以當今的科技發展角度,如何評價1969年阿波羅計劃使人類登上月球?
我來說阿波羅計劃中的一個小細節,也許可以幫助你了解以當時的技術要把人送上月球的難度。
(下面的內容主要來自https://youtu.be/f2ZCVnk-oRU)
我們常常把軟體設計叫做「編程序」,其實,阿波羅計劃的導航軟體真的是「編織」出來的。
導航軟體的重要性是毫無疑問的。尤其是當飛船運行到月球背面時,無法和地球直接通信,飛船的導航全靠軟體指揮。所以,這樣的軟體容不得一個錯誤。除了對軟體本身正確性的要求之外,軟體存儲介質也是至關重要的。要是存儲介質在太空中受到損害,後果也是不堪設想的。
在當時,比較流行的存儲介質是打孔紙帶,就是在紙帶上不同位置用有沒有打孔表示0和1。但是,載人航天工程顯然不能把性命攸關的安全性寄托在弱不禁風的紙帶上面。至於磁帶,它依賴於過於巨大的設備,而且在太空環境下可靠性也得不到保障。於是,最後的選擇是磁環和電纜。
存儲器實際上是一個有很多磁環構成的陣列,電纜從陣列中穿過,以二進位機器碼(0和1)的方式保存軟體信息。下圖就是阿波羅導航系統中用於測試的存儲器。你可以清楚地看到紅色的磁環和綠色的導線。
圖片來自Core rope memory
磁環的作用是改變導線上電壓的狀態。如果導線穿過磁環,導線上的電壓就會發生改變。系統檢測到這種改變後,就把這條導線上的數據解釋為1。
圖片來自https://youtu.be/f2ZCVnk-oRU
如果導線沒有穿過磁環,那麼導線上的電壓不發生改變,系統就把這條線上的數據解釋為0。
圖片來自https://youtu.be/f2ZCVnk-oRU
可以想像,軟體寫入存儲器的過程實際上和織布差不多。所以,項目組僱傭了很多有經驗的紡織女工,採用一種類似紡車的設備,再加上一種特別的毛衣針,一位一位地把整個軟體織進了下圖中這個存儲器。
圖片來自Core rope memory
整個軟體系統的大小大約是60萬位。對於軟體的大小來說,這個數字在今天已經是微不足道了。但是,把這樣大小的數據用手工輸入,而且不能有錯,還是很不容易的。所以,整個軟體輸入的過程都經歷了嚴格的測試。幸運的是,當時已經有自動軟體測試的概念了。
最終,這個編織出來的程序成功地把宇航員帶到了月球,並且安全的帶回了家。
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評論區中有些讀者把這種存儲技術和磁芯存儲器(Magnetic Core Memory)混為一談。其實,它們是兩種不同的技術。阿波羅計劃中用到的這種存儲技術叫做Core Rope Memory。我沒有找到標準的中文翻譯,就暫且把它叫做磁芯-線存儲器吧。
磁芯存儲器技術的主要發明者是美籍華人王安。其實使用磁芯做存儲器的想法由來已久,而王安在20世紀40年代解決了關鍵的技術難題,讓這一技術走嚮應用。不過,王安獲得這項專利也不容易,中間牽涉了多年的爭議和官司。
磁芯-線存儲器出現於60年代,晚於磁芯存儲器。
這兩種技術的主要區別在於:磁芯-線存儲器是一種「只讀」的存儲技術,也就是說,數據一旦寫進去,就不能由軟體修改了。而磁芯存儲器是一種可以讀寫的存儲技術,也就是說,軟體可以任意寫入數據,然後讀出來。
你也學會奇怪,為什麼一項出現較晚的技術反而不如較早的技術呢?其實,磁芯-線存儲器是有它的優勢的:它的存儲密度很高,每立方英尺可以存儲72KB數據,這是磁芯存儲器的18倍。
可以讀寫當然是磁芯存儲器的優勢,但是計算機系統中很多場合還是有隻讀存儲器的用武之地的,比如阿波羅計劃的導航軟體肯定沒有在太空修改代碼的必要。此外,磁芯-線存儲器在太空中的可靠性應該也比磁芯存儲器高。這些應該就是阿波羅計劃選擇磁芯-線存儲器的原因了。
聽過一句話形容美國人登月叫「開著洗衣機橫渡了大西洋」,感受一下。
時來天地皆同力。多種因素匯聚成的。我這個答案也沒什麼乾貨,純粹抒發一下對當時那個激情年代的敬仰。。
a二十世紀前五十年科學中心遷移帶來的從頂級科學家到一線專業技工的NB隊伍
b當時一枝獨秀的強大國力
c砸了無數經費(圖片來自wiki):
d「舉國體制」上下一心。二戰後我國滿目瘡痍在搞重建,本土沒怎麼受影響的美帝就在一心一意星辰大海了。搞登月那也是他們當年激情燃燒的歲月。某門課的老師當年還年輕,現在講起當年的事情來完全是兩眼放光的狀態,可以想像他們當年是什麼狀態在幹活。某次聽講座提到測試某型號火箭發動機,兩年做了1200次實驗,平均每天做兩個,這光燃料錢就得花多少。。。
這麼多次發射,滿眼都是$$$$$,還是當時跟黃金掛鉤的美元
圖片來自wiki
e當然整個計劃中運氣也特別好,短短几年就成功了。卡納維拉爾角基地展出的實物看起來實在未免有些簡陋,可以實際運行中至少宇航員多數還是活著回來了。
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其實我也一直好奇如果沒冷戰隔閡,把美蘇精英比如zeldovich等人集合到一起能搞出什麼樣的黑科技來。美國科學界老一輩人至今都流傳著一些吐槽段子,比如「蘇聯人早就知道了」。
懷疑登月是假的人,可以看看這個:
Lunar Laser Ranging experiment
登月放上去幾個反射鏡,現在向月亮上打一束激光可以明確捕捉到返回的信號。照片可以懷疑擺拍,這玩意怎麼造假?
難道你們不知道IBM為這次行動付出了多少?!
IBM 在阿波羅任務中承擔了很多工作,為多個地面工作站提供了計算機,包括卡納維拉爾角、佛羅里達和德克薩斯州休斯頓任務控制中心。然而,也許最突出的貢獻是將人類帶到月球的著名 Saturn V 火箭的裝置或導向系統。
Saturn 裝置 (IU) 由 NASA 設計,並由阿拉巴馬州亨茨維爾的 IBM 空間系統中心研製並編程,是發射設備的計算機神經中樞—控制著 Saturn 火箭,直到阿波羅號安全地飛向月球。它決定著何時對 Saturn 的三個火箭點火,何時丟棄,以及丟棄到何處。在 IU 的設備組合中包括用於探測海拔、加速度、速度和位置的設備,以及確定所需的路線和控制發動機信號以指導 Saturn 進入該路線的計算機。
IBM 裝置
「Saturn 火箭的大腦」
Saturn V Instrument Guide 高三英尺、直徑 22英尺、重大約 4000磅(1800公斤),是由 IBM 研製的導向系統,用於幫助指導阿波羅 11號的宇航員。它上面的組件由 IBM 和其它 60家公司製造。
製造 Saturn V 裝置
圖中是 IBM 位於阿拉巴馬州亨茨維爾東部高地海灣正在製造的 Saturn V 裝置。IBM 是裝置的開發與建造的主承包商—這個裝置是阿波羅 11號順利飛行的關鍵部分。它包含發射裝置的導航、導向、控制和排序設備,並且將在 Saturn V 和阿波羅宇宙飛船之間的第三階段的火箭上安裝。
測試 Saturn V 裝置
在本圖中,IBM 員工對裝置進行系統測試。除了導向系統外,裝置還提供了指揮和排序功能、遙測以及環境控制。
確定階段
IBM 的裝置被安裝在 NASA 肯尼迪航天中心裝配建築物內的第三階段的火箭上。阿波羅宇宙飛船隨後直接安裝到裝置上。
IBM 裝置的示意圖
本圖顯示了裝置的主要組件及其配置。裝
置使 Saturn V 發射器在自己的路線中正確地運行,將第一批人送到月球上。Saturn IB 和 Saturn V 中使用的裝置基本相同。
生產順序
裝置包含三個 120度的部分,每個部分由薄壁鋁合金面板組成,面板上面焊接了一個鋁質的蜂巢狀核心。裝置的導向和控制系統通過確定發射器位置和速度而進行導航,通過計算實現預期軌道所需的調節量而對發射器進行導向,並且通過執行調節而控制適當的硬體,從而控制飛行器。
承包商對 Saturn V 的貢獻
本圖顯示 Saturn 發送器的主要承包商及各自的貢獻。IBM 的裝置位於第三階段的火箭頂部,在發射器和阿波羅指揮、維護和登月模塊之間。
Saturn V 裝置說明書
製造裝置的總體職責被分配給了 IBM 的聯邦系統部。該部門負責裝置的結構和裝配,以及裝置與發射器的集成和檢查。裝置包含了 Saturn V 的導向、追蹤、以及環境和性能數據通信所需的電氣設備。
IBM 的其它成就
位於休斯頓 NASA 的 IBM 實時計算機綜合系統
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位於德克薩斯州休斯頓的實時計算機綜合系統 (RTCC) 是 NASA 載人飛船中心—現在叫 Lyndon B. Johnson 航天中心—的 IBM 計算與數據處理系統,負責收集、處理並發送任務控制信息,以指導阿波羅任務的各個階段。RTCC 運行速度極快,在接收和解決計算問題之間幾乎沒有延誤。最初,IBM 7094-11 計算機用在 RTCC 中。後來,RTCC 使用了 IBM System/360 Model 75J 大型機、外圍存儲器和處理設備。
導向計算機
1965年,導向計算機第一次隨宇航員進入太空,用於提供飛行信息,使指揮飛行員 Virgil E. Grissom 能夠操縱他的飛船。美國載人登月計劃中的關鍵步驟——Gemini III 任務繞軌道三周的成功證明了在 IBM 航天導向中心製造的 59磅(27公斤)太空梭計算機的可靠性。
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Saturn 數字計算機
Saturn 計算機和數據適配器由位於紐約 Owego 的 IBM 電子系統中心設計和製造,是發射器導向系統的一部分。IBM 電子計算機每秒發布25次信號,幫助 Saturn 在發射過程中處於正確的路線,而且主要負責發射前的檢查、推進器的導向以及 Saturn V 月球軌道的射入。
阿波羅飛船有大量的信息需要傳送,因此,其計算機必須以電子速記形式報告這些信息。然而,即使在速記過程中,它也需要一個能夠每分鐘傳輸一部銷售的能力的電路,將信息傳輸到 NASA 位於德克薩斯州休斯頓的載人飛船中心—現在叫約翰遜航天中心。功能強大的 IBM 計算機負責接收這麼多的數據,該計算機的唯一任務是將速記信息轉換為阿波羅飛行控制員能夠理解的信息。IBM System/360 計算機接收、轉換、評估並傳輸這些信息以供顯示。這是 NASA 在阿波羅 11號任務中使用的五台 System/360 機器之一。這台在 240,000英里遠的休斯頓處理第一次登月數據的 System/360 計算機也計算宇航員 Neil Armstrong 和 Edwin 「Buzz」 Aldrin 需要的推出數據,供 Michael Collins 駕駛的指揮艙返回地球。
IBM 早在 NASA 成立之前就參與了美國的航天計劃。事實上,IBM 為 NASA 的前身——美國國家航空顧問委員會開發了計算機。IBM 從一開始就參與到了阿波羅計劃中。在1969年 7月阿波羅 11號任務之後的三十年內,IBM 持續地在人類探索太空的行動中扮演重要角色—幫助推動科學、通信和商業的發展。
IBM 卡片編程電子計算器
IBM 卡片編程電子計算器(CPC)於 1949年 5月推出,作為一種通用的多用途計算機,它是美國空間計劃使用的第一台數字式計算機。它執行在 80列打孔卡上編碼的預定的數學運算序列,以每分鐘 2174次的速度進行數字加法運算。CPC 在開發美國陸軍 Redstone 導彈(搭載第一顆美國衛星進入軌道)中起到了關鍵作用。1961年,Redstone 火箭也將第一批美國宇航員和水星太空艙進入亞軌道。
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Skylab
Skylab 是 IBM 支持的第四個人類太空計劃。作為科學和工程實驗室,Skylab 接受了三個由三人組成的訓練團隊,分別完成了歷時 28天、59天和 84天的任務。他們執行了紫外線天文試驗,並且對太陽進行了詳細的 X光研究。IBM 提供了裝置導向系統和機載計算機,並追蹤和控制在戈達德航天中心和約翰遜航天中心地面的計算機。Skylab 的發射是載人登陸月球的火箭- Saturn V 的最後一次發射。
IBM 和太空梭
1981年 4月 12日,攜帶五台 IBM 計算機的哥倫比亞號太空梭的發射標誌著人類第一台可重複使用的航天器,並且標誌著美國太空梭計劃的開端。該計劃除哥倫比亞號之外,接下來還有挑戰者號、發現號、亞特蘭蒂斯號和奮進號。這些太空梭多次搭載宇航員進入軌道發射並修理衛星、開展研究和建立國際空間站。IBM 為機載和地面的監控與控制提供編程和數據處理設備,並提供發射支持。
進入太空的 IBM ThinkPad 筆記本電腦
1993年 12月 2日,IBM ThinkPad 筆記本電腦第一次跟隨奮進號太空梭修理哈勃太空望遠鏡。宇航員使用 ThinkPad 750 計算機觀看裝載到計算機硬碟中的顯微鏡彩色圖像和框架示意圖。在 21世紀中,IBM ThinkPad 筆記本電腦至少進行了 31次太空飛行,並參與了多次俄羅斯 Proton 或 Soyuz/Progress 發射。
平方公里陣列 (SKA)
SKA 由全球 19個國家合作建造,是有史以來最大、最敏感的無線電望遠鏡。SKA 通過回答關於宇宙起源和演進的問題,以及其它神秘的時間和空間問題,將改變人類對於宇宙的理解。它由數千個分布於面積相當於一個大陸的區域內的接收器組成—這些接收器的總接收面積大約為一平方公里。IBM 負責為建造 SKA 所需的複雜的能力進行繪圖和建模。第一次登月時全球人民很驚喜,這是一個幾十萬人參與,幾萬家企業參與,全球矚目的壯舉。
咱們第一次上天也驚喜。
登啊登,第十七次任務時,美國的電視台在播娛樂新聞,沒人看這個了,最終結束了這耗資巨大邊際效應遞減的工程。
咱們載人上天也是越來越沒人看。
做為80年代初生人,我生命的前二十年里,從來沒聽說過阿波羅計劃為假的陰謀論,我的同齡人中二時討論的比較多的是「為什麼不再登了」,難道是碰到了外星人?
以現在的科技看,那飛船自動化程度跟現在沒得比,宇航員真的在駕駛飛船。月球上也沒外星人。
結果,近十年出現了什麼阿波羅為假的陰謀論,大家覺得21世紀的科技中國還不搞載人登月,當年能上不科學。主觀臆斷,毫無邏輯。
其實只要有一點點科學素養和邏輯能力,就能分辨是非,
科學素養咱不談,從邏輯角度來講,一個慌要無數慌來圓,慌越多漏洞越多,系統越大參與人數越多,慌越難圓。
兩個人都不是一條心,更別說幾十萬人,且項目的無數細節都在,人還活著,沒被藏著。
撒謊只要問細節,問得越細越難圓,編不出的,
你說你沒早戀,那昨晚去哪了,
去同學家做作業?
哪個同學,
幾點到幾點,
遇到了什麼困難,
聊了什麼,
同學穿什麼襪子...
跟同學一對詞,跟對方家長一對詞,跟他們鄰居一對詞...
只要你細,沒有慌是能撒過去的,更何況多人合作,長周期跨度,資料無數,用料無數,連工作計劃都無數的大項目...
那個時代的美國國力科技與其它國家比,比現在大,技術雖然跟現在沒法比,但也能用各種方法繞過技術壁壘努著湊活著整出來,我不會說我90年代Dos下編過Autoexec.bat定時發作的病毒,用的都是dos內部命令,想辦法繞開沒有的功能,找替代辦法湊活用唄。
這世界大事從來沒有陰謀,只有陽謀,陰諜終會敗露,事得其反...
陽諜是不說慌,當然,可以說可以不說,引勢利導讓你就犯,沒有後遺症,能長久。
再舉幾個美帝黑科技:GPS 1964年投入使用
旅行者一號 77年發射,現在還在用
水手4號 64年探測火星
F22 79年計劃 86年原型機試飛
哈勃 90年發射
計算機 46年
互聯網 起始於69年 進入中國95年
波音747 70年
載人空間站 73年
核彈45年
41年參戰到45年,生產了29萬架飛機,10萬輛坦克,147艘航母
91年海灣戰爭,作為越戰後第一次實戰,使用全新一代的武器,美軍陣亡148人
反正美國瘋起來很可怕,想想弄過美國本土的下場可見一般。
阿波羅計劃幾乎是不可複製的。完全是美國黑科技。因為很難想像,一個連像樣的電腦都沒有的時代,竟然可以完成登月這樣的壯舉。 阿波羅計劃的每一艘飛船,在登月的途中,都出了或大或小的問題。宇航員幾乎是一邊飛一邊修的到達了月球。沒有死人簡直是奇蹟。(1號那次不算)
ps.奧爾德林用圓珠筆接通了一條線路,不然他們回不來。
兩個字
後怕
真的是一個amazing的事情!
看了幾個高贊答案受益良多,那個時代搞這個真的太難了。也只有冷戰能催生這種事物了。
砸錢!
用美元把地球和月球鏈接起來!
1961年開始,1972年結束,總花銷是255億美元。約佔美國當年GDP的千分之6。這是什麼概念?按照我國目前的經濟情況,意味著要砸4300億人民幣為了一個登月。
神舟五號大約花銷了10億人民幣。
感受一下。好像沒太多人提火箭動力的事情。我聽說土星5號已經達到化學火箭的效率極限了,也就是同樣數量的燃料能達到的理論最大動力差不多也就這麼多了。要突破可能真得像三體里建議的那樣,研究非化學燃料的其他推動力火箭。
可惜現在的美國已經完全沒有當年那種雄心壯志了。。NASA還整天找各種理由向美國政府哭窮對吧。。川普大帝對航天活動似乎也不太感興趣。。
作為一個前天文愛好者來回答一下吧。
阿波羅計劃在實現上在當時其實未必有很多人所擔心的那麼困難。技術細節不說,很多我們認為很難是做到的事情,在那個時候已經有了較為成熟的技術。倒不是說這種技術有多麼超越時代(雖然也可以說大大地領先於那個時代),而是這種技術那時已經較為完備,基本達到可以進行大規模應用的狀態,只是需要宇航員和地面的良好配合才能完成。風險可控的前提下,按照那個時候的資金,將宇航員送上月球,已經不是完全摸不著邊際的事情:就算阿波羅飛船真的就是一台洗衣機,也是可以遙控的洗衣機,而且還有一群能開著洗衣機度過台灣海峽的出色宇航員。
當時最重要的一點:資金和政府支持。記得以前看紀錄片裡面說,阿波羅計劃早在水星計劃之後就開始籌備了(貌似前後撥款200多億美元,那可是60年代)。為了實現軌道對接,進行了雙子計劃。之後從阿波羅7號開始又陸續進行了多次測試,就是為了最後的登錄做準備,同時驗證各項準備工作是否到位。每一次進行都會添加更加艱巨的項目。這是一個非常非常浩大的系統工程,可以說那個時候集中了美國無數最頂尖的航天科技專家(包括從德國挖過來的一些人,比如土星五號的設計者馮布勞恩)。而且最重要的是,和現在不同的目標設定。如果現在我們說要登錄月球,先考慮的是科研目標和相應的計劃,目標是完成相應的科研任務或者獲取相關的科研信息。但是阿波羅計劃幾乎就是美國人憋著一股氣:我就要登月!處於冷戰階段下,這個項目又很重要的政治色彩,這也是當時國會毫不猶豫地大撥款的原因之一。
當然蘇聯也在玩命,但是不知道是不是因為毛子太粗線條了,結果一個N1火箭就炸了好幾次(發動機怎麼都做不好),中間事故連連。前期蘇聯在很多方面其實是領先美國的,但是總不夠沉穩(工業積澱不如美國德國),火箭爆炸引起的死亡不說了,聯盟號也害死了數名宇航員;雖然突破了很多個硬指標,但是卻沒有很好地消化吸收;再加上赫魯曉夫上台前後政令不一等等。這個具體原因需要專家更全面的分析和總結。美國的工業體系結構相比蘇聯來說更加均衡,登月這種需要整個國家集中精力去辦好的事情,不但要看自身的奮鬥,還要看歷史的進程啊……
反對 @呂威明
現在誰敢拿驗證這麼不充分的系統載人
這完全是在寫段子
怎麼叫不充分,光說發動機,F1發動機試驗光煤油就燒了2萬多噸。。。。
土星1/1B作為土星5的實驗平台,多次飛行,將第三級和飛船本身發射到太空,完成系統合練
而土星5,正式飛行前照樣是反覆實驗,怎麼說不充分?你見過哪個不充分的系統,能在雷擊後繼續完成任務的?何況阿波羅等月,土星5直接有2次被雷電擊中。。。。
土星5是那個時代最靠譜的航天器,連雷擊都挺過來。。。
還是把不充分送給俄國人吧,N1 4發4炸,這個是相當之不充分,更不說聯盟1把航天員直接摔死,P16導彈連蘇聯元帥在內100多都炸死了
1)17次發射一次徹底失敗(阿波羅1號)阿波羅1號根本沒發射好不?訓練中起火災。。。。
17次發射一次重大事故(阿波羅13號),確實談不上多充分?這才叫不要face,找找同時代其他火箭的成功率,土星5乃是業界良心
2)N1爆炸是思路問題
是實驗做的不夠,帶著問題就敢上天
3)雷擊以後還能正常用的
不準確,雷擊以後經過重啟計算機系統能繼續飛, 我大IBM不是吃白飯的!
技術上沒有那麼恐怖。
- 土星五的性能還是很贊的。
- 那會的計算機甚至已經有板級處理器、指令集的概念了。曾經在網上看到過一個復刻阿波羅任務計算機的教程,使用了現代的門電路拼的,但功能和原機一樣。
主要原因還是砸錢,要用力砸。
我覺得最牛逼的是美國人對整個項目的管理能力,我覺得這甚至比用簡陋的技術手段解決複雜的應用問題更值得欽佩,我是學計算機的,我覺得將一個大的任務最終分解給程序設計人員這個過程比程序設計人員拿到具體問題想出解決辦法更難,整個龐大登月項目體現了美帝優秀的組織、管理、統籌的能力,這才是最震撼的
偉大到直到現在還有大把人認為阿波羅計劃不是真的
說明蘇聯美帝都是瘋子,冷戰推動了兩國甚至全人類的技術大爆炸。不客氣的說我們現在的科技生活也要歸功於那個年代的深遠影響。
我一直懷疑如果當時那幫瘋子如果有超算會不會直接火星都搞定了,然後就搞定聚變能……
NASA 公布的9000多張阿波羅計劃120掃描原片(flickr鏈接,需翻牆)
https://www.flickr.com/photos/projectapolloarchive/
現在誰敢拿驗證這麼不充分的系統載人…真的就要被搞死了…
馮.布勞恩簡直是神一般的人物,不僅開創了一個時代還直接推到了巔峰。。。
人類這麼多偉大的大腦放到一起超頻
-------------------Dr.Bt
這是冷戰的功勞,所以會有這麼多偉大的大腦放在一起超頻。
順便,那個價格計算錯誤了。那是金本位的250億美元,按照黃金價格折算,相當於現在的15000億美元。
我正好沒事兒干,來懟一下這個傢伙。
你「發表個人意見」的時候連個「我認為」、「我懷疑」都不帶?連哪怕一條靠譜或不靠譜的論據都拿不出來?
造謠也夠沒水平的,那些宗教神棍都比你不知道高到哪裡去,他們至少還知道搞些「神技」來糊弄人,你除了挨個兒在答案下面當復讀機,還會幹啥?
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