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Die Sammlung dieser Einträge entstand aus Einträgen für meinen Blog. Der Ton ist daher etwas flapsiger als sie es von anderen Seiten auf dieser Webpräsenz gewohnt sind.
Wer einmal die Biographien von den Apollo Astronauten liest, der findet eines Gemeinsamkeit: Eine gewisse Abneigung gegenüber der 4.ten Gruppe aus Wissenschaftlern, die 1965 rekrutiert wurden. Sie vertraten die Meinung, Raumschiffe sollten durch Piloten, besser Testpiloten geflogen werden. Doch stimmt dies? Nun ein Argument ist dass Testpiloten einen kühlen Kopf auch in kritischen Situationen bewahren. Das mag so sein. Doch zum einen waren nicht alle Astronauten Testpiloten, sondern viele auch reguläre Piloten mit großer Erfahrung und zum anderen gab es während jedes ganzen Programmes kaum Situationen die ein sofortiges, reflexartiges Handeln erforderten: Im Gegenteil. Das Bestreben der Missionskontrolle war es solche Situationen zu vermeiden und Zeit zu gewinnen, auch um die Situation vom Boden aus zusammen mit der Mannschaft lösen zu können.
Das nächste Argument ist das Raumschiffe besser durch Piloten gesteuert werden, die sich mit solchen Systemen ja auch besser auskennen. Doch gerade hier zeigte die Wirklichkeit, dass dem nicht so wahr. Zum einen hatten die Raumkapseln recht wenig mit einem Flugzeug zu tun. Zu den Kontrollen die ein Pilot kannte, kamen mehr und mehr Schalter, Regler und Knöpfe. Im Apollo CSM sollen es über 300 in der Konsole gewesen sein. So viele, dass die Apollo 12 Besetzung einige Zeit brauchte als sie nach dem Blitzeinschlag einen Schalter umlegen musste und der wohl bislang nie in den Simulationen zum Einsatz kam.
Der zweite gravierende Einwand ist aber dass sich ein Raumschiff komplett anders fliegt als ein Flugzeug. Die ersten Erfahrungen gab es schon recht für im Gemini Programm, als McDivitt an die ausgebrannte Core 2 Stufe der Titan andocken sollte. Er machte es wie beim Flugzeug: Beschleunigen um den Abstand aufzuholen. Doch was passierte? Er entfernte sich von der Stufe und sie tauchte nach unten weg. Wer im Orbit beschleunigt erhält mehr Fliehkraft, weitet den Orbit zu einer Ellipse auf (Effekt 1: Core Stufe taucht nach unten weg, weil man einen höheren Orbit erreicht). Weiterhin bedeutet ein ausgeweiteter Orbit eine höhere Umlaufzeit - die Stufe hat auf dem niedrigeren Orbit eine höhere Umlaufgeschwindigkeit und umrundet die Erde schneller. Als Folge konnte die Stufe so nicht eingeholt werden. Der richtige Weg war abzubremsen, einen niedrigeren Orbit einzuschlagen wo man schneller war, bis man an der Stufe ankam und dann schnell den Orbit wählte. Das genaue Gegenteil wie beim Fliegen. Zu geringe Treibstoffvorräte und dadurch abgebrochene Manöver waren ein Dauerproblem bei Gemini, obwohl die Gemini Kapseln mehr Treibstoff als ein Space Shuttle hatten, der einen Teil dessen braucht um überhaupt den Orbit zu erreichen. Später gab es Computerunterstützung: Der Computer gab eine Vorgabe (Winkel und Betrag) und die Besatzung verfolgte Anzeige und hörte auf wenn sie auf Null sprang.
Bei Apollo hatte man nicht den Luxus, dass die Besatzung wertvollen Treibstoff mit ihren Flugkünsten verpulverte: IM CSM konnten die Astronauten noch die Programmnummer einrasten und dürften dann auf "Proceed" drücken - Das gesamte Manöver führte der Computer aus der die Geschwindigkeit, Vektor und die Zeit überwachte. Beim LM steuerte der Computer das LM über 8.5 Minuten bis es in 600 Fuß Höhe angekommen war. Dann dürften die Astronauten übernehmen wenn sie wollten und den Endanflug durchführen - schon in geringer Höhe und geringer Geschwindigkeit angekommen. Beim Rückstart lief alles gesteuert durch den Computer. Mit fliegerischem Können hatte es gar nichts mehr zu tun.
Dabei wären bei den Apollo Missionen auf dem Mond durchaus Wissenschaftler von Nutzen gewesen um die besten Bodenproben zu finden. Für die Experimente benötigte man Ingenieure, aber diese Fachkenntnis konnten sich sowohl Piloten wie auch Wissenschaftler aneignen. Trotzdem schaffte es nur ein Wissenschaftler auf den Mond: Harrison Schmidt, bei der letzten Mondmission. Und dies auch nur durch massiven Druck seitens höherer NASA Ebenen, die den Eindruck verwischen wollten, Apollo wäre ein Selbstzweck. Drei weitere Wissenschaftler flogen auf Skylab mit und einer dieser dreien auch auf dem Space Shuttle.
Diese Frage scheint eine sehr triviale zu sein. Doch es gab eine lange Diskussion als sie damals aufkam. Zur Erklärung muss man in die Zeit zurückblicken: Computer waren damals große Monster die in Schränken saßen, weitere Schränke nahmen Magnetplatten oder noch häufiger Magnetbandgeräte auf. Eingaben gab es auch per Lochstreifen, Lochkarte und als modernste Neuerung per Terminal (eine Schreibmaschine, bei ganz modernen Rechnern sogar mit Monitor). Doch diese Technik war für Apollo zu groß. Apollo setzte zwar auch einen miniaturisierten Rechner ein, aber bei den Einschränkungen an Gewicht und Masse, war seine Leistung beschränkt. Technisch gesehen bestand der AGC (Apollo Guidance Computer) aus identischen Schaltungen: Jede Schaltung war ein NOR Gatter aus 3 Transistoren und 4 Widerständen. Etwa 5000 dieser Gatter bildeten dann die Logic des Computers. Der Speicher wurde unterteilt in einen zur Laufzeit beschreibbaren Speicher und einen Festwertspeicher unterteilt. Im letzteren wurde das Programm vor der Mission durch Verdrahtung fest abgelegt. Das wesentliche war, dass der vom MIR entwickelte Computer eine Spezialanfertigung für Apollo war, den es so nicht käuflich zu erwerben gab. Er war ausgelegt auf die Bedürfnisse der Mission: Die Verarbeitung von Prozessdaten und Berechnung von Navigationsinformationen und Steuerung des Antriebs.
Über die Programmierung gab es nun einen Streit. Das MIT wollte ihren Programmierer natürlich selbst programmieren. Auf der anderen Seite argumentierte die Industrie, welche die Raumschiffe baute, dass ihre Ingenieure viel mehr von dem Raumschiff verstehen, als die Programmierer vom MIT. Es wäre viel einfacher wenn die Ingenieure einfach das Programmieren lernen würden, anstatt den Programmieren die gesamte Technik mit ihren zahllosen Details zu vermitteln.
Aus der heutigen Zeit erscheint dies etwas befremdlich. Wir sind es gewohnt, das es Informatik als eigene Ingenieurswissenschaft gibt und Programmierer Hardware programmieren. Aber damals war diese Disziplin noch jung und vor allem war es eine Spezialanfertigung. Das unterscheidet den AGC von einem heute üblichen Microkontroller. Wert heute einen ARM Prozessor, einen Intel 8251 oder einen embedded Power-PC Prozessor einsetzt, der kann einen C-Compiler einsetzen, ein Realzeit Betriebssystem nutzen und dazu linken. Diesen Komfort hatten die Programmierer des AGC nicht. Sie hatten nicht mal Assembler, also die Möglichkeit die Befehle durch einfach merkbare Abkürzungen zu ersetzen wie z.B. ADD, INC, MOV für Addieren, Erhöhen um 1 oder Laden von Werten aus dem Speicher. Alles wurde in Bits auf dem Papier codiert und dann direkt in den Festwertspeicher übertragen.
Auf dieser Ebene ist dann die Programmierung dann schon mehr eine Konstruktionstätigkeit und daher waren die Einwände auch berechtigt. Die Entscheidung war nicht einfach, doch zwei Argumente waren schließlich ausschlagegebend. Zum einen der exzellente Ruf des MIT auch in ingenieurstechnischen Belangen und zum zweiten das man die Hardware und Software als einen Gesamtkomplex ansah - Wenn das MIT auch die Software entwickelte, so war eine Fehlermöglichkeit ausgeschaltet, die entstehen konnte wenn die Software getrennt von der Hardware entwickelt wurde.
FreitagMehr zum Apollo Guidance Computer finden Sie in meinem Aufsatz "Computer in der Raumfahrt Teil 1"
Eine der Entwicklungen zwischen Mercury und Apollo, ist die zunehmende Bedeutung von Computern. Bei Mercury spielten Sie eine gewisse Rolle am Boden. Doch die Missionen waren so kurz, dass sie vorwiegend zur Datenaufbereitung dienten, wobei auch hier das meiste noch analog geschah. In der Kapsel selbst gab es analoge Schaltkreise. Der Pilot selbst konnte jedoch nicht viel machen. Im wesentlichen konnte er die Steuerdüsen direkt steuern, wobei es aber auch noch ein automatisches System gab, dass im Zweifelsfall von der Bodenkontrolle ausgelöst werden konnte. Trotzdem gab es einige Konfusion, als Carpenter sehr viel Treibstoff bei Manövern verbrauchte, welche die Bodenkontrolle als "überflüssig" ansah.
Bei Mercury hatten die Astronauten noch wenig Einfluss auf das Design der Kapsel. Da die Rekrutierung der Astronauten erst nach dem Programmbeginn erfolgte. Sie konnten immerhin einiges durchsetzen, denn ursprünglich sollte die Kapsel keine Fenster haben und die Astronauten sollten nicht selbst steuern können. Trotzdem sprachen die Mercury Astronauten von sich als "Passagiere".
Bei Gemini hatten die Piloten eine viel wichtigere Rolle. Sie waren wirklich "Herr ihres Raumschiffs" und steuerten alle Manöver selbst nach Abtrennung von der Titan. Doch es zeigte sich auch, dass Pilotenfähigkeiten hier nichts nützten - Die Bewegung im Orbit gehorcht anderen Gesetzmäßigkeiten als der Flug auf der Erde. Bei den frühen Missionen war der Treibstoffverbrauch zu hoch und es mussten Kopplungsmanöver oder Orbitänderungen gestrichen werden, weil die Vorräte knapp wurden. Doch Gemini hatte auch den ersten Bordcomputer an Bord. Seine Kapazität und Rechenleistung war noch begrenzt, doch er entpuppte sich als wertvolle Ergänzung. Sieben Programme standen zur Verfügung und eines davon lieferte die Vektordaten für die Kopplungsmanöver und überwachte die Steuerung durch die Astronauten, die nun nur noch die Anzeige auf dem Display "Nullen" mussten. Später kam zu dem Bordcomputer mit seinem begrenzten Speicher noch ein Bandlaufwerk hinzu, das weitere Programme aufnehmen konnte. Der erste Einsatz dessen war bei Gemini 8. Dort bewährte es sich gleich bei der Notlandung.
Der Einsatz von Computern war ein wichtiger Punkt bei Gemini. Im Laufe der Mission sollte er immer mehr Aufgaben durchführen. Die letzten Missionen setzten den Computer z.B. zur Steuerung der Landung ein und er steuerte die Kapseln genauso präzise wie die Astronauten ins Zielgebiet. Eine Lehre von Gemini war, dass der Computer die Besatzung bei Routinetätigkeiten entlasten konnte und die Steuerung durch den Computern nicht denen von Menschen unterlegen ist.
Apollo versuchte einen Ausweg aus einem Dualismus zu finden: Zum einen war der Computer integraler Bestandteil der Mission. Ohne den Computer (in identischer Ausführung, aber unterschiedlichen Programmen in der Kommandokapsel und dem Mondlander) wäre die Mission nicht möglich gewesen. Auf der einen Seite gab es die Möglichkeit die Mission voll durch den Computer fliegen zu lassen, die auch anfangs vorgeschlagen wurde. Auf der anderen Seite sollten die Astronauten so viel Verantwortlichkeit wie möglich haben. Das hätte aber eine enorme Arbeitslast bedeutet. Es gab einen Kompromiss: Die Astronauten konnten in jeder Phase selbst steuern. Deiser manuellen Modi wurden allerdings nie genutzt, stattdessen beim Abstieg oft die semiautomatischen Modi, bei denen die Astronauten z.B. die Vorwärtsbewegung des Mondlanders übernahmen, die Sinkgeschwindigkeit aber vom Computer gesteuert wurde, oder sie beides kontrollierten, die räumliche Lage aber durch den Computer beibehalten wurde und er die Lageregelungsdüsen steuerte.
Beim Kommandomodul erfolgten alle Kurskorrekturen nach den Gesetzen der Orbitalmechanik und wurden vollständig durch den Computer gesteuert. Die Rolle der Astronauten hatte aber noch einen weiteren Aspekt: Obwohl technisch möglich, übermittelte die Bodenkontrolle keinerlei Daten direkt in den Computerspeicher. Alle Navigationsdaten wurden den Astronauten mündlich übermittelt, diese schreiben sie auf, lasen sie laut vor und tippten sie dann ein. Das führte dazu, dass bei Apollo 13, als Notfall Prozeduren fällig waren, sehr schnell das Papier im Raumfahrzeug zu Ende ging.
Eine Kontroverse war, ob die Mondmission nicht völlig automatisch geflogen werden konnte. Die Astronauten hatten zwar interne Navigation auf Basis von Gyroskopen und konnten zusätzlich mittels eines Sextanten, gekoppelt an ein Teleskop Fixpunkte anvisieren und anhand derer navigieren (und die Gyroskope, die einen Drift hatten, neu eichen), aber während das Apollo Programm fortschritt, führte man am Boden die Methode der Dopplersignalvermessung ein und Ende der sechziger Jahre war es schon möglich die Position eines Raumschiffs damit von der Erde aus wenige 10 m genau zu bestimmen und die Geschwindigkeit auf unter 1 m/s. So gab es auch Vorschläge, die Mondlandung unbemannt durchzuführen - ohne Astronauten, so wie auch die Apollo Kapsel unbemannt getestet wurde. Es hätte Sicherheit gegeben und Fehler aufzeigen können. (Die unbemannte Landung hätte natürlich nicht die bemannte ersetzt, sondern wäre dieser als Erprobung vorrausgegangen). Das Hauptargument dagegen, dass seit Apollo 1 in der Luft schwebte, war dass ein Scheitern einer solchen unbemannten Landung zu einem Einbruch bei der Unterstützung des Programms im Kongress und damit zum Streichen von Flügen führen könnte oder es weitere teure Verzögerungen für Nachbesserungen geben könnte.
Apollo
11 schien zu beweisen, dass der Mensch die Landung durchführen muss. Apollo
11 kam um mehr als 6 km vom Kurs ab, wobei sich dies schon in der ersten
Phase des Abstiegs zeigte, als Armstrong bemerkte, das charakteristische
Landmarken zu früh passiert wurden. Dadurch kam Armstring auch erst in die
Bredouille, dass er in einem Gebiet niederkam, dass mit Steinen übersät war
- es war nicht der primäre Landeplatz.
Die Ursache war unklar, doch es wurde ausgeschlossen, dass der Bordcomputer falsch gesteuert hatte, weil die Landmarken schon beim Beginn falsch kamen. Vielmehr musste schon die Ausgangsposition falsch sein. Es gab zwei Möglichkeiten: Zum einen konnte Luft im Tunnel, die beim Abtrennen des LM entwich diesem einen "Schubs" gegeben haben, zum anderen konnte die Drehung des LM zur Inspektion eine zusätzliche Geschwindigkeitskomponente verursacht haben. Dazu kamen die Massekonzentrationen unter der Mondoberfläche von denen man damals nur sehr wenig wusste.
Bei Apollo 12 veränderte man daher zum einen die Abtrennungsprozedur (Das CSM zündete nach der Trennung seine Steuerdüsen um sich zu entfernen und nicht das LM und es gab keine Drehung des LM mehr). Zum anderen gab es zwei Softwareänderungen: Die Crew konnte mit dem Wort 69 die Vektorkoordinaten nach dem Abtrennen aktualisieren und während des Abstiegs die Position durch Kalbration mit einem Stern neu justieren.
Apollo 12 sollte eine Punktlandung nahe Surveyor durchführen. Vor dem Abstieg bekam die Besatzung einen neuen Satz von Vektordaten die sie mit dem neuen Wort 69 eingab und beim Abstieg passierte sie so auch die Markierungspunkte zur richtigen Zeit und im richtigen Winkel. Alles verlief gut bis in 700 Fuß Höhe Conrad die Kontrolle übernahm, weil er einen Krater in dem Surveyor 3 gelandet war, nicht überfliegen wollte. Er kam dann zu steil herab und wurde von Staub irritiert. Dadurch war die Landung am Schluss zu steil und mit zu hohem Schub. Bei der Analyse nach dem Flug gab es daher trotz der "Punktlandung" auch ein wenig Kritik. Zum einen daran, dass Conrad sich am Schluss nicht auf die Anzeige der Instrumente verließ, als er beim Sehen nach draußen nichts mehr erkennen konnte und zum anderen, weil er Treibstoff hätte sparen können, wenn er zwar den Kurs verändert, das Sinken aber dem Computer überlassen hätte.
Das wichtigste ist aber die Auswertung der Bahn. Sie zeigte, dass wenn Conrad gar nichts gemacht hätte, dann wäre Apollo 12 etwa 600 Fuß nordwestlich von Surveyor 3 gelandet. Dei aktuelle Landeposition von Conrad war südwestlich, 535 Fuß von Surveyor 3 entfernt - Die Übernahme der manuellen Steuerung hatte also keinen Einfluss auf die Genauigkeit der Landung.
Was bleibt ist natürlich die Unsicherheit über die Oberfläche. Die besten Aufnahmen der Landegebiete hatten damals eine Auflösung von etwa 3 m. Das ist nicht besonders hoch auflösend ein 3 m großer Krater ist so groß wie das LM und kann dieses in eine gefährliche Schräglage bringen. Heute wäre es ein leichtes höher aufgelöste Aufnahmen zu erhalten bis in einen Bereich von wenigen Zentimetern. Das Risiko für die Landungen lag in der Tat nicht darin, dass eine Landung völlig automatisch und genau möglich gewesen wäre, als vielmehr in der Unkenntnis der Feinstruktur des Landeortes. Durchgeführt wurde dies alles mit einem Computer, der zwar nur mit 1 MHz Taktrate arbeitete und nur 74 KByte Arbeitsspeicher hatte, aber extrem zuverlässig war und für seine Aufgabe speziell entwickelt und gebaut.
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