¿Qué tan grande sería la computadora equivalente utilizada en Apollo pero hecha con la tecnología actual?

Todos, excepto Elwood Wyatt, están olvidando una cosa crítica sobre las computadoras utilizadas en el Módulo de Comando (CM) y el Módulo Lunar (LM) al sugerir alternativas modernas.

Lo olvidado es E / S. El hardware de entrada / salida. Estamos hablando más que solo las señales hacia / desde la pantalla y el teclado (DSKY) utilizadas por los astronautas.

¿Cuánto I / O había allí? Mucho. Hay 7 canales de entrada y 14 canales de salida. Cada canal tiene 16 bits de ancho. Son muchas señales para cosas, que incluyen:

Interfaces (“Dispositivos de E / S”)

• Giroscopios y acelerómetros: conocidos colectivamente como la “IMU” (Unidad de medición inercial)

• Óptica: sextantes y telescopios utilizados para avistamientos de navegación

• Radares y equipos de medición: 2 radares en LM, VHF en CSM

• Pantalla y teclados (DSKY); 2 en CM, 1 en LM

• Motores – CSM: SPS, LM: DPS, APS – Ambos tienen 16 propulsores de control de actitud, CM tiene 12 adicionales para el reingreso

• Pantallas analógicas: pantallas de “8 bolas”, altitud, rango, frecuencia • Botones de cancelación (!)

Son 336 señales y conectores para todos ellos. Así que no olvide atar el hardware de aproximadamente 3 1/2 docenas de puertos de E / S de 8 bits al sistema para todas las señales que usa la CPU para controlar las cosas.

Esto puede ser una sorpresa, pero sería sobre esto …

Si no se trata de esto …

¿Por qué?

Combinado (solo lectura y acceso aleatorio), el sistema de guía tenía aproximadamente 71 kb de RAM. La Raspberry Pi 3 (aproximadamente del tamaño de una tarjeta de crédito) tiene aproximadamente 1 GB, o aproximadamente 14000 veces más. Así que la memoria es un tic.

El sistema de guía tiene un límite de menos de 100,000 instrucciones de CPU por segundo (creo que cerca de 80, diremos 90). El Raspberry Pi 3 podría manejar alrededor de 1.2 billones, aproximadamente 13,000 veces la cantidad. La CPU es un tic.

Tenía una fuente de alimentación de 28V DC, con un consumo de 2.5A. En comparación, el Raspberry Pi 3 utiliza 5V DC que dibuja un máximo de aproximadamente 1.2A sin periféricos USB.

Pesaba 70 libras, una Raspberry Pi 3 pesa 42 gramos.

En realidad, aquí están las especificaciones equivalentes de Raspberry Pi Zero (lo que es un poco más largo y mucho más delgado que una batería de 9V)

• Peso: 9 gramos.
• Operaciones de CPU por segundo: mil millones
• Memoria: 512,000 kilobytes
• Fuente de alimentación: 5V, aproximadamente 140mA máximo sin periférico USB. 0.5A sería suficiente

Entonces, el Raspberry Pi Zero de $ 5 y 9 gramos es mucho más poderoso que el sistema de guía Apollo.

Hay SoC más pequeños que son más potentes que el Apollo. Es importante recordar que abandonar la atmósfera expone a una gran cantidad de radiación, de la que habrían necesitado protección, por lo que agregaría algo de peso.

Sería difícil hacer que una computadora sea tan débil como la Apollo Guidance Computer con componentes actualmente disponibles. La forma más sencilla sería usar algo como un microprocesador Intel 8085C y simplemente darle un software realmente horrible. Ciertamente, hay controladores más pequeños y más capaces disponibles, pero este sería más que suficiente, y sé que ha sido clasificado espacialmente, ya que lo usé para un proyecto de feria de ciencias en la escuela secundaria (también controlaba el rover Sojourner de la NASA en Marte.

El 8085 no es “la tecnología de hoy”. Se introdujo en 1977 como un refinamiento del 8080 que se lanzó en 1970. “La tecnología de hoy”, sin embargo, probablemente no sea adecuada para un viaje a la luna. Usamos computadoras portátiles en la ISS todo el tiempo, pero estas no son críticas para la misión y nunca tienen que viajar a través de los cinturones de Van Allen o el ambiente de radiación más pesado del espacio cislunar. El 8085 puede manejar eso.

El punto es que el AGC pesaba 70 libras y era mucho menos capaz que cualquiera de los microcontroladores baratos de hoy. Era, sin embargo, muy robusto. Con la tecnología actual, podría incorporar el AGC en el DSKY para que no agregara ningún peso, pero no lo haría. En cambio, usaría múltiples procesadores que se verifican entre sí, los coloca en un estuche de radiación y les da un software mucho más sofisticado. Esto permitiría cosas como el aterrizaje automatizado, el atraque, el reabastecimiento de combustible y la planificación de navegación ad-hoc, la mayoría de los cuales estaba completamente más allá del AGC. Probablemente también usaría uno de los procesadores más nuevos que se están desarrollando teniendo en cuenta la radiación espacial, pero de cualquier manera, es una pregunta casi sin sentido. El procesador y la memoria de hoy no pesarían casi nada en comparación con otros componentes, y el amplificador no necesitaría la mayoría o la totalidad de la unidad de instrumento de 4.400 libras del Saturn V y los diversos acondicionadores de señal y demás.

Tampoco necesitaría colocar una computadora en ningún componente que no esté destinado a volar independientemente de la tripulación. Saturno tenía tres computadoras de guía propias, además del AGC utilizado en el espacio. Hoy puede darle a un refuerzo una computadora pequeña y liviana para que pueda volar a casa, o simplemente para que sea independiente de la cápsula de la tripulación, pero pesaría onzas en lugar de docenas de libras.

¿Qué tan grande sería la computadora equivalente utilizada en Apollo pero hecha con la tecnología actual?

Tan grande como un teléfono inteligente, una mesa o una computadora portátil.

La computadora de Apollo utilizaba un sistema operativo en tiempo real llamado Apollo Guidance Computer (AGC). Tenía aproximadamente 64 KB de memoria y funcionaba a 0,043 MHz. Era más básico que la electrónica en las tostadoras modernas que tienen botones de parada / inicio / descongelación controlados por computadora.

Fuente: Apolo 11: las computadoras que pusieron al hombre en la luna

Muchos microcontroladores cumplen o superan las características de esta computadora y, con el proceso smt, podría caber en un área de solo unos milímetros y mucho más pequeña que una pulgada, pero necesitará algo de espacio para el teclado y la pantalla, mucho más que para el chip. La parte difícil es endurecer el sistema electrónico contra las radiaciones espaciales, incluidos los rayos cósmicos, lo que podría hacer que el sistema no funcione al voltear estados de bits al azar, posiblemente creando errores catastróficos. Necesitaría algunos sistemas de redundancia y recuperación para hacerlo seguro. Sin embargo, creo que la mayor restricción de tamaño sigue siendo la pantalla y el teclado

Muchos han respondido, hablando de microcontroladores en empaques, pero puedo ofrecer una perspectiva diferente: qué tan grande sería una computadora real lógicamente equivalente, si se implementa en la tecnología actual. La CPU en sí (sin incluir la memoria) contenía el equivalente de aproximadamente 4500 puertas lógicas. En un proceso de 10 nm, puede obtener aproximadamente 100,000,000 puertas por mm cuadrado, por lo que la CPU ocuparía aproximadamente 7um x 7um.

Nota: Un um (un micrón) es 1000 veces más pequeño que un milímetro. Hay 25400 um en una pulgada. Pero eso es solo el procesador y no incluye la memoria.

El AGC tenía 2048 x 16 bits de palabras de memoria regrabable (RAM): como RAM estática 6T (el tipo de memoria MÁS GRANDE) que sería aproximadamente 8 veces el tamaño de la CPU

El AGC también tenía palabras de ROM de 36000 x 16 bits, suponiendo 1T ROM que sería aproximadamente 3 veces más grande que la RAM

Hay opciones de memoria más pequeñas … pero esto es el peor de los casos y solo estoy dando cifras aproximadas aquí.

El área total para la CPU más ambas memorias sería de aproximadamente 40um x 40um … o un cuadrado de 1.6 milésimas de pulgada de lado. También podría ejecutarse unas 5000 veces más rápido.

Esto no es muy diferente de la computadora de vuelo en las misiones Atlas y Titan-Centauro hasta el ’95. Con 16k de memoria central, lanzamos sondas que recorrieron todo el sistema solar, realizando orientación, navegación, control y secuenciación de vehículos, y formateando toda la telemetría de vehículos. Los programadores fueron brillantes, trabajando a nivel de ensamblaje para ajustar todas las funciones en la memoria. Casi todas las celdas de memoria tuvieron que ser utilizadas.

Cualquiera de los teléfonos inteligentes actuales tiene una potencia de procesamiento mucho mayor que las de las primeras computadoras de vuelo. Mientras que un pequeño chip podría hacer el procesamiento, una computadora de vuelo compone más que un procesador. El acondicionamiento de la señal, el blindaje, el control de temperatura y la estructura para resistir las vibraciones y los golpes imponen requisitos que a menudo requieren un recinto significativo y mucho diseño físico para funcionar en un entorno de lanzamiento y posterior al lanzamiento. Nuestra caja era del tamaño de una gran caja de pan y pesaba alrededor de 60 lb. Mucho peso se debía a los aproximadamente 20 conectores en los costados para conectarse a la otra aviónica, y la necesidad de tenerla presurizada para poder controlar la temperatura. dentro.

Me interesaría ver cómo se ve una computadora de vuelo funcional de la nave espacial actual. En el siguiente paso de integración, mi caja se implementó dentro del sistema de guía inercial mediante la instalación de otro procesador. Para entonces, la memoria central fue reemplazada por chips de memoria integrados respaldados por batería, y los procesadores de un solo chip estaban disponibles. Mucha memoria y procesadores rápidos significa una programación más fácil a un nivel superior. Por esta época, mi sistema y yo quedamos obsoletos.
¡La última de mis computadoras de vuelo ahora está en el sótano del Smithsonian como una reliquia de los días pasados!

¿Qué tan grande sería la computadora equivalente utilizada en Apollo pero hecha con la tecnología actual?

Seguramente sería más pequeño lograr la función equivalente utilizando la tecnología actual, pero no creo que sea tan pequeño como nos gustaría pensar en base a comparaciones comunes de más potencia informática en los relojes actuales que la computadora Apollo .

Las comparaciones comunes sugieren que puede usar una tableta Android para volar una misión completa a la luna y de regreso, pero para cuando haya terminado con la robustez, la redundancia, las conexiones externas a los sensores, los actuadores a través de métodos aprobados aeroespaciales y un montón de otras cosas , es probable que tenga el tamaño físico de unos pocos espacios de bastidor en lugar de unos pocos bastidores.

Un procesador con aproximadamente 800 veces la memoria del Apollo y muchas miles de veces la velocidad de procesamiento puede ser tan grande:

No me refiero a tan grande como toda esta tarjeta, me refiero a tan grande como el rectángulo negro soldado al lado derecho de la tarjeta.

Depende de lo que incluyas. La interfaz de usuario difícilmente podría hacerse mucho más pequeña, a menos que el paradigma se cambiara a una pantalla LCD / táctil y se eliminaran todos los botones de comando físico. También debería estar protegido contra los “rayos espaciales”. Pero la electrónica probablemente podría estar completamente alojada en un chip microcontrolador, aproximadamente 1/4 “por 1/4”.

Buzz Aldrin comentó una vez que es irrelevante hablar sobre el poder de cómputo relativo de la computadora moderna a los utilizados en las misiones Apollo porque las computadoras Apollo fueron hechas específicamente para ese propósito, mientras que su computadora típica de hoy no lo es.

Tendría un largo camino por recorrer antes de poder obtener la computadora que obtuvo en Best Buy para hacer todo lo que hicieron las computadoras Apollo.

Minúsculo. Probablemente microscópico. El Apollo tiene unos pocos kilobytes de RAM, unos pocos kilobytes de ROM y un procesador muy básico. Todo esto podría implementarse (y la ROM probablemente se reemplazó con NAND Flash y una memoria caché RAM) en una pequeña fracción del tamaño de una CPU moderna. La electrónica subyacente para el DSKY (pantalla y entrada para la computadora) probablemente podría miniaturizarse de manera similar, excepto que los botones y la pantalla deberán permanecer utilizables.

Un solo chip, con un precio de venta de alrededor de un dólar. Lo ocultarías en el panel de control.

Si tiene un teléfono inteligente, es mucho más pequeño que eso. Un teléfono plegable normal de probablemente hace 10 años tendrá el tamaño y la potencia de las computadoras de la misión Apollo, en el vehículo de lanzamiento. Si está preguntando acerca de las computadoras en “Houston”, un teléfono inteligente hoy en día es más poderoso.

SOC Sistema en un chip. 20 veces más pequeño que un teléfono inteligente barato pero decente. Ni siquiera .5 x .5 pulgadas, más bien 4 mm por 4 mm, si eso es así.

Mucho menos que un cómodo botón de encendido para ello 🙂

Encajaría dentro de su reloj. De hecho, ya lo hace.