Dick Battin se tenait sur son allée dans la pré-aube glaciale de la Nouvelle-Angleterre en octobre 1957, se tordant les yeux pour voir Spoutnik voler au-dessus de lui. Regarder ce petit point de lumière en silence dans le ciel fit battre le cœur de Battin. Un morceau de métal créé par l'homme était en orbite autour de la Terre!
En rentrant chez lui, l'esprit de Battin courut. Oh, combien il souhaitait ne jamais avoir quitté le MIT Instrumentation Laboratory il y a un an et demi. Il le regrettait depuis le jour où il a décidé de passer à ce qu'il pensait être des pâturages plus verts. Mais maintenant, son regret est devenu une détermination inébranlable à retourner en quelque sorte au Lab, car il savait - il était absolument certain sans aucun doute - que Doc Draper allait mettre la main dans cette nouvelle aventure d'exploration spatiale. Et Battin voulait aussi.
Doc - le Dr Charles Stark Draper - avait créé un laboratoire d'enseignement au début des années 1930 pour ses cours d'aéronautique au Massachusetts Institute of Technology. Au début, le laboratoire a permis aux étudiants d'acquérir une expérience pratique avec des choses comme le câblage du carburant et des jauges d'altitude pour les avions, mais avec le temps, il est devenu un laboratoire complet, développant l'instrumentation nécessaire à la navigation aérienne. Pendant la Seconde Guerre mondiale, Draper’s Lab s’est agrandi et ils ont quitté le campus pour s’installer dans l’ancienne usine de cirage de chaussures Whittemore, près des voies ferrées de la Massachusetts Avenue de Cambridge.
Le laboratoire est devenu connu sous le nom de Laboratoire de développement d’instruments confidentiels, produisant des avancées technologiques telles que les premiers systèmes de guidage et l’équipement gyroscopique qui ont conduit au viseur Mark 14 utilisé par les armes antiaériennes de la Marine. Environ 85 000 des viseurs ont été produits dans une société appelée Sperry Gyroscopes, renforçant la réputation de Draper au sein de l'armée et son prestige au MIT, car la redevance pour les viseurs est devenue la principale source de financement de l'université.
Mais la fierté, la joie et le principal objectif de Draper sont venus en inventant une application pratique pour les instruments inertiels spécialisés - les gyroscopes et les accéléromètres - pour faire de la navigation embarquée autonome. En se basant sur les systèmes de guidage de missiles, Draper a créé un nouveau système qui pourrait calculer en continu, en comptant à mort, la position, l'orientation et la vitesse d'un avion. Cela éliminerait le besoin de méthodes de navigation plus ardues, telles que la radionavigation ou les pilotes conduisant des observations d'étoiles célestes pour tracer un «repère» sur une carte. Avec quelques failles et avancées, Draper a estimé que son système pourrait éventuellement piloter un avion de manière autonome.
Dans un test audacieux des technologies de guidage, de navigation et de contrôle (GN&C) de Draper en 1953, lui et sept autres ingénieurs du MIT Instrumentation Laboratory (son nouveau nom d'après-guerre) ont volé côte à côte avec leur équipement de référence inertielle spatiale (SPIRE) système installé à l'arrière d'un bombardier B-29. SPIRE a automatiquement dirigé le vol de l'avion, la première implémentation fonctionnelle de ce qu'on appelle la navigation inertielle - un système autonome qui suit la position et trace un cap. Ils ont décollé de la base aérienne Hanscom dans le Massachusetts et se sont envolés pour Los Angles, avec un pilote humain à bord uniquement pour le décollage et l'atterrissage - et au cas où le système tomberait en panne. Également à bord, le journaliste Eric Sevareid et son équipe de tournage ont documenté le voyage, discutant avec Draper en cours de route des utilisations futures possibles de ce système de navigation autonome, y compris - peut-être un jour - pour les engins spatiaux. Spectaculaire, le B-29 est arrivé précisément à la bonne destination, même en faisant des corrections de dernière minute pour les vents latéraux. Sevareid a conclu son rapport en disant: "On pourrait peut-être dire que c'est un petit pas vers l'âge du voyage dans l'espace."
La raison pour laquelle Draper s’est rendu à Los Angeles était de présenter un document sur le système SPIRE lors d’une conférence. Pendant l'histalk, quelqu'un s'est levé et a dit: «C'est ridicule! Cela ne pourrait jamais fonctionner. »Draper répondit calmement. «Eh bien, je viens de traverser le pays en avion.»
Avec des versions nouvelles et améliorées de SPIRE, les systèmes de guidage inertiels ont commencé à être utilisés sur les navires et les avions, révolutionnant les voyages en avion en fournissant une précision précise pour les vols mondiaux.Les systèmes étaient particulièrement cruciaux pour les missiles balistiques lancés par sous-marins de l'époque de la guerre froide et les missiles guidés par fusée, tous deux qui nécessaire de guider esthétiquement vers leurs cibles sans communications radio parce que ces transmissions pourraient exposer leur présence. Les systèmes GN&C à inertie du laboratoire étaient au cœur du programme de missiles sous-marins UGM-27Polaris et des missiles lancés par les fusées Atlas et Titan.
Draper lui-même était pilote, aventurier et intellectuel - il est entré au collège à l'âge de 15 ans, et la légende veut qu'il s'est inscrit à plus de cours au MIT que quiconque, jamais. Et c'était un être humain absolument délicieux. Tous ceux qui le connaissaient l'appelaient «Doc», et il est devenu une figure paternelle pour beaucoup. Draper pouvait rappeler instantanément les noms et les visages des centaines de personnes qui ont travaillé au laboratoire au fil des ans, ou des milliers d'étudiants qu'il a enseignés, même des décennies après leur diplôme.
En dirigeant le laboratoire, Draper a fait en sorte que tout le monde se sente important, qu'il s'agisse de l'ingénieur principal, du secrétaire ou du concierge. Bob Seamans de la NASA était l'élève et protégé de Draper, travaillant au laboratoire pendant quinze ans. Il se souvient que Draper avait dit: "En travaillant ici, vous n’avez peut-être pas d’argent pour les bébés ou les chevaux, mais nous allons nous amuser!" Draper a construit un bouton poussoir sous son bureau qui a activé un relais vers la grande horloge du bureau principal, faisant avancer les aiguilles d'une heure. Cela signifiait qu'il était maintenant temps pour les cocktails, et Marie Allen, la fidèle secrétaire de Draper éclaterait les esprits rangés. Doc possédait une autre capacité légendaire, boire tout le monde sous la table.
Un «mécanicien de pouce graisseux» qui se décrit lui-même, Draper a été appelé ingénieur hétérogène, car il comprenait tous les aspects du travail effectué par le laboratoire. Il pouvait être trouvé dans l'atelier, mais possédait le sens des affaires avec les politiciens ou les chefs des forces armées. Draper comprenait intuitivement les mathématiques et la physique complexes, mais détenait également un diplôme en psychologie. Il était un entrepreneur rusé, mais son plus grand amour et intérêt était l'éducation. Heran, le département d'aéronautique du MIT, en même temps qu'exploitait le laboratoire, et était également responsable d'un programme d'éducation pour former les officiers militaires à la technologie de guidage qu'ils mettraient en œuvre sur le terrain. Les processus éducatifs qu'il a créés au MIT et au laboratoire d'instrumentation ont donné un véritable sens à la devise du MIT, «Mens et Manus», Mind and Hand. Il a transmis ses brillantes méthodes de leadership à une longue liste de futurs dirigeants.
Découvrez d'autres images du laboratoire d'instrumentation du MIT, désormais connu sous le nom de Draper, sur leur site Web spécial «Hack The Moon» pour le 50e anniversaire d'Apollo.
Et Draper s'est entouré d'autres personnes brillantes, plusieurs anciens étudiants restant pour travailler au laboratoire. Dans les années 1950, David Hoag est devenu le directeur technique du développement des systèmes de visée et de guidage, tandis que Milton Trageser était chef de projet. J. Halcombe Laning a travaillé sur le côté informatique, créant le premier compilateur algébrique en 1953 (il l'a nommé George), ce qui a conduit à des améliorations dans le célèbre Whirlwindcomputer du MIT, l'un des premiers ordinateurs à tube à vide à grande échelle, développé pendant la Seconde Guerre mondiale. Battin a rejoint l’équipe en ’51 et a toujours senti que Laning était son mentor, ainsi qu’un bon ami.
Les premiers jours de Battin au laboratoire étaient consacrés à l'élaboration de systèmes de guidage classifiés, mais, bien sûr, il n'existait aucun manuel sur le sujet. Presque tout ce qu'ils ont découvert au Lab est devenu un futur manuel, tel que leur système de Q-guidage, nommé d'après une matrice fondamentale qu'ils ont dérivée, qui a toujours formé la base des types de systèmes de calcul nécessaires pour fonctionner.
Mais Battin a commis ce qu'il a toujours considéré comme la pire erreur de sa vie, pensant qu'il avait besoin d'explorer d'autres perspectives dans ses options de travail. Il a quitté le laboratoire pour rejoindre une société de conseil, mais a fini par détester complètement la chose entière depuis le début: le travail n'était pas intéressant (il faisait le contrôle des stocks) et nécessitait des déplacements fréquents (il n'aimait pas être loin de sa famille).
En restant en contact avec HalLaning, Battin a appris - après Sputnik - quelques détails sur un vaisseau spatial potentiel avec lequel le laboratoire barbotait, où Laning effectuait des simulations informatiques rudimentaires de vols aller-retour sur la planète Mars. Cette friandise d'informations alléchantes était la dernière goutte. Battin a pris la meilleure décision de sa vie: retourner au MIT Instrumentation Lab.
En 1957, il rejoint officiellement les travaux de Laning sur un contrat de l'Air Force pour les systèmes de guidage de missiles balistiques, mais une petite clause du contrat indique que le laboratoire pourrait consacrer un peu de temps à d'autres recherches et développements indépendants relatifs au guidage. Cette recherche est devenue un petit vaisseau spatial connu sous le nom de sonde Mars. L'idée originale de Laning était que, comme presque tout le monde pensait à l'espace à cette époque, il n'allait pas faire un détour et attendre qu'on lui demande de développer un système de guidage spatial, il a simplement décidé - avec la bénédiction de Doc Draper - de le faire.
Milt Trageser a dirigé la conception du vaisseau spatial, et avec Laning, Battin, Eldon Hall, Ralph Ragan et quelques autres, cette nouvelle équipe «spatiale» a construit un petit modèle en bois du vaisseau spatial, a fait des études sur ce qu'il faudrait pour le guidage et la navigation, et a effectué calculs préliminaires des trajectoires vers Mars. La trajectoire la plus efficace vers la planète rouge, ont-ils compris, pourrait se faire avec une date de lancement en décembre 1962 et la sonde tournerait autour de Mars le 15 février 1963. Une caméra embarquée prendrait une photo à l'approche la plus proche de Mars - ils ne l'ont pas fait Je ne veux pas rendre cette chose trop compliquée et gâcher leur seule chance - et elle reviendrait sur Terre avec un voyage de trois ans, éclaboussant dans le golfe du Mexique pour récupérer la cartouche de film. Le plus grand défi était de trouver des techniques de guidage pour un voyage de cette longueur qui pourrait être calculé uniquement à bord du vaisseau spatial. Un véhicule parcourant de telles distances ne pouvait certainement pas être contrôlé depuis le sol, du moins pas avec la technologie radio disponible à l'époque.
Ils ont discuté de leurs idées avec les astronomes du Smithsonian Astrophysics Observatory de Cambridge, qui ont rapidement déclaré à Batin et Laning qu'ils étaient fous. Les astronomes ont demandé: «Comment allez-vous vous rendre sur Mars? Vous ne savez même pas où est Mars. "
Et ils avaient raison. À cette époque, avec seulement des observations au sol, l'incertitude de la position absolue de Mars à un moment donné était, plus ou moins, de 20 000 milles. Mais ce que les astronomes ne comprenaient pas, c'était Laning et Battin ne prévoyaient pas de s'appuyer sur des mesures au sol. Au lieu de cela, les mesures seraient effectuées à bord de l'engin spatial, la navigation étant calculée en cours de route. Battin a comparé le concept à la conduite de Boston à New York: "Je n'ai pas besoin de connaître la latitude et la longitude de New York pour y arriver", a-t-il déclaré. «Je peux simplement y conduire, tant que Ican voit où je vais. Je n'ai pas besoin que quelqu'un à Boston me dise où je suis et à quelle vitesse je dois aller et où je dois pointer. Je cherche juste New York et je la dirige. »
L'équipe de Mars Probe a réalisé qu'un petit ordinateur de bord pour diriger les opérations de l'engin spatial serait l'élément le plus critique qu'ils pourraient concevoir, et pour tester leurs idées, ils se sont tournés vers la puissance de l'ordinateur Whirlwind du MIT. Cet ordinateur gigantesque était logé dans un énorme bâtiment, et avant d'allumer Whirlwind, l'équipe du Lab devait d'abord informer le groupe motopropulseur de Cambridge, en raison de la pression énorme que l'ordinateur imposait au système électrique de la ville.
L’équipe a soigneusement saisi ses calculs en utilisant une bande perforée semblable à une carte perforée, ne dépassant pas soigneusement les 1 024 mots de mémoire de 16 bits de Whirlwind. C'était à la pointe de la technologie à la fin des années 1950, mais toutes ces contraintes ont fait que l'idée de mettre un petit ordinateur à l'intérieur d'un petit vaisseau spatial semblait assez farfelue. De plus, il devrait fonctionner en continu et sans problème pendant tout le voyage de trois ans - pas de réparations en vol ou de liaisons montantes - et il devrait continuellement déterminer où il se trouvait et quand il devait compenser avec des modifications de direction effectuées par peu gyroscopes appelés roues de moment angulaire.
Ils ont compris comment tout faire fonctionner. L'opération autonome globale a été gérée à bord par un petit ordinateur numérique polyvalent, configuré par son concepteur, membre du laboratoire, Raymond Alonso. Il n’a pas eu besoin de beaucoup de puissance, sauf pour des périodes occasionnelles pour des calculs plus rapides. Une caractéristique unique de cet ordinateur était une mémoire précâblée, en lecture seule et non effaçable appelée noyau de corde, une configuration utilisant des fils enfilés et sortis de minuscules anneaux magnétiques. Un anneau, ou noyau, avec du fil enfilé à travers le centre en représentait un; un vide vide représentait un zéro. Le motif des fils formait les uns et les zéros d'un programme informatique câblé.
Leur conception était remarquable, leur documentation complète. En juillet 1959, ils ont compilé un ensemble de quatre volumes de descriptions, de détails et de schémas sur le petit vaisseau spatial, le petit ordinateur et le système GN&C. Ce que l'équipe ne savait pas à l'époque, cependant, c'était malgré leur travail révolutionnaire, leur bien-aimé Mars Probe ne volerait - malheureusement - jamais. Mais tout ce qu'ils ont conçu, testé et calculé pour ce petit ordinateur farfelu allait bientôt se transformer en ordinateur de guidage pour le vaisseau spatial Apollo.
Suivant: Partie 2: Comment l'équipe du MIT a développé l'ordinateur de guidage Apollo
