L’ACE – Acceptance Checkout Equipment

La ACE Control Room

“Our success has a great deal to do with the methods we are using. I personally attribute, as far as the launch vehicle is concerned, the greatest reason [for success] in this field to our automatic checkout procedure … we have a much greater assurance that we won’t launch a rocket with anything sick in the system.”

“Il nostro successo deve molto ai metodi che usiamo. Personalmente io attribuisco, per quanto riguarda il razzo, la ragione più grande [del nostro successo] in questo campo, alle nostre procedure di checkout automatiche … abbiamo una confidenza molto maggiore che non lanceremo un razzo con qualche sistema guasto.”

Dr. Werner Von Braun

Nel corso di un post precedente dedicato alle operazioni di preparazione al lancio, avevo brevemente toccato l’argomento ACE, approfondiamo un po l’argomento. Per facilitare il test pre-lancio per una missione Apollo venne creato un apposito sistema chiamato appunto ACE (Acceptance Checkout Equipment): si basava su un computer in grado di automatizzare una sequenza di comandi di test e collezionarne gli esiti (command-and-checkout test). Un sistema in grado di elaborare 2700 segnali discreti (da e per il Saturn V / CSM / LM) al ritmo di 150.000 interrogazioni al minuto.

L’idea di un sistema di verifica automatico per le capsule Apollo nacque a Cape Canveral nel 1961. Gli ingegneri della Preflight Operations Division, parte dello Space Task Group, si resero conto che il sistema usato per i lanci Mercury non avrebbe funzionato per l’Apollo: centinaia di cavi passavano attraverso il portello della capsula con i collegamenti ad una postazione remota, lasciando a malapena lo spazio per l’astronauta o per un ingegnere per lavorare. Nel caso dell’Apollo inoltre le capsule e il razzo sotto verifica sarebbero state trasportate e spostate diverse volte, costringendo a continue connessioni e disconnessioni dei cablaggi. Per non contare l’enorme complessità delle capsule rispetto alla Mercury: più test, maggiori problemi di comunicazione e di coordinamento. Dopo una riunione nel Settembre 1961, G. Merritt Preston, direttore della Preflight Operations Division, chiese agli ingegneri Jacob Moser, Walter Parsons e Harold Johnson di lavorare sul problema. Altri due giovani ingegneri, Thomas Walton e Gary Woods si unirono al gruppo. Venne invitata a partecipare al progetto anche la General Electric (GE).

I requisiti iniziali comprendevano la capacità di:

  1. inviare un ampio numero di comandi di test alla capsula

  2. monitorare diverse centinaia di parametri sul funzionamento della capsula in tempo reale

  3. gestire l’acquisizione e formattazione di circa 400 parametri per la visualizzazione in tempo reale su console munite di video

  4. garantire l’archiviazione dei risultati dei test attraverso la registrazione di tutti i comandi inviati e i dati grezzi ricevuti dalla capsula oltre alla possibilità di registrare alcuni parametri su strip-chart recorders (dei plotter simili a quelli usati negli EEG)

Lo schema dell’ACE

Proseguiamo con la storia dell’ACE: Woods si concentrò sulla comunicazione verso l’equipaggiamento (la fase detta di Uplink), ovvero l’invio di segnali di test tramite cavi coassiali: la prima dimostrazione coronata da successo vide Wood utilizzare un cavo lungo 32 Km da una postazione alla Patrick Air Force Base fino al Cape. Walton si occupò invece della parte di downlink, ovvero la parte del sistema che doveva ricevere i segnali dell’equipaggiamento, nonchè gestirne l’archiviazione e la visualizzazione. Nel Luglio 1962 il gruppo iniziò ad installare una stazione di sperimentazione al Cape, che venne completata nel Settembre del 1962: comprendeva un piccolo (per i canoni dell’epoca) computer e un prototipo per l’uplink (manuale). Il mese successivo venne completato il prototipo del sistema di downlink. Dall’Aprile del 1963 il sistema lavorava con 2 computer digitali che utilizzavano una memoria condivisa. Il gruppo completò una serie di test critici alla stazione sperimentale nella prima metà del 1964. A Giugno dello stesso anno venne verificato il primo programma di test. GE consegnò il primo sistema completo alla North American per verificare il CM-009 (il CM del volo AS-201). In seguito GE installò 13 altre stazioni ACE: 2 a Downey (North American), 3 alla Grumman (New York), 2 a Houston e 6 al Cape (la prima stazione al KSC fu operativa nel Marzo 1965). L’ACE venne messo alla prova la prima volta ‘sul campo’ proprio per il volo AS-201 alla fine del 1965.

ACE poteva gestire modalità di test manuale, semiautomatica ed automatica, per effettuare le verifiche di singoli sottosistemi, i test di integrazione (quando si verifica se più sistemi lavorano bene insieme) e il supporto alle attività di lancio. Era composto da due parti: (1) il command subsystem (Uplink) e (2) il sistema di visualizzazione e registrazione (Downlink).

UPLINK SUBSYSTEM
I test sui sottosistemi venivano controllati dai moduli START (Selection-To-Activate Random-Testing) che si trovavano nelle console assegnate ai diversi sottosistemi. Questi moduli facilitavano la selezione dei comandi da inviare, la selezione dei programmi ACE da lanciare o dei dati da passare all’AGC. Le diverse console potevano operare simultaneamente ed in modo indipendente dalle altre. Ognuna delle console era specializzata nella gestione dei test per uno specifico sottosistema di una specifica capsula (CSM o LM) o del razzo. L’Uplink computer interpretava i comandi inseriti da una delle console. Comando che poteva istruire il computer ad avviare un test automatico o a trasmettere un singolo comando al veicolo. Il comando veniva trasmesso tramite una linea dati al Digital Test Command System (DTCS) posto in prossimità della capsula; il DTCS instradava poi i segnali al sottosistema da verificare. Questo schema richiedeva ovviamente che nella progettazione del veicolo si prevedesse fin dall’inizio la presenza della connessioni per l’ACE.

DOWNLINK SUBSYSTEM
I risultati di un test venivano collezionati dal sistema di downlink tramite una rete di sensori posti sulla capsula tramite il Ground-Support Equipment (GSE). Il GSE trasmetteva i dati al sistema di archiviazione e visualizzazione dopo averli impacchettati utilizzando una modulazione di impulso di tipo seriale (serial Pulse-Code-Modulation, PCM). Il Digital Acquisition and Decommutation Equipment riceveva il flusso di dati in PCM, separava i vari dati codificati nel segnale, e li indirizzava alla console corretta e/o li archiviava. Tra le operazioni compiute dal Downlink computer c’erano la verifica dei limiti sulle misure effettuate, la conversione delle unità di misura e la compressione dei dati. I dati da visualizzare passavano attraverso un generatore di simboli che creava la rappresentazione in caratteri alfanumerici per gli schermi delle console: per esempio poteva generare caratteri lampeggianti in caso di misure fuori dai limiti.

La Computer room dell’ACE

A causa dei costanti cambiamenti nelle capsule, tutta una serie di modifiche vennero applicate nel corso del tempo. Il primo aggiornamento importante fu quello per poter verificare il funzionamento del PNGS (il sistema di navigazione e guida). Le modifiche permisero l’interpretazione dell’output digitale dell’AGC, il caricamento di dati di test nello stesso e la registrazione dei dati. Inoltre vennero fatte modifiche per gestire alcuni parametri addizionali della capsula e alcune funzioni di trattamento dei dati in tempo reale. Visto l’aumento esponenziale dei dati generati durante i test, l’Apollo Spacecraft Program Office richiese modifiche per ridurli ad un sotto insieme più gestibile (ad esempio, registrando solo quei test che fallivano o erano al di fuori di certe soglie d’allarme).

Uno dei passi avanti più significativi nello sviluppo della ACE fu la creazione di un programma chiamato Adaptive Intercommunications Routine (ADAP). L’ADAP aggiunse all’ACE la possibilità di gestire sequenze di test automatiche in retroazione. “Adaptive” si riferiva alla possibilità del programma di adattarsi a nuove condizione di test impostate durante l’esecuzione senza impattare le altre routine che stavano girando in parallelo. “Intercommunications” faceva riferimento all’aspetto retroattivo del processo: l’ADAP inviava i segnali per i vari test, riceveva la risposta ed sceglieva le successive azioni basandosi sui risultati, il tutto in maniera automatica. Lo stato dell’operazione veniva mostrata passo passo sui display della console. La sequenza di test e le azioni da intraprendere erano memorizzate nel computer dell’ACE su nastro digitale.

Durante le missioni lunari vennero utilizzate 4 control room per i test: per entrambe le capsule (CSM ed LM) furono predisposte una control room primaria e una di riserva. In ogni stanza si trovavano 20 postazioni principali ed alcune secondarie. Nove schermi televisivi mostravano le immagini riprese dalle telecamere attorno ai veicoli. tra le 40 e le 50 persone lavoravano in ciascuna delle stanze. Ogni stanza utilizzava il proprio computer e i propri sistemi di uplink e downlink.

L’ACE-SC ha supportato tutti i test di approvazione delle capsule nelle fabbriche, le simulazioni nelle camere ambientali (environmental chamber) e le verifiche pre-lancio di tutte le missioni Apollo. Nessun ritardo consistente nelle operazioni è mai stato attribuito a problemi dell’ACE-SC.

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