بازآفرینی کامپیوتر راهبری آپولو با استفاده از رزبری پای و فناوری‌های مدرن

پروژه جذاب Recreate Apollo که توسط «مایکل نیوتن» (Michael Newton)، مهندس اویونیک هواپیماهای تجاری هدایت می‌شود، تلاشی چشمگیر برای زنده کردن یکی از مهم‌ترین شاهکارهای مهندسی تاریخ است: کامپیوتر راهبری آپولو یا همان AGC. این پروژه به توسعه‌دهندگان و علاقه‌مندان به تاریخ فناوری این امکان را می‌دهد که سخت‌افزار و نرم‌افزار مأموریت‌های فضایی آپولو را به صورت کاملاً ملموس تجربه کنند.

پس‌زمینه و اهمیت تاریخی

در سال ۱۹۶۶ میلادی، آزمایشگاه Charles Stark Draper در MIT کامپیوتر AGC را معرفی کرد که بعدها روی ماژول‌های فرماندهی و ماهواره‌نشین مأموریت‌های آپولو نصب شد. از نظر توان پردازشی، این کامپیوتر در سطح کامپیوترهای قدیمی Apple II بود؛ با حافظه‌ای کمتر از ۱۰۰ کیلوبایت و فرکانس کلاک ۱.۰۲۴ مگاهرتز. با این حال، همین سیستم توانست کارهای حیاتی مانند ناوبری، مانورهای خلبان خودکار، اتصال مداری و ورود مجدد به جو زمین را مدیریت کند. همچنین AGC اولین کامپیوتری بود که بر پایه مدارهای مجتمع سیلیکونی ساخته شد.

جزئیات فنی پروژه

هسته مرکزی این پروژه یک برد Raspberry Pi است که سیستم‌عامل Raspberry Pi OS را اجرا می‌کند. رزبری پای انتخاب بسیار هوشمندانه‌ای برای این پروژه است؛ چرا که علاوه بر مصرف انرژی پایین و تولید گرمای اندک، پورت‌های ارتباطی مناسبی دارد و به‌راحتی از طریق USB به میکروکنترلرها متصل می‌شود.

نقش اصلی در بخش نرم‌افزاری بر عهده Virtual AGC (و برنامه yaAGC) است که ویژگی‌های سخت‌افزار اصلی را با دقت بالایی شبیه‌سازی می‌کند:

• زمان‌بندی ناهمگام (Asynchronous Timing): این شبیه‌ساز حتی رفتارهای خاص سیستم مانند وقفه معروف مأموریت آپولو ۱۱ (کدهای خطای ۱۲۰۱ و ۱۲۰۲) را پیاده‌سازی می‌کند.
• معماری داده خاص: پردازش کلمات داده ۱۵ بیتی به همراه یک بیت پاریتی برای بررسی خطا.
• کلاک کُند سنتی: حفظ سرعت پردازشی ۱.۰۲۴ مگاهرتز برای مطابقت دقیق با منطق کامپیوتر اصلی.

بدنه دستگاه با استفاده از نقشه‌های سه‌بعدی بازسازی‌شده از اسناد مهندسی اصلی MIT (که پس از درخواست‌های آزادی اطلاعات منتشر شده بودند) به‌صورت سه‌بعدی چاپ شده است. برای کلیدهای صفحه کلید (DSKY) نیز از سوئیچ‌های مکانیکی بازار مانند Kailh Box Navy استفاده شده تا حس کلیک فیزیکی مطلوبی به کاربر منتقل شود.

چرا این پروژه برای مهندسان اهمیت دارد؟

این بازسازی فراتر از یک سرگرمی ساده است؛ این پروژه نبوغ مهندسان دهه ۶۰ میلادی را به رخ می‌کشد. برای مثال، کامپیوتر اصلی آپولو تنها از یک نوع گیت منطقی استفاده می‌کرد: گیت ۳ ورودی NOR. تمامی محاسبات، جابجایی داده‌ها و ناوبری تنها با تغییر سطوح ولتاژ در این گیت‌ها انجام می‌شد.

مایکل نیوتن کل این ساختار را مستندسازی کرده و راهنمای ساخت آن را به همراه فایل‌های CAD و کدهای مربوطه روی گیت‌هاب قرار داده است تا هر کسی بتواند نسخه خود را از این قطعه تاریخ محاسباتی بسازد.