Il Quarto Membro dell’Equipaggio (10) – Il DSKY

Il DSKY di Apollo 13
(© Bruce Yaroro & Smithsonian institution)

Dopo la doverosa pausa dovuta al quarantennale di Apollo 16, ritorno sull’argomento AGC che con questo post concludo. Argomento di oggi, il DSKY, l’unica parte (ben) visibile dell’AGC.

La comunicazione tra l’equipaggio e l’AGC avveniva tramite il DSKY, abbreviazione di DisplaY and KeYboard, solitamente pronunciato ‘dis-key’. Come il nome stesso descrive efficacemente, si trattava di un dispositivo dotato di una tastiera e di una serie di metodi di visualizzazione dei dati.

Le principali attività svolte tramite il DSKY erano:

  • visualizzare, controllare e aggiornare i dati utilizzati dall’AGC

  • eseguire e gestire i programmi dell’AGC per controllare le principali fasi della missione

  • eseguire specifici comandi per controllare la capsula o per modificare i programmi in esecuzione

L’importanza del DSKY era ben rappresentata dalla posizione occupata all’interno dei pannelli di controllo delle capsule Apollo dai 3 esemplari utilizzati per ogni missione:

  • un DSKY era posizionato sul pannello principale del CSM in modo da essere raggiungibile dei sedili centrale e di sinistra (quelli occupati dal CDR e CMP)

  • un secondo DSKY era posizionato nella Lower Equipment Bay del CSM, dove serviva per le operazioni con le ottiche del PGNCS (i due DSKY del CSM ovviamente erano collegati allo stesso AGC)

  • il terzo ed ultimo si trovava nel LM sul pannello principale tra le postazioni del CDR e del LMP

Il DSKY su entrambe le capsule era posizionato in modo da essere ben visibile e facilmente raggiungibile. In particolare, insieme ai due FDAI e all’EMS costituiva il poker di strumenti fondamentali per navigare il CSM.

Il DSKY era una unità a se stante, separata dal resto del’AGC, largo 17.8 cm e alto 21.6 cm, era dotato di una tastiera con 19 tasti, 3 display numerici detti Data Registers per visualizzare le informazioni in formato numerico e una batteria di spie. Erano inoltre presenti tre specifici display per rappresentare il Programma in esecuzione (Major Mode) e la combinazione Verb / Noun (Verbo / Nome) a cui i dati dei Data Registers facevano riferimento.

Ciascun Data Registers poteva visualizzare 5 cifre più il segno. Ogni cifra era costruita tramite 7 segmenti, come siamo abituati e vedere nelle calcolatrici, solo che nel DSKY non si utilizzavano i cristalli liquidi (LCD) o i LED bensì segmenti elettroluminescenti verdi controllati tramite relè. Ne erano presenti più di 100 (relè miniaturizzati) per gestire i segmenti. Cambiare lo stato del relè non era un’operazione istantanea: occorreva applicare un segnale elettrico per almeno 20 millisecondi.

Come venivano specificati i comandi per l’AGC tramite il DSKY? Utilizzando una sintassi semplice ma efficace basata su un’accoppiata Verbo / Nome. In realtà si trattava di una coppia di valori numerici (di sue cifre) il cui senso semantico era:

  • il Verbo definiva l’operazione da eseguire

  • il Nome definiva su quali dati si andava ad effettuare l’operazione specificata dal Verbo

L’utilizzo di codici numerici era un scelta dettata dalla praticità: pensare di digitare su una ben più estesa tastiera alfanumerica una sequenza magari lunga di codici e dati indossando i guanti della tuta spaziale era poco sensato. Specialmente se ci fosse stato bisogno di agire in tempi brevissimi.

Vista la natura ‘numerica’ del DSKY, 10 dei 19 tasti di questo erano dedicati all’inserimento delle singole cifre e due al segno (+ / -). I rimanenti 5 servivano per gestire il dialogo:

  • ENTR [Enter]: aveva due funzioni. Primo, confermare che l’inserimento di Verb, Noun e dei dati era completato e si poteva procedere con l’elaborazione. Secondo, in alcune procedure l’AGC richiedeva all’astronauta di eseguire una determinata operazione e restava in attesa, facendo lampeggiare il Verb 50. Premere ENTR confermava il completamento dell’operazione.

  • PRO [Proceed]: Veniva utilizzato per confermare che l’elaborazione poteva procedere sulla base dei dati mostrati dal DSKY. Solitamente l’equipaggio rivedeva una serie di dati (specialmente prima di manovre complesse), passando da un Noun ad un altro e alla fine premeva PRO per accettare i valori mostrati. Un altro uso era quello di confermare manualmente l’avvio di una accensione (con il Verb 99 lampeggiante sul DSKY). Infine mantenendolo premuto con il Program 06 (ACG Powerdown) in esecuzione, metteva l’AGC in standby mode.

  • CLR [Clear]: come indica il nome stesso veniva utilizzato per ripulire uno dei valori inseriti (Prog, Verb, Noun o uno dei Data Registrers) per permettere il reinserimento.

  • RSET [Reset]: veniva utilizzato per interrompere la segnalazione di errori da parte dell’AGC (solitamente tramite l’accensione della spia PROG), permettere la visualizzazione del codice di errore e proseguire (se possibile). Aveva lo stesso comportamento se l’inserimento di un valore errato provocava l’accensione della spia OPR ERR (vedi sotto).

  • KEY REL [Key Release]: l’AGC permetteva l’esecuzione contemporanea di più programmi ma il DSKY poteva visualizzare i dati di uno solo di essi. La pressione del tasto KEY REL da parte dall’astronauta permetteva di mostrare un set alternativo di dati nel caso in cui questi fossero disponibili (una condizione indicata dalla spia KEY REL).

Per quanto riguarda la ‘batteria’ di indicatori luminosi che completano il DSKY, occorre notare che sono tutti pilotati dal software dell’AGC. L’altra caratteristica è che l’elenco degli indicatori è diverso a seconda che si tratti del CSM o del LM.
La lista include:

  • UPLINK ACTY [Uplink Activity]: indicava che era in corso un uplink, un caricamento di dati da parte del Controllo Missione (aggiornamento del clock di sistema, dei dati di navigazione …). Il DSKY non poteva essere utilizzato nel corso di questa operazione.

  • TEMP [IMU Temperature]: allertava l’equipaggio che la IMU si trovava ad operare al di fuori dell’intervallo di temperatura accettabile (52.28 C to 56.78 C) e che quindi avrebbe provveduto al suo reset (con conseguente perdita del sistema di riferimento inerziale).

  • NO ATT [No Attitude]: quasta spia indicava un reset e conseguente riavvio della IMU (magari per un Gimbal Lock). Questo non implicava in nessun modo un problema alla IMU o alle sue interfacce, i Coupling Data Units (CDUs) ma solo che era andato perso il sistema di riferimento inerziale ed era richeisto un intervento manuale per il riallineamento.

  • GIMBAL LOCK [Gimbal Lock]: questa spia si accendeva quando ci si avvicinava alla condizione di Gimbal Lock. Tale condizione (indicata anche dalla zoan rossa del FDAI) si verificava quando il giroscopio mediano (dei tre all’interno della IMU) si allineava con uno degli altri due; una condizione che implicava l’immediata incapacità di determinare l’orientamento della capsula rispetto al sistema di riferimento. L’equipaggio doveva intraprendere azioni correttive. Se si raggiungeva tale condizione si accendeva anche la spia NO ATT.

  • STBY [Standby]: indicava che l’AGC si trovava in modalità di Standby. Per attivare questa modalità, dal DSKY veniva impostato il Program 06 e poi veniva tenuto premuto il tasto PRO fino ad avvenuta accensione di questa spia.
  • PROG [Program Alarm]: indicava che si era verificato un errore in un programma, non necessariamente fatale o tale da richiecere provedimenti dratici come un restart dell’AGC. Solitamente l’equipaggio premeva il tasto RSET e poi tramite il Verb 05 / Noun 09 andavano a leggere sul DSKY il codice d’errore.
  • KEY REL [Keyboard Release]: come visto per il pulsante con lo stesso nome, questa spia indicava che un programma in esecuzione aveva bisogno di mostrare sul DSKY alcune informazioni. Non era disponibile un indicatore di quale fosse il programma in questione ma di solito l’equipaggio, in base alla sua conoscenza dell’AGC, era in grado di intuirlo.
  • RESTART [Restart or Fresh Start]: questa spia indicava che si era verificato un problema critico nell’AGC e che questo stava provvedendo ad un restart. Come nel caso del PROG, l’equipaggio poteva utilizzare lo stesso procedimento per accedere al codice d’errore.
  • OPR ERR [Operator Error]: questa spia indicava che si era verificato un errore nell’utilizzo del DSKY. Ad esempio una combinazione incorretta di Verb / Noun oppure i dati non erano stati inseriti in uno dei registers in maniera corretta. La condizioen veniva rimossa premendo il tasto RSET e l’astronauta poteva procedere con le dovute correzioni.
  • TRACKER [Tracking Error]: nel CSM questa spia indicava errori nell’elettronica del CDU associato all’unità ottica. Nel LM invece problemi al rendezvous radar o coni dati del landing radar (in questo caso si accompagnava con le spie ALT e VEL)
  • DAP NOT IN CONTROL [Digital Autopilot not controlling the LM] (LM ONLY): indicava che il DAP non stava controllando il LM. Succedeva se il DAP era spento, non aveva operazioni da compiere oppure si stava utilizzando la modalità di volo a minimo impulso.
  • PRIORITY DISPLAY [Priority Display waiting to use the DSKY] (LM ONLY): indicava che alcune informazioni erano pronte per essere visualizzate e, al contrario del caso del KEY REL, era fondamentale che l’equipaggio vi prestasse attenzione.
  • ALT and VEL [Landing radar Altitude and Velocity lights] (LM ONLY): queste spie erano legate al funzionamento del landing radar durante la discesa verso la superficie lunare. Il radar era soggetto ad alcuni vincoli durante il suo funzionamento: l’accensione di una di queste spie indicava che c’erano dei problemi e i dati letti dal radar non erano più validi. Una situazione molto critica in quella fase del volo, poiche il PGNCS da solo non era sufficientemente preciso per l’allunaggio.

Un insieme di routine, chiamate formalmente “Pinball Game – Buttons and Lights” e più informalmente solo “Pinball”, era responsabile del DSKY: gestione dell’inserimento e della visualizzazione dei dati, interpretazione dei codici Verb / Noun e invio dei comandi, accensione e spegnimento delle spie. I dati venivano spostati dal buffer ai display del DSKY durante la gestione dell’interrupt T4RUPT. La pressione dei tasti sul DSKY attivava l’interrupt KEYRUPT1.

Il processo per visualizzare i dati sul DSKY era più complicato della cattura dell’input. Il DSKY visualizzava 21 cifre, 3 indicatori di segno (+/-, una coppia per ogni Register) più tutte le spie che abbiamo visto. Utilizzare un canale di output per ciascuno di questi elementi era la strada più semplice ma anche quella che avrebbe richiesto un numero esorbitante di cablaggi e hardware.
La strada scelta fu quella del multiplexing: un singolo canale di output tra l’AGC e il DSKY in cui veniva scritta l’informazione e un identificativo univoco (come l’indirizzo di una locazione di memoria) che permetteva alla logica del DSKY di individuare ed aggiornare ogni singolo elemento (cifra o spia).

I dati che dovevano essere inviati al DSKY venivano posti in un buffer di 11 word, una tabella nella memoria riscrivibile dell’AGC chiamata DSPTAB. Ciascuna word poteva contenere due campi di 5 bit, ciascuno corrispondente ad una cifra (dal bit 1 al bit 10): la cifra era codificata in maniera da semplificare l’accensione / spegnimento dei relè che la andavano a comporre. Il bit 11 rappresentava lo stato dell’indicatore di segno dei Data Register. I bit da 12 a 15 contenevano l’identificativo univoco dell’elemento del DSKY a cui i dati dovevano essere inviati. Il bit 15 era usato in modo particolare nella DSPTAB: se era impostato a 1 (che nella matematica dell’AGC significava che il valore era negativo) significava che la word era da trasferire al DSKY (nuovo valore). Con il dato pronto ad essere trasferito, i bit 12-15 venivano riaggiustati con l’identificativo appropriato.

Le tabelle dei formati dei Noun

I Verbi erano suddivisi in due categorie: i Regular Verbs e gli Extended Verbs. I primi (identificati da un numero da 00 a 37) erano utilizzati per visualizzare, monitorare, aggiornare i dati e inoltre per controllare le operazioni dell’AGC (ad es. avviare ed arrestare programmi, riavviare l’intero AGC). Gli Extended Verbs (identificati da un numero da 40 a 99) eseguivano singole operazioni discrete come alterare la logica di un Major Mode, impostare o ripulire un flag, configurare un display etc. In molti casi gli Extended Verbs non richiedevano nessuna informazione supplementare. Molte accoppiate Extended Verbs / Noun erano validi solo per il CSM o per il LM.

I Verb erano inoltre categorizzati in base al tipo di dato utilizzato (decimale od ottale) e al tipo di operazione (caricamento, monitoraggio o visualizzazione dei dati). Il più utilizzato era il Verb 06 (visualizzazione di dati decimali in uno o più Registers). I Noun facevano riferimento a un ampia gamma di dati e formati codificati (non era ad esempio possibile modificare l’ordine dei dati mostrati nei Data Registers). Gestire tutti i formati e tipi di dati utilizzati nei Noun richiedeva l’utilizzo di otto tabelle memorizzate nell’area di memoria fissa (ROM); queste tabelle contenevano i tipi di dati da mostrare, in quale Data Registry, il tipo e lo scaling dei dati stessi. Questo ultimo punto è particolarmente interessante: il DSKY non aveva la possibilità di indicare la posizione del punto decimale: era compito del DSKY mostrare i dati scalati in base alla tabella dei Noun, era compito dell’equipaggio interpretare il valore mostrato dal DSKY (aiutati dal contesto e dalla conoscenza dei Noun) ma soprattutto era compito del programmatore assicurare che il programma fosse conscio della magnitudine dei valori e ne tenesse conto nei calcoli in modo consistente!

Il dialogo con l’AGC come abbiamo visto iniziava con l’inserimento di un Verb e di un Noun: l’ordine d’inserimento era irrilevante poichè comunque solo dopo la pressione del tasto Enter il comando veniva passato all’AGC. Sulle checklist questa operazione era abbreviata col codice VxxNyyE (Verb xx, Noun yy, Enter), ad esempio V06N10E. Era anche possibile mantenere lo stesso Verb e modificare solo il Noun.

Una peculiarità a cui non avevo accennato: i dati memorizzati dall’AGC erano rappresentati in unità del Sistema Metrico ma venivano visualizzate dal DSKY in unità del sistema americano.

Nel 2009 un DSKY è stato venduto all’asta dalla Heritage Auctions per 50788 dollari.

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