18 марта 1965 года советский космонавт Алексей Леонов совершил первый в мире выход в открытый космос, перевернув новую страницу в истории космонавтики. Спустя менее трех месяцев, 03 июня 1965 года это повторил американский космонавт Эдвард Уайт. Дальше — больше. Однако, хоть работы в открытом космосе и превратились из подвига в обыденность, менее опасными и менее простыми они не стали.

Космонавту угрожает опасность столкновения с микрометеоритами или космическим мусором. Любое серьезное повреждение скафандра грозит разгерметизацией и практически неизбежной смертью. Космонавт может оторваться от корабля и затеряться в космическом пространстве. Спасти его в этом случае также почти невозможно. Длительные и сложные манипуляции в многослойных скафандрах требуют от космонавтов высочайшей квалификации и физической подготовки.

Поэтому неудивительно, что в НАСА довольно быстро задумались о том, чтобы облегчить жизнь работникам орбиты. На волне моды на роботизацию всего и вся возник проект по оснащению каждого космического корабля и станции одним или несколькими вспомогательными аппаратами, которые бы помогали космонавтом во время работ в открытом космосе, а в идеале и вовсе бы их заменяли. Эдакие дроны-помощники, в лучших традициях современной фантастики.

В 1971 году был дан старт проекту Free Flyer по разработке телеуправляемых миниракет, оснащенных манипуляторами, которые смогли бы избавить космонавтов от многих трудных или опасных задач, выполняемых на орбите.
Предполагалось, что такой дрон будет иметь форму коробки 1.2х0.9х0.8 м и снаряженной массой около 180 кг. Каждый дрон оснащался как минимум двумя сложными манипуляторами с 7 сочленениями. При необходимости манипуляторы могли заменяться другим оборудованием. Также имелось как минимум три камеры. Главная, на выдвижной стреле спереди и две вспомогательных на манипуляторах. За перемещение дрона в пространстве отвечали 16 направленных разные стороны миниатюрных двигателя на гидразине.

А почему гидразин, а не пневмо например... ведь было бы гораздо экологичнее (для испытаний в лаборатории) да и в кино видали. Разгадка проста — 50 лет назад топлива на гидразинах были очень широко распространены, особенно у военных, и работать с ними, скажем так, не боялись и умели. Минус у гидразина существенен — его чрезвычайная токсичность, но на этом минусы на тот момент заканчивались. А среди плюсов есть возможность использовать его в качестве однокомпонентноого топлива, в том числе и для маломощных двигателей. В общем, удобно, практично, дёшево и всё для него уже есть.

Если желаете углубиться в вопрос, вот хорошая хабростатья.
Такой дрон предполагалось по умолчанию загружать в грузовой отсек каждого шаттла и применять по мере надобности.

Экспериментальный образец дрона.

Отдельно хочется сказать пару слов про манипуляторы. Дрон планировалось оснастить манипуляторами модели M-12, разработанными на основе протеза «Золотая рука» — механизированного ортеза для рук, разработанного в 1965 году мединститутом Rancho Los Amigos, Inc. Впоследствии велись работы по созданию полноценного протеза, полностью заменяющего руку и управляемого нейросигналами нервной системы. Увы, не давшие на то время ощутимого результата. Однако сам ортез был очень популярен в США на фоне всплеска заболеваемости полиомиелитом.

В середине ХХ века полиомиелит был настоящим бичом в ШтатахВакцину от него придумали в конце 1950-х, а до этого времени довольно обыденным явлением были подобные картины:

Лос-Анджелес, 1950-е. Пациенты с осложнениями полиомиелита часто становятся парализованными настолько, что не могут дышать самостоятельно. В те времена их аппараты ИВЛ выглядели так.

Менее тяжёлые последствия «всего лишь» вызывали паралич и атрофию мышц конечностей. И тогда на помощь людям приходили первые «экзоскелеты» — ортезы.
Ортез даже успел сыграть одну из главных ролей в фильме.

В 1972 году были начаты испытания экспериментального образца дрона, во многом не менее интересные, чем сам дрон. В испытательном центре Textron Bell Aerospace (Буффало, штат Нью-Йорк) была смонтирован испытательный бокс размером 145 кв. м. Дрон закреплялся на мобильной платформе на воздушной подушке, которая с минимальным сопротивлением ездила по пластиковому покрытию пола. Экспериментальный дрон был оснащен 12 реактивными минидвигателями, мощности которых хватало для перемещения платформы вперед и в стороны. Сделано это было для того, чтобы создать имитацию инерции, которая неизбежно будет возникать при маневрах дрона в космосе. За вертикальные маневры всё же отвечала гидравлика платформы. Управление дроном осуществлялось миниатюрными джойстиками с операторского пульта в другом помещении, ориентироваться оператор мог только по встроенным в дрон телекамерам и приборной доске. Напротив дрона монтировался имитатор стыковочного узла, отдельных элементов спутника или иные модели.

Испытательный стенд и пульт управления.

В ходе серии испытаний экспериментальному Free Flyer удалось состыковаться со спутником с помощью простого стержнеобразного зонда. С помощью дистанционного управления он удалил и заменил узел двигателя спутника, установил и удлинил штыревую антенну, сменил аккумулятор. Он также смог обнаружить треснувшие и разрушенные элементы солнечных панелей. С помощью зеркала и телекамеры на манипуляторе оказалось возможным даже провести инспекцию внутренних узлов оборудования. Нельзя сказать, что испытания прошли идеально — все действия оператору удавалось выполнить со второй-третьей попытки. Однако было доказано, что при должных тренировках и навыках оператора дрон может полноценно выполнять возложенные на него задачи.

Увы, практической реализации именно этот проект так и не дождался, хотя в вялотекущем состоянии продолжается до сих пор.

V-Bat от DARPA (США) — дрон с «рукой».

Европейский же манипулятор на модуле «Наука» — без движков — прикручен.

После окончания Холодной войны и распада СССР темпы освоения космоса сильно снизились и сейчас там для автономных роботов банально нет работы. Вся надежда на будущее.

Подпишись на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные посты!

Я вырос в простой советской семье, которая, как водилось в те времена, жила от одной скромной зарплаты до другой. Я взахлёб прочитывал «Технику Молодежи» и «Юный Техник» с приложением «ЮТ для умелых рук», которые мы выписывали на дом, а для того чтобы разжиться «Моделистом-Конструктором», приходилось раз в месяц наведываться в районную библиотеку. Больше всего меня привлекали заметки про электронно-вычислительные машины и компьютерную технику. Однако о том, чтобы заиметь свой собственный компьютер, не могло быть и речи: даже простенький «ZX Spectrum 48K» стоил для нас совершенно неподъемных денег. Я безуспешно попытался собрать по чертежам и схемам из журнала персоналку «ЮТ-88», но бросил эту затею после того, как родители притащили откуда-то программируемый калькулятор «Электроника МК-54». Ведь на нем можно было писать самые настоящие игры!

Недавно, прибираясь в чулане, я неожиданно нашел это замечательное устройство. Вставил батарейки, включил, работает! Когда-то калькулятор комплектовался дерматиновым чехлом и книжечкой карманного формата с подробными инструкциями по эксплуатации, но эти аксессуары, как и адаптер питания с хитрым двухштырьковым разъемом, оказались безвозвратно потеряны. Осталось только само устройство, сжимая в руках которое, я испытал сильный приступ ностальгии.

На Хабре уже подробно рассказывали о конструкции калькуляторов этой серии, которая с современной точки зрения выглядит довольно примитивной. Но тогда, в 1988 году, «МК-54» казался самым настоящим чудом техники. Советская промышленность начала выпуск этой машины в 1982-м, и вскоре калькулятор появился на полках магазинов по цене 65 рублей — довольно дорого по тем временам (для сравнения, более «продвинутая» трехпроцессорная версия калькулятора, «МК-61», стоила 85 рублей). Тем не менее, это был самый доступный программируемый калькулятор в СССР в середине 80-х, более дешевого варианта попросту не существовало.

«МК-54» был оборудован двумя процессорами на базе бескорпусной микросхемы серии К745: один, помимо основных функций ЦП, отвечал за контроллеры дисплея и клавиатуры, второй играл роль математического сопроцессора. Быстродействие калькулятора при выполнении программ составляло примерно 5 операций в секунду.

Память «МК-54» позволяла хранить 98 шагов программы (по 1 байту каждый), калькулятор располагал 4 операционными регистрами и 14 адресуемыми регистрами памяти. В отличие от своего «старшего брата» «МК-52», этот аппарат не обладал энергонезависимой памятью, поэтому при отключении питания записанная ранее программа сбрасывалась, и ее приходилось вводить заново.

Человек, привыкший к обычным карманным или настольным калькуляторам, и впервые взявший в руки «МК-54», обычно впадал в состояние ступора: как на нем считать? На клавиатуре отсутствует клавиша «=», зато имеется множество странных кнопок вроде «К», «СХ», «БП», «ПП», «В/О», «С/П» и других.

Действительно, простые арифметические действия на этой «Электронике» выполнялись следующим образом: нужно было ввести одно число, затем переместить его в следующий регистр стековой операционной памяти нажатием кнопки «В↑», потом указать второе число, и, наконец, ввести знак операции. Иными словами, классический арифметический пример «2+2=» на «МК-54» выполнялся такой хитроумной последовательностью клавиш: «[2], [В↑], [2], [+]».

Собственно, устройство создавалось в первую очередь не для простых арифметических, а для сложных инженерных расчетов, которые можно было выполнять автоматически — при помощи составленных и записанных в память программ. Но для этого следовало сначала выучить множество новых и незнакомых обычному советскому обывателю понятий: «счетчик команд», «адреса возврата из подпрограмм», «регистры памяти», «операционный стек». Именно так для многих граждан СССР и начался путь в «большое программирование».

Способов применения в народном хозяйстве для «МК-54» существовало великое множество: строительные, сельскохозяйственные и экономические расчеты, навигация, биология и химия, астрономия и инженерное дело. Пожалуй, нет ни одной научно-технической сферы, для которой не придумали бы подходящих программ, способных работать на этой машине. В различных журналах и сборниках время от времени попадались программы для определения биоритмов человека, для подсчета объема ингредиентов при приготовлении кулинарных блюд, для построения наиболее эффективной диеты, учёта узлов и петель в процессе вязки шарфиков и свитеров, и даже для огородников с вычислением оптимальных дат посадки укропа на личных шести сотках. Но лично мне в первую очередь были интересны игры, код и описания которых регулярно публиковались в рубрике «Клуб электронных игр» журнала «Техника молодежи».

Для программирования этого калькулятора (как и у его ближайших сородичей) использовался так называемый язык машинных команд ЯМК-34. Этот язык позволял выполнять математические операции, а также процедуры пересылки данных и управления, чего при реализации большинства прикладных задач оказывалось вполне достаточно. Программа могла выполняться на калькуляторе пошагово — для этого на клавиатуре имелись специальные клавиши с направленными вправо и влево стрелками и обозначением «ШГ», они позволяли отследить ход исполнения команд, оценить содержимое регистров и обнаружить допущенные ошибки.

Безусловно, двенадцатиразрядный вакуумно-люминесцентный индикатор не позволял отображать что-либо, кроме цифр, математических знаков и некоторых символов: Г, L, С, Е, вроде знаменитого сообщения об ошибке «ЕГГОГ», поэтому игры для «МК-54» были весьма своеобразными. Обычно они включали подробное текстовое описание сюжета игры с завязкой, развитием истории и персонажами, иногда к нему добавлялись изображения игрового поля — например, расчерченного на квадратные секции. Калькулятор же играл вспомогательную роль: просчитывал ходы за соперников, выдавал случайные числовые значения, или несколько цифр через десятичный разделитель. Пользователь вводил цифры, характеризующие его ход, и снова запускал программу на выполнение — после чего калькулятор выдавал следующее значение. Цикл повторялся до условной победы или поражения игрока. Помимо классики вроде «Морского боя», «Крестиков-ноликов» и «Шашек» существовали почти настоящие остросюжетные квесты, «экономические стратегии», военные баталии. Были и «динамические» игры вроде бегающей по индикатору «мишени» в виде буквы «О», в которую нужно было «попасть снарядом». Еще были «гонки», и совершенно изумительный «Лунолёт», в котором пользователь задавал условному космическому кораблю тормозящий и разгонный импульсы, следя при этом за остатками топлива и расстоянием до планеты, с целью погасить скорость до нуля и приземлиться на Луну, не разбив корабль.

В первое время я просто вводил команды в калькулятор со страниц «Техники Молодежи», стараясь не наделать ошибок, а самые интересные варианты терпеливо переписывал в тетрадочку. Случались и неприятные сюрпризы, если программа оказывалась длиннее доступной памяти: многие игры писались для калькулятора «МК-61», позволявшего хранить 105 шагов программы, в то время как мой «пятьдесят четвертый» поддерживал только 98. Такие «длинные» цепочки команд приходилось оптимизировать и сокращать, что само по себе представляло отличную головоломку и давало неплохую пищу для ума. Ну, а следующим шагом стало написание собственных игр, сопряженное с придумыванием увлекательного сюжета и сложных игровых алгоритмов. При этом «электронную» часть игры, хоть ты тресни, нужно было уложить в 98 команд, желательно, с запасом. Одну свою игру, помнится, я даже отправил в «Технику Молодёжи», но ее почему-то так и не опубликовали.

Тем не менее, упражнения с калькулятором не прошли даром. Поступив в институт и оказавшись на лекциях в рамках курса «Программирование микроконтроллеров», я с удивлением обнаружил, что преподаваемый там язык Ассемблера чем-то мне смутно знаком. Программы писались без особого труда, в то время как однокурсники постоянно путались в непонятных для них стеках и регистрах. Все-таки опыт работы с «МК-54» прививал определенную логику и соответствующий стиль мышления, позволяющий понять, как работает программа «в железе».

Сегодня существует несколько полноценных эмуляторов, позволяющих посмотреть на работу «МК-54», «МК-61» и их сородича «Б3-34» вживую, ввести программу и проследить за ее исполнением. Вот, например, отличный эмулятор «шестьдесят первого» — с ним можно поиграться прямо в браузере. Кроме того, в сети нетрудно обнаружить и подборки игр для калькуляторов этой серии — вот одна из них.

В том числе и из-за того, что в свое время платы с советскими микросхемами серии К145 (ими комплектовался «Б3-34») активно сдавали «на золото», таких калькуляторов в рабочем состоянии сегодня осталось немного. Мой экземпляр, с заводским номером 10658, выпущенный в апреле 85-го — один из хорошо сохранившихся. Осталось только отыскать старую замусоленную тетрадку, в которую я переписывал код игр для этой машины, и можно будет вспомнить давно ушедшую юность, проведя пару вечеров за «Лунолётом» и «Колхозным рынком». Нынешним подросткам подобные развлечения, к сожалению, недоступны.

P. S. Ждем упоминания в комментариях легендарной «Энциклопедии профессора Фортрана» через пять… Четыре… Три…

Подпишись на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные посты!

Привет, хабр!

Предлагаю вашему вниманию ретроспективу совершенно замечательной микропроцессорной лаборатории “Микролаб КР580ИК80 907”, выполненной в духе ядерного чемоданчика. Именно так выглядели одноплатные компьютеры конца эпохи холодной войны, эдакая Raspberry Pi конца 70-х годов. Всем, кто желает вместе со мной погрузиться в пучину воспоминаний или просто послушать, как старики мучились инженеры старшего поколения осваивали микропроцессорную технику, прошу под кат.

Как я был горд собой, когда слушал на уроках радио из самодельного карманного ФМ-приемника через высокоомный наушник от слухового аппарата. Наушник вставлялся глубоко в ухо, что не выдавало его внешним шумом и не сильно бросался в глаза из-за формы и цвета. А как радовали соседей по панельной хрущевке самодельные усилители низкой частоты, собранные по замысловатым транзисторным схемам. В дополнение к ним обязательно нужно было собрать светомузыку на лампочках, раскрашенных цветным лаком. По вечерам вместе с отцом вникал во все тяготы ремонта стареньких телевизоров и магнитофонов. И в этом прекрасном мире начинающего радиолюбителя совсем не было места для таких далеких и непостижимых электронных вычислительных машин.

Уже в техникуме с помощью калькуляторов нас пытали расчетами спектра сигналов, параметров фильтров и согласующих устройств, построением диаграмм направленности различных антенн. Все эти бублики на миллиметровке до сих пор мерещатся в кошмарных снах. И казалось, что места в моей жизни для вычислительной техники уже не останется. Но все кардинально изменилось благодаря короткому 72-х часовому курсу вычислительной техники, который практически факультативно преподавали нам на старших курсах.

После таких тягучих разборов команд для процессора КР580ВМ80А (аналог Intel 8080А) на микропрограммном уровне, лабораторные работы стали как гром среди ясного неба! Вот тот переломный момент, который надолго изменил мои профессиональные предпочтения. Я полностью утратил интерес к радио и телевидению, и переключился на микроконтроллеры.

Лабораторные работы проводились на основе микропроцессорной лаборатории “Микролаб КР580ИК80 907”. Эта учебная ЭВМ предназначалась для изучения основ работы микропроцессорных систем и общих принципов программирования в машинных кодах, а также освоения приемов отладки встраиваемого программного обеспечения. К сожалению, в русском сегменте интернета не так много упоминаний об этом устройстве, но одну ссылочку для вас мне удалось найти.

Кому интересно, микролаборатория обладала двумя блоками ОЗУ по одному килобайту для размещения кода программ и данных. Дополнительно на панельке могла размещаться микросхема ПЗУ. Именно такая микросхема заставляет чемодан петь на видео в начале статьи, шла она в комплекте с устройством. Сам же процессор КР580ВМ80А имел 16 разрядную шину адреса и 8 разрядную шину данных, и мог работать на частотах до 2,5МГц. Конечно же выполнение команд занимало далеко не по одному такту. Но все же производительность процессора была близка к современным 8-ми битным микроконтроллерам.

Невооруженным глазом было понятно, что наша “микролаб” являлась аналогом американской микролаборатории «Hewlett-Packard 5036A», базировавшейся на процессоре Intel 8085. Более подробно об этом девайсе можно почитать на сайте HP. Но конечно же это стало очевидным для меня значительно позже. Оригинальная лаборатория от HP на десять лет определила нашу, ну или, точнее сказать, наша отстала на десять лет. Hewlett-Packard 5036A вышла в 70-х годах прошлого века. А наша родная “Микролаб КР580ИК80 907” примерно в 1983 году. Хорошо это или плохо? Я лично считаю, что хорошо. Ибо в образовании нет понятия плагиат, все делается на благо обучаемым. И именно благодаря тому, что в моей жизни был этот “чемоданчик”, я совершенно спокойно оперирую со всеми этими флагами и битовыми масками в микроконтроллерах.

Примечательно только то, что устройство, по сути лабораторного стенда, было выполнено максимально наглядно. Своими глазами можно было наблюдать печатную плату и установленные на ней компоненты. А как элегантно с помощью маски и шелкографии на печатной плате была представлена структура ЭВМ. Разработчики явно подошли к задаче со знанием дела, и не только западные, но и наши, т. к. все-таки наша микролаб не была полной копией зарубежного прототипа.

Печатная плата компьютера выглядела ненамного страшнее тех, что я видел в телевизорах. А значит, в этом вполне можно было разобраться. Такая наглядность позволила четко осознать, что это вполне доступная технология.

Предохранители на 2А и огроменные сетевые трансформаторы предавали устройству дополнительной солидности, а кейс “дипломат”, в который оно облачено, наводили особый лоск. Несмотря на солидный вес и размеры, по тем меркам устройство вполне можно было считать мобильным.

Боковой разъем позволял подключать различные платы расширения, в том числе и самодельные.

Никакого компилятора в комплекте к компьютеру не поставлялось, кроме размещенной на внутренней части крышки бумажной таблицы с командами процессора. Поэтому голову приходилось подключать основательно. Программа составлялась на ассемблере карандашом в тетрадке. Затем полученную программу нужно было преобразовать в машинный код с учетом карты памяти учебной микро ЭВМ. К счастью, сейчас все это за нас делают различные линкеры и компиляторы.

Средством управления “компьютером” служит системный монитор: встроенная в ПЗУ программа, позволяющая считывать данные с клавиатуры, выводить их на дисплей, и обрабатывать вводимые команды. Замечу, что клавиатура была шестнадцатеричной. Это немного упрощало процесс работы, ведь сличать с записями в тетрадке двоичные коды было бы просто невыносимо.

Левая половина дисплея предназначалась для отображения адреса ячейки памяти. Правая – отображала содержимое этой ячейки, либо записываемые в нее данные. На светодиодах можно было видеть флаги состояния процессора. А замечательный двухпозиционный переключатель позволял переводить систему в режим автоматического или пошагового тактирования.

В автоматическом режиме можно было наблюдать за работой программы в реальном времени. В пошаговом режиме можно контролировать результат выполнения отдельных команд. На дисплее выводить содержимое регистров процессора и анализировать свою программу. Сейчас все это и даже больше позволяют выполнять различные внутрисхемные эмуляторы.

Никакой возможности записать свою программу в ПЗУ во время лабораторных работ нам не предоставлялось. И это было хорошим стимулом сдать работу прямо во время занятия, чтобы потом повторно не вбивать в память все это многообразие машинных кодов.

На самом деле, я рад, что успел зацепить ту эпоху и у меня имелась возможность посмотреть на работу процессора “изнутри”. И пусть даже процессор был аналогом западного, да и сама учебная ЭВМ тоже, но важно, что это было!

Если вам понравилась эта статья, вы можете посмотреть, во что вылилось моё увлечение ретро электроникой в одной из моих предыдущих записей.

P.S. Отдельно хотелось бы запечатлеть здесь слова благодарности моему камраду R5PM из Богородицка за предоставленные по моей просьбе фотографии и видеозапись с сохранившегося у него экземпляра. Подумать только, его экземпляр микролаборатории сохраняет работоспособность уже четвертый десяток лет.

P.P.S. На некоторых известных интернет-барахолках и сегодня можно встретить Микролаб КР580ИК80, правда в разных состояниях сохранности. И средняя стоимость может составлять до 20 тысяч рублей за рабочий экземпляр.

Подпишись на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные посты!