il computer di guida

Per navigare nello spazio è necessario un computer che controlli la traiettoria della navicella.

Le Mercury erano telecomandate da Terra.
I computer del centro di controllo eseguivano tutti i calcoli relativi alle manovre ed emettevano gli impulsi radio che guidavano la navicella.
Con la Gemini il computer di guida fu trasferito a bordo delle navicelle stesse.

Il computer di guida legge i dati dei sensori, li elabora ed attiva i motori di assetto e di propulsione, al fine di guidare la navicella lungo la traiettoria prestabilita nel piano di volo.
Non sempre il piano di volo definisce la traiettoria da seguire.
Talvolta indica solo il punto di un rendezvous e lascia al computer di guida il compito di calcolare la traiettoria ottimale per raggiungere quel punto.

Il computer della Gemini controllava tutte le fasi del volo : il lancio, le complesse manovre di aggancio, i cambiamenti dell’orbita e la delicata fase del rientro.
Era anche in grado di pilotare il Titan, nel caso in cui il computer di quest’ultimo si fosse guastato durante il lancio.

Ecco come era fatto il computer - figure 1 e 2.
Nelle figure si vedono dei connettori di forma circolare : servono a connettere il computer alle batterie di alimentazione, ai sensori ed agli attuatori.
Nella figura 1, all’interno della scatola si nota un cubo di colore bianco : è la memoria.
Nella figura 2 si vedono una tastiera ed un display simile a quello delle calcolatrici : sono l’interfaccia uomo-macchina.

Come erano fatti i componenti elettronici del computer?
Non ho trovato delle foto, ma dovevano essere simili ai componenti dei computer terrestri come quelli della figura 3.
Erano transistor, diodi, resistenze e qualche condensatore saldati su un certo numero di circuiti stampati delle dimensioni 114 x 67 mm.
Poi questi circuiti stampati erano infilati come cartoline in un telaio (figura 4) che provvedeva a collegarli tra di loro ed alla memoria.

Davvero molto interessante!! Grazie Mustrela_Erminea!!

Wow! preistoria elettronica! Ma senza quella non saremmo qui a scambiarci idee, foto, notizie sparsi per il mondo in tempo reale!!!

Ottima descrizione Mustela, se puoi cerca di approfondire l’argomento perché è davvero interessante.

Ricordiamoci che il computer della Gemini era un oggetto (per l’epoca s’intende…) davvero sofisticato, tanto da consentire i calcoli necessari ad effettuare la manovra di rendez-vous con l’Agena.
In pratica il precursore del computer DSKY alfanumerico utilizzato dalle succesive Apollo.

Il lancio, le operazioni orbitali ed il rientro si svolgono in sequenza, una dopo l’altra.
Quindi non è necessario che la memoria del computer contenga in sè tutti i programmi di volo sin dal principio.
Ed era impossibile, dato che la memoria del computer era di soli 20K.
I programmi dovevano essere trasferiti nella memoria solo quando servivano.
A questo scopo si è utilizzato un nastro magnetico (figura 5).
Questo dispositivo riusciva a riprogrammare la memoria del computer in soli 6 minuti.
La capacità del nastro estendeva lo spazio disponibile per i programmi di 7,5 volte.

Il nastro è dotato di una testina di lettura, come tutti i dispositivi di memoria magnetici.
Ma cosa succede se questa testina sbaglia a leggere il nastro?
E’ un fatto che può sempre succedere a causa di polvere che si accumuli sul nastro o per le vibrazioni che inevitabilmente si producono durante un volo spaziale.
Per limitare l’effetto di un errore di lettura gli ingegneri della IBM hanno adottato un metodo ingegnoso ed efficace.
Il nastro è suddiviso in 3 piste.
Su ciascuna delle piste è memorizzato lo stesso programma, e le piste sono lette da 3 testine indipendenti.
In breve : se una delle testine sbaglia a leggere, viene corretta dalle altre due.
Si stimava che nel leggere il nastro una testina avesse una probabilità di 1/100.000 di sbagliare.
Mentre la probabilità che 2 testine indipendenti sbagliassero contemporaneamente era di 1/1.000.000.000 .
Se 2 testine avessero sbagliato contemporaneamente avrebbero zittito la terza testina e il programma sarebbe stato caricato male, ma questo fatto poteva accadere solo una volta su un miliardo!
Un sistema simile è stato adottato anche sul computer di guida del vettore Saturn.
Solo che in questo caso non riguardava il funzionamento di un nastro magnetico, ma il computer stesso!
Infatti sul Saturn operano in parallelo 3 computer che confrontano i risultati dei loro calcoli : se uno di loro sbaglia viene escluso dagli altri 2.
Sullo Shuttle i computer che operano in parallelo sono addirittura 5.

Il dispositivo a nastro ha volato per la prima volta sulla Gemini 8, dove ha subito anche un collaudo in condizioni critiche dato che la navicella è stata costretta ad un rientro d’emergenza.

L’interfaccia uomo-macchina del computer della Gemini era sorprendentemente semplice ed efficace.
E’ illustrata in figura 6.
E’ costituita da una tastiera, da un display che visualizza 7 cifre, e da 3 tasti ausiliari.
ENTER significa esegui il comando.
CLEAR cancella il comando.
READ OUT serve per richiedere al computer di visualizzare delle informazioni sul display.
Per esemplificarne il funzionamento si può fare un semplice esempio.
Supponiamo di voler ruotare la navicella di +45 gradi.
L’astronauta deve inserire nel computer un numero di 7 cifre e premere il tasto ENTER.
Dopodichè l’operazione è automatica.
Le prime 2 cifre indicano l’operazione da compiere (nel nostro caso ruotare la navicella).
Le altre 5 cifre indicano l’angolo di rotazione (nel nostro caso +45 gradi).
Quindi l’astronauta avrebbe introdotto un numero del tipo 37.00045 e premuto ENTER.

  • Ho supposto che 37 significhi ruotare, e 00045 di +45 gradi -
    I dettagli del funzionamento sono differenti, ma il principio è lo stesso.
    Questa interfaccia si è rivelata affidabile ed intuitiva tanto che la si è ripresa in forma più evoluta anche sulle navicelle Apollo.

La figura 7 indica la disposizione del computer di guida e della piattaforma inerziale della Gemini.
Il “Manual Data Insertion Unit” indicato sul cruscotto è la tastiera e il display.

Veramente avvincente!! Semplice e funzionale (il contrario di Microsoft…) :wink:

Veramente avvincente!! Semplice e funzionale (il contrario di Microsoft...) :wink:

Anche Winzoz usa 3 tasti ausiliari … Ctrl+Alt+Canc :wink:

Fantastico!

Sempre per rimanere in tema, non so se conoscete questo sito! Raccoglie alcuni schemi elettrici del CMC (Computer del Modulo di Comando) dell’Apollo.

http://klabs.org/history/ech/agc_schematics/index.htm

Se si osservano i componenti elettronici di logica, si può capire quanto la tecnologia di integrazione era ancora agli albori. Le cellette della memoria volatile erano costituite da Flip Flop SR, JK e Master Slave, realizzate con operatori NOR a 2 o 3 ingressi!! Alcuni degli stadi di controllo invece, erano costituiti da transistor BJT che hanno aperto la strada all’integrazione di dispositivi TTL.

Le imprese spaziali hanno portato dei grandi benefici alla nostra società! Andare in un posto tanto ostile quale lo spazio, ha permesso alla ricerca di far crescere in maniera esponenziale la nostra tecnologia! Non posso che chiedermi: dove saremmo arrivati ora se non avessimo smesso di andare sulla Luna?

Ciao a tutti e a presto!

Matteo Negri
Segretario e responsabile della sezione organizzazione
osservazioni astronomiche sociali in Italia del
Gruppo Astrofili Columbia di Ferrara

Trattazione personale “Si, siamo andati sulla Luna! Ecco le prove!”: http://www.astrofilicolumbia.it/SiSiamoAndatiSullaLuna.htm

Email: segretario@astrofilicolumbia.it - matteo.ne@alice.it
Sito web: www.astrofilicolumbia.it

....Le cellette della memoria volatile erano costituite da Flip Flop SR, JK e Master Slave, realizzate con operatori NOR a 2 o 3 ingressi!! Alcuni degli stadi di controllo invece, erano costituiti da transistor BJT che hanno aperto la strada all'integrazione di dispositivi TTL.....

eehh ???

Post interessantissimo, ancor di più per me visto che sono tecnico informatico. :wink:

Mi piacerebbe molto un approfondimento sui computer dello Shuttle, qualcuno mi da una mano? :stuck_out_tongue:

il computer degli Shuttle è costituito da 5 unità denominate AP-101.
Sono le stesse che equipaggiano i bombardieri B-52, i caccia F-15 e A-6E.

Sono elaboratori a 32 bit con la stessa architettura del Sistema/360 IBM.
Hanno una capacità di memoria di 4Mbytes.
Fino ai primi anni '90 erano equipaggiati con memorie a nuclei di ferrite (vedi il post successivo).
Poi con memorie a semiconduttore (AP-101S).

AP-101 ha un set di 154 istruzioni e deriva da una versione a 16 bit, il System/4Pi IBM che equipaggiava lo Skylab.

AP-101 è programmato in linguaggio HAL/S (High-order Assembly Language), un linguaggio macchina strutturato.
L’elaboratore utilizza circuiti integrati TTL - significa che utilizza solo transistor, non ci sono più resistenze e condensatori.

Per approfondimenti :
https://spaceflight.nasa.gov/shuttle/reference/shutref/orbiter/avionics/dps/gpc.html
http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/computers/Ch4-3.html
http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/computers/Ch3-2.html
http://www-03.ibm.com/ibm/history/exhibits/space/space_shuttle.html
http://www-03.ibm.com/ibm/history/exhibits/space/space_skylab.html

Riassunti :
http://en.wikipedia.org/wiki/AP-101
http://en.wikipedia.org/wiki/System/4_Pi

Il linguaggio HAL/S :
http://en.wikipedia.org/wiki/HAL/S
http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/computers/Appendix-II.html
http://www.brouhaha.com/~eric/nasa/hal-s/

La memoria - il cubo bianco che si vede in figura 1 - è costituita di 159.744 minuscoli anellini di ferrite (figura 8 ).
Un anellino può essere magnetizzato, come l’ago di una bussola, in un senso o in senso opposto : in questo modo si possono memorizzare i dati.
Ciascun anellino era fissato su un telaio di fili di rame, simile a quello illustrato nelle figure 9 e 10.
E diversi di questi telai erano impilati uno sull’altro, in modo da formare un cubo simile a quello di figura 11.
Gli anellini vengono magnetizzati in un senso o in senso opposto, dalle correnti che percorrono i fili di rame che li intercettano : è così che si memorizzano i dati.

Questo particolare tipo di memoria è nota come memoria a nuclei di ferrite.
Tutte le navicelle spaziali USA - compresi gli Shuttle fino a qualche anno fà - erano equipaggiate con questo tipo di memoria.
Questo è dovuto a due pregi della memoria a nuclei : non perde i dati quando c’è un calo di tensione, ed è particolarmente resistente alle radiazioni.

a proposito …

Lo Shuttle è comandato da computers.
Ogni operazione è controllata dai computers : la navetta và automaticamente in orbita - gli astronauti si limitano a starsene seduti.
L’aspetto più spettacolare è l’atterraggio.
Quando sanno dove devono atterrare, gli astronauti premono uno dei tre tasti - segnati come Edwards, White Sands e Kennedy - che indicano al computer la località prescelta.
In quel momento tutto cambia così velocemente che la discesa deve essere automatica.
Ma a 1200 metri accade qualcosa che non fà il computer : il pilota preme il pulsante che abbassa il carrello d’atterraggio.
Ciò mi è apparso molto strano, come una sciocchezza attinente alla psicologia dei piloti.
Agli occhi dell’opinione pubblica, essi sono degli eroi; in realtà non hanno niente da fare finchè non premono il pulsante del sistema di atterraggio, ma si crede che guidino la navetta.
Però loro non sopportano l’idea di non avere, in realtà, niente da fare.
A me sembrava sarebbe stato più sicuro se ad abbassare il carrello fosse stato il computer, in considerazione dell’eventualità che gli astronauti fossero svenuti.
Gli ingegneri del software erano daccordo con me; aggiunsero che un carrello abbassato al momento sbagliato poteva far correre rischi enormi.

Tratto dal libro “Che ti importa di ciò che dice la gente?”, di Richard P. Feynman

Feynman è un gran birbaccione! Comunque ha ragione,i piloti dello Shuttle (comandante+pilota) sono più dei “gestori di sistema” che dei piloti quando sono sullo shuttle (però sono tutti piloti collaudatori),ma nell’accezione comune si pensa che uno shuttle si possa pilotare come una macchina o un camion.Dico che è un birbaccione perchè anche lui sa che nn è poi che il loro lavoro sia solo premere una manciata di tasti,ma preferisce scrivere che gli astronauti siano dei ragazzoni che giocano,magari anche un po’ stupidi (almeno a giudicare dalla frase postata) e/o ingenui.

Grazie per le info! :wink:

Domanda: non ho capito se lo Shuttle è sempre stato fatto atterrare dai computer fin dagli albori o se nelle prime missioni gli astronauti intervenivano con qualche operazione manuale che andasse al di là della semplice discesa del carrello…
E ancora: in caso di super guasto ai computer di bordo (eventualità praticamente impossibile ma facciamo comunque gli opportuni scongiuri…) gli astronauti sarebbero in grado di tentare perlomeno una qualsiasi manovra di atterraggio o i comandi dell’orbiter (cloche in primis) sono palesemente inutili??

Essenzialmente la maggior parte dell’addestramento di un astronauta consiste nel saper reagire alle emergenze.Credo che l’intervento umano sia possibile nell’ultima parte della discesa,e non credo si limiti solo ad abbassare il carrello,comunque mi pare che vi siano stati malfunzionamenti che hanno costretto ad utilizzare le capacità del pilota,anche in orbita.Sicuramente nei primi voli di collaudo dello shuttle hanno simulato qualche emergenza.

A tal proposito mi torna in mente l’atterraggio del Columbia a White Sands al rientro di STS-3… l’improvvisa impennata del muso dell’orbiter (corretta prontamente da Lousma) da cosa era stata causata? Si era detto che centrava l’aerofreno… ma perché ha “sbagliato” il computer (ipoteticamente non programmato ad hoc) o per cause “umane”?

A tal proposito mi torna in mente l'atterraggio del Columbia a White Sands al rientro di STS-3.... l'improvvisa impennata del muso dell'orbiter (corretta prontamente da Lousma) da cosa era stata causata? Si era detto che centrava l'aerofreno... ma perché ha "sbagliato" il computer (ipoteticamente non programmato ad hoc) o per cause "umane"?

Non vorrei dire un stupidata ma mi sembra che anche l’attivazione degli aerofreni sia manuale, non so però se nel caso specifico l’errore fosse un errore “umano”, di anticipo del collaudatore oppure un errore dei calcoli eseguiti preventivamente, del timing corretto, a terra…

a proposito ...

Lo Shuttle è comandato da computers.
Ogni operazione è controllata dai computers : la navetta và automaticamente in orbita - gli astronauti si limitano a starsene seduti.
L’aspetto più spettacolare è l’atterraggio.
Quando sanno dove devono atterrare, gli astronauti premono uno dei tre tasti - segnati come Edwards, White Sands e Kennedy - che indicano al computer la località prescelta.
In quel momento tutto cambia così velocemente che la discesa deve essere automatica.
Ma a 1200 metri accade qualcosa che non fà il computer : il pilota preme il pulsante che abbassa il carrello d’atterraggio.
Ciò mi è apparso molto strano, come una sciocchezza attinente alla psicologia dei piloti.
Agli occhi dell’opinione pubblica, essi sono degli eroi; in realtà non hanno niente da fare finchè non premono il pulsante del sistema di atterraggio, ma si crede che guidino la navetta.
Però loro non sopportano l’idea di non avere, in realtà, niente da fare.
A me sembrava sarebbe stato più sicuro se ad abbassare il carrello fosse stato il computer, in considerazione dell’eventualità che gli astronauti fossero svenuti.
Gli ingegneri del software erano daccordo con me; aggiunsero che un carrello abbassato al momento sbagliato poteva far correre rischi enormi.

Tratto dal libro “Che ti importa di ciò che dice la gente?”, di Richard P. Feynman

Feynman è un gran birbaccione!

Se ha scritto veramente quanto riportato da Mustela, mi viene in mente un altro aggettivo che finisce per …one.
Come si fa a dire che gli Astronauti non hanno NIENTE da fare ?
Forse il signore ha visto troppe scene alla Armageddon ?
Si immagina gli Astronauti come squadre di Rambo che devono lottare coi muscoli per dominare la macchina imbizzarrita ?
Certo, oggi anche molti aerei di linea hanno la capacità di atterrare con visibilità nulla, ma come mai nessuna compagnia utilizza questa capacità ?
Il signor Feynman avrà mai provato a seguire in un cockpit, insieme ai piloti, un avvicinamento con visibilità inferiore ai 200 metri ?
Oppure uno con turbolenza severa ?
Per atterrare con lo Shuttle devo solo schiacciare il pulsante del carrello ?? Cavolo, allora mi prenoto per un volo !

Scusate lo sfogo, Fabio