El ordenador digital del vehículo de lanzamiento ( LVDC ) era un ordenador que proporcionaba el piloto automático para el cohete Saturno V desde el lanzamiento, pasando por la inserción en la órbita terrestre y la inyección translunar que enviaría la nave espacial Apolo a la Luna. Diseñado y fabricado por el Centro de sistemas electrónicos de IBM en Owego, Nueva York, era uno de los principales componentes de la unidad de instrumentos , instalada en la etapa S-IVB de los cohetes Saturno V y Saturno IB . El LVDC también respaldaba la comprobación previa y posterior al lanzamiento del hardware del Saturno. Se utilizaba junto con el adaptador de datos del vehículo de lanzamiento (LVDA), que realizaba el acondicionamiento de la señal desde las entradas del sensor al ordenador desde el vehículo de lanzamiento.
El LVDC era capaz de ejecutar 12190 instrucciones por segundo . A modo de comparación, en 2022, investigadores de la Universidad de California crearon un chip capaz de ejecutar 1,78 billones de instrucciones por segundo, [1] 146 millones de veces más rápido.
Su reloj maestro funcionaba a 2,048 MHz, pero las operaciones se realizaban en serie, con 4 ciclos necesarios para procesar cada bit, 14 bits por fase de instrucción y 3 fases por instrucción, para un tiempo de ciclo de instrucción básico de 82 μs (168 ciclos de reloj) para una simple suma. Algunas instrucciones (como multiplicar o dividir) necesitaban varios múltiplos del ciclo de instrucción básico para ejecutarse.
La memoria estaba formada por sílabas de 13 bits , cada una con un decimocuarto bit de paridad. [2] Las instrucciones tenían un tamaño de una sílaba, mientras que las palabras de datos eran de dos sílabas (26 bits). La memoria principal era un núcleo magnético de acceso aleatorio , en forma de módulos de memoria de 4096 palabras. Hasta 8 módulos proporcionaban un máximo de 32 768 palabras de memoria. Las líneas de retardo ultrasónico proporcionaban almacenamiento temporal.
Para garantizar su fiabilidad, el LVDC utilizaba una lógica triplemente redundante y un sistema de votación. La computadora incluía tres sistemas lógicos idénticos. Cada sistema lógico se dividía en una cadena de siete etapas . En cada etapa de la cadena, un sistema de votación tomaría una votación mayoritaria sobre los resultados, y el resultado más popular pasaría a la siguiente etapa en todas las cadenas. Esto significaba que, para cada una de las siete etapas, un módulo en cualquiera de las tres cadenas podría fallar y el LVDC seguiría produciendo los resultados correctos. [3] El resultado fue una fiabilidad estimada del 99,6 % a lo largo de 250 horas de funcionamiento, lo que era mucho más que las pocas horas necesarias para una misión Apolo.
Con cuatro módulos de memoria, que daban una capacidad total de 16.384 palabras, el ordenador pesaba 72,5 libras (32,9 kg), tenía un tamaño de 29,5 por 12,5 por 10,5 pulgadas (750 mm × 320 mm × 270 mm) y consumía 137 W.
El LVDC se comunicaba digitalmente con un adaptador de datos del vehículo de lanzamiento (LVDA). El LVDA convertía datos analógicos en digitales y digitales en analógicos con una computadora de control de vuelo (FCC). La FCC era una computadora analógica.
Las palabras de instrucción LVDC se dividieron en un campo de código de operación de 4 bits (bits menos significativos) y un campo de dirección de operando de 9 bits (bits más significativos). Esto dejó dieciséis posibles valores de código de operación cuando había dieciocho instrucciones diferentes: en consecuencia, tres de las instrucciones usaron el mismo valor de código de operación y usaron dos bits del valor de dirección para determinar qué instrucción se ejecutó.
La memoria estaba dividida en "sectores" de 256 palabras. 8 bits de la dirección especificaban una palabra dentro de un sector y el noveno bit seleccionaba entre el "sector actual" seleccionable por software o un sector global llamado "memoria residual".
Las dieciocho posibles instrucciones LVDC fueron: [4] : 20–101
Durante el vuelo, el LVDC ejecutaba un bucle de cálculo principal cada 2 segundos para guiar al vehículo y un bucle secundario 25 veces por segundo para el control de actitud. El bucle secundario se activa mediante una interrupción dedicada cada 40 ms y tarda 18 ms en ejecutarse. [5]
A diferencia del software de la computadora de guía Apollo , el software que se ejecutaba en el LVDC parece haber desaparecido. Si bien el hardware sería bastante simple de emular, las únicas copias restantes del software probablemente se encuentren en la memoria de la cuerda central de las LVDC de la unidad de instrumentos de los cohetes Saturno V restantes que se exhiben en los sitios de la NASA. [ cita requerida ]
El LVDC también podría responder a una serie de interrupciones provocadas por eventos externos.
Para un Saturno IB estas interrupciones fueron:
Para un Saturno V estas interrupciones fueron:
El LVDC tenía aproximadamente 30 pulgadas (760 mm) de ancho, 12,5 pulgadas (320 mm) de alto y 10,5 pulgadas (270 mm) de profundidad y pesaba 72,5 libras (32,9 kg). [6] El chasis estaba hecho de aleación de magnesio y litio LA 141, elegida por su alta rigidez, bajo peso y buenas características de amortiguación de vibraciones. [7] : 511 El chasis estaba dividido en una matriz de 3 x 5 celdas separadas por paredes a través de las cuales circulaba refrigerante para eliminar los 138 vatios [8] de potencia disipada por la computadora. Las ranuras en las paredes de las celdas contenían "páginas" de electrónica. La decisión de enfriar el LVDC haciendo circular refrigerante a través de las paredes de la computadora fue única en ese momento y permitió que el LVDC y el LVDA (parcialmente enfriados usando esta técnica) se colocaran en una ubicación de placa fría debido al empaque tridimensional. Las placas de refrigeración utilizadas para enfriar la mayoría de los equipos de la unidad de instrumentos eran ineficientes desde el punto de vista espacial, aunque versátiles para la variedad de equipos utilizados. IBM había utilizado la aleación LA 141 en el teclado, las unidades de lectura y la computadora Gemini en pequeñas cantidades, y el marco más grande del LVDC se produjo a partir de los tochos más grandes de LA 141 fundidos en ese momento y, posteriormente, mecanizados con CNC en el marco.
Una página constaba de dos placas de 2,5 a 3 pulgadas (64 a 76 mm) unidas por detrás y un marco de magnesio y litio para conducir el calor al chasis en las páginas de bajo consumo y de magnesio, aluminio y zinc en las páginas de mayor consumo. Las placas de 12 capas contenían capas de señal, alimentación y tierra, y las conexiones entre capas se hacían mediante orificios pasantes enchapados. Los orificios pasantes enchapados se colocaron deliberadamente debajo de los dispositivos lógicos de la unidad (ULD) para ayudar a conducir el calor desde los dispositivos a los marcos de metal y, por lo tanto, a las paredes del refrigerante.
Se podían soldar por reflujo hasta 35 cuadrados de alúmina de 0,3 x 0,3 x 0,07 pulgadas (7,6 mm × 7,6 mm × 1,8 mm) [9] a una placa. Estos cuadrados de alúmina tenían conductores serigrafiados en el lado superior y resistencias serigrafiadas en el lado inferior. Se soldaron por reflujo chips semiconductores de 0,025 x 0,025 pulgadas (0,64 mm × 0,64 mm), cada uno de los cuales contenía un transistor o dos diodos, al lado superior. El módulo completo se denominaba dispositivo lógico unitario. [10] El dispositivo lógico unitario (ULD) era una versión más pequeña del módulo de tecnología de lógica sólida (SLT) de IBM, pero con conexiones de clip. [3] [11] [12] Se utilizaban bolas de cobre para los contactos entre los chips y los patrones conductores. [7] : 509
La jerarquía de la estructura electrónica se muestra en la siguiente tabla.
