„Něco vidím na dvanácté hodině!“ Zpočátku si W. Schirra nebyl jistý, zda nepozoruje Sírius, po chvíli však bylo jasno: onen zářivý bod je Gemini VII, od které se odrážely sluneční paprsky. Tato jsou slova vypůjčená ze seriálu Gemini – Kosmonautická maturita, 11. díl. Jednalo se o misi s velmi náročným úkolem, a to blízkým setkáním dvou kosmických lodí Gemini. Průběh mise a celý průběh programu Gemini si můžete přečíst ve velmi zdařilém, již zmíněném, seriálu na našem portálu. Cílem tohoto článku však není mise samotná ani program jako takový. V dnešním článku se budeme zabývat historií výpočetního systému lodi, který byl diametrálně odlišný od předchozího systému kosmické lodi Mercury.

Úvod do historie

Vývoj výpočetní techniky kosmických lodí začal již s vývojem prvních kosmických lodí. Každý nový projekt kosmické lodi či stanice přinášel nové a výkonnější systémy, které reagovaly na zvyšující se nároky nových misí. Kosmická loď Gemini byla vybavena jednou jednotkou určenou pro navádění a navigaci. Lodě Apollo používaly počítače ve velitelském modulu a lunárním modulu. U Apolla se opět jednalo především o naváděcí a navigační úkony. U stanice Skylab se již jednalo o duální systém počítačů, tzn. počítače pro systém řízení polohy a další sada pro řízení polohování solárního teleskopu. Další kapitolou je pak raketoplán s pěti hlavními počítači avioniky a dále pak další počítače pro samotné motory, což znamenalo dva počítače na jeden hlavní motor. U raketoplánu pak měly počítače na starost celou sérii úkolů, od navigace a navádění přes správu všech systémů až po řízení motorů.

Jak již bylo zmíněno, projekt Gemini měl jasný úkol: vyšlapat cestu pro Apollo. V takovém případě již nešlo jít cestou předchozího projektu Mercury, kde loď nebyla vybavena nezávislým systémem pro manévrování. Vše obstarávala pozemní střediska v reálném čase a při startu zajišťoval navádění vnitřní systém nosné rakety. Dalším důvodem pro samostatný výpočetní systém byl fakt, že sledovací síť nekryla všechny části orbitální dráhy a nebylo tak možné ani průběžně nahrávat aktualizace potřebné pro rendezvous manévry. Navíc Gemini byla loď s dvoučlennou posádkou, což mělo přinést více možností pro experimentální část misí. Jak již bylo zmíněno, jedním z primárních cílů programu bylo získání zkušeností s manévrováním, přiblížením a dokováním. K nácviku dokování byl použit upravený raketový stupeň Agena. Konstruktéři programu Gemini také chtěli zvýšit přesnost návratu a automatizovat některé kontrolní funkce. Tyto různé požadavky vyžadovaly, aby byla kosmická loď vybavena aktivním palubním výpočetním zařízením. Palubní počítač pracoval v šesti fázích mise:

– předstartovní příprava
– záložní navádění během startu
– manévry přiblížení
– při navedení na oběžnou dráhu
– setkání/rendezvous
– při návratu do atmosféry

Základní ideou konstruktérů při vývoji byla redukce počtu samostatných testovacích linek připojených k raketě a lodi. Zároveň automatizovat i kontrolní postupy. Počítač byl schopen provádět vlastní kontroly a zároveň přijímat data ještě 150 minut před startem. Další novinkou byla možnost přepnutí řízení rakety na počítač Gemini, protože po celou dobu vzestupu loď přijímala základní letové údaje a byla tak schopna okamžitě reagovat na případné selhání naváděcího systému nosné rakety. Přepnutí mezi systémy bylo automatické nebo manuální. Rozdílové údaje pak byly zobrazovány i v kabině lodi a mohly i pomoci při výpočtu dodatečné rychlosti potřebné po odpojení druhého stupně rakety Titan II k dosažení správné oběžné dráhy. Počítač také zajišťoval řízený návrat zpět na Zemi, kdy ovlivňoval sestup, aby došlo k přistání v cílové oblasti. Gemini měla dostatečnou vztlakovou schopnost, aby mohla upravit bod přistání až o 800 km na linii letu a 64 km bočně vzhledem k linii letu. Pět minut před zpětným zážehem byl počítač přepnut do režimu návratu a začal shromažďovat data. Zobrazoval změny rychlosti během zpětného zážehu a po něm.

IBM

Nyní se zmíním o společnosti IBM a její historii. Tato společnost byla založena v roce 1911 v New Yorku spojením několika menších firem vyrábějících váhy, sýrové kráječe a stroje na zpracování děrných štítků. IBM je zároveň nejstarší společností na světe, která se zabývá počítačovou technologií. To logicky vedlo k tomu, že se IBM začala zajímat i o zakázky z  rozvíjejícího se kosmického průmyslu.

Dne 19. dubna 1962 získala společnost kontrakt na vývoj digitálního palubního počítače pro vesmírnou loď Gemini. Hodnota programu činila 26,6 milionu dolarů. Nejednalo se jen o vývoj samotného počítače, ale o jeho celkovou integraci s ostatními systémy lodi. Podle inženýrů společnosti získala IBM zakázku i z důvodu úspěšného vývoje paměti s feritovými jádry (tzv. core memory), která byla využita v programu Orbiting Astronomical Observatory (OAO). Další zajímavostí z toho počátečního období je i fakt, že divize společnosti IBM Federal Systems Division v Owegu dokončila předchozí projekty a byly tak k dispozici nejzkušenější inženýrské týmy.

Vývoj počítače byl už od začátku výrazně ovlivněn omezeními týkajícími se rozměrů, spotřeby elektrické energie z palubní sítě a v neposlední řadě i hmotností. To vše tedy určilo jak rozměry zařízení, tak i použití vnitřních součástí a typ paměti. Výsledný rozměr počítače tak byl 48 x 37 x 32 cm a jeho hmotnost byla cca 26,8 kg. První vyrobený kus přešel do fáze zkoušek již 31. srpna 1963 a poslední kus byl dodán v prosinci 1965. Celkem bylo vyrobeno dvacet kusů.

Počítač byl instalován v nehermetizovaném přístrojovém prostoru nalevo od sedadla velitele. Ve stejném prostoru se nacházel také napájecí zdroj inerciálního navigačního systému a pomocný napájecí zdroj samotného počítače. V době vzniku OBC (On-Board Computer) ještě nebyly plošné spoje běžně používány tak, jak je známe dnes, a systém byl řešen využitím diskrétních elektronických součástek, které byly seskupeny do jednotlivých modulů. Seskupení do jednotlivých modulů umožňovalo jejich případnou výměnu. Moduly pak byly zasunuty do jedné z pěti propojovacích desek. Logická část OBC obsahovala celkem 510 modulů. Pro zajímavost historie desek plošných spojů (DPS) v dnešním slova smyslu se začala psát v roce 1925, kdy Charles Ducas patentoval metodu tisku vodivého materiálu na izolační podložku pomocí standardní tiskové planžety.

V letectví i kosmonautice jsme zvyklí, že systémy bývají z bezpečnostních důvodů zdvojené. To se ovšem netýkalo OBC, který nebyl vybaven záložními obvody. V praxi to znamenalo, že jakákoliv porucha mohla způsobit ztrátu právě té funkce, kterou počítač v daném okamžiku vykonával. O tom se nakonec přesvědčila i posádka mise Gemini IV. Nebylo to ovšem tak, že by loď nebylo možné provozovat bez záložního počítače. Pokud došlo k selhání nebo poskytování nesprávných údajů, bylo možné některé úkoly jednoduše zrušit, zatímco jiné bylo možné provést ručně s nižší přesností. Jedním z úkolů, který by byl například zrušen, bylo přiblížení. Naopak manévr, který mohl být proveden ručně, byl návrat do atmosféry. Zde by se postupovalo podle postupů převzatých z programu Mercury.

Nyní si dovolím krátkou vsuvku vypůjčenou ze seriálu Gemini – Kosmonautická maturita, 7. díl.

„Během čtyř dnů letu šlo s výjimkou několika drobností všechno skoro jako po másle, ovšem před závěrem letu se vyskytl jeden významný problém. 74 hodin a 58 minut po startu Gemini zrovna prolétávala nad Austrálií a CapCom na sledovací stanici Carnarvon předal McDivittovi sadu pokynů, jež měl velitel naťukat do palubního počítače. O třičtvrtě hodiny později, během přeletu nad stanicí v Guaymas, dostal McDivitt pokyn počítač vypnout. Jenže přestože byl spínač počítače přepnut do polohy „OFF“, stále svítila kontrolka značící, že je počítač v chodu a navíc se rozsvítila signálka poruchy. Nad problémem si experti lámali hlavy několik hodin a současně probíhaly testy na simulátorech. Jednou z možností bylo, že je počítač příliš chladný. Ovšem ani procedura na jeho ohřátí nezpůsobila obrat k lepšímu, a proto musela posádka počítač oželet. To nebylo zrovna povzbudivé, zejména kvůli faktu, že počítač měl řídit dráhu Gemini během sestupu atmosférou. Takto se museli Jim a Ed spolehnout na balistický sestup a nižší přesnost přistání. V určený čas astronauti odhodili přístrojovou sekci lodi a 97 hodin a 40 minut po startu se zažehly čtyři brzdicí motory v retrográdní sekci. Vzápětí byl odhozen zbytek adaptéru. McDivitt uvedl kabinu do rotace o rychlosti 15 °/sec. O pět minut později obklopil návratovou kabinu oblak plazmatu.“

Společnosti IBM se nepodařilo tuto závadu při pozemních zkouškách zopakovat, a tak pro následující misi doplnila systém o ruční přepínač, který umožňoval tuto závadu obejít. Nyní se budeme věnovat samotnému výpočetnímu procesu OBC. Z důvodu přesnosti, a také malé znalosti této problematiky, si dovolím nyní vložit přeložený text z Computers in Spaceflight.

„Počítač měl instrukční cyklus 140 mikrosekund, což byla doba, kterou potřeboval k provedení operace sčítání. Násobení trvalo tři cykly, tedy 420 mikrosekund, zatímco dělení vyžadovalo dvojnásobek této doby. Bitová frekvence aritmetické jednotky činila 500 kilocyklů za sekundu a frekvence paměťového cyklu byla poloviční. Počítač pracoval sériově a zpracovával bity jeden po druhém, což vysvětluje jeho poměrně nízkou rychlost zpracování, nižší než u některých elektronkových počítačů, například Whirlwind. Konstrukce jeho aritmetické jednotky s pevnou desetinnou čárkou navíc omezovala přesnost výpočtů, ale výrazně snižovala složitost systému. Digitální počítač Gemini používal jako svou primární paměť feritová jádra. Paměti s feritovými jádry ukládají jeden bit do každého feritového kroužku tím, že je magnetizují buď ve směru hodinových ručiček, nebo proti směru hodinových ručiček. Jeden směr magnetizace znamená, že je uložena logická jednička, opačný směr znamená logickou nulu. Každé jádro je umístěno v kolmém průsečíku dvou vodičů. Každá rovina paměti obsahuje tisíce takových průsečíků, tvořených řadami vodičů vedených svisle (vodiče X) a dalšími vodiči vedenými vodorovně (vodiče Y). Proto se při změně hodnoty bitu na určitém místě přivádí polovina napětí potřebného ke změně na jeden vodič ve směru X a druhá polovina na jeden vodič ve směru Y. Tímto způsobem je ke změně vybráno pouze jádro ležící v průsečíku těchto dvou vodičů. Všechna ostatní jádra připojená ke stejným vodičům obdrží pouze polovinu potřebného napětí. Pomocí třetího vodiče je možné „snímat“, zda vybrané jádro obsahuje logickou jedničku nebo logickou nulu. Tímto způsobem lze přečíst každé jednotlivé jádro. Paměť s feritovými jádry použitá v počítači Gemini měla neobvyklou konstrukci. Skládala se z 39 rovin, z nichž každá obsahovala pole 64 × 64 bitů, což představovalo 4 096 adres, přičemž každá adresa obsahovala 39 bitů. Slovo mělo délku 39 bitů, ale bylo rozděleno na tři třináctibitové slabiky. Samotná paměť byla rozdělena do 18 sektorů. K vytvoření úplné adresy proto bylo nutné určit jak sektor, tak slabiku. Instrukce využívaly 13 bitů slova, zatímco datová reprezentace měla 26 bitů. Datová slova byla vždy ukládána do slabik 0 a 1 úplného slova, zatímco instrukce mohly být umístěny v libovolné slabice. To znamená, že do jednoho úplného slova bylo možné umístit až tři instrukce, ale pouze jednu datovou položku. Aritmetické a logické obvodové desky spolu s pamětí s feritovými jádry tvořily hlavní část počítače Gemini. Tyto součásti byly propojeny s velkým množstvím systémů kosmické lodi, z nichž většina zajišťovala funkce navádění a navigace.“

Konfigurace OBC popsaná výše platila až do mise Gemini VII. Počínaje misí Gemini VIII byl počítač doplněn o systém sekundární paměti. Následující misí VIII byl počítač doplněn o systém sekundární paměti. Jak již bylo zmíněno, počítač využíval primárně feritovou paměť, tedy paměť tvořenou feritovými jádry. V průběhu vývoje hrozilo, že software překročí kapacitu paměti s feritovými jádry, a tak IBM navrhla pomocnou páskovou paměť (Auxiliary Tape Memory) pro ukládání softwarových modulů, které nemusely být při startu v počítači. V praxi to znamelo, že programy zajišťující záložní navádění nosné rakety a podporu při navedení na oběžnou dráhu byly během počáteční fáze letu uloženy ve feritové paměti. Program pro návrat do atmosféry mohl být do této paměti načten krátce předtím, než byl potřeba. To tedy znamená, že potřebný program byl využit až ve chvíli, kdy byl potřebný a přepsal stávající program feritové paměti. Tento princip byl v oblasti kosmonautiky použit poprvé, i když se už v té době jednalo o běžnou praxi u pozemních počítačů. IBM pověřila výrobou páskové paměti společnost Raymond Engineering Laborartory. Nyní uvedu opět další citaci z Computers in Spaceflight.

„Pásková paměť zvýšila dostupnou kapacitu paměti počítače Gemini na sedminásobek a polovinu původní kapacity, neboť její kapacita činila 1 170 000 bitů. Programy načítané z magnetické pásky byly ukládány do slabik 0 a 1 paměti s feritovými jádry. Načtení programu z páskové jednotky do paměti s feritovými jádry trvalo 6 minut. Přirozený důraz NASA na vysokou spolehlivost při pilotovaných kosmických letech představoval pro počítačový průmysl počátku šedesátých let významnou výzvu. Chybovost magnetických pásek činila jeden chybný bit na 100 000 bitů a společnost IBM usilovala o její snížení na jeden chybný bit na 1 000 000 000 bitů. Použitá metoda spočívala v tom, že každý program byl na pásku zaznamenán třikrát, každá trojice odpovídajících bitů byla vedena do hlasovacího obvodu (voter circuit) a výsledek hlasování byl následně přenesen do paměti s feritovými jádry. Toto řešení bylo později použito také v programu Space Shuttle.“

První misí vybavenou touto sekundární pamětí byla Gemini VIII. U této mise došlo k nekontrolovatelné rotaci při spojení s raketovým stupněm Agena a zázrakem neskončila mise tragicky. Více o této misi a o jejím veliteli se můžete dočíst v připojených odkazech. Pro nás je u této mise zajímavé využití pomocné paměti. Konstruktéři předpokládali nízkou úroveň vibrací během jejího provozu. Při této misi však došlo k nekontrolovatelné rotaci lodi s úhlovou rychlostí přes 300 °/sec. To nebyly ideální podmínky pro funkci paměti. Přesto proběhlo během rotace úspěšné načtění programu pro návrat na Zemi. Této spolehlivosti dosáhla IBM díky rozsáhlému testování. Například:

„Pomocná pásková paměť nevyhověla předkvalifikačním vibračním zkouškám, a proto společnost IBM doplnila mechanismus o mosazný setrvačník a závaží na cívkách magnetické pásky, aby zvýšila jeho stabilitu. Tím bylo zajištěno úspěšné načtení programu i za nepříznivých podmínek. Objevily se také problémy se zkraty tranzistorů způsobenými uvolněnými částicemi, které byly natolik malé, že je nebylo možné odhalit ani rentgenovým vyšetřením, avšak během zrychlení při startu se uvolňovaly. Jedním z řešení tohoto problému bylo zvýšení čistoty výrobního procesu.“

Obecně byla vysokorychlostní magnetická páska využívána v sekundární paměti od padesátých let. Samotná páska umožňovala vysokou hustotu záznamu a uložení velkého množství dat, která nebyla pravidelně potřebná. Pásky pak byly postupně nahrazeny diskovými jednotkami, které mají podstatně kratší dobu čtení a jejich úložná kapacita se stále zvětšovala, až překonala kapacitu magnetické pásky. To logicky vedlo k útlumu pásek v běžném provozu. V době vzniku OBC pro Gemini však byly diskové systémy stále drahé, objemné a ještě nebyly natolik spolehlivé

Počítač, to není jen hardware, i když v roce 1962 byl hardware stále určujícím faktorem. Software pro Gemini byl první palubní software pro pilotovanou vesmírnou loď a do té doby bezpochyby nejsložitějším systémem v oblasti programování. Ani nepilotované mise neměly tak složitý software. Původním plánem bylo vyvinout jedinou softwarovou konfiguraci obsahující veškerý programový kód potřebný pro let, přičemž pro každou misi měly být vyvinuty nové specifické programy. Při dalším postupu se však ukázalo, že některé části programu zůstávají od mise k misi prakticky beze změny. Například záložní navádění během startu. To vedlo k zavedení modulů, které se staly součástí několika programových konfigurací. Důvodem k modularizaci byl i fakt, že vyvíjené programy brzy překročily kapacitu paměti a některé byly uloženy v pomocné páskové paměti. V průběhu vývoje docházelo stále ke změnám požadavků na program, což vedlo ke snaze dostat programy do přidělené kapacity paměti, a to byl problém. Obecně docházelo při vývoji každého počítače pro pilotovanou misi k nesprávnému odhadu potřebné paměti a v případě Gemini to vedlo ke vzniku devíti různých verzí softwaru. Jednotlivé verze byly označovány jako Gemini Math Flow. Při sledování jejich vývoje bylo jasně patrné, že původní odhady potřebné kapacity byly nesprávné, což vedlo ke vzniku dalších verzí. Při jejich sledování Math Flow bylo jasně poznat, že původní odhady kapacity byly nesprávné a následovala další verze. Zde je krátký popis jednotlivých verzí Math Flow.

„Math Flow One se skládal pouze ze čtyř modulů: Ascent, Catch-up, Rendezvous a Re-entry. U Math Flow Two bylo navrženo doplnění orbitální navigace a inicializace návratu do atmosféry, avšak tím by celková velikost programu překročila kapacitu paměti, a proto vedení programu Gemini tato rozšíření zrušilo. Tato verze softwaru byla použita na kosmické lodi II v lednu 1965. Ve verzi Math Flow Four byl program pro inicializaci návratu do atmosféry již úspěšně doplněn, avšak celý program zabíral 12 150 z celkových 12 288 dostupných slov paměti. Původně bylo plánováno použít tento program na kosmické lodi III i na dalších lodích, avšak směrnice NASA z února 1964 změnila logiku navádění při návratu do atmosféry z proporcionálního úhlu náklonu na konstantní úhel náklonu, namísto původního řešení využívajícího proporcionální úhel náklonu a konstantní rychlost přetáčení. Verze Math Flow Five tuto změnu zahrnovala, avšak zcela zaplnila dostupnou paměť, a proto byla vyřazena ve prospěch upravené verze Math Flow Three, která byla použita na kosmických lodích III a IV, po níž následovala verze Math Flow Six, obsahující několik dalších změn a použitá na kosmických lodích V až VII. Konečná verze, Math Flow Seven, byla použita na kosmických lodích VIII až XII, které již všechny byly vybaveny pomocnou páskovou pamětí (Auxiliary Tape Memory). Obsahovala šest programových modulů a devět provozních režimů. Těmito šesti programovými moduly byly Executor, Prelaunch, Ascent, Catch-Up, Rendezvous a Re-Entry. Rutina Executor vybírala ostatní rutiny podle právě probíhající fáze mise.“

Nyní si dovolím lehkou odbočku do doby vzniku softwaru. Obecně byl v té době vývoj softwaru považován za vedlejší součást využití výpočetní techniky. Programy byly psány v obtížně srozumitelných jazycích. V té době se začal rozšiřovat programovací jazyk vyšší úrovně FORTRAN. Ten však nebyl považován za efektivní pro použití na Gemini. Odbornící proto vyvíjeli aplikační programy s využitím omezené sady 16 instrukcí, které byl počítač schopen vykonávat. Mnozí tento proces považovali spíše za umění, protože se neřídil běžnými inženýrskými zásadami, ale byl nahodilý a nedostatečně dokumentovaný a tedy vysoce individuální. Vývojáři softwaru byli obecně považováni za zvláštní skupinu lidí, které je nejlepší ponechat jejich vlastnímu způsobu práce a vývoj softwaru nebyl ani považován za technický produkt.

Společnost IBM i NASA zavedla v průběhu velmi důkladný systém ověřování softwaru, který vrcholil testy hotového hardwaru na rampě. Bylo to zcela logické, protože neexistoval žádný záložní počítač a software. Program Gemini využíval tři úrovně simulací. V první simulaci se ověřovaly rovnice. V druhé fázi byla simulace tzv. man-in-the-loop, při níž byl do simulačního procesu zapojen i člověk. Tato fáze sloužila pro upřesnění požadavků na vstupy a výstupy (I/O), pracovních postupů a zobrazovacích prvků. Třetí fázi tvořila digitální simulace určená ke stanovení provozních charakteristik softwaru. Ta byla využívána při analýze chyb a probíhala v laboratoři Configuration Control Test System. Software vytvořený v rámci programu Gemini byl mimořádně spolehlivý a úspěšný. Postupy pro vytváření specifikací, ověřování správnosti a využívání simulací, které byly vyvinuty pro program Gemini, byly později využity i v dalších projektech společností IBM a NASA. Program Gemini zároveň NASA výrazně lépe připravil na dohled nad vývojem softwaru pro podstatně náročnější program Apollo.

Než se pustíme do závěrečné části o OBC popíšeme si krátce napájecí systém počítače. Systém byl napájen AC i DC napájením z napájecího zdroje Inertial Guidance System (IGS). Stabilizované stejnosměrné napájení dodávané počítači je v napájecím zdroji IGS upraveno tak, aby se zabránilo jakékoli ztrátě stabilizace způsobené přechodovými jevy, jež se vyskytují v hlavním napájecím zdroji kosmické lodi. Přerušení a poklesy napájení jsou vyrovnávány napájecím zdrojem IGS a pomocnou napájecí jednotkou počítače (Auxiliary Computer Power Unit). Napájení je řízeno spínačem ON-OFF na ovládacím a zobrazovacím panelu pilotů (Pilots’ Control and Display Panel). Po zapnutí začne pracovat indikátor uplynulé doby provozu a počítač vyšle do napájecího zdroje IGS (IGS Power Supply) řídicí signál o napájení. Tento signál způsobí přivedení napájení do počítače. Po vypnutí indikátor uplynulé doby provozu počítače přestane pracovat a řídicí signál napájení je ukončen, čímž je napájení počítače odpojeno. Uvnitř počítače je napájení 26 V AC používáno magnetickými modulátory k převodu stejnosměrných analogových signálů na střídavé analogové signály. Toto napájení je rovněž používáno harmonickým filtrem k vytvoření filtrovaného budicího signálu 16 V AC, 400 Hz pro resolver úhlu kardanového závěsu. Napájení +28 V DC je používáno obvody sekvenčního řízení napájení počítače. Napájení +27,2 V DC, −27,2 V DC, +20 V DC a +9,3 V DC je používáno regulátory napájení k vytvoření stabilizovaných napětí +25 V DC, −25 V DC a +8 V DC. Toto stabilizované napájení je používáno logickými obvody v celém počítači a je rovněž dodáváno některým dalším systémům kosmické lodi.

Tak jako u moderní výpočetní techniky, i u OBC bylo třeba k počítači mít i zařízení pro ovládání systému. Palubní počítač měl tři skupiny rozhraní pro obsluhu:

– ovládací prvky počítače
– jednotka ručního vkládání dat MDIU
– indikátor přírůstku rychlosti IVI

Ovládací prvky byly tvořeny přepínačem režimů, tlačítkem START, kontrolkou poruchy, kontrolkou výpočtu a tlačítkem RESET. Přepínač režimů měl pak sedm poloh, které sloužily k výběru programu. Tlačítkem START se spouštěl vybraný program uložený v paměti počítače. Stisknutím tlačítka RESET provedl počítač úvodní diagnostické testy a připravil se k činnosti.

Jednotka MDIU se skládala ze dvou částí: desetimístné klávesnice a sedmimístného registru. První dvě číslice registru, tvořeného jednoduchým otočným číselným ukazatelem podobným počitadlu kilometrů, sloužily k zobrazení adresy paměti. Tímto způsobem bylo možné přistupovat až k 99 logickým adresám. Zbývajících pět číslic zobrazovalo data. V případě chyby se zobrazily samé nuly. Indikátor přírůstku rychlosti (IVI) zobrazoval přírůstky rychlosti požadované pro provedení motorického manévru nebo přírůstky rychlosti, které byly jeho výsledkem. Pro každou ze tří os – vpřed–vzad, nahoru–dolů a vlevo–vpravo – měl samostatný tříciferný displej zobrazující rychlost ve stopách za sekundu. Nyní si opět dovolím vložit popis typické mise z pohledu OBC.

„Při typické misi byl počítač v činnosti během vzletu jako záložní systém k navádění nosné rakety. Po dosažení oběžné dráhy, pokud se v nejbližší době nepředpokládaly žádné motorické manévry, mohl být vypnut, aby se šetřila elektrická energie. Vzhledem k vlastnostem paměti s feritovými jádry programy a data uložená magneticky v jádrech po vypnutí napájení nezmizely, jak je tomu u dnešních polovodičových pamětí. Díky tomu bylo možné v případě potřeby načíst z pomocné páskové paměti (Auxiliary Tape Memory) další sadu programových modulů, zadat všechny potřebné parametry a poté počítač znovu vypnout až do doby krátce před jeho dalším použitím. Po obnovení napájení trvalo počítači 20 sekund, než provedl své úvodní diagnostické testy. Po jejich úspěšném dokončení byla aktuálně načtená sada programů připravena k použití a všechny dříve zadané parametry zůstaly zachovány.“

Tento postup byl použit i při misi GT-IV při přípravě na návrat do atmosféry. Počítač byl přepnut do režimu RNTY a posádka přijala aktualizované parametry předané během spojení s pozemními stanicemi a zadala je do počítače. Když se však posádka pokusila počítač vypnout, ruční vypínač zapnutí/vypnutí nefungoval. Napájení proto muselo být odpojeno jiným způsobem a návrat do atmosféry byl proveden ručně.

Dále si popíšeme postup přiblížení z pohledu ovládání systému. Jelikož se postup v podstatě nedá popsat jinak, než jak je uveden v knize Computers in Spaceflight, dovolím si opět vložit přímý text z knihy.

„Posádka zahájila zachycení zadáním požadovaného úhlu pro setkání/rendezvous, vypočteného na Zemi, do adresy 83. Úhel rendezvous určoval, o kolik dále po oběžné dráze o rozsahu 360° mělo dojít k rendezvous. Například pokud si posádka přála uskutečnit rendezvous o jednu třetinu oběhu dále, zadala pomocí jednotky MDIU do adresy 83 hodnotu 12000. Poté byla do adresy 93 zadána hodnota určující interval, v jakém si pilot přál dostávat aktualizované údaje. Jestliže byla například zadána hodnota 04000, počítač zobrazil na indikátoru IVI požadované změny rychlosti při vzdálenosti 120° od místa rendezvous (na začátku manévru), poté při zbývajících 80° a nakonec při 40° do místa rendezvous. Jestliže indikátor IVI ukazoval, že počítač vypočítal možnost provést rendezvous v rámci stanovených zásob pohonných látek, astronauti stiskli tlačítko START a indikátor IVI zobrazil první sadu rozdílů rychlosti. Pilot poté zapaloval orientační motorky tak dlouho, dokud všechny ukazatele neukazovaly nulu. (Astronaut John Young uvedl, že při snaze dosáhnout nulové hodnoty existovala tendence „přestřelit“.) Poté se již neprováděla žádná další činnost, pokud následující aktualizace neukázala potřebu dalších korekcí rychlosti. Astronauti také jako záložní řešení prováděli výpočty změn rychlosti ručně pomocí tužky a papíru, přičemž používali speciální nomogramy založené na čase a úhlech k cílovému objektu. Tyto záložní výpočty byly porovnávány jak s řešením vypočteným na Zemi, tak s řešením vypočteným počítačem. Hodnoty vypočtené na palubě však byly považovány za hlavní řešení pro manévr zachycení cíle v závěrečné fázi přiblížení. V režimu rendezvous předával radar údaje do počítače, který je používal k výpočtu změn rychlosti potřebných pro závěrečné přiblížení k cílovému objektu.“

Jak ukazují předchozí řádky, počítač kosmické lodi Gemini představoval opravdu jednoduchého pomocníka při navádění a navigaci. Astronautům umožnil provádět všechny manévry nezávisle na pozemním řízení! Tato dovednost byla nezbytná pro budoucí setkání na oběžné dráze Měsíce v rámci programu Apollo. Tak jako bylo zvykem, astronauté byli přímo zapojeni do vývoje a zkoušek nového počítače. Účastnili se již zmíněných simulací typu man-in-the-loop při simulačním procesu. Díky tomu se ovládání počítače stalo pro posádky naprosto přirozenou činností.

Vývoj počítače pro program Gemini měl významný vliv na další směřování společností IBM a NASA i na vývoj dalších výpočetních systémů kosmických lodí. Ačkoliv měl program Gemini za úkol vyšlapat cestu pro lunární program, počítač Gemini se zcela lišil od počítačů později použitých v programu Apollo. Co však určitě ovlivnil více je vývoj počítače pro vesmírnou stanici Skylab a později i pro Space Shuttle. Počítač Gemini si připisuje i několik prvenství a vyjmenovat všechny by zabralo mnoho řádků. Namátkou lze uvést:

– první digitální počítač na palubě kosmické lodi
– první použití paměti s feritovými jádry s nedestruktivním čtením
– první počítač IBM využívající výhradně polovodičové součástky z křemíku

Pokud by váženého čtenáře zajímal výpočetní systém kosmické lodi Gemini podrobněji, mohu doporučit webové stránky geminiguide.com, kde lze najít mnoho informací o celém systému. Nacházejí se zde i grafy bitových sekvencí, bloková schémata a další materiály. Jedná se o velmi povednou stránku. Dovolil jsem si pod článek umístit ještě několik obrázků dokreslujících celkový obraz výpočetního systému. Tento článek volně navazuje na sérii o výpočetních systémech v kosmickém průmyslu.

Zdroje informací:
Computers in Spaceflight, The NASA Experience , Autor James E. Tomayko, Rok vydání 1988
www.geminiguide.com/Systems/navigation.html
www.ibiblio.org/apollo/Gemini.html
en.wikipedia.org/wiki/Gemini
www.righto.com/2020/03/inside-titan

Zdroje obrázků:
Computers in Spaceflight, The NASA Experience , Autor James E. Tomayko, str.25
wikimedia.org/wikipedia/
wikipedia.org/wiki/Gemini_Guidance_Computer
ibm.com/is/image/ibm/1967_Gemini
upload.wikimedia.org/
wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8c/Gemini_4
geminiguide.com/Systems/imgB2.jpg
static.righto.com/images/titan/cores.png
geminiguide.com/Systems/img3B.jpg
geminiguide.com/Systems/img14.jpg
geminiguide.com/Systems/img94.jpg
geminiguide.com/Systems/img54.jpg
ibiblio.org/apollo/Gemini5-panels.