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[[Datei:Apollo CSM lunar orbit.jpg|mini|hochkant=1.25|Kommando- und Servicemodul des [[Apollo 15]]-Raumfahrzeuges]]
[[Datei:Agc view.jpg|mini|hochkant=1.25|Apollo Guidance Computer]]

Der '''Apollo Guidance Computer''' ('''AGC''') war der bei den [[Apollo-Programm|Apollo-Raumflügen]] eingesetzte [[Computer]] für die [[Navigation]]. Er wurde benutzt, um in [[Echtzeit]] Fluginformationen zu sammeln und zur Verfügung zu stellen sowie alle Navigationsfunktionen des [[Apollo (Raumschiff)|Apollo-Raumfahrzeugs]] automatisch zu steuern. Er war damit das erste erkennbar moderne [[Eingebettetes System|eingebettete System]].

Er wurde ab 1961 für das Apollo-Programm unter der Leitung von [[Charles Stark Draper]] am [[Massachusetts Institute of Technology|MIT Instrumentation Laboratory]] entwickelt. Die bei den Flügen benutzte [[Hardware]] wurde vom US-amerikanischen Rüstungs- und Elektronikkonzern [[Raytheon]] hergestellt.

== Einsatz im Apollo-Programm ==
Bei jedem Mondflug – abgesehen von Apollo 8, die kein ''[[Apollo-Mondlandefähre|Lunar Module]]'' (LM) mitführte – wurden jeweils zwei AGC eingesetzt. Einer befand sich im [[Apollo (Raumschiff)#Kommandomodul (CM)|Kommandomodul]] (CM) des Apollo-Raumfahrzeugs, zuständig für die Navigation bis zur Mondumlaufbahn und zurück, und ein weiterer in der [[Apollo-Mondlandefähre|Mondlandefähre]], primär zuständig für die sichere Landung auf dem Mond und das Rendezvous mit dem Kommandomodul bei Rückkehr der Aufstiegsstufe. Beide Systeme waren baugleich, aber mit unterschiedlicher [[Software]] ausgestattet; die Navigationsdaten waren zwischen den Geräten kompatibel. Der AGC war Bestandteil des sogenannten [[Primary Guidance, Navigation and Control System]] (PGNCS, ausgesprochen: ''pings''), dem unabhängigen [[Inertiales Navigationssystem|inertialen Navigationssystem]] der Apollo-Raumfahrzeuge.

Darüber hinaus wurden bei den Mondmissionen zwei weitere Computer eingesetzt:

* Ein [[Launch Vehicle Digital Computer]] (LVDC) genannter Flugcomputer, der im Booster Instrumentation Ring der [[Saturn (Rakete)#Saturn V|Saturn V]] untergebracht war. Hierbei handelte es sich um einen von der [[IBM]] Federal Systems Division gebauten seriellen Rechner.

* Ein kleiner von [[TRW (Unternehmen)|TRW]] gebauter Rechner im sogenannten [[Abort Guidance System]] (AGS) der Mondlandefähre. Dieses sollte im Falle eines Fehlers des PGNCS eingesetzt werden. Das AGS konnte zum Start der Landefähre vom Mond und zum [[Rendezvous (Raumfahrt)|Rendezvous]] mit dem [[Apollo (Raumschiff)#Kommandomodul (CM)|Kommandomodul]] (CM) benutzt werden, aber nicht zum Landen auf dem Mond.

== Anwendung außerhalb des Apollo-Programms ==
[[Datei:Vought F-8 E-24741 Fly by wire.jpg|mini|hochkant=1.25|Fly-by-wire-System mit ''Apollo Guidance Computer'' in einer F-8 „Crusader“ der NASA (1971)]]

Der AGC bildete 1972 die Basis für ein experimentelles [[Fly-by-wire]]-System, welches in einer [[Vought F-8|Vought F-8 „Crusader“]] installiert wurde, um die Machbarkeit und die Vorzüge eines rechnergestützten Fly-by-wire-Systems zu demonstrieren. Dabei wurde der AGC nur in der ersten Phase dieses Projekts eingesetzt und in einer zweiten Phase durch einen anderen Rechner ersetzt. Die hierauf folgende Forschung führte zum Fly-by-wire-System des [[Space Shuttle]] und indirekt zu den Fly-by-wire-Systemen moderner Luftfahrzeuge.

== Beschreibung ==
=== Prozessor ===
[[Datei:Agc verb-noun-list.jpg|mini|hochkant=1.25|Liste der Befehle im Apollo Guidance Computer. Zur schnellen Verfügbarkeit war sie auf eine Instrumentenbrettverkleidung gedruckt.]]
Der Apollo-Flugcomputer war der erste, bei dem [[Integrierter Schaltkreis|integrierte Schaltkreise]] (IC) eingesetzt wurden. Die bis 1966 benutzte Block-I-Version des AGC war aus 4100 ICs aufgebaut. Jedes dieser ICs beinhaltete ein einzelnes [[NOR-Gatter]] mit drei Eingängen. Bei der ab [[Apollo 7]] eingesetzten Block-II-Version des AGC waren jeweils zwei NOR-Gatter mit drei Eingängen in einem IC mit [[Chipgehäuse|Flat-Pack-Gehäuse]] untergebracht. Es wurden etwa 5600 Gatter verbaut. Die in [[Widerstands-Transistor-Logik|RTL-Logik]] aufgebauten Gatter wurden von [[Fairchild Semiconductor]] hergestellt. Die Verdrahtung der ICs war mittels [[Wickelverbindung]] aufgebaut und in [[Epoxidharz]] eingegossen. Der Prozessor arbeitete intern mit [[Datenwort|16-Bit-Datenworten]] (14 Bit [[Daten#Informatik|Daten]], 1 [[Überlaufbit]] und 1 [[Einerkomplement|Vorzeichenbit (Einerkomplement)]]). Bei der Verwendung als Programmbefehl waren 3 Bit für den Opcode und 12 Bit für die Adresse reserviert.

Weitere Besonderheiten:
* Der Prozessor arbeitete im [[Einerkomplement]].
* Der Adressbereich des Prozessors hatte je nach Befehl nur eine Größe von 1 bzw. 4 Ki-Worten. Um den gesamten Speicher ansprechen zu können, wurde der Speicher in umschaltbaren Speicherbänken organisiert.
* Der Prozessor besaß insgesamt 6 Timer.

=== Speicher ===
Der [[Random Access Memory|Schreib-Lese-Speicher]] (RAM) des AGC war als [[Kernspeicher|Ringkernspeicher]] und der [[Festwertspeicher]] (ROM) als ''[[Core Rope Memory]]'' aufgebaut. Der RAM-Bereich konnte von den Astronauten, falls erforderlich, manuell beschrieben werden.

Die Block-I-Version des AGC verfügte über ein RAM mit einer Kapazität von 1024 Datenworten à 16 bit und ein ROM mit einer Kapazität von 12288 Datenworten à 16 bit, die später auf 24576 Datenworte erweitert wurde. Die Block-II-Version des AGC verfügte über ein RAM mit einer Kapazität von 2048 Datenworten und ein ROM mit einer Kapazität von 32768 Datenworten à 16 bit.<ref name="Raytheon">{{cite web|url=https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19700015154.pdf |title=APOLLO GUIDANCE COMPUTER PROGRAM BLOCK I (100) AND BLOCK II |publisher=Raytheon |date=1969-12-31 |accessdate=2017-08-27|language=en}}</ref>

Beide Speicher hatten eine [[Taktzeit]] von <abbr title="11,71875 µs: 12 Takte / 1024 kHz">11,72 μs</abbr>. Die Datenworte hatten eine Länge von 16 Bit (15 Bit Daten und 1 [[Paritätsbit]] (ungerade Parität)).<ref name="Raytheon" />

In heutiger, damals allerdings noch nicht üblicher Terminologie verfügte der AGC so insgesamt über 68 KiB Speicher. 64 KiB wurden als ROM für die gespeicherte Software verwendet. Die restlichen 4 KiB dienten als RAM.

=== Taktgeber ===
Als primärer [[Taktgeber]] wurde beim AGC ein [[Quarzoszillator ]] mit einer Taktfrequenz von 2048 kHz benutzt. Dieses [[Taktsignal]] wurde durch 2 geteilt, um die internen Operationen des AGC mit einer Frequenz von 1024 kHz abzuarbeiten. Das 1024 kHz-Signal wurde ebenfalls durch 2 geteilt, um ein zweites Taktsignal mit einer Frequenz von 512 kHz zu erzeugen. Dieser MASTER FREQUENCY genannte Takt diente zur [[Synchronisation]] der externen Systeme des Apollo-Raumfahrzeugs.

=== Software ===
[[Datei:Margaret Hamilton - restoration.jpg|mini|hochkant|Die Informatikerin Margaret Hamilton vor der ausgedruckten Apollo-Flugsoftware, die am MIT von ihr und ihrem Team entwickelt wurde<ref name="Weinstock2016">{{Cite web |title = Scene at MIT: Margaret Hamilton's Apollo code |last = Weinstock |first = Maia |work = MIT News |date = 2016-08-17 |accessdate = 2019-07-22 |url = https://news.mit.edu/2016/scene-at-mit-margaret-hamilton-apollo-code-0817|language=en}}</ref> (1969)]]

Nachdem die Entwicklung von [[Software]] für den AGC ursprünglich im Plan und Budget des Apollo-Programms nicht vorgesehen war, arbeiteten schließlich über 300 Personen daran. Zu den bekannteren gehört heute die Teamleiterin des Flug- und Navigationsprogramms, [[Margaret Hamilton (Informatikerin)|Margaret Hamilton]]. Erstmals wurde der Begriff des [[Softwaretechnik|Software-Engineering]] etabliert sowie zahlreiche grundlegende [[Paradigma|Paradigmen]] desselben. Insbesondere das [[Prioritätsscheduling]] erwies sich als entscheidend für den Erfolg der ersten Mondlandung von [[Apollo 11]].
Die Software des AGC war in [[Assemblersprache|Assembler]] geschrieben. Ein EXEX genanntes [[Echtzeitbetriebssystem]] konnte bis zu sieben Prozesse nach Priorität gewichtet in einem nichtpräemptiven [[Multitasking]]-Verfahren bearbeiten. Jeder Prozess musste dabei periodisch die Kontrolle an EXEX zurückgeben. Ein achter Prozess mit diagnostischen Aufgaben wurde mit niedrigster Priorität ständig ausgeführt. Darüber hinaus gab es eine [[Interrupt|unterbrechungsgesteuerte]] Komponente, die WAITLIST genannt wurde.

=== Benutzerschnittstelle ===
[[Datei:Apollo DSKY interface.svg|alternativtext=|mini|Benutzerschnittstelle des Apollo Guidance Computers]]
Die [[Benutzerschnittstelle]] des AGC wurde DSKY (Display/Keyboard) genannt und bestand aus einer Reihe von [[Anzeige (Technik)#Ziffernanzeige|Ziffernanzeigen]] und einer [[Tastatur]], die an einen [[Taschenrechner]] erinnert. Befehle wurden numerisch als zweistellige Zahlen eingegeben. Für den eigentlichen Befehl gab es die Taste VERB ''([[Verb]])'', während der Parameter, falls erforderlich, mit der Taste NOUN ''([[Substantiv]])'' eingegeben wurde.

Das Kommandomodul verfügte über zwei DSKY, eins auf der Hauptinstrumententafel und eins im unteren Geräteraum in der Nähe des [[Space Sextant|Sextanten]] zur Ausrichtung des inertialen Navigationssystems. Beide DSKY wurden durch denselben AGC betrieben. Die Mondlandefähre verfügte über nur ein DSKY für seinen AGC.

=== Gewicht ===
Zusammen mit dem Interface wogen die AGCs in der Apollo-Kapsel und in der Landefähre je rund 32 kg.

== 1201- und 1202-Programmalarme ==
Das [[Primary Guidance, Navigation and Control System]] (PGNCS) löste während des Mondabstiegs von [[Apollo 11]] unerwartete Warnmeldungen aus, wobei das AGC zunächst einen 1202-Alarm („Executive overflow – NO CORE SETS“)<ref>{{Literatur |Autor= |Titel=A Yellow Caution Light |Hrsg=Michael Collins, Edwin Aldrin, Edgar M. Cortright |Sammelwerk=NASA SP-350, Apollo Expeditions to the Moon |Datum=1975 |Sprache=en |ISBN=978-0-48647175-4 |Seiten=Kap. 11.4 |Online=https://history.nasa.gov/SP-350/ch-11-4.html |Abruf=2009-08-30}}</ref> und anschließend einen 1201-Alarm („Executive overflow – NO VAC AREAS“) anzeigte.<ref>{{Cite web |title=chrislgarry/Apollo-11 |language=en |url=https://github.com/chrislgarry/Apollo-11/blob/master/Comanche055/EXECUTIVE.agc#L146 |website=GitHub |access-date=2016-07-17}}</ref> Die Reaktion des AGC auf beide Alarme war ein Soft-Neustart. Die Ursache war ein schneller, stetiger Strom von unerwünschtem Verbrauch von Rechenkapazität durch das Rendezvous-Radar (das das umkreisende Kommandomodul verfolgte), das während des Abstiegs absichtlich im Standby-Modus belassen wurde, für den Fall, dass es für einen Abbruch benötigt würde.<ref>{{Literatur |Titel=Apollo 11 Program Alarms |Hrsg=Peter Adler, Eric M. Jones |Sammelwerk=Apollo 11 Lunar Surface Journal |Datum=1998 |Sprache=en |Online=https://www.nasa.gov/history/alsj/a11/a11.1201-pa.html}}</ref><ref>{{Literatur |Titel=Apollo 11 : 25 Years Later |Hrsg=Fred H. Martin, Eric M. Jones, Eric M. |Sammelwerk=Apollo 11 Lunar Surface Journal |Datum=1994-07 |Sprache=en |Online=https://www.nasa.gov/history/alsj/a11/a11.1201-fm.html |Abruf=2009-09-01}}</ref>

Während dieses Teils des Anflugs war der Prozessor normalerweise zu fast 85 % ausgelastet. Die zusätzlichen 6.400 Zyklus-Anforderungen pro Sekunde fügten eine Last von umgerechnet 13 % hinzu, sodass gerade noch genug Zeit blieb, um alle geplanten Aufgaben vollständig auszuführen. Fünf Minuten nach Beginn des Abstiegs gab [[Buzz Aldrin]] dem Computer den Befehl ''1668'', der ihn anwies, periodisch DELTAH (die Differenz zwischen der vom Radar erfassten Höhe und der berechneten Höhe) zu berechnen und anzuzeigen. Der Befehl ''1668'' erhöhte die Prozessorauslastung um weitere 10 %, was zu einem Exekutivüberlauf und einem ''1202-Alarm'' führte. Nachdem er von Houston das „GO“ erhalten hatte, gab Aldrin den Befehl ''1668'' erneut ein, woraufhin ein weiterer ''1202-Alarm'' auftrat. Bei der Meldung des zweiten Alarms fügte Aldrin den Kommentar hinzu: „Es scheint aufzutreten, wenn wir einen ''1668'' laufen haben.“ Die AGC-Software war mit Prioritätsplanung ausgelegt und stellte den Betrieb automatisch wieder her, indem sie Aufgaben mit niedrigerer Priorität, einschließlich der 1668-Anzeigeaufgabe, löschte, um ihre kritischen Steuerungs- und Kontrollaufgaben zu erfüllen. Der Flugleiter [[Steve Bales]] und sein Support-Team, zu dem auch [[Jack Garman]] gehörte, gaben mehrere „GO“-Befehle, und die Landung verlief erfolgreich.<ref>{{Literatur |Titel=The Lunar Module Computer |Hrsg=Edgar M. Cortright |Sammelwerk=Apollo 11 Lunar Surface Journal |Verlag=NASA |Datum=1975 |Sprache=en |Online=http://www.abc.net.au/science/moon/computer.htm |Abruf=2020-02-04}}</ref>

Das Problem wurde weder durch einen Programmierfehler in der AGC noch ein Pilotenfehler oder ein Hardwarefehler verursacht. Es wurde durch ein fehlerhaftes Schnittstellensteuerungsdokument (ICD) zwischen dem PGNCS und der ATCA (Attitude and Translation Control Assembly) verursacht, in dem die Phasensynchronisation zwischen zwei 800-Hz-Signalen nicht festgelegt war – ein Problem, das bereits während der Tests der LM-3 am Startplatz im Rahmen von [[Apollo 9]] bekannt und dokumentiert war.<ref name=":0">{{Literatur |Autor=Don Eyles |Titel=Tales From The Lunar Module Guidance Computer |Sammelwerk=27th annual Guidance and Control Conference |Verlag=American Astronautical Society |Datum=2004-02-06 |Sprache=en |Online=http://klabs.org/history/apollo_11_alarms/eyles_2004/eyles_2004.htm}}</ref> Da das Problem jedoch während der Tests nur einmal aufgetreten war, kamen sie zu dem Schluss, dass es sicherer sei, mit der vorhandenen, bereits getesteten Hardware zu fliegen, als mit einem neueren, aber weitgehend ungetesteten Radarsystem. In der tatsächlichen Hardware war die Position des Rendezvous-Radars mit Synchronisationssignalen codiert, die von einer anderen 800-Hz-Wechselstromquelle angesteuert wurden als der, die der Computer als Zeitreferenz verwendete. Die beiden 800-Hz-Quellen waren frequenzsynchronisiert, aber nicht phasensynchronisiert, und der zufällige Phasenversatz ließ es so erscheinen, als würde die Antenne in ihrer Position schnell „zappeln“, obwohl sie völlig stationär war. Diese Scheinbewegungen erzeugten die schnelle Abfolge von Zyklusversätzen und damit den Fehler ''1202''.<ref name=":0" />

J. Halcombe Lanings Software- und Computerdesign retteten die Landemission von Apollo 11. Ohne Lanings Entwurf wäre die Landung aufgrund eines instabilen Steuercomputers abgebrochen worden.<ref name=":0" />

== Literatur ==
* Eldon C. Hall: ''Journey to the Moon: The History of the Apollo Guidance Computer''. American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., Reston, VA 1996, ISBN 1-56347-185-X.
* David A. Mindell: ''Digital Apollo: Human and Machine in Spaceflight''. The MIT Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-262-13497-2.
* Frank O’Brien: ''The Apollo Guidance Computer : Architecture and Operation''. Springer, Berlin, New-York 2010, ISBN 978-1-4419-0876-6.

== Weblinks ==
{{Commonscat}}
* [https://www.abc.net.au/science/moon/computer.htm The Lunar Module Computer] – aus ''in Space: our gateway to the stars'' der [[Australian Broadcasting Corporation]] (1999) ''(englisch)''
* [https://www.youtube.com/watch?v=ndvmFlg1WmE MIT Science Reporter—''Computer for Apollo'' (1965)], Youtube-Video (29:20 Minuten, englisch)
* [https://www.netjeff.com/humor/item.cgi?file=ApolloComputer Interview mit Allan Klumpp], dem Principal Designer der Abstiegssoftware der Apollo-Mondlandefähre ''(englisch)''
* NASA Office of Logic Design: [https://klabs.org/history/ech/agc_schematics/index.htm Schaltbilder des Apollo Guidance Computer] ''(englisch)''
* [https://www.ibiblio.org/apollo/ Emulationssoftware] für Linux, Windows und Mac OS X 10.2 ''(englisch)''
* {{GitHub|chrislgarry/Apollo-11|Quelltext des AGC}}
* [https://media.ccc.de/v/34c3-9064-the_ultimate_apollo_guidance_computer_talk Vortrag zum Aufbau des Computers auf dem 34c3]
* [http://svtsim.com/moonjs/agc.html Moonjs: An Online Apollo Guidance Computer (AGC) Simulator]

== Quellen ==
* {{Internetquelle|url=http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/computers/Ch2-5.html|hrsg=NASA|werk=Computers in Spaceflight: The NASA Experience|autor=James Tomayko|titel=The Apollo guidance computer: Hardware|zugriff=2017-05-23|sprache=en}}
* {{Internetquelle|url=http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/computers/Ch2-6.html|hrsg=NASA|werk=Computers in Spaceflight: The NASA Experience|autor=James Tomayko|titel=The Apollo guidance computer: Software|zugriff=2017-05-23|sprache=en}}
* {{Internetquelle|url=http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/computers/Ch2-7.html|hrsg=NASA|werk=Computers in Spaceflight: The NASA Experience|autor=James Tomayko|titel=Using the AGC|zugriff=2017-05-23|sprache=en}}
* {{Internetquelle|url=http://d1.amobbs.com/bbs_upload782111/files_39/ourdev_639243CKL6AZ.pdf|hrsg=Springer Verlag|werk=The Apollo Guidance Computer: Architecture and Operation|autor=Frank O'Brian|titel=The AGC hardware|zugriff=2018-05-05|sprache=en}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Apollo-Programm|Guidance Computer]]
[[Kategorie:Historischer Computer]]
[[Kategorie:NASA]]
[[Kategorie:Raumfahrttechnik]]

Apollo Guidance Computer - Versionsgeschichte

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