Komputer balistyczny D17-B

Nieco ponad dwa lata temu, starałem się przybliżyć początki polskiej informatyki i piękne początki polskich maszyn cyfrowych Odra 1001 i Odra 1002. Komputery te, tworzone głównie z myślą o wykonywaniu obliczeń, całkiem słusznie były powodem do dumy. Choć wykonywane w nieco spartańskich warunkach, z wykorzystaniem przeciętnych materiałów wykazały, że Polak potrafi.

Zupełnie inaczej wyglądał rozwój komputerów za oceanem. Amerykanie nie tylko mieli większe możliwości technologiczne i finansowe, ale także dużo większe doświadczenie.

Clement Keys zakładając w 1928 roku firmę North American Aviatnion, z pewnością nie marzył nawet o tym, że to właśnie w jego firmie powstanie jeden z najlepszych w historii lotnictwa samolotów napędzanych silnikiem tłokowym. Z pewnością nie mógł przypuszczać, że samolot opracowany w 102 dni, będzie konstrukcją rozwijaną przez 46 lat. Zresztą o samolocie North American P-51-Mustang można by sporządzić potężny wpis, tylko boję się, że zaraz znalazłby się ktoś, kto stwierdziłby, całkiem słusznie, że strasznie spłyciłem temat. No i z miłości do Mustanga straciłem wątek…

Tuż pod koniec II wojny światowej, gdy P-51 Mustang beztrosko już dewastował resztki Luftwaffe, North American Aviatnion stwierdziło, że należy rozpocząć pracę nad bardziej zaawansowanymi maszynami służącymi do wykonywania obliczeń. Maszyny takie mogłyby być użytkowane podczas projektów przyszłych samolotów, ale też stałyby się niezbędnym wyposażeniem samych samolotów — np. bombowych, gdzie mogły pełnić funkcję celowników zastępując legendarny celownik Nordena, który w rzeczywistości był analogowym komputerem... pomysł na kolejny wpis ?

Do takich zadań już w 1945 roku powołano zespół inżynierów i matematyków, którzy z czasem stali się firmą Autonetics, będącą częścią North American Aviation. 

Autonetics miało za zadanie wykonywać na potrzeby North American Aviation rozmaite obliczenia, opracować maszyny cyfrowe wspomagające proces wykonywania obliczeń i tworzyć ewentualne urządzenia cyfrowe, które miały być w przyszłości wykorzystywane w lotnictwie. Co by nie mówić, ktoś w North American Aviation pozwolił sobie spojrzeć bardzo daleko w przyszłość.

Bardzo szybko okazało się, że jednym z głównych zadań Autonetics będzie opracowanie systemów nawigacji dla samolotów i okrętów podwodnych. W 1948 roku North American Aviation otrzymało zamówienie z Departamentu Obrony USA na opracowanie kierowanych pocisków rakietowych o zasięgu 170-250 mil. Tym samym, Autonetics rozpoczęło prace nad systemem nawigacji dla przyszłych pocisków rakietowych. North American Aviation z zadania wywiązało się wzorowo, a pocisk SM-64 Navaho stał się protoplastą przyszłych pocisków manewrujących, choć ciężko przymknąć oko na jego ogromne podobieństwo do niemieckiej rakiety V2.

Autonetics opracował system nawigacji dla pocisku oraz specjalizowane układy logiczne odpowiedzialne za nawigację rakiety, ale to była dopiero rozgrzewka.

W 1964 roku USA rozpoczyna pracę nad balistycznymi pociskami rakietowymi, znanymi później jako LGM-30 Minuteman. Od swoich poprzedników różniły się wieloma aspektami, ale najważniejszymi z nich był czas potrzebny do odpalenia pocisku, zasięg, celność i moc. Poprzednicy Minutemana nie byli utrzymywani w pełnej gotowości. Przed odpaleniem rakiety należało ją zatankować, zaprogramować cel, przygotować do odpalenia i odpalić. Sporo czasu zajmowało programowanie celu i trajektorii lotu. Wszystkie te dane były zaprogramowane w układach logicznych i ewentualna zmiana celu wymagała zmiany całego układu przez obsługę. Cały ten proces zajmował od 60 do 90 minut. Niby nie dużo, ale zbyt dużo, gdyby radzieckie rakiety balistyczne były już w drodze na USA. Stąd koncepcja rakiety, której przygotowanie do wystrzelenie zajmowałoby przysłowiową „minutę”, Rakieta miała być stale gotowa do odpalenia, zatankowana, a dzięki nowoczesnemu systemowi naprowadzania i nawigacji, koordynaty celów oraz dane związane z nawigacją, można by wprowadzić wcześniej lub ewentualnie szybko zmodyfikować.

Autonetics postanowiło stworzyć nowy, rewolucyjny komputer D17-B przeznaczony dla amerykańskich rakiet balistycznych. Jego rewolucyjność polegała na tym, że zastępował on wiele układów logicznych stosowanych w dotychczasowych konstrukcjach. Poprzednie systemy nawigacji miały albo wiele układów logicznych odpowiedzialnych za rozmaite aspekty związane z nawigacją, albo w najlepszym razie dwa proste komputery. Jeden był autopilotem, drugi odpowiadał za utrzymanie pocisku na kursie i porównywał dane systemów bezwładnościowych z zaprogramowaną trasą.

Komputer D17-B przejął wszystkie zadania związane z nawigacją, ale także przejął część zadań realizowanych przez zewnętrzne systemy, używane podczas przygotowania rakiety do odpalenia. LGM-30 Minuteman, dzięki zaawansowanemu komputerowi D17-B był w stanie samodzielnie sprawdzić swoje systemy oraz wykonać testy niezbędne przed odpaleniem. Choć nawet dziś te czynności wcale prostymi się nie wydają, D17-B wykonywał je dość szybko dzięki kilku programom, które uruchamiał w zależności od potrzeb. Warto tu podkreślić, że D17-B został wyposażony w twardy dysk i był też pierwszym w pełni tranzystorowym komputerem. Choć Autonetics usiłowało już podczas prac nad SM-64 Navaho zastosować tylko tranzystory, okazało się to jeszcze niemożliwe ze względy na problemy technologiczne związane z jakością produkowanych transystorów.

Nieoficjalnie mówi się o tym, że problemy z tranzystorami przy projektowaniu SM-64 Navaho wymusiły przeznaczenie olbrzymich środków finansowych na ulepszenie samego tranzystora oraz technologii jego produkcji, a milionowe kwoty wydane przez US Air Force oraz Autonetics zaowocowały znacznym poprawieniem jakości produkowanych tranzystorów i obniżką cen tranzystorów konsumenckich, nie koniecznie związanych z pociskami balistycznymi.

Komputer D17-B dzięki możliwości zapisu danych na dysku twardym, można było łatwo przeprogramować oraz wprowadzić nowe dane dotyczące celu i trajektorii lotu. Choć samo przeprogramowanie także zajmowało sporo czasu — nawet do kilku godzin, w skrajnym przypadku mogło odbywać się już bez udziału człowieka.

Jak na swoje czasy, D17-B był bardzo małym, wręcz przenośnym komputerem. Zasługę w tym miała jego tranzystorowa budowa. D17-B ważył 32 kg i zawierał 1521 tranzystorów, 6282 diody, 1116 kondensatorów i 500 rezystorów. Wszystkie te elementy umieszczono na laminowanej, pozłacanej płytce z włókna szklanego. Całość umieszczona na kolistym szkielecie składała się z 72 płytek zabezpieczonych przed wilgocią, wibracjami i wstrząsami.

Komputer D17-B z racji swoich zadań podlegał bardzo surowym restrykcjom związanym z zachowaniem jakości podzespołów oraz komputera jako całości. Określono, że czas pomiędzy awariami (MTBF) komputera D17-B miał być i w rzeczywistości był większy, niż 66 miesięcy (5,5 roku).

Oprogramowanie komputera D17-B zostało w całości stworzone w języku maszynowym, a przy jego tworzeniu brała także udział firma TRW (tak ! To ci, co robią między innymi tarcze hamulcowe i części samochodowe). D17-B został zaprojektowany tak, by mógł współpracować z komputerem IBM 709 zlokalizowanym w centrum Strategic Air Command i być programowanym za jego pośrednictwem.

Z czasem pociski balistyczne Minuteman były rozwijane, tak samo, jak systemy komputerowe i nawigacyjne, jakie w nich montowano. Ciekawostką jest fakt, że choć większość danych na temat pocisków balistycznych Minuteman jest ciągle tajna, na temat nowszych generacji Minuteman II i Minuteman III wiadomo nieco więcej niż na temat jego pierwszej wersji.

D17-B był cyfrowym komputerem synchronicznym ogólnego zastosowania. Oznacza to, że mógł być także wykorzystany do celów cywilnych, choć nigdy tak się nie zdarzyło. Chociaż… właśnie owo „chociaż” celem tego i następnego wpisu.

Operował na danych mieszczących się w 11 lub 24-bitowych słowach.

Czas dodawania: 78 µs

Czas mnożenia: 457 µs i 1015 µs (podwójna precyzja)

Mógł równocześnie przetwarzać dwie operacje pojedynczej precyzji.

Jak wspomniałem we wpisie, jego nowoczesność polegała też na tym, że użyto w nim dysku twardego, z tym że nie był to dysk nawet przypominający dyski magnetyczne, jakie dziś znamy.

Dysk składał się z dwóch talerzy. Jeden, pokryty warstwą magnetyczną przechowywał dane i wirował, natomiast drugi posiadał 28 głowic do odczytu i zapisu umieszczone na stałe. Dysk mieścił 2688 słów i mógł się pochwalić czasem dostępu na poziomie 5000 µs. Sam dysk ważył 28 kg.

Komputer D17-B nigdy nie doczekał się zastosowania cywilnego, przynajmniej oficjalnie. W 1971 roku znaczna część komputerów D17-B została pieczołowicie zutylizowana w miarę zastępowania pocisków Minuteman I nowszymi wersjami. Jednak kilka egzemplarzy komputera D17-B trafiło w połowie lat siedemdziesiątych na rynek cywilny, dając możliwość rozmaitym fascynatom spróbować sił w programowaniu tej dość prymitywnej już wówczas maszyny.

Komputer D17-B był jednak dość ważną konstrukcją, bo stanowił platformę wyjściową do pierwszego, przenośnego komputera tranzystorowego w USA, ale o nim w następnej części…