A Holdraszállás informatikai háttere

A 20. századot nagyon sokféle kornak hívták már. Először atomkornak, azután űrkorszaknak, végül az Internet korának. Tény, hogy a század végére a számítástechnika robbanásszerű elterjedése a jellemző, ami az emberi élet minden részébe beférkőzött, tehát talán az utolsó elnevezés a legjellemzőbb, de rám a legnagyobb hatással az űrhajózás volt. Még most is elolvasom a Tudomány rovatok ide vonatkozó részeit, de gyermekkorom meghatározó élménye volt a holdraszállás. A megvalósítás az akkori tudomány és technika csúcsát jelentette. Ebben kulcsszerepük volt a számítógépeknek, ami a ma emberének természetes is, de talán meglepőnek számít, hogy az űrhajó számítógépének háttértára 74KB, a RAM-ja 4 KB volt. Ma, amikor egy sótartót is AutoCad-del terveznek, gigabájt RAM-okkal és többmagos processzorokkal, talán meglepőek ezek az adatok.

A holdraszállás számítógépes háttere

Talán a korszakkal kezdeném. A második világháború végéig a németeken kívül senki nem tudott ballisztikus rakétát építeni. Maximum a Katyusáig jutottak a többiek (hatótávolság: 1-2 km), de olyat, mint a V2, amelyik a kontinensről indítva Angliában célba talál, csak a németek tudtak. A győztes hatalmak természetesen minden információt és tudóst, mérnököt igyekeztek megszerezni a háború után, és nemsokára el is kezdődött az interkontinentális ballisztikus rakéták fejlesztése mindkét oldalon, amivel elérhették egymás területét. (a Szovjetunió és az USA ekkor már fenyegették egymást, ez volt a hidegháború kezdete.) Ezekből a rakétákból fejlesztették ki - először a szovjetek - az első űrrakétát, és állították pályára az első műholdat, a Szputnyikot 1957. október 4-én.

Az amerikaiak is gondolkodtak már ezen, ezért maga a tény várható volt. Amin megdöbbentek, az a műhold tömege volt (600 kg), amire egyrészt ők még nem voltak képesek, másrészt ez azt jelentette, hogy az oroszok a világ bármely részére el tudják juttatni a világ legnagyobb bombáját is. Ettől az időponttól indult az űrverseny. Az USA azonnal pénzt pumpált az űrkutatásba, és 1958. február elsején ők is felbocsátották a saját műholdjukat, az Explorer-I-et. A kilövést és pályára állítást egy Burroughs típusú elektroncsöves számítógép végezte, amely 3 m hosszú, és 2 m magas volt, és összes tároló kapacitása 5 KB –ot tett ki..

Itt át kell térnünk a technikai fejlődésre.

Aki már tanult számítástechnikát, az megtanulta a számítógép generációkat is. A 40-es években az elektroncső volt a gép lelke (1. generáció). Ez nagy volt, és az első valamire való gépben 18000 db működött. Ez a gép több emelet magas volt, és egy óriási terem volt tele vele. A 60-as években az elektroncsövet felváltotta a tranzisztor, amely hatalmas méretcsökkenést jelentett (2. generáció). A 70-es évek az integrált áramkörök évtizede volt. Egy-egy integrált áramkör több tízezer tranzisztort tartalmazott (3. generáció). Az integrált áramköröket a processzorok váltották fel a 80-as években, amelyek már milliószámra tartalmazták a tranzisztorokat (4. generáció), és itt tartunk ma is.

Mindezt azért bocsátottam előre, hogy értékelni tudják az akkori gépek fejlettségét. Már a fent leírt gép (a Burroughs) is nagyon modernnek számított, hiszen a tranzisztoros gépek csak a következő évtizedben jelentek meg. Az Apolló programhoz használt gépek pedig (még mindig a 60-as években) már integrált áramköröket tartalmaztak (Ez volt az integrált áramkörök első alkalmazása a világon!) Akkor nézzük konkrétan a küldetést: 1. A háromfokozatú rakétának a második szökési sebesség fölé kellett gyorsítania az űrhajót, és pályára kellett állítania. Ez után eseménytelen napok következtek, amíg elérték a Holdat. 2. Ott - megint a számítógépnek - Hold körüli pályára kellett állítania az űrhajót, amiről levált a holdkomp. 3. A holdkomp vezérlése is a computer feladata volt, hogy puhán landoljon.

Ekkor kiszállt a két űrhajós, megérkezett a Földre Armstrong híres „kis lépés az embernek, de nagy lépés az emberiségnek” üzenete, összegyűjtöttek kb. 20 kg holdkőzetet, és beszálltak a holdkompba, hogy visszatérjenek. 4. Számomra ez a visszatérés volt a csúcsteljesítmény. Fönt valahol kering egy néhány méteres test, és ők úgy szállnak fel, hogy azt kint a végtelen űrben eltalálják, sőt dokkolnak rajta, amihez ugye legalább cm-es pontosság kell. Persze ezt is a számítógép vezérelte. 5. És persze a Föld megközelítése, ahol megint nem lehet tévedni, mert, ha rossz szögben érik el a légkört, eléghet az egész űrhajó, vagy visszapattanhat, mint a vízen kacsázó kavics. És ez is hibátlanul sikerült!

Most jön a lényeg, a gépek:

A hardver:

Lent a földön egy óriási számítóközpont működött, az akkori csúcsgépekkel. Erről annyit érdemes tudni, hogy egy 1995-ös 386-os gép többet tudott, mint az egész számítóközpont együttvéve.

Az űrhajó keringő részén egy 30 kg tömegű számítógép volt. Tartalmazott 5000 integrált áramkört, 74 KB rögzített memóriát, és 4 KB átírható memóriát, amit ma RAM-nak neveznénk. A memóriákat műanyagba ágyazott, ferritgyűrűk köré szőtt rézvezetékek alkották. Egy ugyanilyen gép volt a holdkompon is.

Mindkettőhöz tartozott még egy-egy 10 kg – ot nyomó beviteli, és megjelenítő eszköz (balra). Ezen csak számbillentyűk voltak, meg néhány speciális gomb, és fotodiódás kijelzők. A parancsokat a "Verb" gomb megnyomását követően lehetett kiadni, míg az adatokat a "Noun" gomb egyidejű lenyomásával lehetett bevinni.

A szoftver:

A rögzített memória tárolta a programokat, az állandó paramétereket és a Holdra szálláshoz szükséges koordinátákat, melyek összesen 36864 "szóból" álltak, mindegyik 16 bit hosszúságú volt. Ez összesen 74 kilobájtnyi memóriát jelent. A törölhető memóriában kaptak helyet a számítások eredményei, illetve itt foglaltak helyet a logikai műveletek regiszterei. Ez a memória csupán 2048 x 16 bitnyi adatot volt képes tárolni.

Bár a számítógépek igen lassúak voltak és hihetetlenül kevés memóriával rendelkeztek, már valós idejű, többszálú programfuttatásra képes multitasking rendszert kaptak (multitasking=Több, egymástól független program egyidejű futtatása). Mivel igen kevés memória állt rendelkezésre, a programoknak osztozniuk kellett a memóriacímeken. A fejlesztőknek a tesztelés során arra kellett a legnagyobb figyelmet fordítaniuk, hogy a programok ne használjanak azonos memóriaterületet futásuk során. Az adatok véletlen felülírása veszélybe sodorta volna a küldetést és az űrhajósok életét is.

A számítógépeket felkészítették arra az esetre is, ha valami miatt újra kellene indítani őket, illetve a hibatűrés is elsődleges szempont volt a fejlesztés során. A megszakítás-vezérelt rendszer egyes kritikus programokat, például az automatikus pilóta programot magasabb prioritáson futtatta, ennek köszönhetően azok akkor is üzemeltek, ha a számítógép többi programja hibásan működött vagy lefagyott.

Cikkem végén a szokásos „csemege” is ehhez kapcsolódik.

Azon a bizonyos 1969. július 20-ai napon Neil Armstrong és Buzz Aldrin beszállt a holdra-szálló modulba és megkezdte az ereszkedést. Mindössze 2000 méter magasan jártak és a rakéták hat perce üzemeltek a végső, 12 perces lassítási művelet során, amikor a számítógép sárga jelzőfénye kigyulladt és a rendszer 1202-es hibát, memória túlterhelést jelzett. Az űrhajósok eligazítást kértek a központtól.

A memória túlterhelést a radarvezérlő program okozta. A hibatűrő számítógép azonban ezeket a másodlagos, az ereszkedés szempontjából lényegtelen adatokat figyelmen kívül hagyta, s folytatta a kritikus számításokat. A végső szót Steve Bales, a vezérlőteremben tartózkodó 26 éves AGS-szakértő (AGS=Apollo Navigációs Rendszer) mondta ki, miután a szimuláció során hasonló problémákat megtapasztalt Jack Garman is megerősítette abban, hogy a küldetés tovább folytatódhat. Bales később gyors és helyes döntéséért szintén megkapta az űrhajósoknak is járó Szabadság Érem kitüntetést.

A visszatérés előtt a számítógépet többször újraindították, s bár a radar programja továbbra sem működött megfelelően - folyton 1201-es vagy 1202-es hibát jelzett a számítógép -, a rendszer képes volt minden fontos művelet elvégzésére, így az űrhajósok elhagyhatták a Holdat, és végül épségben hazatérhettek.