I simulatori del Programma Apollo

Il Command Module Mission Simulator

I computer vennero utilizzati dalla NASA in parecchie aree ma una di quelle che maggiormente ne trasse beneficio fu quella dei simulatori.

Fin dai tempi del progetto Mercury, venne compresa l’utilità di simulare tutte le attività che gli astronauti avrebbero compiuto nel corso delle missioni, per validare la correttezza dei passi da compiere ma non solo: sarebbe stato possibile verificare le procedure da mettere in atto in caso di malfunzionamenti.
I requisiti della NASA fin dal 1959, come in altri ambiti, eccedevano quello che la tecnologia di allora metteva a disposizione. Ciononostante era fondamentale che gli astronauti potessero esercitarsi in condizioni il più possibile realistiche.

Esistono diversi tipi di simulatori:

  • i simulatori di tipo full-function, in tutto e per tutto uguali all’ambiente che gli astronauti avrebbero trovato nei loro veicoli. Questi si suddividevano a loro volta in:
    • fixed base (il simulatore era immobile)
    • moving base (il simulatore tramite appositi sistemi si muoveva cercando di dare l’illusione del reale comportamento del veicolo)
  • simulatori di tipo part task, in cui quello che veniva accuratamente simulato era il comportamento di determinati sistemi o manovre dei veicoli

Ogni astronauta dei programmi Mercury, Gemini, e Apollo ha speso almeno un terzo del suo periodo di addestramento nei simulatori. Per gli equipaggi destinati alle missioni di allunaggio il tempo nei simulatori saliva a più della metà.

Il simulatore principale del progetto Mercury era il Mercury Procedures Simulator (MPS), costruito in due esemplari: uno al Langley Space Flight Center e un altro al Mission Control Center a Cape Canaveral. Per la gestione dei segnali diretti al pannello di controllo di questo simulatore venero utilizzati alcuni computer analogici. Oltre a questo simulatore, a Langley ne venne realizzato un secondo tipo in grado di simulare il controllo del libero orientamento del veicolo. E infine, due simulatori part-task per esercitarsi nell’uso dei retrorazzi e sulla guida durante il rientro in atmosfera.

Il Lunar Module Mission Simulator

I computer analogici vennero utilizzati nel corso degli anni 50 e nei primi anni 60. Ma con l’inizio del progetto Gemini, non furono più in grado di supportare le richieste in termini di potenza di calcolo e velocità di risposta. Era giunto il momento di ricorrere ai nuovissimi computer digitali.

Vennero creati due Gemini Mission Simulator, con le stessi requisiti funzionali dei Mercury Procedures Simulator: uno si trovava a Cape Canaveral, l’altro a Houston. Per gestire il simulatore vennero impiegati tre computer DDP-224, costriti dalla Computer Control Corporation, una società successivamente assorbita dalla Honeywell Corporation. I tre computer generavano i segnali per i display del pannello di controllo, la simulazione funzionale del computer di bordo (nel simulatore non si trovava un vero computer ma il suo funzionamento era emulato da una serie di programmi in esecuzione sui DDP) e il controllo del Scene Generator. Quest’ultimo era costituito da una serie di televisori posizionati in corrispondenza dei finestrini, che proiettavano modelli o grosse fotografie della Terra, il cui punto di vista variava in base al movimento simulato.

Venne poi realizzato a Langley un Docking Simulator. Si trovava all’interno di un grosso capannone che permetteva una grande libertà di movimento per allenarsi nelle manovre di station keeping e di docking. Un altro tipo di simulatore (Dynamic Crew Procedures Simulator) veniva usato per replicare le condizioni al lancio, le procedure di abort, i metodi di rendezvous e il tethering con l’Agena.

Il LM Landing Simulator

Con l’arrivo del programma Apollo il numero dei simulatori a disposizione salì a 15. Due rivestivano un’importanza cruciale: il Command Module Simulator e il Lunar Module Simulator. Del primo ne vennero realizzati tre: uno si trovava a Houston, due a Cape Canaveral. Del secondo ne esisteva uno per ciascuna delle due sedi. A Houston si trovavano anche un Command Module Procedures Simulator per l’addestramento alle procedure di rendezvous col CSM e un Lunar Module Procedures Simulator per addestrarsi alle procedure di rendezvous e all’allunaggio. Altri simulatori al Manned Spacecraft Center servivano per l’addestramento al volo in formazione e al docking. Al Langley Space Flight Center venne realizzato un simulatore per addestrarsi al volo negli ultimi 60 metri dell’allunaggio: un simulacro del LM veniva sospeso tramite un sistema di funi che sosteneva i 5/6 del suo peso per impratichirsi con i controlli nelle condizioni di gravità lunare. Un meccanismo simile venne impiegato anche per un simulatore di passeggiata lunare (vedi questo post). Più tardi il Marshall Space Flight Center realizzò un simulatore del LRV.

I Mission Simulator erano pilotati da una rete di computer. La Honeywell vinse il contratto da 4.4 milioni di dollari per fornire una serie di DDP-224 nel 1966. La Singer-Link (già responsabile della creazione di alcuni simulatori in precedenza) vinse l’appalto per la realizzazione e l’integrazione dei simulatori. Venero inizialmente utilizzati 3 computer per il Command Module Mission Simulator e 2 per il Lunar Module Simulator. I computer utilizzavano un’area di memoria condivisa di 8000 word dove le informazioni necessarie alla simulazione venivano memorizzate e condivise. In seguito vennero aggiunti un computer a testa ai due simulatori: il loro compito era quello di emulare l’AGC (vedi qui sotto). In occasione di Apollo 10 venne aggiunto un quinto computer al Command Module Simulator per simulare il comportamento del Saturn V. I due simulatori e il Mission Control Center potevano effettuare simulazioni integrate, utilizzando in contemporanea fino a 10 computer.

Lo sviluppo del software per gli Apollo Mission Simulator richiese lo sforzo di 175 programmatori nel momento di picco massimo, per la realizzazione di 350000 word di programmi e dati (totale per i due simulatori di missione).

Una delle più utili caratteristiche dei simulatori era quello di poter salvare lo stato di una simulazione su nastri magnetici e successivamente ripartire da un determinato momento, in modo da provare e riprovare le procedure ed allenare l’equipaggio. Una forma di flessibilità molto utile per l’addestramento.

Il Docking Simulator

Come detto, un computer venne aggiunto ai due simulatori principali per emulare l’Apollo Guidance Computer (AGC). Inizialmente su questo computer venivano fatte girare le procedure dell’AGC convertite nel linguaggio macchina del DDP-224: una soluzione poco pratica poiché richiedeva ad un team di sviluppatori di riscrivere tutto quello che veniva realizzato dall’MIT.

W. B. Goeckler della Systems Engineering Division chiese a James L. Raney del Computational Analysis di studiare una via alternativa. E Raney propose di utilizzare il DDP-224 per interpretare direttamente il codice dell’AGC (senza bisogno di riscriverlo): ogni istruzione dell’AGC veniva interpretata ed eseguita utilizzando un numero variabile di istruzioni del DDP-224. Raney suggerì anche una serie di modifiche all’hardware del DDP-224 per facilitare questo uso e si affidò alla maggiore velocità di esecuzione (almeno 20 volte superiore) rispetto all’AGC per mascherare l’esecuzione di un numero maggiore di istruzioni.

La ‘simulazione all’interno della simulazione’ fu un successo. Fu solo necessario lavorare sulla velocità dell’interprete per farla coincidere con quella dell’AGC reale.

Lo sviluppo dell’interprete dell’AGC ebbe un altro impatto sul programma spaziale: l’MIT era ora in grado di utilizzare questo sistema per una verifica funzionale delle procedure (un po di sano debug) in un ambiente il quanto più possibile vicino alla realtà. I nastri su cui l’MIT salvava i suoi programmi, potevano essere caricati nell’emulatore, verificati e corretti prima di passare alla realizzazione delle core rope. Aspetto non secondario, questa soluzione fece risparmiare parecchi soldi alla NASA.

Tra tutti i simulatori, quelli più utilizzati furono il Command Module Simulators e il Lunar Module Simulators: un totale di 29967 ore, pari all’80% del tempo impiegato per l’addestramento nel progetto Apollo.

2 Risposte to “I simulatori del Programma Apollo”

  1. Vittorio Says:

    Per chi fosse interessato questa è una foto del simulatore di rendez-vous Gemini.

  2. Un bell’hardware in effetti, chissa’ come si poneva a livello di precisione della simulazione…

    In un campo un po’ meno simulativo, ma comunque di grande interesse per l’epoca (o almeno per me che avevo 14 anni), e’ notizia di oggi il fallimento dell’Atari che grazie a Lunar Lander ed alla grafica vettoriale ha sempre avuto un posto speciale nel mio cuore🙂
    http://it.wikipedia.org/wiki/Lunar_Lander

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