Warum braucht man einen so leistungsstarken Computer (oder überhaupt einen Computer), um zum Mond zu fliegen?

Ich höre immer wieder Leute Dinge sagen wie:

Duuuude! Es ist so verrückt, dass wir Telefone in unseren Taschen herumtragen, die tausendmal schneller sind als die Computer, die uns zum Mond gebracht haben!

Warum denken sie, dass ein so leistungsfähiger Computer benötigt wird, um ein paar Zahlen zu berechnen? Tatsächlich verstehe ich nicht, warum überhaupt ein Computer benötigt wurde , weder am Boden noch im Raumschiff.

Welche Zahlen musste das Raumschiff „knirschen“, wenn es dort oben ist, die die Astronauten selbst nicht herausfinden konnten, indem sie einfach die analogen Daten auf ihrem Armaturenbrett ausliesten oder sogar die Bodenkontrolle alles aus der Ferne erledigen ließen?

Ich habe das Gefühl, dass dieser Beitrag viele redundante Informationen enthält - es kann nützlich sein, ihn ein wenig zu kürzen ...
Vielleicht haben Sie Spaß daran , @MarkAdlers Antwort auf The Martian zu lesen : Braucht es wirklich einen Supercomputer, um Raumflugmanöver zu berechnen?
Habe ich eine sehr naive Vorstellung von Raumfahrt? Sicherlich mussten sie am Ende des Tages, sobald sie tatsächlich dort oben im Orbit waren, nur „auf den Mond zeigen und dorthin fliegen“? Sie haben eine sehr naive Vorstellung von Raumfahrt.
Wenn Sie neugierig sind, was die Software tat, lesen Sie en.wikipedia.org/wiki/Apollo_Guidance_Computer#Software und sehen Sie sich die Quelle an, wenn Sie möchten. Wenn Sie lernen möchten, warum Computer wichtig sind, kann das Spiel Kerbal Space Program informativ sein, besonders wenn Sie versuchen, mit versteckten Instrumenten zu fliegen, wie es ein Computer ohne Apollo getan hätte
space.stackexchange.com/questions/30952/… könnte interessant sein. Es werden viele trigonometrische Berechnungen benötigt, die genau sein und schnell geliefert werden müssen .
Wie viel „schneller“ ein Smartphone und ein Navigationscomputer aus den 1960er Jahren sind, lässt sich schwer beziffern, sie machen sehr unterschiedliche Dinge. Zum Beispiel: „1.300 Mal weniger Rechenleistung als ein iPhone 5s“ . Der Apollo Guidance Computer lief mit 1 oder 2 MHz, je nachdem, wie man es zählt. Ein iPhone 5S lief mit 1,3 GHz. 1,3 GHz / 1 MHz = 1300. Aber das sagt nicht viel aus. Die CPU-Taktgeschwindigkeit kann nicht verwendet werden, um die Leistung zwischen verschiedenen CPU-Typen zu vergleichen, insbesondere zwischen einer speziell entwickelten CPU aus den 1960er Jahren und einer CPU des 21. Jahrhunderts.
Sie fragen sich vielleicht auch, warum diese kleinen Drohnen mit 4 Propellern in den 60er oder sogar 80er Jahren keine Sache waren. Ein kompakter Computer ist absolut erforderlich, damit die Stabilität erhalten bleibt, da Loopback-Anpassungen, so einfach sie auch sein mögen, sie horizontal fliegen lassen. Das Gleiche gilt für so ziemlich alle Raketen, die in den Weltraum flogen, aber sie konnten ein bisschen mehr Gewicht sparen und waren ein gutes halbes Jahrhundert früher in der Lage, stabil zu fliegen.
@Schwern: Ein einfacher Vergleich der Taktraten gibt auch keine vollständige Vorstellung von der relativen Rechenleistung. Obwohl ich mit den Prozessoren, die Apple verwendet, nicht wirklich vertraut bin, sagt eine schnelle Suche, dass sie zwei Kerne hat, wahrscheinlich überlappte Befehlsverarbeitung, die mindestens einen Befehl pro Takt gibt, im Vergleich zu mehreren Takten pro Befehl für den Apollo-Computer, eine separate GPU ...
Als Erweiterung dessen, was @GremlinWranger über die Raumfahrt gesagt hat. Du zeigst überhaupt NICHT auf den Mond. Sie sind nie frei von den Auswirkungen der Schwerkraft, und Sie müssen sich mit 3 Hauptgravitationsquellen auseinandersetzen (Sonne, Erde, Mond) und all den zusätzlichen aus dem Sonnensystem. Herauszufinden, wie man die Raketen abfeuert, erfordert viel Mathematik. Du machst es falsch, du kommst nicht nach Hause.
Obligatorischer XKCD-Post . Im Weltraum geht es nicht darum, nach oben zu gehen, sondern sehr schnell seitwärts zu gehen.
Bei allem Respekt, OP, haben Sie jemals versucht, ohne Computer zu navigieren? In zwei Dimensionen, geschweige denn drei?
warum denken sie, dass ein so leistungsfähiger Computer benötigt wird, um ein paar Zahlen zu berechnen? → Ich glaube nicht, dass sie das meinen. Sie meinen nur, dass ein Computer, der den Menschen half, zum Mond zu fliegen, etwas ist, das wir jetzt in unseren Taschen haben (x 10^n-mal). Abgesehen davon, dass ich den Rest Ihrer Frage verstehe, ist es nur die Interpretation dessen, was "sie" sagen, was ich nicht richtig finde.
Ich meide Leute, die "Duuuude!" sagen. über alles .
Versuchen Sie, einen einfachen Simulator für den Aufstieg in die Umlaufbahn zu betreiben, bei dem SIE zB nur den Schub steuern. Sehen Sie, wie viele Versuche Sie brauchen, um den Orbit zu erreichen. Vor Jahrzehnten habe ich das viele, viele ... Male gemacht. Selbst mit großer Erfahrung war das Erreichen des Orbits eine angenehme Überraschung.
Jeder, der neugierig auf die Raumfahrt ist, muss Kerbal Space Program spielen. Wenn Sie glauben, dass Sie einfach auf den Mond zeigen und dorthin gehen können, spielen Sie es, ohne den Kartenbildschirm zu öffnen. Spielen Sie es dann erneut mit dem Kartenbildschirm. Der Kartenbildschirm ist Ihr Navigationscomputer (mit echten Grafiken statt nur Zahlen!). Spielen Sie es dann noch einmal ohne den Kartenbildschirm und ich wette, Sie werden es immer noch nicht können, obwohl Sie wissen, wie der Führungscomputer funktioniert.
Unabhängig davon, ob diese Frage ein Troll ist oder nicht, ist es wirklich im Interesse aller, Fragen zuzulassen, die von 5 Minuten Google trivial beantwortet werden?
Lesen Sie einfach die analogen Daten ab, die auf ihrem Dashboard angezeigt werden ... Welche analogen Daten? Das Apollo-Programm war Fly-by-Wire. Die Navigationssensoren waren digital. Selbst im manuellen Modus befahlen die Astronauten nicht, die Triebwerke ein- oder auszuschalten. Die befahlen eine Haltung und eine Sinkgeschwindigkeit; Es war die Aufgabe des Computers, diese Befehle in Triebwerkszündungen umzuwandeln.
Der Vergleich zu heutigen Geräten ist etwas hinfällig. Ihr Telefon ist ein Allzweck-Computergerät. Die Apollo-Computer mussten nur eine begrenzte Teilmenge von Aufgaben zu 100 % korrekt ausführen.
@IanKemp Willkommen beim Austausch von Weltraumstapeln, wo "vorherige Forschung" ... ein Konzept ist.

Antworten (9)

Angenommen, dies ist keine Trollfrage und Sie möchten ernsthaft wissen, wofür Computer in der Raumfahrt (vor 1988) verwendet werden, hat die NASA eine großartige Ressource für Sie:

Computer in der Raumfahrt (PDF, 494 Mb)

Aus der Einleitung:

Computer sind ein integraler Bestandteil aller aktuellen Raumfahrzeuge. Heute werden sie für Führungs- und Navigationsfunktionen wie Rendezvous, Wiedereintritt und Kurskorrekturen sowie für Systemverwaltungsfunktionen, Datenformatierung und Lageregelung verwendet. Mercury, das erste bemannte Raumschiff, trug jedoch keinen Computer. Fünfzehn Jahre lang wurden unbemannte Erdorbital- und Weltraummissionen ohne Allzweckcomputer an Bord durchgeführt. Doch jetzt könnten das bemannte Shuttle und das unbemannte Galileo-Raumschiff ohne Computer einfach nicht funktionieren. Tatsächlich tragen beide viele Computer, nicht nur einen. Dieser Übergang hat es möglich gemacht, dass aktuelle Raumfahrzeuge vielseitiger sind. Erhöhte Vielseitigkeit ist das Ergebnis der Leistungsfähigkeit von Software, die Fähigkeiten des Computers, auf dem sie sich befindet, zu ändern und damit die Hardware, die es steuert. Da sich Missionen ändern und komplexer werden, ist die Verwendung von Software zur Anpassung an die Änderungen viel billiger und schneller als der Austausch der Hardware.

...Die Bodencomputersysteme der NASA spiegelten den Bedarf an groß angelegter Datenverarbeitung wider, ähnlich wie bei vielen kommerziellen Anwendungen, jedoch in einer Echtzeitumgebung, die bis vor kurzem normalerweise keine Anforderung an Business Computing war.

In Bezug auf Bordcomputer für Apollo:

Das Vorhandensein eines Computers im Apollo-Raumschiff war aus mehreren Gründen gerechtfertigt. Drei wurden früh im Programm gegeben: ( a ) um feindliche Störungen zu vermeiden, ( b ) um spätere lang andauernde (planetare) bemannte Missionen vorzubereiten und ( c ) um eine Sättigung von Bodenstationen im Falle mehrerer Missionen im Weltraum zu verhindern gleichzeitig. Doch nichts davon wurde zu einer primären Rechtfertigung. Vielmehr war es die physikalische Realität, die sich in der 1,5-Sekunden-Zeitverzögerung eines Signalwegs von der Erde zum Mond und zurück ausdrückte, die die Motivation für einen Computer im Mondlandefahrzeug lieferte. Angesichts der zu erwartenden gefährlichen Landebedingungen, die eine schnelle Entscheidungsfindung und Rückmeldung erfordern würden, wollte die NASA weniger auf bodengestützte Computer angewiesen sein. Die Wahl, später im Programm, der Rendezvous-Methode auf der Mondumlaufbahn gegenüber dem direkten Flug zum Mond, rechtfertigte ferner einen Bordcomputer, da die Einfügung in die Mondumlaufbahn auf der anderen Seite des Mondes stattfinden würde, ohne Kontakt mit der Erde. Diese Überlegungen und der Konsens unter den MIT-Leuten, dass Autonomie wünschenswert sei, sicherten den Platz eines Computers im Apollo-Fahrzeug.

In Bezug auf Bodenunterstützungscomputer für Apollo:

Ohne automatisches Testen hätte das Vertrauen in die Raketen nicht erreicht werden können, da sie für effektive manuelle Verfahren zu komplex waren. Zusätzlich zu den für die Trägerrakete spezifischen Checkout-Methoden hatten die Startleiter in den Feuerräumen Zugang zu automatisierten Testdaten der Vorflug-Testausrüstung für Raumfahrzeuge, die sowohl vom Launch Operations Center als auch vom Manned Spacecraft Center entwickelt wurden.

Drei Hauptaufgaben beschäftigen die Fluglotsen: Abtasten des Telemetriestroms, um sicherzustellen, dass alles gut läuft, und um wissenschaftliche Daten zu sammeln, Navigationsberechnungen durchzuführen und Befehle zu senden.

Ihr Raumschiff müsste mehrere Größenordnungen größer sein als der Saturn-Apollo.

  1. Kein menschlicher Pilot hat erfolgreich ein Rendezvous ohne Computer durchgeführt. Beachten Sie, dass Rendezvous zwei Raumfahrzeuge in Umlaufbahn, Position und Geschwindigkeit nahe zusammenbringt. Docking ist der eigentliche physische Kontakt zwischen zwei Raumfahrzeugen. Letzteres kann und wird oft manuell von einem Piloten durchgeführt, aber jeder Versuch, ein Rendezvous ohne Computer durchzuführen, war ein Fehlschlag :

    • Die Sowjets versuchten zweimal ein Rendezvous mit Wostok und scheiterten. Wostok 3 und 4 waren 1962 und Wostok 5 und 6 waren 1963. Vostok fehlten Manövriertriebwerke, um ihre Umlaufbahn an die ihres Zwillings anzupassen. Die anfänglichen Trennungsabstände lagen im Bereich von 5 bis 6,5 Kilometern (3,1 bis 4,0 Meilen) und gingen im Laufe der Missionen langsam auf Tausende von Kilometern (über tausend Meilen) auseinander.

    • Der US-Astronaut Jim McDivitt versuchte am 3. Juni 1965, sein Gemini 4-Raumschiff zu manövrieren, um die Oberstufe seiner verbrauchten Trägerrakete Titan II zu treffen. Obwohl er in der Lage war, Sichtkontakt mit dem Ziel herzustellen, schlug das Rendezvous fehl. Er befand sich im Orbit hinter dem Ziel und nahm an, dass ein Stoß auf das Ziel sie zusammenbringen würde. Die Orbitalmechanik funktioniert nicht so, und wenn man auf das Ziel zustößt, werden sie nur weiter voneinander entfernt.

    • Das erste erfolgreiche Rendezvous fand am 15. Dezember 1965 statt, als Schirra das Gemini 6- Raumschiff innerhalb von 30 cm (1 Fuß) von seinem Schwesterschiff Gemini 7 manövrierte .

      Schirra übertrug dem Computer von Gemini 6A die Verantwortung für das Rendezvous.

    • Das erste Rendezvous mit Docking war Gemini 8 . "Bei 55 Seemeilen (102 km) gaben sie dem Computer die automatische Kontrolle."

    • Das erste unbemannte Andocken war die sowjetische Cosmos 186/188 und war automatisiert.

    • Sojus 2/3 hatte das automatisierte Rendezvous-System von Igla. Es versuchte manuelles Andocken und schlug fehl.

    • Sojus 4/5 hatte auch das automatisierte Rendezvous-System von Igla. Es war erfolgreich und zwei Kosmonauten tauschten Fahrzeuge aus.

    • In den frühen Jahren der Apollo-Entwicklung drängten von Braun und andere Beamte auf den „direkten“ Ansatz mit einem einzigen Raumschiff, das die gesamte Reise unternahm, und argumentierten, dass es unmöglich sei, dass ein Lander, der von der Mondoberfläche aufsteigt, sich jemals mit einem Raumschiff auf dem Mond treffen könnte Orbit. Zitat aus einem Interview mit Robert Gilruth , dem ersten Direktor der MSC in Houston:

      DeVorkin: Beim direkten Abstieg brauchte man einen enormen Booster. Bei einem Rendezvous in der Erdumlaufbahn brauchten Sie zwei Saturn-Trägerraketen, um sich im Orbit zu treffen. Beim Mondorbit-Rendezvous brauchte man nur einen Saturn-Trägerraketen, aber man musste, korrigiert mich, wenn ich falsch liege, extrem fein abgestimmte Fähigkeiten haben, um die Himmelsnavigation durchzuführen , denn das Mondorbit-Rendezvous wurde in der größten Entfernung durchgeführt, war das kritischer Weg . Das Schwierigste, was zu erobern.

      Gilruth: Aber das hatte eine Bordnavigation.

      DeVorkin: Wurde es schon entwickelt? Inwieweit waren die Computer bereit und verfügbar?

      Gilruth: Nun, das stimmt, wir waren die Leute, die IBM gemacht haben. Keine Frage. Wir haben das Computerzeitalter mit Apollo um zehn Jahre vorangetrieben, weil wir wirklich IBM verwendet und sie aufgebaut haben, um dieses Programm zu machen.

      ...

      DeVorkin: Lassen Sie uns zurückgehen und über Ihren Kommentar zu IBM sprechen und darüber, wie die NASA IBM zu dem gemacht hat, was es heute ist.

      Gilruth: Ich glaube, ich würde sagen, dass sie viel Talent hatten. Sie wären auf jeden Fall erfolgreich geworden, aber wir haben ihnen geholfen, indem wir ihnen ein so herausforderndes Projekt wie Apollo gegeben haben, das das Äußerste an Computerentwicklung erforderte. Ich bin kein Computerexperte, obwohl ich einige sehr gute Leute in dieser Arbeit hatte. Ohne diese Computer hätten wir niemals all diese Gleichungen in so kurzer Zeit lösen können, dass wir diese Dinge in die richtigen Bahnen lenken könnten.

    • Das Apollo-Transpositions-/Docking-/Extraktionsmanöver (TDE) begann mit dem Raumschiff, das bereits in Position und Geschwindigkeit angepasst war. Der maximale Abstand betrug nur 50 m, es handelt sich also nicht um ein Rendezvous. Dies wurde jedoch manuell durchgeführt.

    • Apollo-Trans-Mond-Injektion und Trans-Erde-Injektion sind kein Rendezvous (kein zweites Fahrzeug). Darüber hinaus wurden ihre Parameter von Computern bei der Missionskontrolle berechnet, einschließlich der manuellen Verbrennung von Apollo 13 .

    • Der Film Apollo 13 zeigt einige Handberechnungen. Dies war eine Drehung der beiden Raumfahrzeug-Koordinatensysteme, sodass die Gimbal-Winkel von einem Raumfahrzeug auf ein anderes übertragen werden konnten. Die X-Achsen zeigen in entgegengesetzte Richtungen, und die Y/Z-Achsen sind gedreht, weil sie die Rollwinkel der beiden Raumfahrzeuge beim Andocken nicht perfekt ausrichten konnten. Diese Berechnungen hatten nichts mit der Berechnung von Flugbahn, Schub oder anderen Manövern des Raumfahrzeugs zu tun. Die Tatsache, dass Sie eine Menge Leute gesehen haben, die Berechnungen mit Rechenschiebern durchgeführt haben, bedeutet nicht, dass jede Raumfahrzeugberechnung auf diese Weise durchgeführt werden kann.

    • Sojus und das Space Shuttle benutzten Computer, um sich mit anderen Raumfahrzeugen zu treffen.

  2. Dies eliminiert die Missionsmodi Lunar-Orbit-Rendezvous (tatsächlich von Apollo verwendet) und Earth-Orbit-Rendezvous und lässt nur den direkten Modus übrig. Dies erfordert ein viel größeres Raumfahrzeug, da Sie alles (z. B. Treibstoff, Hitzeschild) zur Mondoberfläche und zurück schleppen.

  3. Ohne die präzisen Echtzeitberechnungen eines Computers (ob auf dem Raumfahrzeug oder auf der Erde) benötigen Sie viel mehr Treibstoffreserven für Kurskorrekturen.

Aus praktischer Sicht lautet die Antwort also "nein".

Verwandte Fragen:

TL; DR - Raumfahrtsteuerungen sind nicht intuitiv
Abwertung, weil Sie Gemini 4 aufgenommen haben. Gemini 4 hatte bereits ein Rendezvous mit der oberen Stufe. Das Manöver, das sie versuchten (und scheiterten), war das Halten der Position, das wie das Andocken manuell durchgeführt werden kann und wurde.
Die Koordinatensystemtransformation von Hand mit einem Schieber und Papier in der Schwerelosigkeit durchzuführen, war müde und gestresst für die A13-Crew schwierig genug. Drehungen in einem kartesischen System sind nicht so einfach.

Erstens hätte das Bodenteam den größten Teil der Orbitalnavigation aus der Ferne durchführen können und tat es tatsächlich. Dieser Bericht erwähnt die Tatsache, dass der Bordcomputer für Apollo 8 sekundär war, wobei die primären Systeme vom Boden waren. Das Raumschiff musste einige Dinge tun, einschließlich einiger Echtzeit-Anpassungen während der Landung basierend auf der tatsächlichen Topographie, aber die Kurskorrekturen und Verbrennungen und dergleichen wurden alle von Houston aus verwaltet. Es bestand der Wunsch, einen Computer zu haben, der leistungsfähig genug ist, um die Zahlen an Bord zu berechnen, nur für den Fall, dass etwas passiert, das die Kommunikation mit der Erde einschränkt.

Computer waren schon immer ein Teil des Raketenstarts. In vielen Fällen befanden sich diese am Boden und halfen, die Rakete auf ihrem gewünschten Weg zu führen. Wenn man weiß, wie viel man in welche Richtung steuern muss, kann man unterschiedliche Winde, leicht versetzte Motoren und andere kleine Probleme überwinden, die vom Boden aus so gut wie unmöglich zu erkennen sind.

Aber Sie haben völlig Recht, Sie brauchen keinen besonders leistungsfähigen Computer, um diese Berechnungen durchzuführen. Reichen Sie als Beweis den Apollo-Leitcomputer ein, der wirklich gar nicht so leistungsfähig war. Ich denke, das allgemeine Sprichwort lautet, einfach zu erkennen, wo die Technologie gekommen ist, und wenn ein solcher Low-End-Computer in den 1960er Jahren so viel leisten konnte, stellen Sie sich nur vor, was wir heute tun können.

Eine Sache, an der Sie vielleicht interessiert sind, und die für vieles davon die Quelle war, ist dieser Artikel , in dem es um die Leistungsfähigkeit des Apollo Guidance Computer geht.

Der Flugcomputer war absolut notwendig - der Apollo-Lander war ein komplettes Fly-by-Wire-System, und das braucht einen Computer, um zu funktionieren, selbst wenn es vollständig manuell gesteuert wird. Eine Steuerung vom Boden aus war aufgrund der Übertragungsverzögerung nicht möglich (dh: Echtzeitsteuerung mit einer Verzögerung von 2,5 s ist nicht akzeptabel). Man könnte sogar sagen, dass die Echtzeit-FBW-Steuerungssysteme komplexere und zahlreichere Berechnungen durchzuführen hatten als nur die Navigationslast.
Diese Antwort würde durch einige Zitate verbessert werden. Auch nur eine Referenz für die angegebenen Fakten.
Natürlich übernimmt das Bodenteam die meisten Berechnungen, aber was passiert, wenn das Funkgerät ausfällt?
Oder die Sowjets haben das Radio gestört (Damals wurde es sicherlich in Betracht gezogen!)
Wenn ich neue Ingenieure interviewe und als Antwort auf ein einfaches Maximum-Subarray-Problem "sieht aus wie ein dynamisches Programmierproblem" oder Hash-Tabellen bekomme, bei denen ein Array ausreichen würde, wünsche ich mir wirklich, dass "wir können heute tun" wirklich angewendet werden :-(

„Habe ich eine sehr naive Vorstellung von Raumfahrt?“ - ganz ehrlich, ja. Hier ist ein Auszug aus dem wunderbaren Buch Sunburst and Luminary: An Apollo Memoir von Don Eyles :

Die Führung würde alle zwei Sekunden verarbeitet, wobei die Flugbahn basierend auf neuen Daten aus der Navigation wiederholt korrigiert und verfeinert würde. In die Führungsgleichung gingen mit jeder Drehung der Kurbel die Position und die Geschwindigkeit des LM ein, die zusammen als Zustandsvektor bekannt sind. Heraus kam ein Zeigebefehl für den Autopiloten und ein Schubbefehl für den Sinkflugmotor. Zwischen rein und raus war eine Gleichung, die den aktuellen Zustand des Raumfahrzeugs mit Zielbedingungen verglich, die nicht nur in Bezug auf Position und Geschwindigkeit, sondern auch in Bezug auf Beschleunigung, Ruck (Änderungsrate der Beschleunigung) und eine Snap-Dimension spezifiziert wurden ... Wenn die Führungsgleichung ihre Arbeit richtig gemacht hat, würde der LM auf der Mondoberfläche aufsetzen, bevor ihm der Treibstoff ausgeht, mit der rechten Seite nach oben, an der richtigen Stelle, mit einer konstanten Drosselklappeneinstellung und sehr langsam an der Moment der Berührung.

Und das nur für das Mondlandemanöver, eines von Dutzenden von Manövern, die die drei Komponenten des Apollo-Raumschiffs beim ersten Mal genau richtig ausführen mussten, um zum Mond und wieder zurück zu gelangen.

Ich verstehe nicht, warum überhaupt ein Computer benötigt wurde, weder am Boden noch im Raumschiff.

Wie Ben (PearsonArtPhoto) betonte, waren Computer schon immer ein Teil des Raketenstarts . Auf keinen Fall optional. Computer werden benötigt, um Kollisionen mit den Trümmern rund um die Erde zu vermeiden , Raumfahrzeuge automatisch zu steuern und Missionsdaten (Sensoren, Live-Support-Systeme usw.) zu überwachen, aus denen gelernt werden kann, um zukünftige Missionen zu verbessern.

Die wirkliche Herausforderung scheint [...] nichts mit Mathematik oder zumindest "Echtzeit"-Mathematik zu tun zu haben.

Obwohl es viele andere Herausforderungen gibt, ist die "echte Herausforderung" während der Mission hauptsächlich die Rechenaufgabe. Alles andere muss vor dem Start geklärt werden. Wenn nicht, kann ein einzelner Fehler fatal sein. Viele außergewöhnliche Ereignisse können während einer Mission passieren, besonders in den ersten paar Minuten – es ist für uns Menschen unmöglich, sie in Echtzeit vorherzusagen.

Ich verstehe nicht, warum ein viel leistungsfähigerer Computer einen Unterschied machen würde.

Die Speicherzykluszeit für den Apollo Guidance Computer betrug 11,7 Mikrosekunden. Eine Addition mit einfacher Genauigkeit in der Assemblersprache dauerte zwei Speicherzyklen. Andere Grundbefehle benötigten 1, 2 oder 3 Speicherzyklen. Ein Speicherzyklus dauerte 24 Zyklen des 2,048-MHz-Takts. (von Uwe)

Obwohl es im Vergleich zur heutigen Technologie ziemlich langsam ist, könnte kein Mensch Berechnungen mit dieser Geschwindigkeit durchführen. Das hat gereicht, um zum Mond zu fliegen. Aber je schneller, desto weiter kommt man, und mit zunehmender Komplexität eines Schiffes reicht es nicht mehr aus. Mein erstes Telefon lief mit bis zu 1,2 GHz. Telefone (insbesondere Android) können Berechnungen in Wirklichkeit jedoch nicht so schnell durchführen, wie es ihre CPU technisch könnte, da sie hauptsächlich virtuelle Maschinen (die JVM) ausführen und mit der Berechnung vieler UI-bezogener Aufgaben beschäftigt sind.

Abschließend

Auch wenn Telefone nicht so beeindruckend sind wie der Computer, der uns zum Mond gebracht hat, ist es eigentlich verrückt , dass wir kleine Computer in unseren Taschen herumtragen, die viel fortschrittlicher sind als die, die uns zum Mond gebracht haben! Das nennen wir technologischen Fortschritt... und ich finde ihn faszinierend ^^

Was verrückt ist, ist, dass es mindestens ein USB- Ladegerät gibt , das leistungsstärker ist als das AGC
Der Apollo Guidance Computer konnte keine 2 Millionen Operationen pro Sekunde ausführen, nicht einmal die schnellsten. Es könnte nicht schneller sein als die Speicherzykluszeit von 11,72 Mikrosekunden. 2,048 MHz war nur die Quarztaktfrequenz, aber nicht die Befehlsfrequenz. Eine Addition mit einfacher Genauigkeit in der Assemblersprache dauerte zwei Speicherzyklen. Also nur 85.324 Additionen pro Sekunde.
Der Vergleich zwischen Telefonen und AGC ist üblich, aber etwas irreführend. Es war nicht die CPU der AGC, die es zu dem machte, was es war, es war seine gründliche Integration in das, was im Wesentlichen Fly-by-Wire-Raumschiffe waren. Telefone sind eher eigenständige Geräte mit viel mehr Rechenleistung, können aber nicht mit der Engine, der Lageregelung, dem Sextanten, der Telemetrie und all dem Jazz interagieren.
@WayneConrad Ich bin mir sicher, dass man einen Telefonprozessor verwenden könnte, um ein Raumschiff zu verbinden und zu steuern. Für die Schnittstelle müssten nur einige weitere Peripheriegeräte an die Telefonplatine gelötet / angeschlossen werden. Es würde wahrscheinlich ein anderes Betriebssystem als Android / IOS erfordern, da die Echtzeit-Betriebssystemfunktionen dieser Betriebssysteme nicht ausreichen ...
Nein, es war nicht nur so, als würde man weitere Peripheriegeräte auf die Platine löten. Sie müssten Schaltungen bauen, ziemlich viel davon, für die Schnittstelle. Die Peripheriegeräte der AGC waren keine modernen Peripheriegeräte, die mit dem einen oder anderen Computer ohne oder mit geringfügigen Änderungen verwendet werden konnten. Die Peripheriegeräte waren ebenso ein Teil der AGC wie die CPU der AGC – es war eine sehr enge Integration ohne wirkliche Abstraktion.
Was ist mit dem Bearbeiten des falschen Satzes "Das sind mehr als 2 Millionen Operationen (add, sub, mult ... Divisionen dauerten damals meines Wissens nach länger) pro Sekunde." Es war mehr als 20 Mal langsamer.
@Uwe Ich bin mit dem CPU-Design von AGC nicht besonders vertraut, aber es stimmt nicht unbedingt, dass Operationen nicht schneller als der Speicherzyklus sein können. Die meisten CPUs führen Berechnungen in Registern und nicht direkt im Hauptspeicher durch, was bedeutet, dass sie bei den meisten Berechnungen nicht im Hauptspeicher lesen/schreiben müssen, solange sich alle für die Berechnungen erforderlichen Daten bereits in den Registern befinden.
@finnmglas, Re, "gelötet / verbunden ..." Dafür ist Bluetooth da.
@LieRyan Die AGC hatte sehr wenige Register. Es konnte keine Berechnungen in Registern durchführen, einige Register befanden sich im Speicher und nicht in der CPU. Es gab nichts Besseres als einen Befehls-Cache. Die AGC wurde unter Verwendung sehr kleiner integrierter Schaltkreise gebaut, Register erforderten viele ICs. Daher waren Operationen, die schneller als der Speicherzyklus waren, unmöglich.
@WayneConrad Ich denke, das lenkt nur vom Punkt ab. Das Hinzufügen von E/A zu einem Smartphone ist trivial, und das ist alles, was wirklich fehlt. So etwas wie der Raspberry Pi ist ein gutes Beispiel für einen winzigen SoC mit einem Haufen angeschraubter E/A - sicher, es würde eine Hardware-Schnittstellenschicht benötigen, um das LEM tatsächlich zu steuern, aber das ist meistens nur ein Durcheinander von dummen Schaltkreisen.
Die Art von Computern, die für Apollo-Projekte verwendet werden (mehrere Computer, der AGC, wenn er nur ein Teil eines gigantischen Kraftpakets ist), dreht sich nicht um MIPS oder GFLOPS. Dies ist ein weit verbreitetes Missverständnis. Bei Mainframes und spezialisierten Computern dieser Art geht es nicht um reine Zahlenverarbeitungskapazität, war es nie und wird es wahrscheinlich auch nie sein.

Betrachten Sie als nur ein Beispiel die Mondlandung. Wenn Sie an ein Fahrzeug denken, das auf einer Rakete sitzt und der Schubvektor der Rakete für einen Moment durch den Massenmittelpunkt des Systems geht, werden Sie feststellen, dass es nicht stabil ist: Es gibt nichts, was es dazu bringt, in irgendetwas zu zeigen bestimmte Richtung. Aber Sie müssen es in eine ganz bestimmte Richtung zeigen, damit der Schub der Rakete in die gewünschte Richtung zeigt und der Vektor durch den Massenmittelpunkt des Systems verläuft, sodass kein Drehmoment darauf ausgeübt wird. Und Sie müssen es einer sehr sorgfältigen Flugbahn bis zur Oberfläche folgen, was bedeutet, dass die Schubrichtung ebenso wie die Schubmenge ständig kontrolliert werden muss: Es muss die Oberfläche mit verbleibendem Treibstoff erreichen, sich sehr langsam und an der richtigen Stelle bewegen .gerade genug Treibstoff, um dies zu tun, weil der Transport von Treibstoff zum Mond extrem teuer ist.

Die Astronauten haben ein paar winzige Fenster, aus denen sie sehen können. In der Anfangsphase des Abstiegs sind diese Fenster von der Oberfläche abgewandt: Sie können die Oberfläche überhaupt nicht sehen. Da das LEM auf dem ganzen Weg nach unten beschleunigt wird, ist das LEM tatsächlich nicht unten, sodass sie die meiste Zeit nicht wissen, wo oben ist. Also werden sie das alles mit Instrumenten machen müssen.

Nun, was können Instrumente ihnen sagen? Sie können wissen, in welche Richtung das LEM im Trägheitsraum ausgerichtet ist. Sie können wissen, wie weit es über dem ist, was sich gerade auf der Oberfläche unter ihnen befindet (also: nicht wie weit es über dem Landeplatz ist, sondern wie weit es über dem Berg ist, den sie überqueren). Sie können seine Position in den beiden anderen Achsen nicht wirklich kennen. Sie können den Beschleunigungsvektor des LEM in seinem eigenen Rahmen kennen. Und nehmen wir an, sie kannten sowohl die Position als auch die Geschwindigkeit zu Beginn des Abstiegs.

Sie müssen also herausfinden, wo sich das LEM befindet und wie schnell es sich bewegt. Dazu müssen sie:

  • Drehen Sie den Beschleunigungsvektor, den sie im Rahmen des LEM haben, zu einem im Rahmen der Plattform, was Trigonometrie beinhaltet;
  • drehen Sie diese weiter in die entsprechenden Koordinaten für den Rahmen des Mondes (der von ihrer berechneten horizontalen Position abhängt);
  • Integrieren Sie die horizontale Komponente, einmal, um die horizontale Geschwindigkeit zu erhalten, und dann erneut, um die horizontale Position zu erhalten.
  • Integrieren Sie die vertikale Komponente einmal, um die vertikale Geschwindigkeit zu erhalten;
  • Integrieren Sie es erneut, um die berechnete vertikale Position zu erhalten, vergleichen Sie dies mit den Messwerten des Radars, und ich denke, eine Art Geländekarte, um alles zu überprüfen, ist sinnvoll.
  • berechnen, wo sie sind in Bezug darauf, wo sie sein sollten;
  • Berechnen Sie aus all dem den Schubvektor, den sie benötigen, und drehen Sie alles zurück in den Rahmen des LEM.

Und sie müssen dies etwa jede Sekunde tun . Oh, und habe ich erwähnt, dass sie während all dessen sicherstellen müssen, dass das Fahrzeug in die richtige Richtung zeigt, was ein eigenes schreckliches Rechenproblem ist? Und während sie das tun, müssen sie die Instrumente beobachten, um zu überprüfen, ob nichts Schlimmes passiert, Abbruchentscheidungen treffen und so weiter und so weiter.

Dies geht so weit über die Fähigkeiten eines Menschen hinaus, dass es schwer zu beschreiben ist. Das ist nur einer der Gründe, warum alle Raketen Computer zur Führung verwenden: Das Problem ist ohne einen zu schwer zu lösen. Die V-2 benutzte zum Beispiel einen Computer – es war ein analoger Computer, aber es war ein Computer.

"Der Motor befindet sich aus offensichtlichen Gründen unten im LEM, und wenn Sie einen Moment darüber nachdenken, werden Sie feststellen, dass ein solches System nicht stabil ist." Wenn sich der Motor oben auf dem Raumschiff befindet, ist das System ist auch nicht stabil. Das ist der Pendulum Rocket Fallacy, siehe geocities.com/jim_bowery/pendrock.html
@Uwe: ja, das muss ich korrigieren. Danke für den Hinweis und zum Nachdenken.

Interessant, dass einige einfache astrodynamische Probleme tatsächlich ohne Computer gelöst werden können, nur mit einem Stift und unter Verwendung von High-School-Algebra.

Zum Beispiel kann die Masse der Nutzlast, die eine Rakete startet, durch die Raketengleichung berechnet werden. Die Einschränkung ist, dass wir 1) den Luftwiderstand und 2) die nicht gerade Flugbahn der Rakete nicht berücksichtigen.

Auch Bahntransfer lässt sich leicht berechnen, zB Hohmann-Transfer. Wenn ein Raumschiff eine anfängliche elliptische Umlaufbahn mit Perigäum p1 und Apogäum a1 hat, können wir berechnen, wie viel Treibstoff es verbrennen muss, um auf eine neue Umlaufbahn mit Perigäum p2 und Apogäum a2 zu gelangen.

ABER. Wenn wir wissen wollen, wie sich die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs mit der Zeit ändert, an welchem ​​Punkt sich das Raumfahrzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt befindet, kann dieses Problem nicht analytisch gelöst werden. Wir stoßen auf die Kepler-Gleichung, die iterative Berechnungen erfordert, viele davon, um genügend Genauigkeit zu erreichen.

Und die Kepler-Gleichung ist nur der einfachste Fall - für ein Zweikörpersystem. In Wirklichkeit haben wir beim Flug zum Mond auch die Gravitation von Mond und Sonne. In den meisten Momenten des Fluges können wir das Problem auf zwei Körper reduzieren, da die Erde (oder der Mond) die dominierende Gravitationsquelle ist. Andere Körper können durch Störungstheorie (bereits ziemlich komplexe Formeln und viele Berechnungen) erklärt werden. Aber für einige Momente der Annäherung an den Mond ist selbst dies problematisch, da dort die Schwerkraft von Mond und Erde vergleichbar ist. Wenn ich mich richtig erinnere, war die Flugbahn für diese Momente ohne Computer fast unmöglich zu berechnen (Quelle - A.Roy "Orbital motion").

PS Ich konnte kein Astrodynamik-Lehrbuch im Open Access finden. Wenn jemand kann, bitte den Link angeben. :) Es reicht aus, einmal dorthin zu schauen, um zu sehen, WIE VIEL MATH da ist. :)

Laut diesem Artikel hatte der Nave & Guidance-Computer 36 KB ROM und 2 KB RAM.

https://history.nasa.gov/afj/compessay.html

Es listet 30 verschiedene „Programme“ auf, die es ausführen könnte.

Die Programme messen wahrscheinlich Dinge wie Temperatur, Druck, Gyroskope usw. als Eingabe. Die Software entscheidet dann, wie die Motorsteuerung durchgeführt wird, um das Fahrzeug stabil und zielgerichtet zu halten.

Wenn ich müsste, könnte ich wohl eine Software schreiben, die gleichzeitig 100 Telemetrieeingänge nimmt, etwa 20 Motoren/Aktuatoren steuert und sie in 32k einfügt.

Eine ähnliche Software, die ich 1995 geschrieben habe, benötigte 300 KB ROM und hatte viel mehr als 2 KB RAM. Ich erinnere mich, dass ich meinen Chef gefragt habe: „Welche Funktionen soll ich entfernen?“ Um die Größe unter 300k zu halten.

Es waren ungefähr 300 Leute, die das Programm für den Apollo-Computer geschrieben haben, keine Aufgabe für eine einzelne Person.
Die Programme sind umfassend dokumentiert – Sie können genau sehen, was in die Berechnungen einfließt , sodass Sie nicht spekulieren müssen.
Oh wow, das ist ein toller Link Mark. Zeigt wie jede einzelne verwendete Variable.

Weitere Einzelheiten darüber, wie der Apollo-Leitcomputer entworfen und gebaut wurde, und zu den Menschen, die ihn gebaut haben, finden Sie auf We Hack the Moon , der Website zum 50-jährigen Jubiläum des MIT-Labors , das die Arbeit leitete. Während der öffentlich zugänglichen Museumsausstellung in ihrer Lobby von Juni bis Oktober 2019 hatten sie ein Modell des LEM, mit dem Sie versuchen konnten, es selbst zu landen, was ohne angemessenes Training nahezu unmöglich ist