- Antes del primer vuelo del Shuttle en 1981, se creó en solo 7 meses el Interim Teleprinter System como equipo temporal para enviar a la tripulación procedimientos, planes de misión y reportes meteorológicos
- Esta impresora era un equipo modificado a partir de un terminal de comunicaciones militar, e imprimía rápidamente línea por línea usando un tambor giratorio con caracteres en relieve y 80 martillos
- Originalmente se planeaba usarla solo unas pocas veces hasta que TAGS estuviera listo, pero por los problemas de atascos de papel de TAGS siguió usándose como respaldo en más de 50 vuelos
- Solo poner en órbita el equipo de 59 libras costaba, bajo los criterios del Shuttle, más de 1.5 millones de dólares por vuelo, y por restricciones de ruido, sobrecalentamiento e inflamabilidad fueron necesarias modificaciones como material insonorizante y un modo de espera de 1 W
- Durante la restauración se resolvieron problemas de rodillos de goma derretidos y de alineación mecánica, y se logró imprimir de verdad enviando datos modulados en FSK obtenidos mediante ingeniería inversa
Por qué el Shuttle necesitaba una impresora
- En las misiones Apollo, la información se leía por radio desde tierra y la tripulación la anotaba a mano
- NASA quería incluir en el Space Shuttle un dispositivo capaz de enviar texto e imágenes, y el plan original era Uplink Text & Graphics System (TAGS), un equipo tipo fax de alta resolución de 78 libras
- TAGS enviaba imágenes en escala de grises al Shuttle mediante un flujo de datos digital y formaba la imagen línea por línea sobre papel fotosensible de haluro de plata usando un CRT de a bordo y una placa frontal de fibra óptica
- El papel se revelaba pasando durante 25 segundos por un rodillo caliente a 260 ºF
- TAGS requería el Tracking and Data Relay Satellite System (TDRS), pero TDRS no estuvo listo hasta antes del sexto vuelo del Shuttle
- Siete meses antes del primer lanzamiento del Shuttle, NASA decidió crear un sistema temporal para enviar cambios en tiempo real al plan de vuelo y datos operativos por los canales de audio existentes
Reducir y adaptar un terminal militar para el Shuttle
- El equipo base era el terminal militar de comunicaciones AN/UGC-74 Tactical Teletype, desarrollado por el Army y usado también por la Navy y la Air Force
- El terminal original soportaba ASCII y Baudot, varias velocidades en baudios, bucles de corriente y señales de voltaje, y también tenía un teclado para comunicación bidireccional
- También incluía funciones de procesador de texto controladas por un microprocesador Motorola 6800
- Era una función para redactar mensajes sin conexión y así reducir el tiempo de transmisión por radio en entornos hostiles
- El Interim Teleprinter del Shuttle era solo de recepción y no tenía teclado, por lo que no había motivo para usar esa función
- El terminal militar pesaba 100 libras, pero tras las modificaciones para el Shuttle se redujo a 59 libras
- Se eliminaron el teclado y muchos controles del panel frontal
- Se cambió por un marco más liviano y se agregaron rieles horizontales para montarlo en un compartimento de almacenamiento del Shuttle
- El módulo de interfaz militar se eliminó y se reemplazó por una placa de interfaz FSK para el Shuttle
Impresión línea por línea con un tambor giratorio y 80 martillos
- El Interim Teleprinter usaba un tambor giratorio con caracteres en relieve; los martillos golpeaban la cinta y el papel contra los caracteres del tambor para imprimir
- El tambor tenía 80 caracteres de ancho, ajustado a la longitud de una línea, y había un martillo por cada posición de impresión, para un total de 80 martillos
- En cada posición, 64 caracteres imprimibles estaban distribuidos alrededor del perímetro del tambor
- No había un carácter de espacio separado: los espacios se representaban no imprimiendo nada
- De los caracteres especiales del tambor militar, 10 se cambiaron por símbolos más útiles para el Shuttle
;@[\]^!"#$fueron reemplazados por θ✓‾↑↓~αβΔϕ
- Cada línea se imprimía durante una vuelta del tambor, y cada martillo debía golpear en el instante exacto en que el carácter deseado pasaba frente a su posición
- La frase de prueba integrada era
"THE LAZY YELLOW DOG WAS CAUGHT BY THE SLOW RED FOX AS HE LAY SLEEPING IN THE SUN"- Es parecida a la frase tradicional “quick brown fox”, pero le faltan J, K, M, Q y V
- Tiene exactamente 80 caracteres y, al reemplazar los espacios por el diamante
◊, es útil para verificar que funcionen las 80 columnas
Placas personalizadas que reconstruyen datos seriales desde un enlace de audio
- El teleprinter militar original recibía como entrada un flujo de bits serial, pero en el Shuttle los datos se codificaban como frecuencias en el enlace de audio
- Las tres placas personalizadas para el Shuttle demodulaban los datos de audio, encendían la impresora cuando llegaba un mensaje y luego la devolvían al modo de espera
- La ingeniería inversa mostró que el flujo serial de bits estaba codificado con Frequency Shift Keying (FSK)
- El 1 se representaba con 3600 Hz y el 0 con 7200 Hz
- Los datos seriales se transmitían a 600 baudios, con paridad par y 1 bit de parada
- El flujo de demodulación amplificaba y filtraba la entrada de audio, luego convertía la onda senoidal en una onda cuadrada mediante un umbral, y distinguía 3600 Hz de 7200 Hz mediante autocorrelación digital
- La placa de control retrasaba la entrada 139 µs con un registro de desplazamiento de 64 bits y luego le aplicaba XOR con la entrada original
- Como la señal de 7200 Hz se repite cada 139 µs, la entrada y la entrada retrasada son iguales, por lo que el resultado del XOR es 0
- Como la onda cuadrada de 3600 Hz cambia de estado cada 139 µs, el resultado del XOR es 1
- El demodulador digital es menos sensible al nivel de señal y evita depender de armónicos y filtros de ajuste preciso que podrían causar problemas en un demodulador analógico
- Después de la demodulación, un filtro pasa bajos de 400 Hz y un umbral vuelven a convertir la señal en binaria, y solo se entrega a la placa lógica de la impresora cuando se detecta la portadora
Cómo controlaban la impresión las tarjetas lógicas de los años 70
- Las 4 tarjetas lógicas del teleprinter militar se usaron tal cual en el Shuttle
- Tarjeta CPU
- Tarjeta de memoria
- Tarjeta de comunicaciones
- Tarjeta de control de impresión
- El circuito era grande porque, usando tecnología de microprocesadores de los años 70, hacían falta muchos chips lógicos de la serie 7400 para funciones como decodificación de direcciones, buffering y latch
- La tarjeta CPU tenía una CPU Motorola 6800, 4 KB de memoria y ROM de programa
- Convertía una línea de caracteres ASCII en códigos para el tambor de impresión y los guardaba en memoria
- También se encargaba de la configuración y de las autopruebas
- La tarjeta de control de impresión alineaba la posición del tambor con el búfer de memoria para accionar los martillos
- Escaneaba por DMA el búfer de memoria de 80 caracteres para cada fila del tambor
- Si el valor en memoria coincidía con el número de fila actual del tambor, disparaba el martillo correspondiente
- 20 hammer cards tenían 4 martillos cada una y, eléctricamente, se controlaban con una estructura matricial de 20 líneas de selección de placa y 4 líneas de selección de martillo
- La tarjeta de comunicaciones convertía el flujo de datos serial en bytes usados por la CPU mediante un USART 8251A
- El terminal militar soportaba transmisión y recepción, pero el teleprinter del Shuttle solo usaba recepción
- La tarjeta de memoria proporcionaba 8 KB de RAM y 8 KB de ROM para la función de procesador de texto
- Según el manual, incluso sin esta tarjeta la impresora funcionaba, salvo por la función de procesador de texto
- Sigue siendo una incógnita por qué en el Shuttle no se eliminó esta tarjeta, aunque no necesitaba el procesador de texto
Diseño de energía y rastros de funciones de seguridad militar
- La placa de energía estaba compuesta por una fuente de alimentación conmutada que suministraba alimentación separada a varias partes
- +5 V, +12 V y -5 V para el microprocesador
- +5 V, -8.6 V y +8.6 V para el teclado, el dustcover y el interface module retirados en el Shuttle
- Alimentación para las luces de estado
- La alimentación del motor del tambor se regulaba para controlar la velocidad de rotación del tambor
- El sensor del tambor proporcionaba un pulso de realimentación por cada fila
- Si el tambor iba demasiado lento, se subía el voltaje; si iba demasiado rápido, se bajaba
- La alimentación de los martillos estaba diseñada de forma inusual para mantener una corriente constante de 600 mA
- Cuando la impresora se activaba, generaba +18 V
- Si los martillos consumían menos corriente, la corriente sobrante se desviaba por una resistencia
- Este diseño era una función militar destinada a ocultar información de impresión durante el tráfico de mensajes
- Su objetivo era impedir ataques que monitorearan transitorios de energía para descubrir qué martillos estaban funcionando
- En el Space Shuttle no tenía utilidad y solo desperdiciaba energía
- El teleprinter militar soportaba 22–30 VDC, 115 VAC, 230 VAC y respaldo con batería de 12 VDC, pero el teleprinter del Shuttle funcionaba con 28 VDC
Montaje dentro del Shuttle y restricciones operativas
- El Interim Teleprinter era demasiado grande para colocarlo en la flight deck, así que se montó un nivel más abajo, en un compartimento de almacenamiento de la middeck
- La ubicación era el compartimento MA9F en la parte trasera derecha, y se instaló un panel de conectores en la puerta del compartimento para alimentación y audio
- Como usaba impact printing, era ruidoso; incluso dentro del compartimento, el sonido hacia afuera era de 69.5 dB
- La solución fue colocar material insonorizante en el compartimento
- Tras probar varios materiales aislantes, se eligió uno que cumplía con los requisitos de toxicidad
- El material insonorizante también necesitó una exención por inflamabilidad
- El compartimento aislado sin enfriamiento generó problemas de sobrecalentamiento
- El teleprinter militar consumía 34 W incluso en idle, lo que podía calentarlo hasta niveles peligrosos después de apenas 6 órbitas
- El diseño para el Shuttle agregó un modo de espera que consumía solo 1 W
- Cuando se detectaba una señal desde tierra, se encendía; después de usarse, volvía al modo de espera
- También se agregó un circuito que enviaba un tono a tierra para que Mission Control supiera que la impresora había despertado del modo de espera
- Durante el lanzamiento, la conexión de audio usada por el teleprinter era necesaria para las comunicaciones de la tripulación, por lo que el teleprinter se conectaba después del lanzamiento y se reconfiguraban los ajustes de audio del panel L9
El proceso de reemplazo que llevó a TAGS y TIPS
- El Interim Teleprinter era un equipo temporal que debía usarse solo hasta que TAGS estuviera operativo, pero los problemas de confiabilidad de TAGS cambiaron el plan
- El primer satélite TDRS se lanzó en STS-6, el sexto vuelo del Shuttle, y TAGS quedó disponible en STS-7
- TAGS sufrió enseguida un atasco de papel en STS-7, y el mismo problema continuó después
- En STS-35, después de que la impresora se atascara, también se rompió la herramienta para liberar el atasco
- Por la inestabilidad de TAGS, el Interim Teleprinter se mantuvo como respaldo
- Unos 10 años después se introdujo el Thermal Impulse Printer System (TIPS), que al parecer se usó en el vuelo STS-56 de 1993
- Tras confirmarse la confiabilidad de TIPS, reemplazó tanto al teleprinter como a TAGS
- TIPS era un equipo basado en la impresora comercial Raytheon TDU-850
- El precio del producto comercial en ese momento era de 4,950 dólares
- Incluía en su interior una placa de interfaz de comunicaciones personalizada para conectarse a los sistemas de comunicación S-Band y Ku-Band del Shuttle
- Gracias a esta interfaz, la tripulación también podía usar TIPS como impresora para las computadoras personales de a bordo
Resultados de la restauración y la ingeniería inversa
- Es muy probable que el equipo al que se tuvo acceso no fuera de vuelo, sino un sistema de desarrollo que quedó en tierra
- Se observan bodge wires y componentes adicionales en las placas
- Las 3 placas personalizadas del Shuttle no tienen el conformal coating común en placas aeroespaciales
- El equipo lleva la marca “Not for flight”
- El mayor problema durante la restauración fue que los rodillos de goma se habían convertido casi en líquido y dejaron pegajoso el mecanismo
- Se desarmó la impresora para limpiar y volver a alinear el mecanismo, y también se ajustó la separación de los martillos hasta que la calidad de impresión fuera legible
- Mediante ingeniería inversa de las 3 placas personalizadas del Shuttle, se confirmó que el formato de datos aceptado por la impresora era datos seriales codificados como audio
- La impresora logró imprimir de verdad enviándole datos modulados en FSK
Un diseño temporal que sobrevivió durante mucho tiempo
- El Interim Teleprinter era pesado y tenía riesgo de sobrecalentamiento; aunque se basaba en un producto existente, hubo que modificar ampliamente el panel frontal, el tambor, la interfaz y el marco
- También heredó funciones que el Shuttle no usaba, como el procesador de texto y la seguridad de corriente constante
- El plazo de desarrollo fue de solo 7 meses, y restricciones como toxicidad e inflamabilidad limitaron mucho los enfoques posibles
- Al final, el Interim Teleprinter se usó en más de 50 vuelos y quedó como un respaldo más confiable que TAGS
- A pesar de su nombre, el Interim Teleprinter no fue solo un equipo temporal de corto plazo, sino una solución que funcionó mucho más tiempo de lo previsto
1 comentarios
Opiniones de Hacker News
El tambor del teletipo del Shuttle reemplazaba 10 caracteres especiales de ASCII por símbolos más útiles para el Shuttle, por ejemplo letras griegas para ángulos.
En concreto, los caracteres
;@[\]^!"#$se sustituían porθ~αβΔ.Lo frustrante es que esta impresora antigua podía imprimirlos, pero Chrome moderno en Android no puede mostrarlos correctamente.
normal normal 14px Arial, Tahoma, Helvetica, FreeSans, sans-serif;, y News YC usaVerdana, Geneva, sans-serif;.Según https://unicode.scarfboy.com/, esos caracteres son los siguientes, y es esperable que el formato se rompa:
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 SYMBOL.Los que no se muestran son U+2713 CHECK MARK,
U+203E ‾ OVERLINE,U+2191 ↑ UPWARDS ARROW,U+2193 ↓ DOWNWARDS ARROW,U+03D5 ϕ GREEK PHI SYMBOL; hasta donde sé, la mayoría están en Arial, pero no en Verdana.La codificación de caracteres es muy divertida.
Si Ken llega a verlo: en mi dispositivo, el problema específico eran los caracteres codificados como entidades numéricas. Cuando los cambié por los caracteres reales en las herramientas de desarrollo de Chrome en Windows y Ubuntu, se renderizaron correctamente.
Al quitar la etiqueta, los caracteres se renderizaron también en Android y, al menos en mi entorno, quedó resuelto.
No estoy seguro de que se pueda culpar de esto a Chrome o a Android.
Soy el autor. Si tienen preguntas, las respondo.
Me pregunto cuánto papel en blanco llevaban para la impresora y cómo decidían esa cantidad. Viendo el tamaño de la fuente en la foto, si “miles de líneas” era cierto, parece que también habrían necesitado al menos unas cuantas libras más de papel.
Supongo que también habrán considerado el efecto giroscópico que el tambor giratorio tenía sobre el Shuttle. Una de las razones por las que las computadoras del Shuttle usaban unidades de cinta en vez de discos duros era que, en gravedad cero, podían afectar la actitud. Tal vez la masa era lo bastante pequeña como para no ser un problema, o quizá estaba bien porque no era un dispositivo que girara el 100% del tiempo como un disco duro.
También me sorprende que no hayan considerado el Teletype Model 40. Era más liviano, no tenía tambor giratorio, existía en configuración solo receptora, así que no había que quitarle el teclado; estaba basado en ASCII y ya tenía certificación de vuelo en aeronaves militares. Aunque tal vez las fechas no encajen. La primera vez que lo vi fue en 1984 y entonces lo trataban como “nuevo”, así que quizá no existía en 1981.
El Model 40 usaba una correa giratoria con paletas de caracteres individuales, y 80 martillos, uno por cada columna, golpeaban en el momento correcto para imprimir los caracteres. En el video también se ve girar la polea de la correa. Si no se usaba durante cierto tiempo, también se apagaba. Se podían hacer travesuras cambiando las paletas de lugar: como no rastreaba cada paleta individual, sino que solo marcaba la posición inicial de la correa con una bandera, si después se alteraba el orden podía imprimir, por ejemplo, N en vez de M.
https://www.youtube.com/watch?v=whKVGefscro
https://en.wikipedia.org/wiki/Geneva_drive
Por el artículo, entiendo que eran tres en total: una ROM de 4 KB en la tarjeta de CPU y dos ROM de 8 KB en la tarjeta del procesador de texto.
Esta era una impresora de tambor, y otra impresora común de alta velocidad de la misma época era la impresora de cadena.
Básicamente tenía una fila de martillos en cada columna y pertenecía a la misma familia de diseños: golpeaba para imprimir cuando una cadena de caracteres pasaba rápidamente frente a los martillos; era realmente rápida.
La razón por la que no eligieron una impresora de cadena para el Shuttle probablemente haya tenido que ver con sus modos de falla. Si la cadena se rompía, podía salir disparada hacia un lado de la impresora y atravesar una pared, así que se les advertía a los operadores que no se pararan al costado.
Estaba en la sala contigua, detrás de los casilleros de salida, pero aun así daba miedo oírla imprimir a 20 pies de distancia.
Una broma de laboratorio consistía en ejecutar un programa que imprimiera una línea continua de
-o=sin saltos de línea; entonces se sobreimprimía una y otra vez hasta que al final el papel se cortaba o la impresora se atascaba seguido.Era una broma especialmente “divertida” si se hacía un domingo por la noche, cuando se acumulaban las salidas de programas que había que entregar antes de la clase del lunes.
Para 1981 parece que ya existían impresoras matriciales comerciales/de consumo. Ese tipo de equipo habría sido mucho más liviano y habría consumido mucha menos energía que una impresora de línea de tambor.
En la época en que se desarrollaba el Shuttle, casi no existían las impresoras como tales. Las impresoras de escritorio de inyección de tinta y láser salieron comercialmente apenas entre 1 y 3 años antes del primer vuelo del Shuttle, en 1981, y todavía no eran muy confiables. Incluso hoy las impresoras de escritorio no son tan confiables como los teletipos o las impresoras matriciales. Hay una razón por la que las aerolíneas usan matriciales para imprimir listas de pasajeros en la puerta de embarque.
En ese entonces dominaban los plotters de tinta, los teleimpresores y las máquinas de fax. Pero los plotters son terriblemente lentos para escribir texto. Una máquina de fax inalámbrica quizá habría servido si hubiera sido lo bastante robusta, pero probablemente habría sido tan pesada como un teletipo y mucho más lenta. Su verdadera ventaja habría sido imprimir diagramas y fotos.
En la década de 1970, cuando se diseñaba el Shuttle, todavía no existían impresoras matriciales baratas, livianas y resistentes. La idea de usar componentes comerciales disponibles (COTS) tampoco se había consolidado todavía; esa tendencia llegó varios años después de que el STS ya estuviera construido y en operación.
De verdad extraño las impresoras matriciales.
https://youtube.com/watch?v=A_vXA058EDY
Me pregunto por qué no usaron una impresora matricial.
O incluso una impresora de transferencia térmica habría sido posible. En esa época las máquinas de fax eran comunes.
Ahora me dieron ganas de ver una muestra de impresión.
Por otro lado, un calendario de Snoopy hecho con eso también habría estado genial.
La respuesta a “si el procesador de texto era irrelevante para el Shuttle, ¿por qué no quitaron esta tarjeta para reducir peso?” parece estar en la parte que dice que “el teleimpresor del Shuttle al que tuvimos acceso probablemente era un sistema de desarrollo que se había quedado en tierra”.
Las piezas mecánicas todavía podrían funcionar, y no requieren una suscripción de tinta.
Explicó que “la impresora tenía muchos problemas mecánicos, principalmente porque los rodillos de goma se habían vuelto como líquido y habían dejado el mecanismo pegajoso y trabado”.