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Im Jahr 1961, nicht lange nachdem die NASA von Präsident John F. Kennedy die Anweisung erhalten hatte, innerhalb eines Jahrzehnts einen Menschen auf dem Mond zu landen, stellte der damalige NASA-Administrator James Webb eine Frage an Charles Stark „Doc“ Draper, den Leiter des Labors des Massachusetts Institute of Instrumentation Technology (MIT). Webb wollte wissen, ob es möglich sei, ein Orientierungssystem zu entwickeln, das einen Menschen zum Mond bringen und sicher zur Erde zurückbringen könnte.
Doc Draper leistete Pionierarbeit auf dem Gebiet der Trägheitsnavigation – der Verwendung von Instrumenten wie Gyroskopen und Beschleunigungsmessern zur Führung eines Fahrzeugs – und das Labor entwickelte die Lenksysteme für die ersten ballistischen Raketen des Landes und arbeitete in den 1950er Jahren sogar an einer autonomen Sonde, die ihren Weg zum Mars und zurück finden konnte.
Dr. Drapers Antwort war ein klares „Ja“.
Das Instrumentation Laboratory wurde der erste große Auftragnehmer für das Apollo-Programm. In Zusammenarbeit mit anderen Auftragnehmern entwickelte das Labor das Apollo Primary Guidance, Navigation, and Control System (PGNCS, ausgesprochen „pings“). Das System, bestehend aus einer Inertialmesseinheit, optischen Komponenten und anderen, hatte als Herzstück den Apollo Guidance Computer. Der vom Labor entworfene und programmierte und von Raytheon umfassend gebaute Computer sollte das Gehirn sowohl der Apollo-Kommandokapsel als auch der Mondlandefähre sein, die die ersten Astronauten zur Mondoberfläche bringen sollte. Um das zu erreichen, musste er perfekt sein.
Währenddessen stellten Luftfahrtingenieure am Flugforschungszentrum der NASA in Kalifornien Fragen darüber, wie Computer zum Flug auf der Erde beitragen könnten – Fragen, die der Apollo Guidance Computer beantworten sollte.
Zu diesem Zeitpunkt waren mechanisch gesteuerte Flugzeuge, bei denen die Steuerflächen des Fahrzeugs durch Kabel und Stangen betätigt werden, die die aerodynamischen Oberflächen mit den Steuerhebeln und Ruderpedalen des Piloten verbinden, in der Luftfahrt üblich. Im Jahr 1970 besuchte ein Team von Dryden das NASA-Hauptquartier und schlug ein fortschrittliches Flugzeug vor, das von einem analogen Fly-by-Wire-System ohne mechanische Unterstützung gesteuert wird.
Die Idee, ein Flugzeug elektronisch zu fliegen, war nicht neu. In einem Fly-by-Wire-System sammelt ein Computer Sensordaten von den Steuerungen des Piloten und sendet diese Signale über Drähte an Aktuatoren, die die Signale entschlüsseln und die Steuerflächen des Flugzeugs entsprechend bewegen. Drydens Forscher haben durch die Entwicklung von Experimentalflugzeugen ein bedeutendes Know-how im Bereich der elektronischen Flugsteuerung entwickelt. Tatsächlich verwendete das Lunar Landing Training Vehicle der NASA, mit dem die Kommandanten des Apollo-Raumschiffs trainiert wurden, ein analoges Fly-by-Wire-System ohne mechanische Unterstützung – was es zum ersten echten Fly-by-Wire-Fahrzeug macht.
Aber alle diese Systeme verwendeten analoge Computer, im Gegensatz zu digitalen. Analoge elektronische Computer nutzen Variationen in den physikalischen Eigenschaften von Elektrizität, um Zahlen darzustellen; Digitale Computer verwenden Binärcode. Obwohl digitale Computer in bestimmten Funktionen langsamer sind als ihre analogen Pendants, können sie große Datenmengen speichern und mit komplexer Software programmiert werden.
Obwohl sich das von Drydens Team vorgeschlagene Flugzeug als zu futuristisch herausstellte, um es weiterzuverfolgen, stellte sich die Frage: „Wie wäre es mit einem digitalen Fly-by-Wire-System?“
„Die Antwort war, dass es keine digitalen Computer gab, die für Flugzeuge qualifiziert waren“, sagt Ken Szalai, damals junger Ingenieur bei Dryden. Ein Einwand wurde von einer bekannten Persönlichkeit (und ehemaligen Dryden-Testpiloten) im damaligen NASA-Büro für fortschrittliche Forschung und Technologie erhoben: Neil Armstrong. Er war kurz zuvor zum Mond und zurück geflogen, wobei sein Leben der Führung eines digitalen Computers anvertraut war. Szalai wandte sich an das Draper Laboratory, den Architekten des Apollo PGNCS, um zu sehen, ob es angepasst werden könnte, um die Machbarkeit von digitalem Fly-by-Wire für Flugzeuge zu testen. Die Antwort lautete wieder „Ja“.
Mit der Unterstützung von Armstrong und dem Vizeadmiral der U.S. Navy, Donald Engen, erwarb Dryden ein Trio von F-8C Crusaders der Navy, und in Zusammenarbeit mit Draper installierte das Center ein zusätzliches Apollo PGNCS, das in einem der Flugzeuge nachgerüstet wurde und zum Digital Fly-by-Wire (DFBW) Forschungsflugzeug wurde. Eine weitere F-8 wurde zu einem „Iron Bird“-Bodensimulator umgebaut, um die Flugsoftware zu testen und die Piloten zu schulen, und die dritte F-8 wurde verwendet, um die Testpiloten mit dem Flugzeug vertraut zu machen.
„Das Apollo-System war keine ideale Konfiguration für die Flugzeugsteuerung“, sagte Philip Felleman, der Drapers DFBW-Programmmanager war. „Aber es hatte einen großen Vorteil: Es war sehr zuverlässig.“
Das DFBW-Programm (auch F-8-Programm genannt) gliederte sich in zwei Phasen. In Phase I ging es darum, die Machbarkeit des Fliegens eines Flugzeugs nur mit einem digitalen Computer zu demonstrieren. Der erste Einsatz eines analogen Fly-by-Wire-Systems in einem Flugzeug erfolgte Anfang Mai 1972 durch das YF-4E Configured Control Vehicle der U.S. Air Force. Etwa drei Wochen später, am 25. Mai 1972, flog Gary Krier mit dem Forschungsflugzeug der DFBW den Erstflug eines digital computergesteuerten Flugzeugs. Das Flugzeug hatte keine mechanische Sicherung, sondern nur ein analoges Notfallsystem mit drei Computern. Das Backup-System war weder für diesen Flug noch für die Dauer des Programms erforderlich.
Mehr als 30 erfolgreiche Flüge später hatte Phase I bewiesen, dass ein digitaler Computer zum Fliegen eines Flugzeugs verwendet werden kann. Die nächste Frage war, wie man es praktisch machen kann. Kommerziellen Digitalrechnern fehlte die Zuverlässigkeit des Apollo Guidance Computers. Ein DFBW-System würde mehr als nur einen oder sogar zwei Rechner benötigen, um mit einer akzeptablen Sicherheitsgarantie zu funktionieren. In Phase II des DFBW-Programms arbeitete Dryden mit Draper, dem Langley Research Center und anderen zusammen, um die Hard- und Software zu entwickeln, die für ein äußerst zuverlässiges, fehlertolerantes DFBW-System mit drei Computern erforderlich war.
Draper arbeitete in der Zwischenzeit auch mit der NASA an dem Leit-, Navigations- und Kontrollsystem für einen völlig neuen Flugzeugtyp: das Space Shuttle. Durch den Einsatz eines digitalen Fly-by-Wire-Systems mit vierfacher Redundanz profitierte das Space Shuttle von der Arbeit im Rahmen des DFBW-Programms, das in einem Fall ein Hardwareproblem mit den Flugcomputern (beide Programme verwendeten IBM AP-101) und in einem anderen Fall ein potenziell gefährliches Problem mit piloteninduziertem Wackeln löste, das während des letzten Testflugs des Space Shuttle Enterprise auftrat.
Am 2. April 1985 fand der letzte Flug des DFBW-Programms statt, der letzte von mehr als 200 erfolgreichen Flügen, die gemeinsam den Anstoß gaben, die Art und Weise, wie Flugzeuge konstruiert und weltweit geflogen werden, zu verändern.
„Einige der Techniken, die wir damals entwickelt haben, werden immer noch verwendet, und das hat die digitale Fly-by-Wire-Revolution ausgelöst“, sagt Szalai, der vor seiner Pensionierung 1998 Drydens zentraler Direktor wurde. „Wir haben mit allen großen Flugzeugherstellern kommuniziert und konnten viel von der Technologie transferieren.“
Das erste Verkehrsflugzeug, das mit der DFBW flog, war 1987 der Airbus 320, 1994 folgte die Boeing 777. Heute ist die Technologie in einer Reihe von Flugzeugen beider Hersteller vorhanden, bewertet die Geschwindigkeit, das Gewicht, die atmosphärischen Bedingungen und andere Variablen des Flugzeugs und ermittelt die optimalen Steuerauslenkungen, um das zu erreichen, was der Pilot braucht. Bei Verkehrsflugzeugen ersetzt die Technologie schwere mechanische Systeme, so dass Fluggesellschaften von einer verbesserten Treibstoffeffizienz profitieren oder mehr Passagiere und Fracht befördern können. Die hohe Reaktionsfähigkeit von DFBW-fähigen Flugzeugen ermöglicht Piloten einen ruhigeren Flug, und Systemredundanzen tragen zu einem sicheren Fahrzeugbetrieb bei. Der mechanische Wartungsbedarf wird ebenfalls reduziert, wodurch Kosten und Zeitaufwand für Wartung und Reparatur mechanischer Systeme gespart und die Wahrscheinlichkeit von Ausfällen verringert wird.
„Digitales Fly-by-Wire hat die Designer von den Regeln der 1950er und 1960er Jahre befreit, so dass man am Ende Fahrzeuge wie das Space Shuttle, den B-2-Bomber und die F-117 hat. Ohne ein Fly-by-Wire-System wäre diese Art von Flugzeug nicht möglich“, sagt Szalai.
Die Vorteile digitaler computergestützter Fahrzeugsteuerungen, wie sie das DFBW-Programm zeigt, beschränken sich jedoch nicht nur auf den Luftraum. Die elektronische Geschwindigkeitsregelung, die in vielen Automobilen zu finden ist, wird durch die Drive-by-Wire-Technologie ermöglicht, ebenso wie das Antiblockiersystem und die elektronische Stabilitätskontrolle, die beide die Sicherheit erheblich erhöhen. Auch die Automobil- und Motorradhersteller haben elektronische Gaspedale in ihre Fahrzeuge eingebaut – der erste war die BMW 7er Reihe im Jahr 1988 –, die die beweglichen mechanischen Systeme zwischen Gas und Motor überflüssig machen.
„Was die NASA für uns bedeutet hat, ist ein stetiger Strom schwieriger Probleme, an denen wir arbeiten müssen. Die Fähigkeiten, die wir gelernt haben, und die Technologien, die wir in unserer Arbeit mit der NASA entwickelt haben, haben wir dann geändert und so breit wie möglich angewendet“, sagt Sargent. Neben Flugzeugen hat Draper die DFBW-Technologie auch bei einer Vielzahl von unbemannten Unterwasserfahrzeugen und den U-Booten der Seawolf-Klasse der U.S. Navy eingesetzt. „Ein redundantes, fehlertolerantes Swim-by-Wire-System“, sagt Sargent.
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Tolle Wissenschaft 
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