Apollo'nun gizemli Up-Data Link Test Setinde tersine mühendislik

2021 yılında koleksiyoncu bir arkadaşımız Apollo dönemi iletişim ekipmanlarını aramak için tozlu bir depoyu ziyaret ediyordu. NASA tarzı ışıklara sahip bir kutu gözüne çarptı; "AGC Onayla" ışığı bir bağlantı olduğunu gösteriyordu Apollo Rehberlik Bilgisayarı ile. Hayal kırıklığı yaratan bir şekilde, kutu sadece boş bir kasaydı ve devre kartlarının tamamı eksikti. Deponun diğer tarafında bir çanta bulduğunda sürpriz bir şekilde depoyu karıştırmaya devam etti. eksik tahtaları içeriyordu! Kutuyu asi devre kartlarıyla yeniden birleştirdikten sonra onu bize getirdi: Bu belgesiz birimi çalıştırabilir miyiz?

Arka taraftaki etiket, bunun Motorola tarafından oluşturulmuş bir "Up-Data Link Confidence Test Set" olduğunu gösteriyordu. Adından da anlaşılacağı gibi kutu, dijital komutların uzay aracına gönderilmesine izin veren bir sistem olan Apollo'nun Up-Data Link'ini (UDL) test etmek için tasarlandı. Aşağıda ayrıntılı olarak açıklayacağım gibi, bu komutlar yer istasyonlarının uzay aracı devrelerini açıp kapatmasına, Apollo Rehberlik Bilgisayarı ile etkileşime girmesine veya uzay aracının saatini ayarlamasına olanak sağlıyordu. İşlevlerinin doğru şekilde çalıştığından emin olmak için Up-Data Link'in sahada test edilmesi gerekiyordu. Up-Data Link için test sinyallerinin üretilmesi ve çıktılarının doğrulanması Up-Data Link Güven Test Setinin sorumluluğundaydı (ki buna kısaca Test Seti diyeceğim)

Test Seti, entegre devrelerden önce karmaşık cihazların nasıl inşa edilebileceğini gösteriyor. başparmak boyutunda kapsüllenmiş modüller. Bu modüller hakkında herhangi bir belge bulamadığım için onlara tersine mühendislik uygulamak zorunda kaldım. farklı modüllerin, flip-floplardan mantık kapılarına, opto-izolatörlere ve analog devrelere kadar her şeyi uyguladığını keşfetti. Lumafield 3 boyutlu X-ışını tarayıcısının yardımıyla, Modüllerin içine baktık ve ayrı transistörleri, dirençleri, diyotları ve içine monte edilmiş diğer bileşenleri inceledik.

Belgelenmemiş modüllerden kablo karmaşasına kadar bu sistemde tersine mühendislik yapmak zorlu bir işti. Mike, Test Seti'nden bahseden bir NASA belgesi buldu, ancak belge oldukça bilgilendirici değildi.1 Üstelik kutunun önemli bileşenleri eksikti ve muhtemelen yıllar önce kurtarılmak üzere kaldırılmıştı. Bu yazımda sistemin işlevselliğini nasıl öğrendiğimizi anlatacağım, kapsüllenmiş modüllerin sırlarını açığa çıkardı, Kabloları otomatik olarak takip edecek bir sistem kurduk, ve Apollo iletişim sisteminin büyük ölçekli yeniden oluşturulmasında UDL Test Setini kullandı.

Apollo Up-Data Link

Up-Data Link Test Setini anlatmadan önce Up-Data Link'in (UDL) kendisini açıklayacağım. Up-Data Link, Apollo uzay aracının yer istasyonlarından dijital komutlar alması için bir mekanizma sağladı. Bu komutlar yer istasyonlarının Apollo Rehberlik Bilgisayarını kontrol etmesine, ekipmanı açıp kapatmasına, veya uzay aracının saatini güncelleyin. Fiziksel olarak Up-Data Link, neredeyse 20 pound ağırlığında, düzensiz L şeklinde açık mavi metal bir kutudur.

Apollo Komuta Modülü iletişim ve navigasyondan güç ve sıralamaya kadar elektronik kutularla tıka basa doluydu. Up-Data Link, AC güç invertörlerinin üzerine, Apollo Rehberlik Bilgisayarının altına ve atık yönetim sistemi ile idrar torbalarının soluna monte edildi.

Güncel Veri Bağlantısı Mesajları

Güncel Veri Bağlantısı dört tür mesajı destekledi:

• Görev Kontrol'ün UDL aracılığıyla Apollo Rehberlik Bilgisayarına (AGC) doğrudan erişimi vardı. bilgisayarı kontrol etmek, tuşa basarak tuşa basmak. Yani, her mesaj UDL'nin astronotun arayüzü olan Ekran/Klavye (DSKY) üzerinde bir tuşa basılmasını simüle etmesine neden oldu. bilgisayara.

• Uzay aracının bir saati vardı. Görevin geçen süresini günlerden saniyelere kadar takip eden Merkezi Zamanlama Ekipmanı veya CTE. Bir CTE mesajı saati belirli bir zamana ayarlayabilir.

• Gerçek Zamanlı Kontrol (RTC) adı verilen bir sistem, UDL'nin röleleri açıp kapatmasına izin verdi, bu nedenle bazı uzay aracı sistemleri yerden kontrol ediliyor.2 Up-Data Link kutusunun içine monte edilen bu 32 röle, Görev Kontrol'ün iptal ettiğini gösteren bir Durdur ışığının yakılmasından veri kayıt cihazının veya S-bant radyonun kontrol edilmesine kadar her şey.

• Son olarak UDL, UDL'deki "tüm süreç, aktarım ve program kontrol mantığını uygulamak" için iki test mesajını destekledi.

Aşağıdaki şema, Up-Data Link'e gönderilen mesajların formatını göstermektedir. Her mesaj, mesaj türüne bağlı olarak 12 ila 30 bitten oluşuyordu. İlk üç bit, yani Araç Adresi, hangi uzay aracının mesajı alması gerektiğini seçiyordu. (Bu, mesajların Satürn V güçlendiricisine, Komuta Modülüne veya Ay Modülüne yönlendirilmesine izin verdi.3) Daha sonra, yukarıdaki dört mesaj türüne karşılık gelen üç Sistem Adresi biti, mesajı alacak uzay aracı sistemini belirledi. Kalan bitler mesaj metnini sağladı.

Mesaj metninin içeriği mesaj türüne bağlıydı. Bir Gerçek Zamanlı Kontrol (RTC) mesajı, röle numarasını ve bunun kapatılması veya açılması gerektiğini belirten altı bitlik bir değere sahipti. Bir Apollo Rehberlik Bilgisayarı (AGC) mesajı, Ekran/Klavye (DSKY) üzerindeki bir tuşu belirten beş bitlik bir değere sahipti. Güvenilirlik açısından mesaj 16 bit olarak kodlandı: mesaj, ters çevrilmiş mesaj, tekrar mesaj ve bir dolgu biti; uyumsuz bitler bir hatayı tetikler. Bir CTE mesajı, saniyeyi, dakikayı, saati ve saati gösteren dört adet 6 bitlik değeri kullanarak saati ayarlar. günler. UDL, saati sıfırlayarak ve ardından belirtilen sayıda sinyal göndererek zamanı ilerleterek mesajı işledi. Saniyeleri, dakikaları, saatleri ve günleri ilerletmek için CTE'ye darbeler gönderir. (Bu, rakamları birer birer ilerleterek dijital alarmlı saatin ayarlanmasına benzer.) Son olarak, iki kendi kendine test mesajı, UDL'nin dahili devresini çalıştıracak 24 bitlik modellerden oluşuyordu. Testin sonuçları Apollo'nun telemetri sistemi aracılığıyla Dünya'ya geri gönderildi.

Güvenilirlik açısından, UDL'ye iletilen her bit, beş "alt bit" ile değiştirildi: her "1" biti "01011" alt bit dizisiyle değiştirildi ve her "0" biti, "01011" alt bit dizisiyle değiştirildi. tamamlayıcı, "10100".4 Alt bitlerin amacı, herhangi bir bozuk verinin geçersiz bir alt bit kodu olduğundan bozuk mesajlar reddedilebilir. Up-Data Link, bu doğrulamayı giriş veri akışını "01011" veya "10100" ile eşleştirerek gerçekleştirdi. (Mesajın başlangıcındaki araç adresi farklı bir alt bit kodu kullanıyordu; mesajın başlangıcının doğru şekilde tanımlandığını.) Modern standartlara göre, alt bitler artıklık sağlamanın verimsiz bir yoludur çünkü mesaj beş kat daha büyük hale gelir. Sonuç olarak etkin iletim hızı düşüktü: saniyede 200 bit.

Up-Data Link mesajlarında büyük verici ihtiyacı dışında herhangi bir güvenlik yoktu. Apollo'daki sistemlerden yalnızca roket imha sistemi (örtülü bir şekilde İtici Gaz Dağıtma Sistemi olarak anılırdı) kriptografik olarak güvenliydi.5

Apollo radyo sistemi analog olduğundan dijital alt bitler yerden uzaya doğrudan iletilemedi. Bunun yerine, faz kaydırmalı anahtarlama (PSK) adı verilen bir teknik, verileri bir ses sinyaline dönüştürdü. Bu ses sinyali, 1 bit'e karşı 0 biti gösterecek şekilde ters çevrilmiş bir sinüs dalgasından oluşur; diğer bir deyişle fazı 0 bit için 180 derece kaydırılır. Up-Data Link kutusu bu ses sinyalini giriş olarak alır ve dijital mesaj verilerini çıkarmak için demodüle eder. (Bu ses sinyalinin yerden Yukarı Veri Bağlantısına iletilmesi, Test Seti ile ilgili olmayan daha fazla adım gerektiriyordu, bu yüzden onları bir dipnotta anlatacağım.6)

Up-Data Link Test Seti

Up-Data Link'i anlattığıma göre Test Setini daha detaylı anlatabilirim. UDL Test Setinin amacı Up-Data Link sistemini test etmektir. Mesaj biçimlendirmesini, alt bit kodlamasını ve faz kaydırma anahtarlamasını uygulayarak Yukarı Veri Bağlantısı kutusuna bir ses sinyali olarak bir mesaj gönderir. yukarıda açıklanmıştır. Daha sonra UDL'nin doğru eylemi gerçekleştirdiğinden emin olmak için UDL'den gelen çıktıları doğrular.

Test Setinin belki de en görünür özelliği ön paneldeki kağıt bant okuyucudur: bu okuyucu Test Kümesinin iletilecek mesajları nasıl elde ettiğidir. Mesajlar, 13 sekizli basamaktan oluşan bir dizi olarak kodlanan kağıt şerit şeritlerine delinir.7 Kağıt banttan bir mesaj okunduktan sonra 13 haneli ekranda gösterilir. İlk üç rakam isteğe bağlı bir mesaj numarasıdır, geri kalan 10 sekizlik rakam ise UDL'ye gönderilecek 30 bitlik mesajı belirtir. Sistem Adresi hanesinde belirtilen mesaj türüne göre, Test Seti, UDL'nin yanıtını doğrular ve panel ışıklarında başarıyı veya hataları gösterir.

Test Setinin mimarisini ve yapısını anlatmak için aşağıdaki blok diyagramı oluşturdum (daha büyük görmek için tıklayın). Sistemde A1'den A25'e kadar etiketlenmiş 25 devre kartı bulunur;8çoğunlukla diyagramdaki fonksiyonel bloklara karşılık gelirler.

Test Setinin ön paneline 13 büyük haneli ekran hakimdir. Bu rakamların saklanmasının Test Setinin kalbi olduğu ortaya çıktı. Bu depolama (A3-A9), kağıt banttan okunan rakamları birleştirir, bitleri iletim için dolaştırır ve mesaj tipini seçmek ve sonuçları doğrulamak için diğer devrelere rakamlar sağlar. Bunu başarmak için 13 haneli devreler 39 bitlik kaydırma yazmacı olarak yapılandırılmıştır. Mesaj kağıt banttan okunurken, bitleri sağdan sola rakam deposuna kaydırılır ve mesajı ekranda gösterilir. Mesajı göndermek için kaydırma yazmacı, mesaj numarası hariç 10 rakamın bir döngü oluşturacağı şekilde yeniden yapılandırılır. Bitler döngü boyunca dolaşırken en soldaki bit kodlanır ve iletilir. İletimin sonunda rakamlar orijinal konumlarına geri dönmüştür, böylece mesaj istenirse tekrar iletilir. Böylece kaydırma-kayıt mekanizması hem mesajı okunduğunda seri durumdan çıkarır hem de mesajı iletilmek üzere seri hale getirir.

Test Seti, mesajı alt bitlerle genişletmek ve mesajı ses olarak kodlamak için üç kart (A15, A2 ve A1) kullanır. İlk kurul toplantısı...