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アポロ誘導コンピューターの再構築

2026/10/22 23:21

アポロ誘導コンピューターの再構築

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要約▶

Japanese Translation:

改善された要約： アルバータ州カルガリー在住の商用航空機航法機器エンジニア、マイケル・ニュートンは、「アポロ再構築」というオープンソースプロジェクトの一部として、アポロ誘導コンピュータ（AGC）の 1：1 スケールの複製を製作しました。MIT が 1966 年に最初に導入した AGC は、極めて少ないメモリ容量でアポロミッションを担ってきましたが、ニュートンの構築物では、現代技術を用いてこの歴史的遺産を忠実に再現しています。その中核をなすのは、Raspberry Pi（yaAGC エミュレーターを動作させる）を内蔵した独自設計の 3D プリント製ディスプレイ・キーボードインターフェース（DSKY）であり、これはシステムの 1.024MHz のクロック周波数と非同期タイミングを正確にエミュレートします。ニュートンは、アーカイブされた MIT インスツルメンテーション・ラボの文書を CAD ファイルに変換し、内部マウントポイントは現代部品への対応を考慮して調整したものの、物理的には約 90% 本物に近いケースを作成しました。キーとしては、原点設計とは異なりますが、心地よいクリック感を楽しめる Kailh Box Navy メカニカルキーを選択しています。このプロジェクトは、ケースの印刷・塗装、ハードウェアの配線、エミュレーションソフトウェアの開発という 3 つの主要段階から構成されています。全てのソースコード、回路図、100 ページに及ぶ製作ガイド、および文書は GitHub で無料で公開されています。将来のバージョンでは、アルミニウム製ボディ、改良された警告表示機、あるいは実際の電発光ディスプレイなどの高級素材を採用する予定です。さらに、DSKY は「周辺機器」モードに切り替えて、Project Apollo（NASSP）と連携し、宇宙飛行シミュレーションを行うことができます。この構築物は、Raspberry Pi Official Magazine 第 171 号に掲載された特集に触発され、歴史的航法機器論理へのアクセスを民主化することを目的としています。

本文

Raspberry Pi で再現した「アポロ誘導コンピュータ」：1960 年代の宇宙航海を体験せしめる驚きのプロジェクト

最新号の「Raspberry Pi 公式誌」の特集は気象観測でしたが、この自作プロジェクトへの熱意を抑えきれず、宇宙をテーマにした記事として発表されました。著者は、カナダ・カルガリーに拠点をおく商業航空機航法電子機器エンジニア、マイケル・ニュートン氏です。

プロジェクト背景：1960 年代の技術と現代の知見の融合

アポロ誘導コンピュータ（AGC）とは

  • 導入時期: 1966 年、ニール・アームストロング氏の月面着陸から 3 カ月前にマサチューセッツ工科大学（MIT）チャールズ・スターク・ドラペー研究所で導入。
  • 性能: メモリ容量は 100 キロバイト未満、クロック周波数は 1.024MHz。（当時のアップル II と同等の性能）
  • 機能: アポロ 11 号などを含む各司令船・月着陸船に搭載され、以下のタスクを実行可能にしました。
    • 航行計算の実行
    • 自動操縦マニューバ
    • 推進燃焼の制御
    • 軌道合流および地球への突入
  • 歴史的意義: シリコン集積回路を基盤とした最初のコンピュータでした。

マイケル・ニュートン氏の情熱

  • フライトラインでの活動休止期に、現代の技術を用いて歴史的な航空機や宇宙船ハードウェアの研究と再現に取り組んでいます。
  • 「アポロ再現（Recreate Apollo）」 というオープンソースプロジェクトを主導しており、Raspberry Pi 上で仮想 AGC エミュレータを実行しています。
  • アポロ宇宙飛行士が使用していた表示キーボード（DSKY）を1:1 スケールの 3D プリント版で再現しました。

開発プロセス：ゼロから構築への挑戦

文書の収集と CAD ファイルの作成

  • コロナ禍中にアポロ愛好家グループが、MIT のエンジニアリング文書を現代風の CAD ファイルへ翻訳する動きを確認。
  • これらの公的記録は「mkme.org」運営のエリック氏によって GitHub にアップロードされ、設計図が見つかりました。
  • 既存のファイルだけでは不十分だったため、以下の作業を行いました。
    • GitHub リポジトリやオープンソースプロジェクトの精査
    • 不足部品の独自モデリング（.STP 形式の完全セットを作成）

ハードウェア構築の 3 つのステップ

マイケル氏はプロジェクトを以下に分割して進めました。

  1. ケースの作成: 3D プリンター購入後、印刷・仕上げ・塗装を実施。
  2. ハードウェア配線: 回路図に基づく組立と接続。
  3. ソフトウェア開発: コードの記述と仮想 AGC エミュレータの実装。

「私の最大の目標はドキュメント化でした。GitHub に公開したガイドにより、過去の知識がなくても誰でも構築できるようになっています。」

オリジナル忠実度と工夫の点

  • 外観: 物理的な DSKY の約90% が本物そのまま。完璧な視覚表現を実現。
  • 内部構造の変更点:
    • マウント位置の調整
    • Raspberry Pi とマイクロコントローラーの取り付け位置最適化
    • PCB のマウント方法（オリジナル部品より物理的に大きい画面に対応）
  • アクセサリの改良:
    • クリップ式ホルダー: 適合を完璧にするため数点の微調整。
    • キーキャップ: オリジナルは文字が小さすぎたため、印刷解像度向上のためにサイズを拡大製作。
    • フォント: 歴史的なものを使用（実際誰かが再現！）。文字サイズは少し大きい。

ロケット科学：Raspberry Pi と VirtualAGC

なぜ Raspberry Pi が最適な選択だったのか？

  • 統合性: マイクロコントローラー経由で USB で容易に接続可能。
  • 効率性: 多くの電力を必要とせず、冷却性能も優れている。
  • 柔軟性: 
    • Raspberry Pi OS
      のインストールが簡単。
    • カスタムディストリビューションを作成し、構築データを他者に容易に配布可能。
  • yaAGC エミュレータの実行:
    • VirtualAGC というプログラムで本物の AGC を再現。
    • 以下の歴史的機能を備えています。
      • アポロ 11 号を救った非同期タイマー（割り込み）機能
      • 1201/1202 アラームコード
      • 15 ビット＋1 パリティのワード長
      • 古風だが低速な 1.024MHz クロック周波数

エミュレーションの核心：timing の維持

AGC は現代コンピュータと根本的に異なる設計思想を持っています。

  • データ構造: 各ビットは誤り検出のためのパリティビットを含む 15 ビットブロック。
  • ロジック: メモリはコアロープ ROM に織り込まれ、RAM は磁気化した仮想コードとして機能。
  • VirtualAGC の性質:

    「単なるエミュレータではありません。本物のコンピュータそのものをエミュレートしており、『本当のアポロ誘導コンピュータ』と呼べるでしょう。」

偉大な頭脳：完成した実用デバイス

キーボードと音響設計

  • キータイプ: 最高作動力と確かな「クリック音」を感じられる市販の機械式キー。
    • 採用モデル：Kailh Box Navy。
    • 感触・音質は十分良好だが、本物には及びません。
  • 将来計画: よりプレミアムな DSKY の製作中。
    • フルアルミボディ
    • 優れたアンアナウンサー（通知音）
    • エレクトロルミネセントディスプレイ採用予定

「周辺機器モード」と拡張機能

  • 操作方法: 特定のキーを長押しすると切り替わる「周辺機器モード」。
  • 連携機能: ローカルネットワーク上で Project Apollo – NASSP と連携。
    • PC 用の宇宙飛行シミュレータ 
      Orbiter
      のアドオン。
    • すべてのアポロミッションを再現可能にします。

アポロへの畏敬の念

マイケル氏は、当時のエンジニアの知恵の深さに感銘を受けています。

  • メモリ構造: 磁気を利用した独創的な設計。
  • 論理回路: 入力はすべて3 インパット NOR ゲートのみ。
    • すべての数学演算、航行計算、自動操縦は、電圧レベルがこのゲートを通過し、時にダイオード配列が関与するだけで構成されていました。
  • 結論: このようなシステムを設計するには、truly 不可思議な頭脳が必要だったはずです。

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