Gli e l a b o r a t o r i e l e t t r o n i c i n e l c o n t r o l l o d e i v o l i s p a z i a l i (*) E . P E N N A C C H I R i c e v u t o il 19 F e b b r a i o 1 9 6 3 RIASSUNTO. — V i e n e e s p o s t a l ' o r g a n i z z a z i o n e d e i c e n t r i d i c a l c o l o d i g i t a l e u t i l i z z a t i p e r il c o n t r o l l o d e i v o l i o r b i t a l i , i n p a r t i c o l a r e il G o d d a r d S p a c e C e n t e r e d il B e r m u d a C e n t e r . È a n c h e i n d i c a t o lo s c h e m a di c a l c o l o p e r l a d e t e r m i n a z i o n e d e l p i a n o d i v o l o e d e i p a r a m e t r i o r b i t a l i . SUMMARY. — T h e A u t h o r e x p o s e s t h e o r g a n i z a t i o n of t h e d i g i t a i c a l c u - l a t i o n c e n t r e s u t i l i z e d f o r t h e c o n t r o l of o r b i t a i flights, w i t l i s p e c i a l r e g a r d t o t h e G o d d a r d S p a c e C e n t e r a n d t h e B e r m u d a C e n t e r . T h e c a l c u l a t i o n s c h e m e , f o r t h e d e t e r m i n a t i o n of t h e f l i g h t p i a n a n d of t h e o r b i t a i p a r a m e t e r s , is a l s o s h o w n . 1 . P R E M E S S A . I l p r o b l e m a della realizzazione dei voli spaziali è, forse, la b a t t a g l i a p i ù estesa nella quale la scienza si sia m a i i m p e g n a t a , nella sua c o n t i n u a sfida a l l ' u n i v e r s o . Si p u ò dire che t u t t i i c a m p i della conoscenza v i p a r t e c i p i n o con p a r i i m p o r t a n z a : dalla fìsica all'ingegneria, dalla biologia a l l ' a s t r o n o m i a , dalla logica alle scienze d i organizzazione i n d u s t r i a l e , alla c i b e r n e t i c a , alle m a t e - m a t i c h e p i ù e l e v a t e . E d a l c e n t r o d i questo i m m e n s o p a n o r a m a s t a l ' u o m o , con la sua f r a g i l i t à fìsica, m a s o r r e t t o dalle f o r z e f o r m i d a b i l i del suo ingegno e della sua v o l o n t à . Ma p r o p r i o p e r la v a s t i t à dei p r o b l e m i che i n t e r v e n g o n o nella realiz- zazione dei voi i spaziali, m a i si sarebbe p o t u t i p a s s a r e d a l l a f a s e degli (*) N o t a p r e s e n t a t a a l 2° C o n g r e s s o I n t e r n a z i o n a l e T e c n i c o S c i e n t i f i c o d e l l o S p a z i o . R o m a , 1 9 - 2 3 G i u g n o 1 9 6 2 . 564 ]{. P E N N A C C H I s t u d i tecnici a d u n a e f f e t t i v a a t t u a z i o n e se l ' u o m o non avesse a v u t o a l suo servizio n o n s o l t a n t o i mezzi più p r o g r e d i t i p e r l'esecuzione della p a r t e più m a t e r i a l e dei lavori occorrenti, m a a n c h e quegli esecutori veloci ed infallibili dei lavori più c o n c e t t u a l i , che sono i sistemi elettronici p e r la elaborazione e lo s m i s t a m e n t o dei d a t i . N o n è nostra i n t e n z i o n e t r a t t a r e qui, in f o r m a teorica, q u a l i siano le t e c n i c h e i m p i e g a t e ed i p u n t i nei quali i n t e r v i e n e l ' e l a b o r a t o r e elettro- nico in u n a organizzazione p e r lo s t u d i o , la p r o g e t t a z i o n e ed il lancio d i un veicolo spaziale; v o r r e m m o invece descrivere alcuni esempi di appli- cazioni concrete che, in q u e s t o c a m p o , sono s t a t e d e t e r m i n a n t i nella rea- lizzazione di i m p r e s e che h a n n o s t u p i t o il m o n d o , quali il p r o g e t t o M e r c u r v il p r o g e t t o E c h o , il p r o g e t t o T i t a n , etc. Il c o n c e t t o generale di e l a b o r a t o r e elettronico è o r m a i t r o p p o f a m i - liare p e r c h é sia necessario r i c o r d a r e qui, quali siano i suoi f o n d a m e n t i logici, le sue u n i t à c o m p o n e n t i , il suo m o d o di operare. M a p e r q u e s t a specifica applicazione, i mezzi che v e n g o n o richiesti alla tecnologia sono di n a t u r a a f f a t t o p a r t i c o l a r e : in q u e s t o c a m p o quelle soluzioni che, nei sistemi elettronici d e s t i n a t i alle n o r m a l i applicazioni commerciali o scientifiche, possono a p p a r i r e come t r o p p o complesse o a d d i r i t t u r a a v v e n i r i s t i c h e , risultano a t t u a l i ed indispensabili. I n q u e s t o c a m p o , si richiedono sistemi capaci di svolgere le loro f u n - zioni non p i ù l i m i t a n d o le loro elaborazioni a d a t i p r o v e n i e n t i d a rileva- zioni ed esperienze p a s s a t e , m a devono essere i n g r a d o di o p e r a r e su u n f e n o m e n o fisico che è in a t t o , e di cui il sistema deve e f f e t t u a r e u n c o s t a n t e controllo, a n t i c i p a n d o e p r e v e d e n d o n e gli sviluppi f u t u r i ed o f f r e n d o la possibilità di i n t e r v e n i r e nel f e n o m e n o stesso p r i m a ancora che esso sia g i u n t o alla sua conclusione. È q u e s t a la situazione tipica che si p r e s e n t a nel controllo di u n vei- colo o r b i t a n t e i n t o r n o alla t e r r a : compito questo t a n t o più d r a m m a t i c o q u a n d o il veicolo t r a s p o r t i esseri u m a n i . 2 . L E F A S I IH U N A M I S S I O N E S P A Z I A L E . P e r meglio chiarire quali siano i c o m p i t i svolti d a u n sistema elettro- nico p e r l'elaborazione dei d a t i , nel controllo di u n volo spaziale, riepilo- g h i a m o qui b r e v e m e n t e le diverse fasi, nel t e m p o , di u n t a l genere di missione, p r e n d e n d o a modello q u a n t o è s t a t o r e a l i z z a t o negli S t a t i U n i t i p e r il p r o g e t t o M e r c u r v : G L I E L A B O R A T O R I E L E T T R O N I C I N E L C O N T R O L L O D E I V O L I S P A Z I A L I 5<)7 a) Pre-lancio. — C o m p r e n d e u n periodo di circa 4 s e t t i m a n e pre- c e d e n t i la p a r t e n z a del veicolo, ed è d e d i c a t o a t u t t e le operazioni d i con- trollo. D u r a n t e q u e s t a f a s e , v e n g o n o eseguite t u t t e le p r o v e necessarie a d o t t e n e r e la c e r t e z z a i n t o r n o al p e r f e t t o f u n z i o n a m e n t o di t u t t i gli e l e m e n t i e di t u t t i i c o m p o n e n t i della b a s e (li lancio, del veicolo e, princi- p a l m e n t e , delle a p p a r e c c h i a t u r e di c o m u n i c a z i o n e e di calcolo c h e costi- tuiscono il s i s t e m a nervoso della i n t e r a i m p r e s a . b) Lancio. •— V a d a l l ' i s t a n t e di accensione dei r e a t t o r i lino al m o m e n t o in cui si p u ò stabilire se il veicolo si sia inserito o no nella o r b i t a p r e f i s s a t a . N e l caso del p r o g e t t o M e r c u r y , dopo il periodo di g e t t o a t t i v o , u n s i s t e m a elettronico I B M t i p o 7090 era in g r a d o di f o r n i r e al c e n t r o di controllo M e r c u r y di Cape C a n a v e r a l u n a risposta circa la a l t e r n a t i v a go - no (jo. La decisione di Cape C a n a v e r a l di c o n t i n u a r e o i n t e r r o m p e r e la m i s s i o n e d o v e v a segnare la fine della f a s e di lancio. c) Interruzione. — I n t e r m i n i di possibilità, u n a i n t e r r u z i o n e della fase di lancio inizia con l a segnalazione d a p a r t e del s i s t e m a e l a b o r a n t e , di u n a q u a l c h e a n o m a l i a di c a r a t t e r e c i n e m a t i c o o d i n a m i c o e si conclude con u n t e m p e s t i v o a z i o n a m e n t o dei r e t r o r a z z i . N a t u r a l m e n t e , possono essere prese decisioni di i n t e r r u z i o n e a v a r i livelli: d u r a n t e l'inizio o alla fine del lancio, secondo il f u n z i o n a m e n t o dei v a r i s t a d i . I n q u e s t a fase, il c o m p i t o pr i nci pale del calcolatore elettronico è quello di p r e v e d e r e il t e m p o ed il p u n t o di i m p a t t o in b a s e alle n u o v e condizioni che si sono v e r i f i c a t e . d) Orbita. — I n i z i a d a l l ' a c c e r t a m e n t o che il veicolo è e n t r a t o in u n ' o r b i t a a c c e t t a b i l e e d u r a finché n o n v e n g o n o messi in azione i r e t r o - razzi. I n q u e s t a f a s e il calcolatore d e t e r m i n a le v a r i a b i l i c i n e m a t i c h e del veicolo, le c o n f r o n t a con le a n a l o g h e variabili pre-calcolate, d e t e r m i n a il p r o b a b i l e p u n t o e t e m p o di i m p a t t o . e) Rientro. —- C o m p r e n d e il t e m p o che v a d a l l ' i s t a n t e di a t t i v a - zione dei r e t r o r a z z i di f r e n a t a fino a l l ' a t t e r r a g g i o (o a m m a r a g g i o ) della c a b i n a spaziale. D u r a n t e t u t t a la f a s e il calcolatore definisce la posizione a t t u a l e del veicolo e calcola, a p p r o s s i m a n d o l o c o n t i n u a m e n t e , il p u n t o di i m p a t t o . / ) Recupero. — Q u e s t a f a s e si e s t e n d e d a l l ' a t t e r r a g g i o del veicolo fino a che l ' a s t r o n a u t a (o, in generale, il carico t r a s p o r t a t o ) non sono s t a t i r e c u p e r a t i . 564 ]{. P E N N A C C H I 3 . | T J ' E L A B O R A Z I O N E D E I D A T I N E L P R O G E T T O M E R C U R Y . Nel q u a d r o generale dell'organizzazione del p r o g e t t o M e r c u r y , cul- m i n a t o , c o m ' è n o t o , con il volo o r b i t a l e del Maggiore Glenn, f u r o n o affi- d a t i alla I B M i compiti i n e r e n t i l' elab o razio n e dei d a t i , c o m p i t i che si p r e c i s a v a n o nei p u n t i s e g u e n t i : — sviluppo di un m e t o d o di simulazione p e r le p r o v e d e l l ' i n t e r o s i s t e m a e p e r l ' a d d e s t r a m e n t o del p e r s o n a l e ; — sviluppo di un s i s t e m a a u t o m a t i c o p e r il controllo di efficienza d u r a n t e il « c o u n t down » nella fase di pre-lancio; —• sviluppo e costruzione di speciali a p p a r e c c h i a t u r e da calcolo per la r a c c o l t a , l'organizzazione, la t r a s m i s s i o n e e l'esposizione in t e m p o reale dei d a t i di posizione r i l e v a t i dagli a p p a r a t i sensibili (radars, teodo- liti) c o s t i t u e n t i la c i n t u r a di a v v i s t a m e n t o ; — impiego di u n s i s t e m a i n t e g r a t o p e r la elaborazione in t e m p o reale dei d a t i di r i l e v a m e n t o del satellite d u r a n t e le fasi di o r b i t a e di r i e n t r o ; — trasmissione dei d a t i ai c e n t r i di r a c c o l t a p e r il calcolo delle o r b i t e i n t o r n o alla t e r r a , p e r il loro a g g i o r n a m e n t o i s t a n t a n e o e per la r a p p r e s e n t a z i o n e in t e m p o reale. L ' i n t e r o s i s t e m a era costituito da una c i n t u r a di a v v i s t a m e n t o com- p r e n d e n t e r a d a r s e teodoliti i n s t a l l a t i in v a r i e b a s i d i s t r i b u i t e i n t o r n o alla t e r r a , d a u n s i s t e m a di t r a s m i s s i o n e digitale a d a l t a velocità p e r convogliare i d a t i r i l e v a t i ai c e n t r i di elaborazione, da 1111 s i s t e m a di elaborazione c o s t i t u i t o da 7090 I B M e 709 I B M i n s t a l l a t i presso t r e c e n t r i : — M e r c u r y Control Center in Cape C a n a v e r a l — G o d d a r d Center in Beltsville —- B e r m u d e Center C o m p l e t a v a il s i s t e m a u n insieme di a p p a r e c c h i a t u r e p e r la r a p p r e - sentazione in t e m p o reale, d e s t i n a t o a esporre con c o n t i n u i t à , in f o r m a grafica e n u m e r i c a , le r i s u l t a n z e dell'intera missione agli ufficiali della N A S A , agli scienziati ed ai tecnici. D u r a n t e t u t t a la d u r a t a della missione, i c e n t r i di rilevazione, i c e n t r i di controllo ed i c e n t r i di elaborazione e calcolo, s c a m b i a v a n o f r a loro i n f o r m a z i o n i , d a t i e r i s u l t a t i di elaborazioni a t t r a v e r s o q u a t t r o linee di trasmissione ad a l t a velocità (1000 bits al secondo) con messaggi s t a n - d a r d di 108 bits, alla cadenza di ogni mezzo secondo d u r a n t e il lancio, di G L I E L A B O R A T O R I E L E T T R O N I C I N E L C O N T R O L L O D E I V O L I S P A Z I A L I 5<)7 ogni (i s e c o n d i d u r a n t e la f a s e o r b i t a l e e di ogni 3 secondi d u r a n t e il r i e n t r o . D u e s i s t e m i t i p o 7090 I B M , i n s t a l l a t i presso il G o d d a r d Center, c o s t i t u i v a n o il c e n t r o p r i n c i p a l e di calcolo e di s m i s t a m e n t o dei d a t i . Q u e s t a e n o r m e m a s s a di i n f o r m a z i o n i p o t e v a essere e l a b o r a t a in t e m p o r e a l e dai d u e sistemi, grazie alla loro elevatissima v e l o c i t à opera- t i v a , di cui p u ò d a r s i u n ' o r d i n e di g r a n d e z z a c o n s i d e r a n d o che il t e m p o i m p i e g a t o p e r e f f e t t u a r e u n a s o m m a (con a d d e n d i di 10 cifre) è di 218 centesimi di milionesimo d i secondo. -1. R I L E V A Z I O N E D E L S A T E L L I T E E D E L L A SUA O R B I T A . a) Impostazione generale del calcolo. Si s u p p o n e e s i s t e n t e u n s i s t e m a d i stazioni di rilevazione. Di q u este, però, si c o n s i d e r e r a n n o solo quella che si t r o v a alla m i n i m a d i s t a n z a dal p u n t o P i r i l e v a t o i n i z i a l m e n t e . I l calcolo c o m p l e t o v e r r à i m p o s t a t o a t t r a v e r s o f a s i successive, e cioè: 1. D e t e r m i n a z i o n e del p i a n o d e l l ' o r b i t a ; 2. D e t e r m i n a z i o n e dei p a r a m e t r i orbitali. I n q u e s t o calcolo p r e l i m i n a r e si s u p p o n i che il p u n t o 1° sia m o l t o prossimo a l p i a n o TT,, c o n t e n e n t e l ' o r b i t a del satellite. b) Determinazione del piano dell'orbita. R i f e r i r e m o t u t t i i p u n t i c o n s i d e r a t i ad u n s i s t e m a di c o o r d i n a t e c a r t e s i a n e ortogonali a v e n t i l'origine nel c e n t r o della t e r r a (che si indi- c h e r à con M) e l'asse Z p a s s a n t e p e r la stazione di rilevazione 8 consi- d e r a t a . Siano (0, 0, £) le c o o r d i n a t e di S r i s p e t t o a l s i s t e m a di r i f e r i m e n t o prescelto. P e r ciascuno dei p u n t i l ' i r i l e v a t i , la stazione 8 m i s u r e r à : = la d i s t a n z a 8Pi = di = l'angolo y)i f o r m a t o f r a la v e r t i c a l e in 8 e la r e t t a 8Pi = l ' a n g o l o (pi che il p i a n o 8MPi f o r m a col p i a n o x - 0. I n d i c a t e con (xi, T/,-, ZÌ) le c o o r d i n a t e —• p e r ora i n c o g n i t e — del p u n t o P i r i s p e t t o a l r i f e r i m e n t o fissato, si aArrà: di = V a ? + y) + ( a — 0 « . [1J 564 ]{. P E N N A C C H I I n o l t r e , poiché l a v e r t i c a l e i n S h a l'equazione ^ x = 0 I y = 0 e la r e t t a S'Pi h a l ' e q u a z i o n e Xt (z — Zi) + Xi y — (z — Zi) + yt ih Zi — Q si ricava, d a u n a n o t a f o r m u l a di g e o m e t r i a a n a l i t i c a , 1 COS F I = J l ) + ri-+1 ove è Xj Zi-C Vi Zi — C ' R i c o r d a n d o la [1], la [4] si scrive h = Hi cos y>i = di da cui si r i c a v a subito Zi = f + di cos y) i . I l p i a n o S M P i h a l ' e q u a z i o n e x y z 0 0 c Xt yi zt = 0 ossia x y i — y Xi = 0 e q u i n d i l'angolo f r a esso ed il p i a n o x = 0 è d a t o d a COS (FI ih d a cui ossia V y) + X°- cos2 9?i (y] + »'•) = y] cos2 q>t [ d j — (zi — C)2] = y\ . G L I E L A B O R A T O R I E L E T T R O N I C I N E L C O N T R O L L O D E I V O L I S P A Z I A L I 5<)7 Si h a n n o così le t r e e q u a z i o n i + + (Zi — = si = C + di cos y>i [14] y2 + (z« — f ) 2 cos2 (pi=W,i cos2 (fi d a cui si r i c a v a zi = f + di cos ipi i / i = di cos (pi sen yn [15] Xi — di sen q>i sen %pi . R i l e v a n d o s u c c e s s i v a m e n t e due p u n t i I \ e P 2 , è allora d e t e r m i n a b i l e il p i a n o no p a s s a n t e p e r P , , P 2 , ed M. T a l e p i a n o , che c o n t i e n e l ' o r b i t a ellittica del missile, a v r à l ' e q u a z i o n e x y z i x, Vl zx | = 0 [16] x2 y2 z2 | con x1, yj, zt e x2, y2, z2 f o m i t i dalle [15] p e r i — 1,2, ossia ax + fi y + yz = Q [17] con a = ih z2 — y2 z1 P = x 2 y 1 — x l y 2 [18] y = «i V2 — «2 ?/i • = cos [24] '"A = Y = COS z'z che i m p o n g o n o la n o r m a l i t à al p i a n o TZ„; 3) p e r l'asse a;' ' l + l ?«2 + " 1 »2 0 ?! Z3 + m l m 3 + "1 ": ì 0 che i m p o n g o n o la n o r m a l i t à alle due r e t t e y' e z'. D a l l e [25] si ricava h — ''"1 (m2 n3 — m3 nt) = cos x'x ml = /,•] (la « j — i j -»s) — cos afy [26] » ! = /,-j (/»3/2 — m2 i3) = cos ,r's . Ciò p o s t o è facile d e t e r m i n a r e le f o r m u l e di t r a s f o r m a z i o n e che p e r m e t t o n o il passaggio d a l sistema M (x, y, z) al sistema M (x',y',z'). I n f a t t i è x = x' ll + y' l2 + z' l3 y = x ni, + ?/' M 2 + z W , [ 2 7 ] a = »! -j- (/'«,, + z' il 3 [ 2 5 ] G L I E L A B O R A T O R I E L E T T R O N I C I N E L C O N T R O L L O D E I V O L I S P A Z I A L I 5<)7 e, i n v e r s a m e n t e x lyx + »!y + «! z y ?2 x + »u n + li 2 z [281 z — l3x + m3y + n3 z . È o v v i o , come si r i c a v a d a l l e [24], che se un p u n t o considerato giace sul p i a n o TTO, p e r esso s a r à z' = 0. Consideriamo ora, nel p i a n o n0, il s i s t e m a di r i f e r i m e n t o M (x', y'). I n esso i p u n t i 1\ e P 2 a v r a n n o le c o o r d i n a t e (xu y\) e (aj'2, y'2) d a t e dalle [28]. Consideriamo a n c h e u n t e r z o p u n t o r i l e v a t o , a v e n t e coor- d i n a t e (x3, y3, z3) rispetto a l s i s t e m a M (x, y, z) e M (x'3, y'3, 0) r i s p e t t o a l s i s t e m a M (x', y', e'). I t r e p u n t i P 2 , P 3 , d o v e n d o a p p a r t e n e r e ad u n a ellisse con f u o c o in M, d e t e r m i n a n o l'ellisse stessa che a v r à , r i s p e t t o a l r i f e r i m e n t o M (x', y', z') le equazioni I coefficienti A, B, C possono r i c a v a r s i i m p o n e n d o le t r e condizioni di passaggio p e r P „ P 2 , P3. Allora l a q u o t a di passaggio del missile sulla v e r t i c a l e d i I s a r à d a t a dall'intersezione d e l l a ellisse [29] con l'asse ?/', ossia d a V x'z + y' z' -- - 0 . 4 x + B y' + G [29] ± y' = B y' + e z 0 x' = 0 [30] ossia dai due p u n t i S c a r t a n d o il secondo ed i n d i c a n d o con li il raggio della t e r r a (o meglio la d i s t a n z a I M ) , la q u o t a cercata sarà 564 ]{. P E N N A C C H I 4 . L ' E L A B O R A Z I O N E D E I D A T I I N T E M P O R E A L E . I n t u t t e le fasi della missione M e r c u r y , e r a di vitale i m p o r t a n z a che i d i f f e r e n t i e n u m e r o s i tipi di calcoli richiesti fossero eseguiti con pre- cisione assoluta e resi disponibili i s t a n t a n e a m e n t e , e questa r i c h i e s t a si i m p o n e v a come necessità f o n d a m e n t a l e p e r la sicurezza d e l l ' a s t r o n a u t a ed il successo d e l l ' i n t e r o p r o g e t t o . P e r d a r e u n ' i d e a del v o l u m e di calcoli d a sviluppare, si pensi, a d esempio, che nei p r i m i s s i m i i s t a n t i d e l l ' i n s e r i m e n t o del veicolo in o r b i t a e r a necessario calcolare i p a r a m e t r i d e l l ' i n t e r a o r b i t a , allo scopo di decidere se la missione p o t e v a proseguire o p p u r e era necessario i n t e r - romperla . Considerando che la r o t a z i o n e di 180 g r a d i del veicolo, necessaria p e r l ' a z i o n a m e n t o del r e t r o r a z z i di f r e n o , richiedeva u n c e r t o t e m p o e che il p u n t o di i m p a t t o d ' e m e r g e n z a d o v e v a essere sul m a r e , si v e d e facil- m e n t e q u a n t o b r e v e era il t e m p o a disposizione p e r il calcolo dei p a r a m e - t r i o r b i t a l i . P e r c i ò fin dalla f a s e di lancio, i sistemi 7090 I B M del G o d d a r d Cen- t e r e f f e t t u a r o n o i calcoli necessari a decidere, in ogni i s t a n t e , l ' a l t e r n a t i v a yo - no go, m e d i a n t e la d e t e r m i n a z i o n e dei p a r a m e t r i critici della t r a i e t - toria e, n e l l ' e v e n t u a l i t à di u n a i n t e r r u z i o n e , il t e m p o di azione dei retro- razzi necessario p e r c h é il veicolo potesse ricadere in u n o dei p u n t i p r e - s t a b i l i t i come zone d i r e c u p e r o . È n o t o quali siano le difficoltà di u n simile calcolo, s o p r a t u t t o t e n e n d o conto, che in q u e s t e ipotesi, le equazioni del m o t o devono necessaria- m e n t e t e n e r conto della v a r i a z i o n e della g r a v i t à con la q u o t a , della azione di forze a e r e o d i n a m i c h e che si s v i l u p p a n o in condizioni supersoniche e con d e n s i t à dell'aria variabile, dell'azione del r i s c a l d a m e n t o p e r a t t r i t o sui coefficienti d i r e s i s t e n z a e di p o r t a n z a del veicolo. Si p u ò dire che il calcolo d e l l ' i s t a n t e di a z i o n a m e n t o dei r e t r o r a z z i e della r e l a t i v a d u r a t a o n d e o t t e n e r e che il p u n t o d ' i m p a t t o cadesse in u n a delle zone p r e s t a b i l i t e , f u il m a g g i o r lavoro che f u svolto dai calco- l a t o r i 7090 I B M del G o d d a r d Center, t a n t o p i ù che t u t t o il calcolo d o v e v a essere eseguito n u o v a m e n t e via via che v e n i v a s t a b i l i t a u n a n u o v a d e t e r - m i n a z i o n e dei p a r a m e t r i orbitali. U n a l t r o calcolo che, s i m u l t a n e a m e n t e , d o v e v a essere e f f e t t u a t o era la d e t e r m i n a z i o n e s e m p r e più a p p r o s s i m a t a delle variabili c i n e m a t i c h e , allo scopo di p o t e r m i g l i o r a r e l ' e s a t t e z z a delle previsioni p e r le acqui- sizioni f u t u r e . G L I E L A B O R A T O R I E L E T T R O N I C I N E L C O N T R O L L O D E I VOLI S P A Z I A L I 5<)7 I calcolo svolti a q u e s t o scopo, e r a n o b a s a t i sulla risoluzione n u m e - rica di equazioni d e r i v a t e dalle relazioni f o n d a m e n t a l i di N e w t o n . I m e t o d i n u m e r i c i i m p i e g a t i consistevano nella i n t e g r a z i o n e n u m e r i c a di Cowell p e r la e s t r a p o l a z i o n e e la correzione dei p a r a m e t r i o r b i t a l i e in correzioni differenziali p e r l ' e f f e t t o delle p e r t u r b a z i o n i m i n o r i . Allo scopo d i r i d u r r e gli e f f e t t i degli e r r o r i d o v u t i a i r a d a r s e p e r t e n e r conto delle m u t e v o l i c a r a t t e r i s t i c h e a t m o s f e r i c h e , f u r o n o a p p l i c a t i pesi s t a t i s t i c i ai d a t i p r o v e n i e n t i dalle stazioni di rilevazione. I n t a l m o d o , la posizione del veicolo spaziale, r e l a t i v a m e n t e a 18 s e t t o r i t e r r e s t r i , f u c o n t r o l l a t a c o s t a n t e m e n t e e nel m o d o più c o m p l e t o . 5 . I L CONCETTO D I PROGRAMMA M O N I T O R . Ma, oltre alla d i r e t t a esecuzione dei calcoli un a l t r o e forse p i ù im- p o r t a n t e compito d o v e v a essere svolto d a i sistemi e l e t t r o n i c i p e r l'ela- b o r a z i o n e dei d a t i , ossia il controllo ed il c o o r d i n a m e n t o di t u t t i i calcoli che v e n i v a n o via v i a eseguiti. I n f a t t i , in ogni i s t a n t e , u n d a t o calcolo d o v e v a essere eseguito senza con ciò, sacrificare q u a l c h e a l t r o calcolo che a v r e b b e p o t u t o essere di i m p o r t a n z a d e t e r m i n a n t e . P o t e v a , p e r esempio, a c c a d e r e che u n i m p r o v - viso g u a s t o di u n ' u n i t à di u s c i t a , c o m p r o m e t t e s s e t u t t o il sistema di calcolo in t e m p o reale. P e r r e n d e r e i n t e r a m e n t e c o o r d i n a t o , in ogni i s t a n t e ed in ogni even- t u a l i t à , l ' i n t e r o s i s t e m a di elaborazione v e n n e s t u d i a t o e messo a p u n t o u n apposito p r o g r a m m a : il M o n i t o r . I l p r o g r a m m a M o n i t o r , c a r i c a t o in m e m o r i a assieme ai p r o g r a m m i di calcolo, svolgeva u n a f u n z i o n e di supervisione dello s v o l g i m e n t o dei singoli calcoli, c o o r d i n a n d o n e lo svolgimento secondo l ' a r r i v o dei ciati grezzi e la possibilità di emissione dei r i s u l t a t i , e s t a b i l e n d o s i t u a z i o n i di p r i o r i t à in b a s e alle condizioni di e n t r a t a , di elaborazione e di u s c i t a dei d a t i disponibili. Come a c c a d e s o v e n t e , a n c h e in questo caso la risoluzione di u n p a r t i c o l a r e p r o b l e m a tecnico, h a d a t o l ' a v v i o a d u n a m e t o d o l o g i a n u o v a la cui i m p o r t a n z a t r a s c e n d e l'applicazione p a r t i c o l a r e clic l ' h a p r o m o s s a . È s t a t a , in q u e s t a occasione, a p p l i c a t a p e r la p r i m a v o l t a u n a gerar- chia c o n c e t t u a l e di p r o g r a m m i di m a c c h i n a : il p r o g r a m m a M o n i t o r che c o o r d i n a il l a v o r o d a eseguire, i p r o g r a m m i non-Monitor che eseguono il lavoro. Ji. P E N N A C C H I Un così d i n a m i c o c o n c e t t o di p r o g r a m m a z i o n e c o n d u c e a concepire un sistema p e r l 'el ab o razio n e dei d a t i c o m e u n ' o r g a n i z z a z i o n e in sé chiusa ed in g r a d o di a u t o d e t e r m i n a r s i . I p r o g r a m m i non-Monitor o p e r a n o i n d i p e n d e n t e m e n t e , ricevendo di volta in volta ordini dal M o n i t o r in m e r i t o a l l ' a v v i o dei calcoli, all'indica- zione di dove sono disponibili i d a t i da e l a b o r a r e e di d o v e devono essere indirizzati i risul t ati o t t e n u t i in modo t a l e che l'elaborazione, p u ò svol- gersi in f o r m a del t u t t o i n d i p e n d e n t e dalla configurazione del s i s t e m a e l a b o r a n t e , e p u ò c o n t i n u a r e n o n o s t a n t e i m p r o v v i s e e casuali variazioni di q u e s t a . 6 . C O N S I D E R A Z I O N I G E N E R A L I . L ' i m p o r t a n z a ed i p r i n c i p a l i a s p e t t i della elaborazione e l e t t r o n i c a dei d a t i nei p r o b l e m i del volo spaziale sono s t a t i qui s u c c i n t a m e n t e esposti nella esemplificazione offerta dal p r o g e t t o M e r c u r y . Ma è n o t o che n o n è questo l ' u n i c o esempio, né il p i ù complesso. B e n altri p r o b l e m i già p r e s e n t a n o la necessità di u n a soluzione a l t r e t t a n t o efficiente negli s t u d i e nei p r o g e t t i , la cui m e t a è quella di p a s s a r e dalla fase dei voli o r b i t a l i a quella, ben p i ù ambiziosa, dei voli t e r r a - l u n a . Qui la necessità di calcolo in t e m p o reale, di raccolta e di s m i s t a - m e n t o veloce delle i n f o r m a z i o n i acquisite si p r o p o n g o n o s o t t o u n a f o r m a assai più a m p i a e complessa, sì da richiedere t e c n i c h e e tecnologie, a n c o r a più r a f f i n a t e , a n c o r a più a v a n z a t e . In q u e s t i p r o g e t t i è necessario inserire u n o p p o r t u n o c e n t r o di cal- colo nel cuore del veicolo spaziale stesso, e f a r sì che a n c h e q u e s t o sia in collegamento con gli a l t r i c e n t r i di calcolo (lei s i s t e m a , così che u n a inin- t e r r o t t a rete di messaggi a u t o m a t i z z a t i c o m p r e n d a in u n unico c a m p o la t e r r a , la l u n a ed il veicolo spaziale. Già sono s t a t i realizzati modelli di e l a b o r a t o r i che u s u f r u i s c o n o delle t e c n i c h e di m i c r o - m i n i a t u r i z z a z i o n e . Calcolatori elettronici, come il sistema I B M tipo T i t a n I I , del peso complessivo di 90 libbre e capaci di compiere circa 150.000 operazioni al secondo, s p e r i m e n t a t i s o t t o accelerazioni c o n t i n u e di 20 g. e u r t i di 100 g., in g r a d o di svolgere il loro lavoro nelle condizioni p i ù d i s p a r a t e . Su q u e s t i calcolatori, i n t e g r a t i da u n i t à di t e l e c o m u n i c a z i o n e a d a l t a velocità, i p r o b l e m i del volo spaziale t r o v a n o la loro soluzione, cosi che gli a s t r o n a u t i di oggi, ed a n c o r p i ù quelli che seguiranno, possano disporre di quegli e l e m e n t i che sono f o n d a m e n t a l i p e r la sicurezza della p r o p r i a v i t a e p e r il successo della p r o p r i a missione.