登月的最後一哩路! 50周年紀念

「為什麼攀登聖母峰? 為什麼飛越大西洋? 為什麼登陸月球?」「我們選擇登陸月球,不是因為它簡單,而是因為它超極困難!」重聽甘迺迪總統1962年的演講,還是如此振奮人心、鏗鏘有力! 當年的計畫可是把所有的資源和天才都集結起來,以國家之力的高能量去推動登月計畫,順便打敗蘇聯。

當年的飛行指揮中心(Mission Control Center)到底有多燒腦? 據說他們吸的煙可以熏死怪獸之王哥吉拉,他們啜飲的咖啡可以灌醉一整群座頭鯨。好消息來了,許多HASSE校友都參觀過的指揮中心現在已經翻新好了,花五年時間募資、兩年時間整修,將在50周年紀念的七月二十號對大眾開放。據說還原度極高,當年的咖啡杯、菸灰缸、轉盤電話,力求擺放正確,連地毯樣式這種小細節也不放過。

當年的阿波羅11號的地面指揮中心已整新完成

如果說登月計畫的前半段有IBM的電腦穩穩護送著,計算土星五號運載火箭的點火、脫離、位置,那登月的最後一哩路,就要交給今天的主角—Apollo Guidance Computer! 讓我們一起回顧當年最先進,由麻省理工學院設計、Raytheon公司製造、擁有獨步的DSKY介面、世界上最早以積體電路概念設計之一、運算能力和十幾年後的個人電腦,如Apple II平起平坐的Apollo Guidance Computer的傳奇操作。

安裝在Command Service Module (CSM) 和Lunar Module (LM)上的AGC,一共六次登陸月球它無役不與

阿波羅15號指揮艙(Command module)的內部,圖片左上方可以看到Apollo Guidance Computer, AGC. 這位太空人是Alfred M. Worden,圖片左邊的是David R. Scott.

 AGC的操作介面說明

您一定很好奇,這個電腦根本不能輸入英文字母,是要怎麼操作? 因此需要一份指令表。是由 “Verb List”和 “Noun List”兩大部分組成,指的是「動作」和「動作的目標」。看起來密密麻麻的很複雜,但太空人早就在模擬飛行中練的非常熟悉了,據他們表示,「就跟彈鋼琴一樣,根本不需要看鍵盤」、「一按錯馬上就知道了」

AGC操作指令表

來介紹幾個簡單的功能。如果按下 “VERB”-> “0” -> “6”-> “NOUN”-> “6”-> “2”-> “ENTR”,會在右邊螢幕的第一行顯示現在速度;第二行顯示垂直速度(Altitude rate);第三行顯示高度。如果把VERB 06改成 VERB 16則會持續顯示直到下次輸入指令。適合用在升空階段數據的監控。

按下 “VERB”-> “1” -> “6”-> “NOUN”-> “6”-> “5”-> “ENTR”,則會由上到下顯示時、分、秒。

按下 “VERB”-> “3” -> “7”-> “ENTR”-> “0”-> “0”-> “ENTR”,在最右上角Program number會變成 “00”,進入待機模式。

如果進階一點呢? 譬如月球軌道會合(Lunar orbital rendezvous)。甘迺迪總統在1961年決定加速登月計畫的進行,NASA當時審慎考慮三個方案。第一個是直接降落(Direct ascent);第二個是地球軌道會合(Earth orbital rendezvous, EOR);第三個則是雀屏中選的月球軌道會合(Lunar orbital rendezvous, LOR),而這個概念早在1923年就已由德國火箭先驅Herman Oberth提出,但當時根本沒人相信,直到1959年由Langley Research Center的兩組科學家重新驗證。

三種登月的方法,最後採用右邊的LOR

月球軌道會合讓Command Module和Lunar Module在月球軌道會合,以返回地球。其操縱包括進入與目標相同的軌道面、與目標同步運行、調整相對速度與位置、接近目標並靠泊(docking)、靠泊後的控制與穩定等。順序是這樣的:

Lunar Module 離開月球表面,兩個人從Lunar Module出來,回到繞行月球軌道的Command Module和第三個人會合。1969年阿波羅11號時,在Lunar Module內的是Neil Armstrong, Buzz Aldrin. Michael Collins 則待在Command Module內。

要執行LOR的targeting program,首先要按下 “VERB”-> “3” -> “7”-> “ENTR”,告訴電腦要更換程式,再按下 “3”-> “1”-> “ENTR”,執行program P31。在P31中,(verb 50, noun 18)可以看操縱角度(maneuver angles),持續監控可以按(verb 06, noun 18);或是對下一個操縱更換速度(verb 06, noun 84)。

AGC的程式碼在Github上可以找到,圖片中的程式碼是給阿波羅11號的登月小艇(Lunar Module)用的

 AGC的DIY版本,只需要數百美金

各位讀者想用甚麼方式慶祝人類登月50周年呢? 透過甘迺迪總統豪情萬丈的演講緬懷當年之群策群力嗎? 還是在網路上收看太空中心的直播? 或者自己親自動手DIY一台AGC呢? 以前一台數百萬美金,今日玩家可自行組裝,可真是「舊時王謝堂前燕,飛入尋常百姓家」

參考資料:

文章:

1.John F. Kennedy Moon Speech – Rice Stadium

2.https://er.jsc.nasa.gov/seh/ricetalk.htm

3.Moonjs: An Online Apollo Guidance Computer (AGC) Simulator

http://svtsim.com/moonjs/agc.html

4.Computers in Spaceflight: The NASA Experience. Chapter Two. Computers On Board The Apollo Spacecraft

https://history.nasa.gov/computers/Ch2-7.html

5.Apollo Guidance Computer

https://en.wikipedia.org/wiki/Apollo_Guidance_Computer

6.會合rendezvous 國家教育研究院

http://terms.naer.edu.tw/detail/1329852/?index=140

圖片:

1.NASA Celebrated Apollo 11’s 50th Anniversary with a Total Restoration of Mission Control

https://www.esquire.com/lifestyle/a28244109/apollo-11-moon-landing-anniversary-nasa-mission-control-restoration/

2.Apollo’s brain: The computer that guided man to the Moon

https://newatlas.com/apollo-11-guidance-computer/59766/

3.Computers in Spaceflight: The NASA Experience. Chapter Two. Computers On Board The Apollo Spacecraft

https://history.nasa.gov/computers/Ch2-7.html

4.Moonjs: An Online Apollo Guidance Computer (AGC) Simulator

http://svtsim.com/moonjs/agc.html

5.Ron’s Introduction to the AGC

http://www.ibiblio.org/apollo/ForDummies.html

6.Why was orbital rendezvous considered so controversial?

https://space.stackexchange.com/questions/29865/why-was-orbital-rendezvous-considered-so-controversial

7.Original Apollo 11 Guidance Computer (AGC) source code for the command and lunar modules.

https://github.com/chrislgarry/Apollo-11

8.Open Apollo Guidance Computer DSKY

https://www.instructables.com/id/Open-Apollo-Guidance-Computer-DSKY/