Нет электроники - нет посадки на Луну

Журнал РАДИОЛОЦМАН, сентябрь 2019

ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ

George Leopold

EE Times

У Советов были более мощные ракеты-носители, способные взять больше полезной нагрузки, но решающим в достижении Луны к концу 1960-х годов оказался акцент США на снижении веса и на развивающемся секторе электроники

Относительно ничтожная вычислительная мощность компьютеров, доступная инженерам проекта Apollo в 1960-х годах, делает их достижения гораздо более впечатляющими.

Как и во всех аспектах конструкции Apollo, решающим фактором был вес. Использование маломощной электроники помогло гигантской ракете-носителю Сатурн-5 «уложиться в норматив» веса и выдержать крайний срок пилотируемой посадки на Луну, установленный президентом Кеннеди на конец десятилетия.

Для обновления данных, хранящихся на этом компьютере [Управляющий компьютер Apollo], который вычислял скорость и местоположение космического корабля, астронавты использовали астрономические наблюдения.

Организатором и координатором титанических усилий по разработке и интеграции появляющихся полупроводниковых технологий в системы Apollo, такие как великолепный управляющий компьютер Apollo, была Лаборатория приборостроения MIT (Массачусетский технологический институт), позже переименованная в Draper Labs. Принятое в 1962 году решение о разработке управляющего компьютера с использованием интегральных логических схем было одним из первых решительных шагов.

Ключевыми поставщиками микросхем для управляющего компьютера были Texas Instruments, Motorola Semiconductor Products, Westinghouse Electric и, последняя по порядку, но не по значимости, компания Fairchild Semiconductor – инкубатор корпорации Intel.

Как только в 1962 году с производственных линий начали выходить микросхемы, инженеры MIT столкнулись с новыми проблемами организации снабжения. Эти проблемы они описывали следующим образом:

«Было сложно сохранить поставщика качественных интегральных микросхем в течение производственного цикла компьютера Apollo. Полупроводниковая индустрия была нацелена на непрерывное движение к «современному уровню», и это движение сопровождалось частыми изменениями технологических процессов, как непреднамеренных, так и преднамеренных. Постоянные изменения привели к неопределенности в функциональной стабильности, качестве, надежности и сроке службы полупроводниковых продуктов. Учитывая критические требования к надежности и сроку службы [управляющего компьютера] в системе Apollo, необходимо было разработать такой подход к закупкам микросхем, который обеспечивал бы поставку качественных компонентов».

Первоначально в качестве основного поставщика микросхем MIT выбрал Fairchild, особенно потому, что первопроходец в области производства микросхем мог доставить их из существующих запасов всего за несколько дней. Но поскольку после принятия решения о переходе с транзисторной основы на логические микросхемы разработка управляющего компьютера ускорилась, NASA и MIT обратились к дополнительным источникам, таким как Texas Instruments.

Логистика поставок микросхем NASA-MIT столкнулась с некоторыми ранними проблемами «детских болезней», что, однако, не стало неожиданностью в масштабе решения таких огромных технологических задач, как создание Apollo.

Согласно комментарию к проекту управляющего компьютера Apollo, TI не выдержала крайний срок поставки своих логических устройств. Но как только компания решила все проблемы технологического процесса, она стала основным поставщиком логических устройств для Apollo.

Motorola также не смогла обеспечить своевременную отгрузку микросхем, и «не стала приемлемым источником поставок», отмечается в комментарии.

Среди факторов, определивших высокую скорость проектирования и разработки элементов системы управления Apollo, были механические и электрические характеристики логических элементов. В конечном итоге MIT остановился на тех же требованиях, которые предъявлялись к логическим устройствам коммерческого назначения. При этом руководители программы пошли на экстраординарные меры, чтобы гарантировать, что компьютерные микросхемы обеспечивают беспрецедентный уровень надежности.

Стандартизация единого логического компонента также способствовала решению проблем надежности, которые имели первостепенное значение при использовании управляющего компьютера для доставки экипажей Apollo в нужную точку пространства, чтобы попасть на Луну через три дня после запуска.

Огромный объем логических микросхем, поставляемых подрядчику НАСА, быстро снизил цену одного логического чипа. Согласно диаграмме, опубликованной на сайте klabs.org, стоимость логических устройств, поставляемых Fairchild Camera, в период с декабря 1961 года по октябрь 1962 года упала со 120 долларов за штуку до 10 долларов.

Эта диаграмма показывает снижение цены на микросхемы, происходившее в период закупок для оценки качества. (klabs.org)

Пример медленного, но неуклонного развития ранней электроники проявляется в полученном MIT от Westinghouse в марте 1963 года счете за 125 логических микросхем «ИЛИ-НЕ», проданных подрядчику Apollo по цене $77.60 за штуку.

Это было начало массового производства чипов, одним из стимуляторов которого стало решение отправить людей на Луну.

Когда в начале 1960-х годов сформировался облик бортового компьютера Apollo, НАСА готовилось к тому, чтобы догнать и перегнать Советы в космическом пространстве, выполняя все более сложные эксперименты – от встречи и стыковки до выхода в открытый космос и длительных полетов на выносливость. Ключевой причиной, по которой США вышли в лидеры во время проекта Gemini, были превосходные электронные компоненты и новые подходы к системной интеграции.

В резком контрасте, усилия создателей советской электроники во время космической гонки были беспорядочными. Согласно окончательному отчету историка космоса Асифа Сиддики (Asif Siddiqi) о советской космической программе, бюрократические распри и неразвитый сектор электроники не оставили шансов российским ракетчикам.

По словам одного из руководителей советской космической отрасли, которого цитирует Сиддики, «В конечном итоге наши космические радиоэлектронные технологии начали отставать от технологий американцев по срокам разработки, качеству и общему научно-техническому уровню».

У Советов были более мощные ракеты-носители, которые могли вывести бóльшую полезную нагрузку, но акцент США на снижении веса и развивающемся секторе инновационной электроники оказался решающим для достижения Луны к концу 1960-х годов.

Как любили говорить первые астронавты: «нет баксов, нет Бака Роджерса». (Бак Роджерс – вымышленный персонаж американских книг и комиксов космической тематики – ред.)

То же самое относится и к космическим технологиям: Нет электроники – нет посадки на Луну.