Pięćdziesiąt lat temu w tym tygodniu ludzkość dokonała pierwszej wyprawy do innego świata, kiedy to Apollo 11 wylądował na Księżycu, a dwóch astronautów stąpało po jego powierzchni. Ten moment zmienił świat w sposób, który do dziś odbija się szerokim echem.
Głębokie i różnorodne powiązania MIT z tym epokowym wydarzeniem – wiele z nich zostało opisanych na łamach MIT News – rozpoczęły się na wiele lat przed faktycznym lądowaniem, kiedy to Laboratorium Instrumentacyjne MIT (obecnie Draper) podpisało pierwszy kontrakt na realizację programu Apollo po jego ogłoszeniu przez prezydenta Johna F. Kennedy’ego w 1961 roku. Zaangażowanie Instytutu trwało przez cały czas trwania programu i trwa do dziś.
Rola MIT w stworzeniu systemu nawigacji i naprowadzania, dzięki któremu misja dotarła na Księżyc i z powrotem, jest szeroko znana w książkach, filmach i serialach telewizyjnych. Ale wiele innych aspektów zaangażowania Instytutu w program Apollo i jego dziedzictwo, w tym postępy w inżynierii mechanicznej i obliczeniowej, technologii symulacji, badań biomedycznych i geofizyki formowania się planet, pozostały mniej znane.
Pomiędzy rosnącym chórem wspomnień w różnych mediach, które pojawiły się w związku z 50. rocznicą, oto mały zbiór bitów i kawałków o niektórych niewyróżniających się bohaterach i mniej znanych faktach z programu Apollo i centralnej roli MIT w nim.
Nowa era w elektronice
System komputerowy i jego oprogramowanie, które kontrolowało statek kosmiczny – nazwane Apollo Guidance Computer i zaprojektowane przez zespół MIT Instrumentation Lab pod kierownictwem Eldona Halla – były niezwykłymi osiągnięciami, które pomogły pchnąć technologię do przodu na wiele sposobów.
Programy AGC zostały napisane w jednym z pierwszych w historii języków kompilacji, zwanym MAC, który został opracowany przez inżyniera Instrumentation Lab, Hala Laninga. Sam komputer, Apollo Guidance Computer o powierzchni 1 stopy sześciennej, był pierwszym znaczącym zastosowaniem krzemowych układów scalonych i znacznie przyspieszył rozwój technologii mikroprocesorowej, która zmieniła praktycznie każdy produkt konsumencki.
W czasach, gdy większość komputerów zajmowała całe pomieszczenia z klimatyzacją, kompaktowy AGC był wyjątkowo mały i lekki. Jednak większość jego „oprogramowania” była w rzeczywistości przewodowa: Programy były tkane z maleńkich metalowych „rdzeni” w kształcie pączków, nawleczonych jak koraliki wzdłuż zestawu drutów, przy czym dany drut wychodził poza pączek, aby reprezentować zero, lub przechodził przez otwór, aby reprezentować 1. Te tak zwane pamięci linowe były wykonywane na przedmieściach Bostonu w firmie Raytheon, głównie przez kobiety, które zostały zatrudnione, ponieważ miały doświadczenie w przemyśle tkackim. Po wykonaniu nie było możliwości zmiany poszczególnych bitów w lince, więc każda zmiana oprogramowania wymagała utkania nowej linki, a zmiany w ostatniej chwili były niemożliwe.
Jak podkreśla David Mindell, Frances and David Dibner Professor of the History of Engineering and Manufacturing, w książce „Digital Apollo”, system ten był pierwszym przypadkiem użycia komputera jakiegokolwiek rodzaju do kontrolowania w czasie rzeczywistym wielu funkcji pojazdu przewożącego ludzi – trend, który przyspiesza w miarę jak świat zmierza w kierunku samokierujących się pojazdów. Zaraz po sukcesie Apollo, AGC został bezpośrednio zaadaptowany do myśliwca F-8, aby stworzyć pierwszy w historii system fly-by-wire dla samolotów, w którym powierzchnie sterujące samolotu są poruszane przez komputer, a nie przez bezpośrednie kable i systemy hydrauliczne. To podejście jest obecnie szeroko rozpowszechnione w przemyśle lotniczym i kosmicznym, mówi John Tylko, który prowadzi w MIT klasę 16.895J (Engineering Apollo: The Moon Project as a Complex System), która jest wykładana co drugi rok.
Tak wyrafinowany jak na swoje czasy był ten komputer, dzisiejsi użytkownicy ledwo by go rozpoznali. Jego klawiatura i ekran wyglądały bardziej jak te w kuchence mikrofalowej niż jak komputer: prosta klawiatura numeryczna i kilka linii pięciocyfrowych wyświetlaczy świetlnych. Nawet duży komputer typu mainframe, używany do testowania kodu w trakcie jego tworzenia, nie miał klawiatury ani monitora, które programiści kiedykolwiek widzieli. Programiści pisali swój kod ręcznie, następnie przepisywali go na karty perforowane – po jednej karcie na wiersz – i przekazywali talię kart operatorowi komputera. Następnego dnia karty były zwracane wraz z wydrukiem wyników programu. W tym czasie, na długo przed pocztą elektroniczną, komunikacja między zespołem często opierała się na odręcznych notatkach papierowych.
Bezcenne skały
Zaangażowanie MIT w geofizyczną stronę programu Apollo sięga również wczesnych etapów planowania i trwa do dziś. Na przykład profesor Nafi Toksöz, ekspert w dziedzinie sejsmologii, pomógł opracować sejsmiczną stację monitorującą, którą astronauci umieścili na Księżycu, gdzie pomogła ona w lepszym zrozumieniu struktury i formacji Księżyca. „To była najcięższa praca, jaką kiedykolwiek wykonałem, ale zdecydowanie najbardziej ekscytująca” – powiedział.
Toksöz twierdzi, że dane z sejsmometrów Apollo „całkowicie zmieniły nasze rozumienie Księżyca”. Fale sejsmiczne, które na Ziemi trwają kilka minut, na Księżycu trwały przez dwie godziny, co okazało się być wynikiem skrajnego braku wody na Księżycu. „To było coś, czego się nie spodziewaliśmy i czego nigdy nie widzieliśmy” – wspomina.
Pierwszy sejsmometr został umieszczony na powierzchni Księżyca bardzo krótko po wylądowaniu astronautów, a sejsmolodzy, w tym Toksöz, od razu zaczęli obserwować dane – w tym każdy krok astronautów na powierzchni. Nawet kiedy astronauci wrócili do lądownika, aby przespać się przed porannym startem, zespół mógł zobaczyć, że Buzz Aldrin ScD ’63 i Neil Armstrong mieli bezsenną noc, z każdym podrzuceniem i obrotem skrupulatnie zarejestrowanym na śladach sejsmicznych.
MIT Professor Gene Simmons był wśród pierwszej grupy naukowców, którzy uzyskali dostęp do próbek księżycowych, jak tylko NASA zwolniła je z kwarantanny, a on i inni z tego, co jest teraz Wydziałem Nauk o Ziemi, Planetarnych i Atmosferycznych (EAPS) kontynuowali pracę nad tymi próbkami od tego czasu. W ramach konferencji na kampusie, wystawił niektóre próbki księżycowych skał i gleby w ich pierwszym pokazie z bliska dla publiczności, gdzie niektórzy ludzie mogli nawet mieć szansę dotknąć tych próbek.
Inni w EAPS również badali te próbki z Apollo prawie od samego początku. Timothy Grove, Robert R. Shrock Professor of Earth and Planetary Sciences, zaczął studiować próbki z Apollo w 1971 roku jako absolwent Uniwersytetu Harvarda, i od tego czasu prowadzi badania nad nimi. Grove twierdzi, że próbki te doprowadziły do ważnych nowych odkryć dotyczących procesów formowania się planet, które pomogły nam lepiej zrozumieć Ziemię i inne planety.
Pośród innych odkryć, skały pokazały, że proporcje izotopów tlenu i innych pierwiastków w skałach księżycowych były identyczne jak w skałach ziemskich, ale zupełnie inne niż w meteorytach, co dowodzi, że Ziemia i Księżyc miały wspólne pochodzenie i prowadzi do hipotezy, że Księżyc powstał w wyniku gigantycznego uderzenia ciała wielkości planety. Skały pokazały również, że cała powierzchnia Księżyca była kiedyś prawdopodobnie stopiona. Pomysł, że ciało planetarne może być pokryte oceanem magmy był dużym zaskoczeniem dla geologów, mówi Grove.
Wiele zagadek pozostaje do dziś, a analiza próbek skał i gleby trwa nadal. „Wciąż jest wiele ekscytujących rzeczy”, które można znaleźć w tych próbkach, mówi Grove.
Sortowanie faktów
W natłoku rozgłosu i nowych książek, artykułów i programów o Apollo, nieuchronnie niektóre z faktów – niektóre błahe, niektóre znaczące – zostały po drodze zakodowane. „Istnieje kilka mitów” – mówi Tylko, niektóre z nich porusza na zajęciach „Engineering Apollo”. „Ludzie mają tendencję do nadmiernego upraszczania” wielu aspektów misji, mówi.
Na przykład, wiele relacji opisuje sekwencję alarmów, które pochodziły z komputera naprowadzającego podczas ostatnich czterech minut misji, zmuszając kontrolerów misji do podjęcia odważnej decyzji, aby kontynuować pomimo nieznanej natury problemu. Jednak Don Eyles, jeden z programistów Instrumentation Lab, który napisał oprogramowanie do lądowania dla AGC, twierdzi, że nie zna ani jednej relacji, którą czytał na temat tej sekwencji zdarzeń, która by ją w pełni poprawnie opisywała. Według Eylesa, wielu twierdziło, że problem był spowodowany tym, że przełącznik radaru rendezvous został pozostawiony włączony, tak że jego dane przeciążały komputer i powodowały jego restart.
Ale Eyles twierdzi, że prawdziwą przyczyną była znacznie bardziej złożona sekwencja zdarzeń, w tym kluczowa niezgodność pomiędzy dwoma obwodami, która wystąpiłaby tylko w rzadkich okolicznościach i dlatego byłaby trudna do wykrycia podczas testów, oraz prawdopodobnie podjęta w ostatniej chwili decyzja o umieszczeniu ważnego przełącznika w pozycji, która pozwoliła na to. Eyles opisał te szczegóły we wspomnieniu o latach Apollo i w pracy technicznej dostępnej online, ale mówi, że trudno je prosto podsumować. Ale uważa, że autor Norman Mailer mógł być najbliżej, uchwycił istotę tego w swojej książce „Of a Fire on the Moon,” gdzie opisuje problem jako spowodowany przez „sneak circuit” i „niewykrywalny” błąd w pokładowej liście kontrolnej.
Niektóre relacje opisują AGC jako bardzo ograniczony i prymitywny komputer w porównaniu do dzisiejszego przeciętnego smartfona, a Tylko przyznaje, że miał on niewielki ułamek mocy dzisiejszych inteligentnych urządzeń – ale, jak mówi, „nie oznacza to, że były one niewyszukane.” Chociaż AGC miał tylko około 36 kilobajtów pamięci tylko do odczytu i 2 kilobajty pamięci o dostępie swobodnym, „był wyjątkowo wyrafinowany i najlepiej wykorzystywał dostępne wówczas zasoby”, mówi.
W niektórych aspektach wyprzedzał nawet swoje czasy, mówi Tylko. Na przykład, język kompilatora opracowany przez Laninga wraz z Ramonem Alonso w Instrumentation Lab wykorzystywał architekturę, która według niego była stosunkowo intuicyjna i łatwa w interakcji. Oparty na systemie „czasowników” (czynności do wykonania) i „rzeczowników” (danych do opracowania), „prawdopodobnie mógłby trafić do architektury komputerów osobistych” – mówi. „To elegancki interfejs oparty na sposobie myślenia ludzi.”
Niektóre konta idą tak daleko, by twierdzić, że komputer zawiódł podczas opadania i astronauta Neil Armstrong musiał przejąć kontrolę i wylądować ręcznie, ale w rzeczywistości częściowe ręczne sterowanie zawsze było częścią planu, a komputer pozostawał w ostatecznej kontroli przez cały czas trwania misji. Żaden z komputerów pokładowych nigdy nie uległ awarii w trakcie całego programu Apollo, według astronauty Davida Scotta SM ’62, który używał komputera w dwóch misjach Apollo: „Nigdy nie mieliśmy awarii i myślę, że jest to niezwykłe osiągnięcie.”
Za kulisami
W szczytowym okresie programu nad oprogramowaniem i sprzętem programu Apollo pracowało łącznie około 1700 osób w Laboratorium Instrumentacyjnym MIT, według Drapera, następcy Laboratorium Instrumentacyjnego, które wydzieliło się z MIT w 1973 roku. Kilku z nich, takich jak niemal legendarny „Doc” Draper – Charles Stark Draper ’26, SM ’28, ScD ’38, były szef Wydziału Aeronautyki i Astronautyki (AeroAstro) – stało się powszechnie znanych ze względu na ich rolę w misji, ale większość wykonywała swoją pracę w warunkach niemal anonimowości, a wielu z nich zajęło się zupełnie innymi rodzajami pracy po zakończeniu programu Apollo.
Margaret Hamilton, która kierowała Instrumentation Lab’s Software Engineering Division, była mało znana poza samym programem, dopóki jej ikoniczne zdjęcie obok oryginalnych stosów kodu AGC nie zaczęło krążyć po mediach społecznościowych w połowie 2010 roku. W 2016 roku, kiedy została odznaczona Prezydenckim Medalem Wolności przez prezydenta Baracka Obamę, profesor MIT Jaime Peraire, ówczesny szef AeroAstro, powiedział o Hamilton: „Była prawdziwym pionierem inżynierii oprogramowania i nie jest hiperbolą stwierdzenie, że to ona, oraz kierowany przez nią Wydział Inżynierii Oprogramowania Instrumentation Lab, umieściły nas na Księżycu.” Po Apollo, Hamilton założyła firmę świadczącą usługi programistyczne, którą nadal kieruje.
Wiele innych osób, które odegrały znaczące role w rozwoju oprogramowania i sprzętu, również nie doczekało się uznania swoich ról na przestrzeni lat. Na przykład Hal Laning ’40, PhD ’47, który opracował język programowania dla AGC, opracował również jego system operacyjny, który wykorzystywał to, co było w tamtym czasie nowym sposobem obsługi wielu programów jednocześnie, poprzez przypisanie każdemu z nich poziomu priorytetu, tak aby najważniejsze zadania, takie jak kontrola pędników modułu księżycowego, zawsze były pod opieką. „Hal był najbardziej błyskotliwą osobą, z jaką kiedykolwiek mieliśmy okazję pracować” – powiedział MIT Technology Review inżynier z Instrumentation Lab, Dan Lickly. System operacyjny oparty na priorytetach okazał się kluczowy dla bezpiecznego lądowania Apollo 11 pomimo 1202 alarmów włączających się podczas schodzenia na Księżyc.
Pomimo że większość zespołu pracującego nad projektem stanowili mężczyźni, inżynier oprogramowania Dana Densmore wspomina, że w porównaniu z silnie zdominowaną przez mężczyzn siłą roboczą NASA w tamtym czasie, laboratorium MIT było stosunkowo przyjazne dla kobiet. Densmore, która była kierownikiem kontroli oprogramowania do lądowania na Księżycu, powiedziała The Wall Street Journal, że „NASA miała kilka kobiet, ale trzymali je w ukryciu. W laboratorium było zupełnie inaczej”, a kobiety miały tam możliwość odgrywania znaczących ról w projekcie.
Hamilton wspomina atmosferę panującą w Laboratorium Instrumentacyjnym w tamtych czasach jako atmosferę prawdziwego poświęcenia i merytokracji. Jak powiedziała MIT News w 2009 roku: „Wymyślanie rozwiązań i nowych pomysłów było przygodą. Poświęcenie i zaangażowanie były czymś oczywistym. Wzajemny szacunek był na porządku dziennym. Ponieważ oprogramowanie było tajemnicą, czarną skrzynką, kierownictwo dało nam całkowitą swobodę i zaufanie. Musieliśmy znaleźć sposób i udało nam się. Patrząc wstecz, byliśmy najszczęśliwszymi ludźmi na świecie; nie mieliśmy wyboru, musieliśmy być pionierami.”
.