Podaci o položajima zvezda i drugih nebeskih tela služili su s vremena na vreme za ažuriranje IMU-a. Uvođenje ljudskog elementa u sistem za navođenje i navigaciju znatno je povećalo njegovu složenost – i težinu – ali se to smatralo neophodnim. Dakle, ako bi se AGC pokvario, posada je imala rezervni element koji bi im osiguravao opstanak.

a11
Elementi primarnog sistema za navigaciju i navođenje (PGNCS, izgovara se 'pings''Apola'. I ovo i EMU je proizvodila privatna kompanija iz Indijane 'Delco', filijala 'General Motorsa'.

Na ovom mestu je važno da naglasim da su zadaci upravljanja brodom – odnosno, autopilotiranje – i vođenje i navigacija različiti, i da ih mogu obavljati dva ili više nezavisnih računara, povećavajući redundantnost[4]broda i smanjujući složenost svakog računara ponaosob. Zapravo, to je bila odluka koja je donešena na samom početku programa 'Apolo'. Planirano je da svaki 'Apolo'brod nosi dva računara, jedan analogni, koga je 'Honeywell'dizajnirao za kontrolu letilice, i drugi digitalni od 'Raytheona'za nove zadatke vođenja i navigacije. Očito, neki su se zadaci i mogućnosti računara preklapali – računar za navođenje i navigaciju je mogao da kontroliše RCS trastere – ali u svakom slučaju, na kraju smo dobili sistem koji je bio otporniji na moguće kvarove.

a12
'Doc'
Draper
u simulatoru PGNCSsistema koji se nalazio na krovu MIT-a.
Smatraju ga ocem inercione navigacije.

Međutim, u programu 'Apola'nije bilo mesta za neodlučne i konzervativne ljude. U januaru 1964. NASA je donela odluku da će se na 'Apolu'koristiti samo jedan računar. Kao da to nije bilo dovoljno, računar je trebalo da bude identičan i za CSM i za LM – sem softvera, naravno – nešto što je izazvalo paniku kod glavnih izvođača radova oba broda – odnosno 'North American Aviationa'[5]'Grummana'[6]–jer ako je dizajniranje jednog takvog računara bilo teško, kompatibilnost za dve tako različite letilice predstavljalo je ogroman izazov.

Novi bi se računar nazivao AGC(Apollo Guidance Computer), mada mu je ime bilo pomalo zbunjujuće, jer se, kao što smo videli, morao da brine i za mnoge druge zadatke sem navođenja. Glavni izvođač radova je bio 'Raytheon', dok je slavni MIT (Massachusetts Institute of Technology) bio odgovoran za odabir računarske arhitekture i programiranje. Tim MIT-a, predvođen naučnikom i inženjerom Čarlskom 'Dokom' Drejperom, dizajnirao je AGC zahvaljujući prethodnom radu s vojskom, u koji su spadali računari balističkih nuklearnih raketaUGM-27'Polaris'lansiranih sa podmornica, koji su imali samo 10 kg i 4 kB memorije.

a13
Drejper u razgovoru sa Fon Braunom.

AGC

Na početku programa, NASA je pitala MIT koliko će njen računar zauzimati prostora. Drejperov tim nije bio siguran, pa je pretpostavio da će im biti dovoljna kubna stopa – oko 28 litara. Kako je AGC postajao sve složeniji, MIT je morao da se bori kako da ne prekorači ovu zapreminsku granicu. Da bi održao težinu i veličinu pod kontrolom, AGC je trebalo da bude digitalni računar koji će da koristi novu tehnologiju integriranih kola, tehnologiju koja je u to vreme bila tek u povoju. Prvi prototip računara, AGC3, bio je spreman već 1962. godine. Ovaj prototip, i na insistiranje stručnjaka poput Eldona C. Hola[7], uverili su Nasu da su integrirana kola pravo rešenje. Ili bolje rečeno, jedino: jedini način da tako složen računar stane u brod bilo je korištenje integriranih kola. NASA se prebacila na mikročipove i donela odluku da svi računari 'Apola'moraju da koriste integrirana kola. Dve godine kasnije, završen je prototip AGC4Bza prve misije 'Apola'tipa 'Blok 1'[8]. Konačni AGC za 'Blok 2' bio je spreman 1966. AGC 'Bloka 1' je bio korišten u bespilotnim misijama AS-201'Apolo 4''Apolo 6', dok se AGC 'Bloka 2' bio korišćen u 'Apolu 5'bez posade, i u svim kasnijim putničkim misijama 'Apola'.

a14
'Raytheonov'
tehničar testira AGCprototip (kutija ispod njegove ruke sa debelim crnim kablovima). Dva displeja i tastature DSKY služila su kao interfejsi za testiranje. 2009. jedan DSKY je na dobrotvornoj aukciji prodat za $50.800.

a15
Delovi AGC-a.

Kad god se navode prednosti AGC-a, smešno ih je porediti s bilo kojim današnjim računarom ili mobilnim telefonom – ako nas to na neki način čini da se osećamo bolje – ali ne treba podvlačiti da su u to vreme bili impresivni. 'Apolov'AGC je imao ROM – tj. read-onlymemory– od 36 kilobajta i RAMmemoriju od 2 kilobajta (u stvari, AGC nije koristio bajte, već 'reči'u dužini od 16 bita, ali to je druga priča). Bio je to napredak u odnosu na AGC 'Bloka 1', sa ROM-om od samo 24 kB i RAM-om od 1 kB. Radna frekvencija je iznosila 1 MHz, a računar je imao ukupno 5600 integriranih kola. Konačna težina je bila 31,8 kg, a potrošnja električne energije 55 vata.

a16
AGC
sa odvojenim memorijskim modulom.

Nesumnjivo, najupečatljivija karakteristika 'Apolove'memorije je bila ta što nije bila magnetska već tipa 'žičanog jezgra' (coreropememory). Odnosno, bila je sastavljena od sićušnih metalnih prstenova kroz koje je prolazio kabl – koji je predstavljao binarni '1' – ili pored njih – to je bila '0'. To je značilo da programi 'Apolovih'AGC nisu bili nešto eterično, već su mogli da se dodirnu rukama, doslovno. Stoga su linije binarnog koda softvera morale da budu prevedene u složen niz kablova i kalemova. Armija žena kompanije 'Raytheon'je bila odgovorna za 'pletenje' ovog jezgra memorije pomoću posebnih mašina, te je ta vrsta memorije ostala poznata, pomalo pogrdno, kao LOL (Little Old Ladies). AGC je imao šest LOL memorijskih modula i svaki je zahtevao najmanje šest nedelja da bude ispleten.

a17
Detalj ROM memorije. Po standardima tog vremena, u tako malu zapreminu je bilo smešteno relativno puno memorije: oko 2,5 megabajta po kubnom metru.

Moduli su trebali da budu spremni da se podvrgnu odgovarajućim testovima 3 ili 4 meseca pre lansiranja. NASA je bila svesna da uspeh čitavog programa 'Apolo'u velikoj meri zavisi od žena koje su plele AGC-ovu memoriju, pa je osigurala da astronauti redovito posjećuju 'Raytheonovu'fabriku u Walthamu u Masačusetsu. Jednom kad je memorija bila ispletena nije bilo načina da se promene kodovi ROM modula, što je izazvalo ne male glavobolje Nasinim inženjerima. S druge strane, AGC-ov RAM koristio je vrlo sličan sistem sposoban da promeni jedinice i nule u kalemima menjanjem smera indukovane struje u svakom od njih.

a17a
Modul LOLmemorije.

U početku je između Nase i MIT-a vođena vrlo intenzivna rasprava o mogućnostima korigovanja orbite uz pomoć AGC-a. MIT-ovi inženjeri i informatičari su želeli da astronauti umeju da poprave AGC, zadatak koji je zahtevao intenzivnu obuku iz elektronike i informatike – premda ta disciplina u to vreme nije ni postojala – a to je takođe podrazumevalo i unošenje ogromnih priručnika u komandni modul (razmatrana je mogućnost prebacivanja priručnika na mikrofilmove ne bi li se uštedelo na težini). Astronauti su sve to kategorički odbili – već su teško prihvatili da oni neće zaista 'pilotirati' brodom – pa je NASA odustala. AGC nije bio u stanju da reguliše orbitu. Zanimljivo je da, usprkos tehnološkom uvođenju AGC-a, niko nije uspevao da konstruiše fizičku vezu između CGC-a komandnog modula i LGC-a lunarnog modula. Budući da je CGC bio primarni računar tokom čitave misije, to je podrazumevalo da su astronauti morali ručno da unose podatke o položaju i orijentaciji sa jednog računara u drugi, što je svakako bio brutalan zadatak koji je zahtevao puno vremena (povrh svega, referentni uglovi dve letilice su bili različiti, što je dodatno komplikovalo proceduru poravnavanja IMU-a na LM kada je bio aktiviran u letu).

a18
Jedna od radnica u 'Raytheonu'tokom 'pletenja' memorije.

 

[1]'Apolov'komandnimodulje imao 12hipergoličnih trastera za kontrolu položaja i kontrolu pravca prilikom povratka u atmosferu. Servisnimodullunarnimodulsu imali po 16trastera, grupisanih u blizini centra gravitacije u klastere po četiri.

[2]To je jedna od najvećih razlika od sovjetskog koncepta, jer su Sovjeti težili da sve, baš sve bude automatizovano, tako da na kosmonautina ne leži praktično nijedna odluka. Koji prilaz je bolji predmet je višedecenijskog stručnog sporenja, mada mislim da rezultati ipak najviše govore.

[3]Kriza se pamti i prepričava kao sovjetsko razmeštanje nuklearnih projektila 'R-12'i 'R-14'na samo 140 km od Floride, i da su tada sovjetski brodovi krenuli ka Karibima da brane svoje ljude i Kubu. Svetski nuklearni rat je bio udaljen samo nekoliko sati... Međutim, retko gde se ističe da su Sovjeti samo recipročno reagovali na pokušaj CIA da 1961. izvrši vojni udar na Kubi (blamaža sa iskrcavanjem u Zalivu svinja) i razmeštanje preko 100 nuklearnih balističkih raketa srednjeg dometa PGM-19'Jupiter'u Italiju i Tursku.
  Amerika je slavila pobedu jer su se Sovjeti povukli, ali se ne pominje da su sve vreme pregovarali s Rusima i na kraju se i oni povukli iz Turske (ali ne i iz Italije)... Iako su Amerikanci tada tvrdili da 'Rusi štancuju nuklearne glave kao kobasice', sačuvani podaci govore da je odnos glava bio 27.000 prema 3600 za SAD.

[4]Ovo je čest izraz u ovoj oblasti, ali mi nemamo adekvatan prevod za njega. Često se prevodi kao 'rezervni', ali nije baš precizno. Recimo, mi imamo 2 bubrega. Onaj drugi nije 'rezervni' već redundantan; on takođe radi normalno kao i prvi, ali usled neke insuficijencije jednog od njih onaj drugi bi preuzeo nefro-ulogu na sebe i onda bi mogli da kažemo da je on postao rezervni...

[5]Takođe 'rođak' 'General Motorsa'. Pored brojnih mlaznih lovaca tog vremena (neke je imala i naše vazduhoplovstvo), za 'Apolo'program su proizvodili komandno-sernisne module i druge stepene raketa 'Saturn V'.Kasnije su pravili i šatlove. Kompanija je posle serije pretapanja i prodaja postala deo 'Boeinga'.

[6]Kompanija je od 1962. bila glavni kontraktor za proizvodnju lunarnih modula (proizvela ih je 13 komada). Nakon gašenja projekta 'Apolo', bili su jedan od najozbiljnijih konkurenata za proizvodnju šatlova, ali su izgubili od 'Rockwella', kasnijeg 'Boeinga'. Da se ne bi previše bunili, dobili su mrvice: pravilisu krila i vertikalne stabilizatore.

[7]AGC je konstruisan u MIT-ovojInstrumentnojlaboratorijipod rukovodstvom C.S. Drejpera, dok je hardver-dizajnom rukovodio E.C. Hol. Prvim radovima na arhitekturirukovodili su J.H. Lejning Jr.Albert HopkinsRičard BatinRamon AlonsoHju Bler-Smit. Letni hardver je proizveden u 'Raytheonu'.

[8]NASA je 1963. zaključila da najefikasniji način za sprovođenje programa raditi na dva koloseka: 'Blok 1'je bio preliminarni dizajn predviđen jedino za pobne letova na nisku orbitu oko Zemlje; i 'Blok 2', što bi bila verzija za let na Mesec.

U nastavku drugog dela serijala:

PLANIRANJE PUTOVANJA NA MESEC

Izrada softvera za 'Apolo'je bila daleko složenija zadaća od dizajniranja hardvera. 


 FELJTON Pola veka Apoll 11 

 

 

Draško Dragović
Author: Draško Dragović
Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi:


Dodaj komentar


 


leksikon 190


 

stranica posmatraci2019


 

CURRENT MOON


tvastronomija18