- Vor dem ersten Shuttle-Flug 1981 wurde das Interim Teleprinter System in nur sieben Monaten als provisorische Ausrüstung entwickelt, um der Crew Verfahren, Missionspläne und Wetterberichte zu übermitteln
- Der Drucker war ein umgebautes militärisches Kommunikationsterminal und druckte mithilfe einer rotierenden Trommel mit erhabenen Zeichen und 80 Hämmern schnell zeilenweise
- Ursprünglich sollte er nur für einige wenige Flüge genutzt werden, bis TAGS bereit war; wegen Papierstaus bei TAGS blieb er jedoch bei mehr als 50 Flügen weiterhin als Backup im Einsatz
- Allein der Transport des 59-Pfund-Geräts in den Orbit kostete nach Shuttle-Maßstäben mehr als 1,5 Mio. US-Dollar pro Flug; wegen Lärm, Überhitzung und Entflammbarkeitsauflagen waren Umbauten wie Schalldämmung und ein 1-W-Standby-Modus nötig
- Bei der Restaurierung wurden geschmolzene Gummiwalzen und Probleme mit der mechanischen Ausrichtung behoben; mit per Reverse Engineering rekonstruierten FSK-modulierten Daten gelang anschließend ein echter Ausdruck
Warum das Shuttle einen Drucker brauchte
- Bei den Apollo-Missionen wurden Informationen vom Boden per Funk vorgelesen, und die Crew schrieb sie mit
- NASA wollte im Space Shuttle ein Gerät unterbringen, das Text und Bilder senden konnte; ursprünglich geplant war das 78 Pfund schwere, hochauflösende Fax-ähnliche Uplink Text & Graphics System (TAGS)
- TAGS sendete Graustufenbilder als digitalen Datenstrom zum Shuttle und erzeugte über den Bord-CRT und eine Glasfaser-Faceplate zeilenweise Bilder auf lichtempfindlichem Silbersalzpapier
- Das Papier wurde entwickelt, indem es 25 Sekunden lang über 260 ºF heiße Walzen lief
- TAGS benötigte das Tracking and Data Relay Satellite System (TDRS), doch TDRS war erst vor dem sechsten Shuttle-Flug bereit
- Sieben Monate vor dem ersten Shuttle-Start beschloss NASA, ein provisorisches System zu bauen, das über bestehende Audiokanäle Änderungen des Flugplans und Betriebsdaten in Echtzeit übertragen konnte
Ein militärisches Terminal für das Shuttle verkleinert und umgebaut
- Die Basis war das militärische Kommunikationsterminal AN/UGC-74 Tactical Teletype, entwickelt von der Army und auch von Navy und Air Force genutzt
- Das ursprüngliche Terminal unterstützte ASCII und Baudot, mehrere Baudraten, Stromschleifen und Spannungssignale und verfügte auch über eine Tastatur für bidirektionale Kommunikation
- Es enthielt außerdem eine vom Mikroprozessor Motorola 6800 gesteuerte Textverarbeitungsfunktion
- Diese sollte es ermöglichen, Nachrichten offline zu verfassen, um in feindlichen Umgebungen die Funk-Sendezeit zu reduzieren
- Der Interim Teleprinter des Shuttle war nur für den Empfang ausgelegt und hatte keine Tastatur, daher gab es für diese Funktion keinen Nutzen
- Das militärische Terminal wog 100 Pfund, wurde durch den Shuttle-Umbau aber auf 59 Pfund reduziert
- Die Tastatur und viele Bedienelemente an der Front wurden entfernt
- Der Rahmen wurde durch eine leichtere Konstruktion ersetzt, und horizontale Schienen zur Montage in einem Shuttle-Staufach wurden hinzugefügt
- Das militärische Interface-Modul wurde entfernt und durch eine Shuttle-spezifische FSK-Interface-Karte ersetzt
Zeilenweiser Druck mit rotierender Trommel und 80 Hämmern
- Der Interim Teleprinter arbeitete mit erhabenen Zeichen auf einer rotierenden Trommel; Hämmer schlugen Farbband und Papier gegen die Zeichen der Trommel
- Die Trommel hatte 80 Zeichen Breite für eine Zeile, und an jeder Druckposition gab es einen Hammer, insgesamt also 80 Hämmer
- An jeder Position waren 64 druckbare Zeichen um den Umfang der Trommel angeordnet
- Es gab kein eigenes Leerzeichen; für ein Leerzeichen wurde einfach nichts gedruckt
- Zehn der Sonderzeichen der militärischen Trommel wurden durch für das Shuttle nützlichere Symbole ersetzt
;@[\]^!"#$wurde durch θ✓‾↑↓~αβΔϕ ersetzt
- Eine Zeile wurde während einer einzigen Umdrehung der Trommel gedruckt; der Hammer musste genau in dem Moment auslösen, in dem das gewünschte Zeichen an der jeweiligen Position vorbeilief
- Der eingebaute Testsatz lautet
"THE LAZY YELLOW DOG WAS CAUGHT BY THE SLOW RED FOX AS HE LAY SLEEPING IN THE SUN"- Er ähnelt dem traditionellen „quick brown fox“-Satz, lässt aber J, K, M, Q und V aus
- Er ist genau 80 Zeichen lang und eignet sich, wenn Leerzeichen durch Diamanten
◊ersetzt werden, gut zur Prüfung, ob alle 80 Spalten funktionieren
Eine Custom-Karte stellt aus dem Audiolink wieder serielle Daten her
- Der ursprüngliche militärische Teleprinter erhielt einen seriellen Bitstream als Eingang, im Shuttle wurden die Daten jedoch als Frequenzen des Audiolinks codiert
- Drei Shuttle-spezifische Custom-Karten demodulierten die Audiodaten, schalteten den Drucker bei eingehenden Nachrichten ein und versetzten ihn danach wieder in den Standby-Modus
- Das Reverse Engineering ergab, dass der serielle Bitstream per Frequency Shift Keying (FSK) codiert war
- 1 wurde durch 3600 Hz dargestellt, 0 durch 7200 Hz
- Die seriellen Daten wurden mit 600 Baud, even parity und einem Stopbit übertragen
- Der Demodulationspfad verstärkte und filterte den Audioeingang, wandelte die Sinuswelle per Schwellwert in eine Rechteckwelle um und unterschied dann 3600 Hz und 7200 Hz per digitaler Autokorrelation
- Die Steuerkarte verzögerte das Eingangssignal mit einem 64-Bit-Schieberegister um 139 µs und XORte es dann mit dem ursprünglichen Eingang
- Ein 7200-Hz-Signal wiederholt sich alle 139 µs, daher sind Eingang und verzögerter Eingang gleich, und das XOR-Ergebnis ist 0
- Eine 3600-Hz-Rechteckwelle wechselt alle 139 µs ihren Zustand, daher ist das XOR-Ergebnis 1
- Der digitale Demodulator ist weniger empfindlich gegenüber Signalpegeln und vermeidet die Abhängigkeit von Oberwellen und präzise abgeglichenen Filtern, die bei analogen Demodulatoren problematisch sein können
- Nach der Demodulation wurde das Signal durch einen 400-Hz-Tiefpass und eine Schwellwertstufe wieder in ein Binärsignal gewandelt und nur bei erkanntem Carrier an die Logikkarte des Druckers weitergeleitet
Wie Logikkarten aus den 1970ern den Druck steuern
- Vier Logikkarten des militärischen Teleprinters wurden auch im Shuttle unverändert verwendet
- CPU-Karte
- Speicherkarte
- Kommunikationskarte
- Drucksteuerkarte
- Die Schaltungen waren groß, weil die Mikroprozessortechnik der 1970er für Funktionen wie Adressdekodierung, Pufferung und Latching viele Logikchips der 7400-Serie erforderte
- Die CPU-Karte besitzt eine Motorola-6800-CPU, 4 KB Speicher und Programm-ROM
- Sie wandelt eine Zeile ASCII-Zeichen in Drucktrommel-Codes um und legt sie im Speicher ab
- Außerdem übernimmt sie Einstellungen und Selbsttests
- Die Drucksteuerkarte synchronisiert Trommelposition und Speicherpuffer, um die Hämmer auszulösen
- Für jede Trommelzeile wird per DMA ein 80-Zeichen-Speicherpuffer gescannt
- Wenn ein Speicherwert mit der aktuellen Trommelzeilennummer übereinstimmt, wird der entsprechende Hammer ausgelöst
- 20 hammer cards besitzen jeweils 4 Hämmer; elektrisch werden sie als Matrix aus 20 Board-Select-Leitungen und 4 Hammer-Select-Leitungen gesteuert
- Die Kommunikationskarte wandelt mit einem 8251A USART den seriellen Datenstrom in vom CPU verwendete Bytes um
- Das militärische Terminal unterstützte Senden und Empfangen, der Shuttle-Teleprinter nutzte aber nur den Empfang
- Die Speicherkarte stellt 8 KB RAM und 8 KB ROM für die Textverarbeitungsfunktion bereit
- Laut Handbuch funktioniert der Drucker auch ohne diese Karte, abgesehen von der Textverarbeitungsfunktion
- Warum diese Karte im Shuttle nicht entfernt wurde, obwohl die Textverarbeitung dort nicht benötigt wurde, bleibt offen
Stromversorgung und Spuren militärischer Sicherheitsfunktionen
- Die Stromversorgungsplatine war als Schaltnetzteil aufgebaut, das mehrere Bereiche separat versorgte
- +5 V, +12 V, -5 V für den Mikroprozessor
- +5 V, -8,6 V, +8,6 V für Tastatur, dustcover und interface module, die im Shuttle entfernt wurden
- Stromversorgung für Statusleuchten
- Die Versorgung des Trommelmotors wurde geregelt, um die Drehzahl der Trommel zu steuern
- Der Trommelsensor lieferte für jede Zeile einen Feedback-Puls
- War die Trommel zu langsam, wurde die Spannung erhöht; war sie zu schnell, wurde sie gesenkt
- Die Stromversorgung der Hämmer war ungewöhnlich darauf ausgelegt, einen Konstantstrom von 600 mA aufrechtzuerhalten
- Wenn der Drucker aktiv wurde, erzeugte sie +18 V
- Verbrauchten die Hämmer weniger Strom, wurde der überschüssige Strom über einen Widerstand abgeleitet
- Dieses Design war eine militärische Funktion, um Druckinformationen während des Nachrichtenverkehrs zu verbergen
- Es sollte Angriffe verhindern, bei denen über die Beobachtung von Leistungstransienten erkannt wird, welcher Hammer gerade auslöst
- Im Space Shuttle war diese Funktion nutzlos und verschwendete nur Energie
- Der militärische Teleprinter unterstützte 22–30 VDC, 115 VAC, 230 VAC und 12-VDC-Batteriebackup, der Shuttle-Teleprinter wurde jedoch mit 28 VDC betrieben
Einbau im Shuttle und betriebliche Einschränkungen
- Der Interim Teleprinter war zu groß für das flight deck und wurde daher eine Ebene tiefer im middeck in einem Staufach montiert
- Er befand sich im Staufach MA9F hinten rechts; für Strom- und Audioverbindungen wurde in die Staufachtür ein Anschlussfeld eingebaut
- Da er als impact printer arbeitete, war er laut, und selbst im Staufach betrug der Außenschallpegel 69,5 dB
- Die Lösung bestand darin, das Staufach mit Schalldämmmaterial auszukleiden
- Nach Tests verschiedener Isoliermaterialien wurde ein Material ausgewählt, das die Toxizitätsanforderungen erfüllte
- Für die Schalldämmung war außerdem ein waiver für Entflammbarkeit erforderlich
- Das isolierte Staufach ohne Kühlung führte zu Überhitzungsproblemen
- Der militärische Teleprinter verbrauchte selbst im Idle-Zustand 34 W und konnte schon nach 6 Orbits gefährlich heiß werden
- Das Shuttle-Design ergänzte einen Standby-Modus mit nur 1 W Verbrauch
- Wenn ein Bodensignal erkannt wurde, schaltete sich das Gerät ein und kehrte nach der Nutzung in den Standby-Modus zurück
- Zusätzlich wurde eine Schaltung eingebaut, die einen Ton zum Boden sendete, damit Mission Control erkennen konnte, dass der Drucker aus dem Standby geweckt worden war
- Während des Starts wurde die vom Teleprinter genutzte Audioverbindung für die Crew-Kommunikation benötigt; daher wurde der Teleprinter nach dem Start verbunden und die Audiokonfiguration auf panel L9 neu konfiguriert
Der Ersatzprozess mit TAGS und TIPS
- Der Interim Teleprinter war als Übergangslösung bis zur Inbetriebnahme von TAGS gedacht, doch Zuverlässigkeitsprobleme bei TAGS änderten den Plan
- Der erste TDRS-Satellit wurde beim sechsten Shuttle-Flug STS-6 gestartet, und TAGS wurde ab STS-7 verfügbar
- Bei TAGS trat schon auf STS-7 ein Papierstau auf, und das gleiche Problem setzte sich später fort
- Bei STS-35 blockierte der Drucker, und anschließend brach auch noch das Werkzeug zum Lösen des Staus
- Wegen der Unzuverlässigkeit von TAGS blieb der Interim Teleprinter als Backup erhalten
- Etwa zehn Jahre später wurde das Thermal Impulse Printer System (TIPS) eingeführt; es scheint beim Flug STS-56 im Jahr 1993 genutzt worden zu sein
- Nachdem die Zuverlässigkeit von TIPS bestätigt war, ersetzte es sowohl Teleprinter als auch TAGS
- TIPS basierte auf dem kommerziellen Drucker Raytheon TDU-850
- Der Preis des kommerziellen Produkts lag damals bei 4.950 US-Dollar
- Im Inneren befand sich eine Custom-Kommunikationsinterface-Karte, um die S-Band- und Ku-Band-Kommunikationssysteme des Shuttle anzubinden
- Dank dieses Interfaces konnte die Crew TIPS auch als Drucker für den Bord-PC nutzen
Ergebnisse der Restaurierung und des Reverse Engineering
- Bei dem untersuchten Gerät handelt es sich wahrscheinlich nicht um ein Fluggerät, sondern um ein am Boden verbliebenes Entwicklungssystem
- Auf den Karten sind bodge wire und zusätzliche Bauteile zu sehen
- Die drei Shuttle-spezifischen Karten besitzen kein conformal coating, wie es bei Raumfahrtplatinen üblich ist
- Auf dem Gerät befindet sich die Markierung „Not for flight“
- Das größte Problem bei der Restaurierung waren Gummiwalzen, die sich verflüssigt hatten und den Mechanismus verklebten
- Der Drucker wurde zerlegt, die Mechanik gereinigt und neu ausgerichtet; auch die Hammerabstände wurden so justiert, dass die Druckqualität lesbar wurde
- Durch Reverse Engineering der drei Shuttle-spezifischen Karten wurde bestätigt, dass das vom Drucker akzeptierte Datenformat als Audio codierte serielle Daten sind
- Durch das Senden FSK-modulierter Daten gelang dem Drucker ein echter Ausdruck
Ein provisorisches Gerät, das lange überlebte
- Der Interim Teleprinter war schwer, überhitzungsgefährdet und basierte zwar auf einem bestehenden Produkt, musste aber an Front, Trommel, Interface und Rahmen umfassend verändert werden
- Auch die im Shuttle nicht genutzte Textverarbeitungsfunktion und die Konstantstrom-Sicherheitsfunktion wurden übernommen
- Die Entwicklungszeit betrug nur sieben Monate, und Einschränkungen wie Toxizität und Entflammbarkeit begrenzten die möglichen Ansätze stark
- Letztlich wurde der Interim Teleprinter bei mehr als 50 Flügen eingesetzt und blieb als zuverlässigeres Backup gegenüber TAGS erhalten
- Anders als der Name vermuten lässt, blieb der Interim Teleprinter nicht bei einer kurzfristigen Übergangslösung, sondern wurde zu einer Lösung, die deutlich länger funktionierte als beabsichtigt
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Die Trommel des Shuttle-Fernschreibers ersetzte 10 ASCII-Sonderzeichen durch für das Shuttle nützlichere Symbole, zum Beispiel griechische Buchstaben für Winkel.
Konkret wurden die Zeichen
;@[\]^!"#$durchθ~αβΔersetzt.Zum Seufzen ist, dass dieser uralte Drucker sie drucken konnte, während der Chrome-Browser auf modernem Android sie nicht korrekt anzeigen kann.
normal normal 14px Arial, Tahoma, Helvetica, FreeSans, sans-serif;, und News YC verwendetVerdana, Geneva, sans-serif;.Laut https://unicode.scarfboy.com/ sind die betreffenden Zeichen wie folgt, und dass das Layout kaputtgeht, ist zu erwarten:
U+03B8 θ GREEK SMALL LETTER THETA,U+2713 CHECK MARK,U+203E ‾ OVERLINE,U+2191 ↑ UPWARDS ARROW,U+2193 ↓ DOWNWARDS ARROW,U+007E ~ TILDE,U+03B1 α GREEK SMALL LETTER ALPHA,U+03B2 β GREEK SMALL LETTER BETA,U+0394 Δ GREEK CAPITAL LETTER DELTA,U+03D5 ϕ GREEK PHI SYMBOLNicht angezeigt werden U+2713 CHECK MARK,
U+203E ‾ OVERLINE,U+2191 ↑ UPWARDS ARROW,U+2193 ↓ DOWNWARDS ARROW,U+03D5 ϕ GREEK PHI SYMBOL, und ich weiß nur so viel, dass die meisten davon in Arial enthalten sind, in Verdana aber nicht.Zeichenkodierung ist wirklich interessant.
Falls Ken das sieht: Auf meinem Gerät waren konkret die als numerische Entitäten kodierten Zeichen das Problem. Als ich sie in den Chrome-Entwicklertools unter Windows und Ubuntu in echte Zeichen umwandelte, wurden sie korrekt gerendert.
Als ich das Tag entfernt habe, wurden die Zeichen auch unter Android gerendert, und zumindest in meiner Umgebung war das die Lösung.
Ich bin mir nicht sicher, ob man Chrome oder Android dafür verantwortlich machen kann.
Ich bin der Autor. Wenn es Fragen gibt, beantworte ich sie.
Ich frage mich, wie viel Blankopapier man für den Drucker mitgeführt hat und wie diese Menge festgelegt wurde. Nach der Schriftgröße auf dem Foto zu urteilen, hätte es, wenn „Tausende Zeilen“ stimmt, wohl mindestens noch ein paar Pfund Papier gebraucht.
Ich nehme an, man hat auch den gyroskopischen Effekt der rotierenden Trommel auf das Shuttle berücksichtigt. Einer der Gründe, warum Shuttle-Computer Bandlaufwerke statt Festplatten verwendeten, war ebenfalls, dass sie in Schwerelosigkeit die Lage beeinflussen konnten. Vielleicht war die Masse einfach klein genug, dass es kein Problem war, oder es war in Ordnung, weil es nicht wie eine Festplatte 100 % der Zeit durchgehend rotierte.
Überraschend ist auch, dass man das Teletype Model 40 nicht in Betracht gezogen hat. Es war leichter, hatte keine rotierende Trommel, es gab eine reine Empfangskonfiguration, sodass man die Tastatur nicht hätte absägen müssen, es war ASCII-basiert und bereits für den Einsatz in Militärflugzeugen flugzertifiziert. Allerdings könnte das zeitlich nicht gepasst haben. Ich habe es erstmals 1984 gesehen, und damals galt es als „neu“, also gab es es 1981 vielleicht noch nicht.
Das Model 40 verwendete ein rotierendes Band mit einzelnen Zeichenpaletten, und 80 Hämmer, einer pro Spalte, schlugen im richtigen Moment zu, um die Zeichen zu drucken. Im Video kann man auch sehen, wie sich die Riemenscheibe des Bands dreht. Nach einer gewissen Zeit ohne Nutzung schaltet es sich auch ab. Man konnte sogar Spielereien mit dem Austausch von Paletten machen; da die einzelnen Paletten nicht verfolgt wurden und nur die Startposition des Bands mit einer Markierung versehen war, führte eine spätere Änderung der Reihenfolge dazu, dass zum Beispiel statt eines M ein N gedruckt wurde.
https://www.youtube.com/watch?v=whKVGefscro
https://en.wikipedia.org/wiki/Geneva_drive
Dem Artikel nach verstehe ich es so, dass es insgesamt drei gab: ein 4-KB-ROM auf der CPU-Karte und zwei 8-KB-ROMs auf der Textverarbeitungskarte.
Das war ein Trommeldrucker, und ein anderer damals ebenfalls verbreiteter Hochgeschwindigkeitsdrucker war der Kettendrucker
Im Grunde war es eine ähnliche Konstruktion mit einer Reihe von Hämmern für jede Spalte; wenn die Zeichenkette schnell an den Hämmern vorbeilief, schlugen diese zu und druckten, und das war wirklich schnell
Der Grund, warum man im Shuttle keinen Kettendrucker wählte, lag wahrscheinlich an den Ausfallmodi. Wenn die Kette riss, konnte sie aus einer Seite des Druckers herausschießen und eine Wand durchschlagen, daher wurden die Bediener davor gewarnt, daneben zu stehen
Er stand im Nebenraum hinter dem Ausgabefach, aber selbst aus 20 Fuß Entfernung war das Druckgeräusch beängstigend genug
Ein beliebter Streich im Labor war es, ein Programm laufen zu lassen, das ohne Zeilenumbruch immer weiter eine Zeile aus
-oder=druckte; dann wurde immer wieder übereinander gedruckt, bis das Papier schließlich zerschnitten wurde oder der Drucker oft hängen bliebBesonders in der Sonntagnacht, wenn sich vor den Montagskursen die Ausdrucke der abzugebenden Programme stapelten, war das ein besonders „unterhaltsamer“ Streich
1981 scheint es bereits kommerzielle/verbrauchertaugliche Nadeldrucker gegeben zu haben. Solche Geräte wären vermutlich deutlich leichter gewesen und hätten weniger Strom verbraucht als ein Trommel-Zeilendrucker
Als das Shuttle entwickelt wurde, gab es Drucker selbst kaum. Inkjet- und Laser-Desktop-Drucker kamen erst 1 bis 3 Jahre vor dem Erstflug des Shuttle 1981 auf den Markt und waren noch nicht besonders zuverlässig. Desktop-Drucker sind auch heute nicht so zuverlässig wie Fernschreiber oder Nadeldrucker. Dass Fluggesellschaften am Gate Passagierlisten mit Nadeldruckern ausgeben, hat seinen Grund
Damals dominierten Tintenplotter, Fernschreiber und Faxgeräte. Plotter waren für Text jedoch quälend langsam. Funkfax wäre vielleicht möglich gewesen, wenn es robust genug gewesen wäre, hätte aber wahrscheinlich ungefähr so viel gewogen wie ein Fernschreiber und wäre deutlich langsamer gewesen. Der eigentliche Vorteil wäre nur der Ausdruck von Diagrammen und Fotos gewesen
In den 1970er Jahren, als das Shuttle entworfen wurde, gab es noch keine günstigen, leichten und robusten Nadeldrucker. Die Idee, kommerzielle Standardbauteile (COTS) zu verwenden, hatte sich ebenfalls noch nicht etabliert; das kam erst viele Jahre, nachdem die STS bereits gebaut und im Einsatz war
Ich vermisse Nadeldrucker wirklich
https://youtube.com/watch?v=A_vXA058EDY
Ich frage mich, warum man keinen Matrixdrucker verwendet hat
Oder zumindest einen Thermodrucker; Faxgeräte waren damals verbreitet
Jetzt möchte ich ein Druckbeispiel sehen
Außerdem wäre ein damit gedruckter Snoopy-Kalender ziemlich cool gewesen
Die Antwort auf „Wenn das Textverarbeitungssystem für das Shuttle irrelevant war, warum wurde diese Karte dann nicht entfernt, um Gewicht zu sparen?“ scheint der Teil zu sein, in dem gesagt wird: „Der Shuttle-Fernschreiber, auf den wir Zugriff hatten, war wahrscheinlich ein Entwicklungssystem, das am Boden geblieben war“
Mechanische Teile könnten immer noch funktionieren, und ein Tinten-Abo braucht man auch nicht
Er erklärte: „Der Drucker hatte viele mechanische Probleme, vor allem weil sich die Gummiwalzen in eine flüssige Masse verwandelt hatten und den Mechanismus klebrig blockierten“