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En 1961, el presidente John F. Kennedy puso en marcha uno de los mayores logros tecnológicos de la humanidad cuando lanzó un desafío histórico a la NASA, restablecida en 1958 a partir del antiguo Comité Asesor Nacional de Aeronáutica (NACA).
«Creo que esta nación debería comprometerse a lograr el objetivo de llevar un hombre a la Luna y devolverlo sano y salvo a la Tierra antes de que termine esta década».
Cuando Kennedy anunció su proclamación durante una sesión conjunta del Congreso, no existía hardware, software o infraestructura, mecánica o electrónica, para lograr este objetivo. En ese momento, sólo dos personas habían estado alguna vez en el espacio y habían regresado sanas y salvas. Yuri Gagarin, de la entonces Unión Soviética, había completado una órbita planetaria el 12 de abril de 1961, y Alan Shepard, de Estados Unidos, había realizado un vuelo espacial suborbital el 5 de mayo del mismo año.
Salida de la Tierra del Apolo 8 en órbita alrededor de la Luna, 24 de diciembre de 1968. Imagen cortesía de NASA
Puede que el discurso de Kennedy haya hecho que el objetivo fuera consciente del público, pero instituciones y empresas como el MIT, IBM y Fairchild Semiconductor ya estaban inventando y mejorando la tecnología electrónica que haría posible la misión. Una de las innovaciones clave necesarias, el circuito integrado, se estaba preparando silenciosamente para salir del laboratorio de Fairchild, y el Laboratorio de Instrumentación del MIT (MIT/IL) estaba preparando una propuesta para utilizar estos chips para diseñar y construir la Computadora de Orientación Apollo (AGC). .
Concurso de diseño de computadoras de vuelo
Para que la misión de alunizaje fuera exitosa, la NASA necesitaba computadoras de vuelo para el módulo de comando y el sistema de alunizaje. En aquel entonces, nada era lo suficientemente pequeño, ligero o potente como para asumir el papel de computadora de vuelo. IBM desarrolló un diseño para la computadora del piloto automático del cohete Saturn V llamado Computadora digital del vehículo de lanzamiento (LVDC). El LVDC utilizaba transistores y diodos fabricados en el llamado dispositivo lógico unitario (ULD) por IBM. Los ULD parecían circuitos integrados, pero su diseño era mucho más similar a un módulo híbrido; Contenía un transistor, dos diodos y dos resistencias de película gruesa montadas directamente sobre un sustrato cerámico.
Puerta NOR dual plana de tres entradas de Fairchild del Bloque II AGC. Imagen cortesía de Wikimedia Commons (dominio público)
MIL/IL no creía que un diseño basado en ULD pudiera cumplir con las especificaciones del módulo lunar y de comando. Estaban convencidos de que un AGC que utilizara los circuitos integrados recién inventados sería más rápido y fiable que un AGC que utilizara transistores discretos o ULD.
Desarrollo del circuito integrado plano.
El primer circuito integrado verdadero provino de Jack Kilby de Texas Instruments. En 1969, demostró un circuito oscilador hecho de una sola pieza de material transistorizado. Aunque difícilmente reconocible según los estándares actuales, fue el primer circuito integrado completamente funcional. La mayor desventaja era que los componentes individuales del silicio (un transistor, un condensador y dos resistencias) debían conectarse manualmente con cables de oro microscópicos.
El CI no se parecía a su apariencia actual hasta que el cofundador de Fairchild, Jean Hoerni, desarrolló el proceso «planar», en el que se deposita una capa de dióxido de silicio en la superficie del chip para que actúe como aislante. Al utilizar una capa aislante, las pistas conductoras se pueden depositar químicamente para conectar los componentes del chip.
Los circuitos integrados logran pruebas de viabilidad
Bob Norman de Fairchild visitó el MIT/IL en 1961 para demostrar los nuevos circuitos integrados al equipo de AGC. Eldon C. Hall, subdirector del programa Apollo, quedó muy impresionado y ordenó al ingeniero David Hanley que encargara 100 chips. Hanley demostró una aceleración de 2,5 veces respecto a los transistores discretos. Luego, Hall buscó y recibió la aprobación de la NASA para cambiar de transistores a circuitos integrados para el diseño de AGC.
Al final, al MIT/IL se le asignó la tarea de diseñar y construir el AGC, mientras que IBM suministró computadoras centrales para su uso en Houston, Texas. Estas computadoras centrales se utilizaron como sistema de navegación principal, y el AGC a bordo desempeñaba un papel secundario. Cuando el MIT/IL pudo comenzar la construcción, Fairchild había desarrollado una familia completa de diferentes circuitos integrados de lógica digital. Para limitar el número de elementos a probar, Hall decidió utilizar un solo tipo de componente, una puerta NOR de tres entradas. Luego, Philco asumió la tarea de producir el chip en masa.
AGC: Diseñado como una computadora de propósito general
MIT/IL desarrolló el AGC como una computadora de propósito general en lugar de un instrumento para una misión específica. Construida principalmente utilizando chips de puerta NOR dual de tres entradas desarrollados por Fairchild, se considera la primera computadora construida con circuitos integrados.
Computadora de control Apollo con interfaz DSKY. Imagen cortesía de Wikimedia Commons (dominio público)
En 1965, el AGC del Bloque II utilizó alrededor de 4.100 chips Fairchild actualizados con dos puertas NOR de tres entradas en un chip de paquete plano. El diseño de doble puerta dio como resultado una unidad que consumía menos energía, ofrecía más potencia informática y costaba menos que el diseño original del Bloque I. El AGC del Bloque II se utilizó con éxito en todas las misiones tripuladas Apolo.
La NASA fue pionera en el desarrollo de software moderno.
Como computadora de propósito general, AGC requería una programación más avanzada de la que era común en ese momento. La ingeniera de software Margaret Hamilton se unió al equipo del MIT/IL para desarrollar el software de misión para el AGC. Como jefa del departamento de ingeniería de software, dirigió un equipo que diseñó y probó el software de AGC.
Margaret Hamilton con listas de códigos de software AGC. Imagen cortesía de la NASA
Antes del proyecto AGC, el desarrollo de software no se consideraba una ciencia ni una rama de la tecnología. Hamilton acuñó el término «ingeniería de software» y, además de la tarea, desarrolló procesos centrales que luego definirían el campo como una disciplina.
Hamilton y su equipo desarrollaron un sistema operativo simple en tiempo real impulsado por interrupciones con programación de trabajos por lotes, multitarea cooperativa y manejo de errores para el AGC. El manejo de errores se puso a prueba apenas unos minutos antes de que el Apolo 11 alunizara, cuando los eventos se desencadenaron más rápido de lo que la computadora podía manejar. Gracias a la función de gestión de errores, el astronauta Buzz Aldrin pudo restaurar la computadora y el aterrizaje fue exitoso.
El desarrollo de circuitos integrados está aumentando rápidamente
La tecnología de circuitos integrados avanzó tan rápidamente que cuando los primeros humanos abordaron un vuelo Apollo, ya se encontraban en el mercado circuitos integrados que contenían cientos de dispositivos por chip. Mientras tanto, la AGC todavía utilizó el diseño original de Fairchild. En ese momento, Gordon Moore predijo la Ley de Moore, que establecía que la densidad de los transistores en los chips de computadora se duplicaría cada dos años.
Con el éxito de los alunizajes y la probada fiabilidad de los circuitos integrados en el espacio, la viabilidad de la tecnología quedó claramente demostrada. Figuras clave de Fairchild y otras importantes empresas de semiconductores involucradas en el proyecto AGC sentaron las bases de lo que hoy se conoce como Silicon Valley.
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