登上月球需要多大技術支持?美國:一台內存4KB的計算機就夠了!

2023年12月05日17:21:04 科學 1966

你敢相信嗎?美國當年轟轟烈烈的人類登月計劃,其背後的技術支持僅僅只是靠一台內存儲量4KB的計算機

1969年七月,阿波羅11號宇宙飛船乘載火箭從美國佛羅里達州的肯尼迪發射中心點火出發,三天後成功進入月球軌道並安全著陸。美國東部時間7月20日,阿波羅11號上的兩位宇航員阿姆斯特朗奧爾德林奉命執行人類歷史上第一次在月球表面的漫步實驗任務

其中,率先將腳面接觸月球的阿姆斯特朗留下了那句在後來傳頌世界各地的名言:「這只是我的一小步,卻是整個人類文明的一大步。」

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而時至今日,有關阿姆斯特朗和整個阿波羅11號成功登月的消息依然被很多媒體機構解讀為騙局,認為這只是當時剛剛主政美國的尼克松政府用來粉飾太平的一出好戲。

人們質疑的理由也有很多,比如在月球沒有空氣流通的環境中,星條旗為何還能做到像地球上一樣迎風飄揚。而對此,美國當局的回應則是斬釘截鐵地否認,他們同樣拿出了一些證據來證明當年阿波羅11號登月的真實性,這台被帶上月球的4KB計算機就是其中最有力的證據之一。

那麼,阿波羅登月計劃的來龍去脈從何講起?這台指揮兩位宇航員登月的計算機,又在展現著怎樣的技術奧秘?

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阿波羅登月計劃的時代背景

二十世紀六十年代,那是美國歷史上一個不平凡的特殊時期

對外,與蘇聯的兩極對抗勢頭愈演愈烈,從朝鮮越南,這場所謂的「冷戰」其實到處充滿著「熱戰」的影子,尤其是在勃列日涅夫主政蘇聯之後,兩個超級大國的軍備競賽呈現出「蘇攻美守」的局面。對內,國內政局同樣動蕩不安,肯尼迪在巡視途中被刺殺者一槍打翻頭蓋骨,成為二戰之後美國唯一一位遇刺身亡的總統。

隨著1969年初尼克松的走馬上任,美國政府亟待得到一個國內外都能穩定的局勢

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把人類送到月球上去

如何才能讓一個國家從動蕩變得穩定?也許,辦一件凝聚全國人民注意力的大事是個不錯的想法。

正如前文剛剛說到的,彼時的美蘇冷戰正處於愈演愈烈的高峰時期,在所有軍備競賽的項目中,航空航天事業佔據著重要地位。蘇聯人已經把第一顆人造航天器和第一位太空宇航員送到了大氣層之外,想要壓過對手一頭,美國人必須做到比這更難更不可思議的。

在這樣的時代背景下,1961年就正式啟動的阿波羅號計劃終於開始籌劃載人登月的任務。把人類文明的足跡帶到月球上去,這樣的想法即便是在如今看來都有是些天馬行空的。

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在尼克松政府上台的同一年,美國國家航空航天局敲定由阿姆斯特朗、奧爾德林和科林斯三位宇航員來執行這項偉大的任務。其中,前兩位宇航員還將光榮地承擔月球漫步實驗的重任。

至少從當時全世界各地的報紙等媒體記錄報道的細節來看,阿波羅11號載人登月更像是一件真實的歷史史實

可是,想要實現這一目標並沒有那麼容易。就以當時的技術條件來說,做到月球漫步需要地面提供源源不斷的傳輸支持,航天器在出發之後也需要在第一時間向地面彙報最新情況。這些往來數據信息就需要一個存儲容器,而在當時,這個容器就是一台只有4KB容量的計算機

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了不起的計算機

4KB是一個什麼概念?放到如今來說,它甚至不夠我為大家寫這一篇文章的容量,還是不包含圖片的純文字。可是在1969年,4KB已經是整個人類計算機行業能夠支持月球航天器的最大容量

那麼,這台運載登月夢想的計算機到底都發揮了怎樣的作用?

首先就是最基本的數據計算,把宇宙飛船開到外太空可不像我們在公路上開車一樣,坐在飛船艙內的宇航員們不可能通過肉眼辨別前後左右四面八方的情況,能夠幫助他們做出判斷的就是這台計算機它的名字叫做阿波羅制導計算機

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根據飛船在宇宙環境中實際遇到的各種情況,比如實時飛行速度、環境氣流速度、飛船偏離角度等一系列數據,這台阿波羅制導計算機會把它們匯總到一起並進行計算分析得出下一步飛船的行駛方向、速度以及可能遇到的情況結論

阿波羅制導計算機在這一方面的作用確實很類似於我們智能手機上的衛星導航軟體,只需要輸入出發地和目的地,它會自動為你匹配出最合適的路線選擇,甚至還包括各種可以運載你達到的交通工具。

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當然,阿波羅11號上的這款「導航」可遠遠要比我們的手機導航複雜很多,不僅要為宇宙飛船規劃地球和月球之間的最優路線,還需要計算擺脫地球軌道引力和進入月球軌道的時機和所需動力。如果力量把握不準確或者時機沒有找准,對於阿波羅11號以及阿姆斯特朗等三名宇航員來說,這就會是一趟有去無回的旅程

除了路途中的導航,起飛和降落時的安全同樣也很重要。想必很多新手上路的司機朋友可能都有相同的感觸,在路上開車沒什麼難的,難的是怎麼把車安全停好,大部分的剮蹭其實都發生在起步和停車的時候。

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對於行駛在外太空的宇宙飛船來說也是一樣的道理,阿波羅制導計算機必須得保障這艘承載重要任務的飛船在月球的起降,以及返回地球大氣層時的安全

作為地球的唯一一顆天然衛星,月球的地面狀況和大氣狀況與我們生活的世界差異其實很大。我們先來說土壤,月球土壤的土質相對地球來說要鬆軟很多,密度也更稀疏。而且,月球空氣稀薄,月心引力小,人走在上面會有一種輕飄飄的感覺,物體降落的阻力也比地球上要更大一些。

因此,面對軟硬程度不同的地面情況以及大氣壓和引力的差別,阿波羅制導計算機要設計出兩種不同的著陸方案。

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除此之外,由於是萬里之遙,也是人類歷史上的第一次載人登月任務,阿波羅制導計算機還帶有處理緊急情況的功能

這裡提到的緊急情況,一般指的是其自身的故障和異常情況。作為整艘阿波羅11號宇宙飛船的核心處理器,這台制導計算機就像是人的大腦,如果大腦出現問題,需要及時身體各個部位傳遞預警信息,以便於三名宇航員及時發現問題並進行補救。

當然,這些操作和數據信息需要在第一時間跨越茫茫宇宙傳送回地面指揮中心,讓美國國家航空航天局用更大的信息處理機器來幫助阿波羅制導計算機工作。

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可是話又說回來,阿波羅制導計算機的這些功能雖然聽起來沒什麼問題,但問題恰恰在於這麼多功能疊加,僅僅依靠4KB的內存究竟該如何運行?

首先是操作簡便,在沒有宇宙空間站的時代里,宇航員在太空飛船的每一步操作其實都非常艱難,因此美國國家航空航天局只在阿波羅制導計算機上設計了最簡單的開關按鍵,基礎操作只需一步即可到位。

另外,阿波羅制導計算機的最長顯示字元是16位數,通過兩個存儲器進行信息存儲,為了方便與地面的傳輸,工作人員們還對所有的專用名詞進行了數字代號化的簡化,比如飛船實時位置就用「33」來表示。

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這樣的辦法其實在當時的美國並不罕見,畢竟,4KB已經是這個資本主義第一強國能夠拿得出手的最大容量,可想而知當時全世界的計算機領域對於信息處理的能力還是處在起步階段。這樣做不僅可以節約阿波羅制導計算機的使用空間,還在一定程度上起到了關鍵信息保密的效果。

就這樣,一台內存僅為4KB的計算機,真的做到了搭載三名宇航員著陸月球並且安全返回的任務

可是說迴文章開頭,關於1969年美國人登月的消息還是被很多人質疑,再加上模糊的影像資料和他們含糊其辭的解釋,似乎這項本該載入人類文明史的偉大創舉正在逐漸蒙上作假的陰影。你選擇想像這是真的嗎?

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