John V. Cockin
Computer Control Co., Inc.
Framingham, Mass.
Project Echo, ABD’nin Doğu ve Batı Kıyıları arasında, yerden 1.000 mil yükseklikte yörüngede dönen, 100 fitlik alüminyum kaplı bir balon uyduyu yansıtıcı olarak kullanarak çift yönlü mikrodalga iletişimin teknik olarak uygulanabilirliğini kanıtlamak amacıyla National Aeronautics and Space Administration tarafından desteklenmektedir.
Yeryüzünün eğriliği, ufkun ötesine mikrodalga iletimini doğal olarak sınırlayan bir engel oluşturur. İyonosferdeki katmanlardan mikrodalgaları yansıtma yönündeki önceki girişimler sürekli olarak güvenilir olduklarını kanıtlayamamıştır. Project Echo’nun teknolojik hedefleri belirlendiğinde, küresel iletişim için çok önemli yeni bir yöntem kullanılabilir hâle gelmektedir.
Bu projenin başarısına yapılan önemli bir katkı, bu şirket tarafından Jet Propulsion Laboratory için tasarlanıp üretilen bir Koordinat Dönüştürme Bilgisayarıdır. Jet Propulsion Laboratory, National Aeronautics and Space Administration’ın Kaliforniya’daki bir araştırma tesisidir.
Bilgisayar, bir megasiklusluk saat hızında çalışır ve Batı Kıyısı (Goldstone, Calif.) sahasındaki iki adet 85 fitlik parabolik anteni, yörüngedeki uyduyu izlemek üzere sürekli olarak konumlandırır. İki anten, bunların servo-tahrik sistemleri, izleme optikleri, bir mikrodalga veri bağlantısı ve koordinat dönüştürücü birlikte kapalı çevrimli bir izleme sistemi oluşturur.
Bilgisayar aşağıdaki işlevleri yerine getirir:
- Kağıt şerit üzerine kaydedilmiş önceden hesaplanmış yörünge verilerinden ya da alıcı anten konum verilerinden uydu konumuna ilişkin verileri alır.
- Alıcı ve verici antenleri sırasıyla saat açısı/deklinasyon ve azimut/yükselim koordinatlarında yönlendirir.
- Depolanmış parametrelerden uydu hareketine ait diferansiyel denklemleri integre ederek yörünge verilerini hesaplar. Bu hesaplamalarda, yeryüzü eğriliğinden ve alıcı ile verici antenlerin fiziksel ayrımından kaynaklanan paralaksı dikkate alır ve düzeltmeler yapar.
- Hesaplanan komutların her bir ve iki saniyede bir ortaya çıkması arasındaki sürede, düzgün zamanlanmış ve kesintisiz bir komut dizisi üretmek için sürekli olarak ekstrapolasyon yapar.
- Gerçek zamanlı hesaplama için tüm giriş yörünge verilerini zaman açısından karşılaştırır.
- Dijital anten konum okuma sinyalleri ile hesaplanan konum verilerinin dijital karşılaştırması yoluyla hata sinyalleri üretir.
- Sistem hizasızlığını düzeltmek için dijital ofset sinyalleri uygular.
- Anten için dikdörtgen bir arama tarama deseni üretir.
- Alıcı anten okumalarını bilgisayar girdisi olarak kabul eder ve bu koordinatları verici anteni konumlandırmak üzere dönüştürür. Bu kipte, iki anten alınan mikrodalgalar üzerindeki bir radyo-frekans kilidi aracılığıyla uzayda aynı noktaya yönlendirilir.
Bilgisayarın kendisi, saklı program kullanan genel amaçlı bir bilgisayardır. Yüksek hızlı seri-paralel aritmetik birim, gerekli koordinat dönüşümlerini ve paralaks düzeltmelerini gerçekleştirir. Girdi komutlarının alınmasından itibaren 20 milisaniye içinde dijital servolara çıkış komutları sağlar. Bu hızlı hesaplamalar, sistem senkronizasyonunu sürdürmek ve faz kaymasını azaltmak için gereklidir.
Temel hesaplamalar arasındaki sürede sistem, uydunun hareketine ait diferansiyel denklemleri integre eder. Bu hesaplama, giriş verilerinin hatalı olması ya da alınamaması durumunda uydunun izlenmesi için bağımsız bir yöntem sağlar. Bilgisayara, belirli bir zaman için uydunun konum verileri ve hız vektörleri verilir. Bu değerler, başka bir yerde bulunan bir hesaplama merkezi tarafından önceden hesaplanır. Bu bilgiler kullanılarak Koordinat Dönüştürme Bilgisayarı, uydu balonu ufkun üzerinde görünmeden yaklaşık bir dakika önce denklemleri entegre etmeye başlar. Koordinat Dönüştürme Bilgisayarı denklemleri güncel tutar ve gerçek zamanla senkronize eder.
Bilgisayar yörünge entegrasyon verilerinden çalışırken, dijital servolara komutlar birer saniyelik aralıklarla verilir. Delikli şerit üzerindeki depolanmış verilerden çalışıldığında ise komutlar her iki saniyede bir verilir. Bilgisayarın kelime uzunluğu, işaret dahil 25 bittir. Bilgisayar yüksek hızlı toplama, çıkarma ve çarpma işlemleri yapabilir. A + B × C + D işlemini 50 mikrosaniyede hesaplayabilir. Çarpma sırasında, çarpım sonucu çarpma komutuyla denetlenen çarpan ya da çarpılan yazmaçlarına geri iletilebilir.
Yerleşik işlemler arasında oktant indirgeme, sinüs-kosinüs işlemleri, zaman dönüşümü, maksimum mutlak değer karşılaştırmaları, çıkarma ya da mantıksal çarpımlar ve blok aktarımlar yer alır.