在麻省理工学院阿波罗任务的幕后

50年前的这个星期,人类第一次到另一个世界探险,阿波罗11号在月球着陆,两名宇航员在月球表面行走。那一刻改变了世界,至今仍在影响着我们。

麻省理工学院的深度和不同连接划时代的事件,其中有许多被描述在麻省理工学院的新闻——开始几年前实际着陆,当麻省理工学院实验室仪器(现在的德雷珀实验室)签署了第一个合同授予的阿波罗计划后宣布约翰·肯尼迪总统在1961年。该研究所的参与在整个项目中继续进行,今天仍在继续。

麻省理工学院在创造往返月球任务的导航和制导系统方面所发挥的作用已在书籍、电影和电视剧中得到广泛认可。但该研究所参与阿波罗计划及其遗产的许多其他方面,包括在机械和计算工程、仿真技术、生物医学研究和行星形成地球物理学方面的进展,仍然不那么出名。

在这个50周年纪念日前后,各种媒体对阿波罗计划的回忆越来越多,这里收集了一些关于一些无名英雄和不为人知的事实的小片段,这些事实来自阿波罗计划和麻省理工学院在其中扮演的核心角色。

电子新时代

控制宇宙飞船的计算机系统及其软件——被称为阿波罗制导计算机,由麻省理工学院仪器实验室团队在埃尔登霍尔的领导下设计——是在许多方面推动技术进步的杰出成就。

AGC的程序是用最早的编译器语言之一MAC编写的,MAC是由仪器实验室工程师哈尔·拉宁(Hal Laning)开发的。计算机本身,1立方英尺的阿波罗制导计算机,是第一个重要的硅集成电路芯片的使用,并大大加快了微晶片技术的发展,进而改变了几乎每一个消费产品。

在这个时代,大多数电脑占据了整个温控房间,紧凑的AGC是独特的小和轻。但它的大多数“软件”实际上是硬连线的:程序是由编织而成的,用微小的甜甜圈形状的金属“核”像串珠一样串在一组电线上,一根给定的电线穿过甜甜圈外面代表0,或者穿过洞代表1。这些所谓的绳状记忆是在波士顿郊区的雷神公司制造的,主要是由那些因为在纺织行业有经验而被雇佣的女性完成的。一旦制作完成,就无法改变绳子内部的单个位,因此对软件的任何更改都需要编织一条全新的绳子,而且最后一刻的更改是不可能的。

大卫《弗朗西斯和大卫Dibner工程和制造历史的教授,在他的书中指出“数字阿波罗”系统第一次代表任何类型的计算机被用来控制,实时,许多功能的车辆携带人类——这一趋势继续加速成为世界走向无人驾驶车辆。就在阿波罗成功之后,AGC被直接改装成F-8战斗机,为飞机创造了第一个有线飞行系统,飞机的控制表面通过计算机移动,而不是直接的电缆和液压系统。麻省理工学院16.895J班(工程阿波罗:作为一个复杂系统的月球工程)每隔一年开课。

尽管计算机在当时很先进,但今天的计算机用户几乎认不出它的真面目。它的键盘和显示屏看起来更像微波炉而不是电脑:一个简单的数字键盘和几行五位数的发光显示屏。甚至用于测试正在开发的代码的大型主机计算机也没有程序员见过的键盘或显示器。程序员用手写代码,然后把它打到穿孔卡片上——每行一张卡片——然后把这副卡片交给计算机操作员。第二天,这些卡片将与程序输出的打印输出一起返回。在很久以前的电子邮件时代,团队之间的交流常常依赖于手写的纸笔记。

无价的岩石

麻省理工学院参与阿波罗计划的地球物理方面的工作也可以追溯到早期的计划阶段,并一直持续到今天。例如,地震学专家Nafi Toksoz教授帮助开发了一个地震监测站,宇航员将其安置在月球上,这有助于更好地了解月球的结构和形成。“这是我做过的最困难的工作,但肯定是最令人兴奋的,”他说。

托克索兹说,阿波罗地震仪的数据“彻底改变了我们对月球的认识”。地球上持续几分钟的地震波持续了两个小时,结果证明这是月球极度缺水的结果。“这是我们从未预料到的,也从未见过的,”他回忆道。

第一个地震仪在宇航员着陆后不久就被安置在月球表面,包括托克索兹在内的地震学家立即开始看到数据——包括宇航员在月球表面迈出的每一步。即使当宇航员在早晨起飞前返回着陆器睡觉时,研究小组也能看到Buzz Aldrin ScD ‘ 63和Neil Armstrong度过了一个不眠之夜,他们的每一次辗转反侧都被忠实地记录在了地震的痕迹上。

吉恩·西蒙斯(Gene Simmons麻省理工学院的教授是最早的科学家获得NASA公布的月球样品尽快从隔离,和他和其他人在现在的地球上,地球和大气科学(eap)继续工作这些样品。作为校园会议的一部分,他向公众展示了月球岩石和土壤的一些样本,这是他们第一次近距离展示月球岩石和土壤样本,有些人甚至有机会触摸这些样本。

EAPS的其他人几乎从一开始就在研究阿波罗的样本。地球和行星科学教授蒂莫西·r·施罗克(Robert R. Shrock) 1971年在哈佛大学(Harvard University)读研究生时开始研究阿波罗号的样本,从那以后就一直在进行相关研究。格罗夫说,这些样本使我们对行星形成过程有了重大的新认识,帮助我们更好地了解地球和其他行星。

其他发现,岩石显示,氧气和其它元素的同位素的比率在月球岩石与陆地岩石相同但完全不同的比任何陨石,证明地球和月球有一个共同的起源和主要假设月球是通过从行星大小的身体产生巨大的影响。这些岩石还表明,月球的整个表面很可能曾一度熔融。格罗夫说,一个行星可以被岩浆海洋覆盖的想法让地质学家们大吃一惊。

至今仍有许多谜团,对岩石和土壤样本的分析仍在继续。格罗夫说,在这些样本中“仍然发现了许多令人兴奋的东西”。

整理事实

在关于阿波罗计划的大量宣传和新书、文章和节目中,不可避免地有些事实——有些琐碎,有些重要——被打乱了。蒂尔科在他的“阿波罗工程”课上谈到了其中的一些神话。他说,“人们倾向于过度简化”任务的许多方面。

例如,许多描述描述了在任务的最后四分钟来自制导计算机的警报序列,迫使任务控制人员做出大胆的决定,尽管问题的性质尚不清楚。但是,为AGC编写着陆软件的仪器实验室程序员唐·埃尔斯(Don Eyles)说,他读到的关于这一系列事件的描述中,没有一个是完全正确的。据埃尔斯说,很多人声称这个问题是由于交会雷达开关一直开着,导致数据过载,导致计算机重新启动。

但是埃勒镇说实际的原因是一个更加复杂的一系列事件,包括一个至关重要的两个电路之间只发生在极少数情况下,因此在测试中很难发现,可能和最后的讨论一下把一个至关重要的开关位置,允许它发生。埃尔斯在一本关于阿波罗岁月的回忆录和一篇可以在网上找到的技术论文中描述了这些细节,但他表示,这些细节很难简单地总结出来。但他认为,诺曼梅勒(Norman Mailer)的书《月球之火》(of a Fire on the Moon)可能是最接近的,抓住了问题的本质。梅勒在书中称,这个问题是由一个“偷偷摸摸的电路”和机载检查表中一个“无法检测”的错误造成的。

一些账户将AGC描述为与今天的普通智能手机相比非常有限和原始的计算机,Tylko承认它的能力只占今天智能设备的一小部分——但是,他说,“这并不意味着它们是简单的。虽然AGC只有大约36 kb的只读内存和2 kb的随机访问内存,但“它非常复杂,充分利用了当时可用的资源,”他说。

Tylko说,在某些方面,它甚至走在了时代的前面。例如,Laning和仪器实验室的Ramon Alonso一起开发的编译器语言使用的体系结构相对直观,易于交互。基于“动词”(要执行的动作)和“名词”(要处理的数据)的系统,“它可能已经进入了pc的架构,”他说。“这是一个基于人类思维方式的优雅界面。”

有些说法甚至声称,电脑在下降过程中出现故障,宇航员尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)不得不接管控制并手动着陆,但实际上,部分手动控制一直是计划的一部分,在整个任务过程中,电脑始终处于最终控制状态。宇航员大卫·斯科特·SM ‘ 62曾在两次阿波罗任务中使用过这台电脑。他说,在整个阿波罗计划中,没有一台机载电脑出现过故障:“我们从来没有出过故障,我认为这是一个了不起的成就。”

在幕后

据仪器实验室的继任者德雷珀实验室(Draper Laboratory)说,在该项目的高峰期,麻省理工学院仪器实验室共有约1,700人从事阿波罗计划的软硬件工作。德雷珀实验室于1973年从麻省理工学院分离出来。几的,比如near-legendary“医生”德雷伯自己查尔斯·斯塔克·德雷珀的26日,SM – 28日ScD的38岁的前美国航空航天(航空航天系)——已经成为广为人知的角色任务,但大多数却在一直工作,和许多继续完全不同种类的阿波罗计划后的结束工作。

玛格丽特·汉密尔顿(Margaret Hamilton)是仪器实验室软件工程部门的负责人,除了项目本身,她几乎不为人知,直到2010年代中期,一张她在原始AGC代码堆旁的标志性照片开始在社交媒体上流传。2016年,她被授予美国总统巴拉克•奥巴马(Barack Obama)总统自由勋章,麻省理工学院的教授Jaime Peraire的航空航天系的汉密尔顿说,“她是一个真正的软件工程的先锋,不夸张地说,她和仪表实验室的软件工程部门领导,让我们在月球上。在阿波罗计划之后,汉密尔顿成立了一家软件服务公司,她现在仍然领导着这家公司。

许多其他在软件和硬件开发中扮演主要角色的人,多年来也很少认识到自己的角色。例如,哈尔巷40博士的47岁了AGC的编程语言,还设计了其执行操作系统,它使用什么当时处理多个程序的新方法,通过分配每一个优先级,最重要的任务,例如控制登月舱的推进器,总是会照顾。“Hal是我们有机会合作过的最聪明的人,”仪器实验室工程师Dan Lickly告诉《麻省理工技术评论》。这种优先级驱动的操作系统被证明是让阿波罗11号安全着陆的关键,尽管在登月过程中1202次警报响起。

软件工程师达娜•丹斯莫尔(Dana Densmore)回忆说,尽管参与该项目的团队中大多数是男性,但与当时NASA中男性占主导地位的工作人员相比,麻省理工学院的实验室相对更欢迎女性。登斯莫尔是登月软件的控制主管,他告诉《华尔街日报》,“NASA有几个女人,她们把她们藏起来。在实验室里,情况就大不相同了,“那里的女性有机会在这个项目中扮演重要角色。

汉密尔顿回忆说,当时仪器实验室的氛围是一种真正的奉献精神和任人唯贤的氛围。正如她在2009年接受《麻省理工学院新闻》(MIT News)采访时所说,“想出解决方案和新想法是一次冒险。奉献和承诺是被给予的。相互尊重是全面的。因为软件是一个谜,一个黑盒子,上层管理给了我们完全的自由和信任。我们必须想办法,我们做到了。回首过去,我们是世界上最幸运的人;我们别无选择,只能做先锋。”

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:http://news.mit.edu/2019/behind-scenes-apollo-mission-0718

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