Компютрите, които дадоха възможност на човечеството да полети в космоса

12 април е Световният ден на авиацията и космонавтиката. Именно на този ден в далечната 1961 година летецът-изпитател Юрий Гагарин стана първият космонавт в историята на човечеството.

Хилядите години еволюция и развитието на технологиите даде възможност на хората с още една стъпка да се доближат до звездите. А компютърните технологии изиграха и играят много важна роля в тази област.

Едва преди 60 години някой е можел да си представи възможностите на съвременните компютри. Но е имало изчислителна техника и изчислителни центрове, които са изчислявали балистиката на полетите. Да разгледаме накратко, каква е била техниката, дала възможност да се направят първите стъпки в космическата ера.

Извеждането в орбита на първия изкуствен спътник на Земята, на първия пилотиран космически кораб и на изстрелването на съвременните кораби „Союз“ става благодарение на създадената през 1954 година междуконтинентална балистична ракета Р-7 със всичките й следващи модификации. Но без точните пресмятания на траекториите на полета, успешното осъществяване на космическите мисии е невъзможно. Тези пресмятания са извършвани с помощта на първата серийно произвеждана в СССР електронно изчислителна машина „Стрела„.

ЕИМ „Стрела“ е разработена през 1953 година и през следващите три години са произведени седем екземпляра, предназначени за ключовите сектори на националната икономика на страната. Включително и за пресмятането на траекториите на първите балистични ракети, изкуствени спътници на Земята и на полетите в космоса.

Техническите характеристики на ЕИМ „Стрела“ от първо поколение са скромни:

• Производителност: 2000 операции в секунда
• Оперативна памет с електронно лъчеви тръби: 2048 думи (2 килобайта), но с по 43-бита на дума
• Постоянна памет: полупроводникови диоди и магнитни ленти (до 100 000 43-битови думи). Информацията се въвежда с помощта на перфокарти, всяка от които побира едва 12 думи

Това чудовище е съставено от 62 000 вакуумни лампи, 60 000 полупроводникови диода, заемало е площ от 300 квадратни метра и е консумирало 150 KW електрическа енергия. Но колкото и допотопен да изглежда от днешна гледна точка този компютър, неговата мощност е била съвсем достатъчна за да се пресметне траекторията на изстрелването, на орбиталното движение и на връщането на кораба на Земята.

Интересен факт от тези времена, е че изчисленията са се извършвали през нощта, понеже по това време по-лесно могат да бъдат забелязани евентуалните шпиони.

Обработката на телеметричната информация е извършвана от считаната малка за тези времена ЕИМ „Урал-1„, произвеждана от 1957 до 1961 година. Произведени са всичко 183 компютъра „Урал-1“ и това е най-масовата ЕИМ за тези времена.

„Урал-1“ е много по-компактен от „Стрела“ и заема 70-80 квадратни метра, като за своята работа използва 1000 вакуумни лампи.

Неговите параметри са още по-скромни:

• Производителност: 100 операции в секунда
• Оперативна памет: 2048 18-битови думи или 1024 36-битови думи
• Постоянна памет: магнитна лента (40 000 36-битови думи)

Третият много важен компютър, използван за пресмятането на траекториите на сателитите и космическите кораби е третата серийно произвеждана от СССР електронно изчислителна машина БЕСМ-2. Именно този компютър е пресметнал траекторията на първия полет до Луната. Тази мисия успешно приключи на 14 септември 1959 година, когато космическият апарат „Луна-2“ кацна на Луната и остави на нейната повърхност специален вимпел.

БЕСМ-2 вече има производителност 20 000 операции в секунда, оперативна памет с феритни сърцевини и капацитет 2048 39-битови думи (използвани са 200 000 сърцевини).

Изчислителната мощност се осигурява от 4000 лампи и 5000 полупроводникови диода. От 1958 до 1962 година са произведени 67 от тези машини.

 

Космическата надпревара всъщност започва с балистичната ракета Р-1, която е точно копие на V-2 (Фау-2) – творението на гениалния германски конструктор Вернер фон Браун.

Но Америка дълго време няма доверие на германското „оръжие на възмездието“ (Vergeltungswaffe; V-Waffen) и държи изобретателя встрани от своята космическа програма. Всичко се променя през 1957 година, когато с изстрелването на първия изкуствен спътник на Земята става очевидно, че САЩ сериозно изостава в космическата надпревара. В крайна сметка, през 1958 година Браун извежда в орбита първия американски сателит, а през 1959 година стартира програмата Mercury, в рамките на която САЩ извършава суборбитални полети през 1961 година, а на 20 февруари 1962 година първият американец лети в орбита около Земята.

Но да се спрем на компютрите, използвани от САЩ. Изпращането на първите американци в околоземното пространство и в околоземна орбита става благодарение на едновременно използваните 4 изчислителни машини. Тук всичко е на IBM. Точните математически пресмятания са извършвани от създадените през месец ноември 1959 година компютри от най- ново поколение. Това са транзисторните IBM 7090.

Цената на една от тези електронни изчислителни машини е $2,9 милиона. Но и мощността е сериозна за времето си: 100 000 операции в секунда, 32 KB оперативна памет (думата е с дължина 36 бита). А вместо гигантските вакуумни лампи се използват над 50 000 германиеви транзистори.

За постоянна памет се използва хранилището с магнитна лента IBM 729. На една бобина за това запомнящо устройство могат да бъдат записани до 4 милиона 6-битови думи или 3 мегабайта информация – изключително постижение за тези времена. Плътността на информацията е 200 символа на инч.

Два компютъра IBM 7090 са инсталирани в центъра за космически полети Робърт Годард (Goddard Space Flight Center) в щата Мериленд. Това е централния мозък на цялата космическа система, осъществяващ основните пресмятания на изстрелването, траекториите и позицията на ракетата, както и с прогнозирането, къде ще се окаже космическият кораб след определено време (използват се телеметричните данни от радарите). Тези компютри осъществяват и визуализацията на данните във всички дисплеи в централната сграда на Кейп Канаверал.

Компютрите са свързани един с друг, както и със системата от наземни радари. А връзката с Кейп Канаверал става чрез революционна за времето си система от 32 канала с пропускателна способност 2,4 Kb/s.

Третият компютър е поставен директно в Кейп Канаверал и се е използвал за прогнозиране на стълкновения. Оттук идва и неговото наименование IP 7090 (Impact Predictor). Но при извънредни ситуации, този компютър може да помага по мрежата на другите два.

Четвъртият компютър на американската космическа система е ламповият компютър от първо поколение IBM 709, създаден през 1958 година. Той е инсталиран в Бермудите и е свързан към общата мрежа, но е използван като дублиращ. Неговата основна задача е изчисляването на динамичната траектория от момента на изстрелването, до влизането на космическия апарат в необходимата орбита.

Въпреки, че е от първо поколение, IBM 709 има нелоша за времето си производителност – 42 000 операции в секунда, същата оперативна памет като транзисторния IBM 7090, а хранилищата са същите IBM 729.

Тук трябва да подчертаем, че именно на този компютър за първи път се използва FORTRAN – създаденият от IBM първи език за програмиране от високо ниво.

 

---

Това са изчислителните системи, използвани в самото начало на космическата ера. Разбира се, сега всичко е съвсем различно, но това е тема за друг материал.