Toimittajan huomautus: Tämä artikkeli on osa sarjaa, jossa pohditaan Apollo 11 -lentoa 50 vuotta myöhemmin.
Ilman Apollo-avaruusaluksessa olleita tietokoneita ei olisi ollut kuuhun laskeutumista, ei voittoisaa ensimmäistä askelta, ei ihmisen avaruusmatkailun korkeinta vesirajaa. Lentäjä ei olisi koskaan voinut navigoida tietä kuuhun, ikään kuin avaruusalus olisi ollut vain tehokkaampi lentokone. Lennon aikana tehtävien säätöjen edellyttämät laskelmat ja työntövoiman ohjauksen monimutkaisuus ylittivät ihmisen kyvyt.
Apollo-ohjaustietokone oli molemmissa muodoissaan – toinen avaruusaluksen ytimessä ja toinen kuumoduulissa – insinööritaidon riemuvoitto. Tietokoneet olivat olleet huoneen kokoisia ja täynnä tyhjiöputkia, ja vaikka Apollo-tietokone ei 70 kilollaan ollutkaan vielä aivan miniatyyri, se aloitti ”siirtymän siitä, että ihmiset kehuskelevat sillä, kuinka suuria heidän tietokoneensa ovat … siihen, että he kehuskelevat sillä, kuinka pieniä heidän tietokoneensa ovat”, MIT:n ilmailu- ja avaruusalan ja tietojenkäsittelyn historioitsija David Mindell vitsaili kerran eräässä luennossa.
Trendit, joita tämä tietokone ennusti, jatkoivat vuosikymmenien ajan eksponentiaalisen kehityksen jatkumista: Suurista pieniin, tyhjiöputkista piihin, laitteistosta ohjelmistoihin. Jos nyt vertaa NASA:n käyttämää laskentatehoa mihin tahansa tavalliseen laitteeseen kellosta onnittelukorttiin ja mikroaaltouuniin, se saa aikaan teknologisen huimauksen. Fyysikko ja suosittu kirjailija Michio Kaku ilmaisi asian näin: ”Nykyään kännykässäsi on enemmän tietokonetehoa kuin koko NASA:lla vuonna 1969, jolloin se lähetti kaksi astronauttia kuuhun.”
Mutta nämä vain niin sanotut sanonnat peittävät alleen Apollo-tietokoneen todellisen tehon. Tietenkin missä tahansa nykyaikaisessa laitteessa on huomattavasti enemmän raakaa laskentakykyä kuin varhaisessa koneessa, mutta Apollo-tietokone oli huomattavan kyvykäs, luotettava ja vastasi sille annettua tehtävää. Älykkäällä ovikellolla ei oikeastaan voinut ohjata avaruusalusta kuuhun.
Lisää tässä sarjassa
Lue: Mitä kuuhun laskeutuminen merkitsee tulevaisuudelle?
Ymmärtääksesi, miten merkittävä Apollo-järjestelmä oli ja miksi sen pieni määrä raakaa laskentatehoa on merkityksetön, sinun tarvitsee vain kuunnella OG-tietokoneohjelmoijaa ja vapaaehtoista NASA:n historioitsijaa Frank O’Brienia, joka on viettänyt elämänsä rakastavasti kuvaillen yksityiskohtaisesti Apollo-ohjaustietokoneen toimintoja. O’Brienin isä oli lentäjä, joten Frankista tuli sotilaslapsi. Hän kiinnostui tietokoneista jo varhain, ja kun eräs hänen isänsä vanhoista ystävistä nousi NASA:n palvelukseen, hän sai haltuunsa tietokoneen toimintaa säätelevät tekniset käsikirjat.
”13-vuotiaana saan joululahjaksi laatikon, joka oli noin kaksi jalkaa sivussa ja painoi miljoona kiloa”, O’Brien kertoi minulle. ”Avasin sen, ja siinä oli kaikki Apollon tekniset käsikirjat. Tuhannet ja monet lapset katselivat Playboyta, minä luin ohjaustietokoneista.”
Sen jälkeen hän on viettänyt lukemattomia tunteja opettelemalla tarkasti, miten nämä koneet toimivat. Jo teini-ikäisenä hän osasi lentää NASAn Apollo-simulaattoria. Aikuisena, suoritettuaan tietojenkäsittelytieteen tutkinnon ja työskenneltyään pitkään yrityksen ohjelmoijana, hän kirjoitti kirjan The Apollo Guidance Computer, oodin koneelle.
Komentomoduulissa olleella Apollo-ohjaustietokoneella oli kaksi päätehtävää. Ensinnäkin se laski tarvittavan kurssin kuuhun, joka kalibroitiin astronauttien lennon aikana tekemien tähtitieteellisten mittausten perusteella sekstantilla, joka muistutti merinavigaattoreiden käyttämää sekstanttia. He tähtäsivät kuun, maan tai auringon yhteen tähtäimeen ja määrittivät tähden sijainnin toisella tähtäimellä. Tietokone mittaisi nämä kulmat tarkasti ja laskisi sijainnin uudelleen. Toiseksi se ohjasi avaruusaluksen monia fyysisiä komponentteja. AGC saattoi kommunikoida 150 eri laitteen kanssa avaruusaluksessa, mikä oli valtavan monimutkainen tehtävä. ”Siinä on kymmeniä työntövoimalaitteita ja kaikenlaisia liitäntöjä sekä ohjausalusta ja sekstantti”, O’Brien sanoi. ”Kun alat laskea kaikkia näitä asioita yhteen, ajattelet: Pyhä jysäys. Tämä on todella kyvykäs.”
Järjestelmän suunnitellut MIT:n instrumentointilaboratorio rakensi sen sen työn pohjalta, jonka se oli tehnyt Polaris-ohjusjärjestelmää varten, joka on tehty ydinaseiden laukaisuun amerikkalaisista sukellusveneistä. Apollo-tietokoneen laitteisto, kuten Mindell on todennut, tunnettiin melko hyvin ”sotilasilmailun ilmailutekniikan maailmassa.”
Sen rakentaminen hallitsi hanketta aluksi – laboratorio aliarvioi voimakkaasti ohjelmistoteknisen tehtävän monimutkaisuuden. Ohjelmoijat käyttivät vielä vuosia sen jälkeen, pitkälle 1970-luvulle asti, reikäkortteja koodaamiseen. Mutta koska Apollo-astronautit ja NASA:n insinöörit oli saatava ”mukaan” tekemään päätöksiä, tarvittiin toisenlaista ohjelmistoa. Oli oltava käyttöliittymä. Useita toimintoja oli suoritettava samanaikaisesti.
Lue: The watch that went to the moon
Alkuperäinen keskittyminen laitteistoon lukitsi sen, mitä O’Brien kutsui ”primitiiviseksi arkkitehtuuriksi”, ja avasi samalla Margaret Hamiltonille, naiselle vahvasti miehisessä Apollo-ohjelmassa, tilaa johtaa ohjelmistosuunnittelua. Kun kävi selväksi, että ohjelmistot olivat se osa, jossa tehtävä todella tehtäisiin, Hamiltonin tiimi laajeni parhaimmillaan 350 henkilöön. Heidän rakentamansa järjestelmä oli huomattavan edistyksellinen.
Voidakseen maksimoida sisäänrakennetun arkkitehtuurin Hamilton ja hänen kollegansa keksivät, mitä he kutsuivat nimellä ”The Interpreter” – kutsuisimme sitä nyt virtualisointijärjestelmäksi. Sen avulla he pystyivät käyttämään viidestä seitsemään virtuaalikonetta samanaikaisesti kahdessa kilotavussa muistia. Se oli hirvittävän hidas, mutta ”nyt teillä on kaikki mahdollisuudet, joista olette koskaan unelmoineet, ohjelmistossa”, O’Brien sanoi.
Astronautit kommunikoivat tietokoneen kanssa DSKY:n kautta, joka on lyhenne sanoista ”näyttö ja näppäimistö”. He näppäilivät numeroita ja saivat vastauksia. Käyttöliittymäjärjestelmää ei ole helppo kuvata, mutta se perustui sarjaan ohjelmakoodeja sekä ”verbi”- ja ”substantiivi”-koodeihin. Verbit olivat asioita, joita tietokone saattoi tehdä (”78 UPDATE PRELAUNCH AZIMUTH”). Substantiivit olivat numeerisia suureita tai mittauksia (”33 TIME OF IGNITION”). Se oli kaukana osoita ja napsauta -yksinkertaisuudesta.
Suurin osa järjestelmän muistista oli kirjaimellisesti kudottu köysimuistiin, mutta osa voitiin kirjoittaa, sekä astronauttien toimesta että etäyhteydellä lennonjohdosta. Ehkä nerokkain ohjelmistotekninen saavutus oli J. Halcombe Laningin suunnittelema ohjelmisto, joka priorisoi järjestelmän laskentatehtävät.
Tämä osoittautui Apollo 11:n tehtävän pelastavaksi edistysaskeleeksi. Kuumoduulin laskeutuessa yhden sen tutkan aiheuttama kohina alkoi syöttää järjestelmään huonoa dataa. Ohjaustietokone ymmärsi, että sillä oli ongelma, mutta se pystyi pysymään toimintakykyisenä koko laskeutumisen ajan, hylkäsi huonot tiedot ja jatkoi tärkeämpiä toimintojaan, mikä pelasti tehtävän.
Populaarinen kertomus tästä hetkestä – tuolloin ja vielä nykyäänkin – väittää, että tietokoneella oli ongelmia ja että Neil Armstrong, joka otti ”manuaalisen” hallinnan haltuunsa, luotsasi avaruusaluksen kuun pinnalle. Ihmiset tekivät sen! Tietokoneet eivät pärjää meille!
Mutta kuuhun laskeutumisessa oli fly-by-wire-järjestelmä. Kaikkien Armstrongin antamien käskyjen oli kuljettava tietokoneen kautta. Joten on luultavasti tarkempaa sanoa, että kun Armstrong laskeutui kuuhun, hän kertoi tietokoneelle, mihin laskeutua. Käyttökelpoista manuaalista ohjausta ei ollut; todellinen riemuvoitto oli ihmisen ja tietokoneen vuorovaikutuksen joustavuus.
Historioitsijat, kuten Mindell, joka on mallintanut laskeutumisen sekunnin tarkkuudella, eivät juurikaan usko Armstrongin toimien tarpeellisuuteen. Hän tarvitsi silti tietokonetta ohjaamaan alusta. ”Jos se olisi ollut kytketty automaattiseen laskeutumiseen, se olisi laskeutunut joka tapauksessa, vähemmällä hälinällä, vaikkakin ehkä lohkareiden keskellä”, Mindell päättelee. Tarina inhimillisestä mahtavuudesta oli lähes täydellinen käänne todellisuuteen.
Kaiken tämän perusteella ei ehkä ole yllättävää, että O’Brien närkästyy ajatuksesta, että mikroaaltouunia tai laskinta voitaisiin pitää ”yhtä tehokkaana” kuin Apollo-tietokonetta.
”Miten määrittelet tehon?” ”Miten määrittelet tehon?” kysyi Mindell. O’Brien kysyy. ”On hienoa sanoa: ’Tämä kone on niin tehokas’. Mitä sillä tarkoitetaan?”
Hänen mielestään kyse ei ole transistorien raa’asta määrästä, vaan siitä, että kone sopii tehtävään. Kyvykkyys, ei teho. ”Meidän oli päästävä kuuhun, laskeuduttava alas ja palattava takaisin, itsenäisesti. He saavuttivat tavoitteensa, jotka olivat tarkkuus neljännesmiljoonan kilometrin jälkeen, osuminen kohteeseen 500-600 jalan tarkkuudella ja yhden kymmenesosan tarkkuus sekunnissa”, O’Brien sanoi. ”Ja sinä sanot: ’Minun kelloni on tehokkaampi’. Ei, se ei ole.”
Opetus on ehkä yksinkertainen: Jos puhelimesi on niin paljon tehokkaampi kuin tietokoneet, joiden avulla ihmiskunta pääsi kuuhun, miksi sitten vain tuijotat Instagramia koko päivän? Laskenta on keino, ei päämäärä.