2 poin oleh GN⁺ 2024-08-04 | 1 komentar | Bagikan ke WhatsApp
  • Menjelang penerbangan Shuttle pertama pada 1981, Interim Teleprinter System dibuat dalam 7 bulan sebagai peralatan sementara untuk mengirim prosedur, rencana misi, dan laporan cuaca kepada kru
  • Printer ini adalah perangkat hasil modifikasi terminal komunikasi militer, dan mencetak cepat baris demi baris dengan drum berputar berisi karakter timbul serta 80 hammer
  • Awalnya direncanakan hanya dipakai beberapa kali sampai TAGS siap, tetapi karena masalah kertas macet pada TAGS, perangkat ini terus digunakan sebagai cadangan dalam lebih dari 50 penerbangan
  • Untuk membawa perangkat 59 pon ini ke orbit saja, berdasarkan biaya Shuttle, dibutuhkan lebih dari 1,5 juta dolar per penerbangan; karena batasan kebisingan, panas berlebih, dan kemudahan terbakar, diperlukan modifikasi seperti bahan peredam suara dan mode siaga 1W
  • Dalam proses restorasi, masalah roller karet yang meleleh dan penyelarasan mekanis diselesaikan, lalu data modulasi FSK hasil reverse engineering berhasil dikirim hingga printer benar-benar mencetak

Mengapa Shuttle membutuhkan printer

  • Dalam misi Apollo, informasi dibacakan dari darat lewat radio lalu kru menuliskannya
  • NASA ingin memasang perangkat yang bisa mengirim teks dan gambar ke Space Shuttle, dan rencana awalnya adalah Uplink Text & Graphics System (TAGS), perangkat tipe faks beresolusi tinggi seberat 78 pon
    • TAGS mengirim gambar grayscale ke Shuttle sebagai stream data digital, lalu membentuk gambar baris demi baris pada kertas perak halida peka cahaya melalui CRT kabin dan faceplate serat optik
    • Kertas diproses dengan melewati roller panas 260ºF selama 25 detik
  • TAGS membutuhkan Tracking and Data Relay Satellite System (TDRS), tetapi TDRS belum siap sampai sebelum penerbangan Shuttle keenam
  • Tujuh bulan sebelum peluncuran Shuttle pertama, NASA memutuskan membuat sistem sementara untuk mengirim perubahan rencana penerbangan real-time dan data operasional melalui kanal audio yang sudah ada

Mengecilkan dan mengubah terminal militer untuk Shuttle

  • Perangkat dasarnya adalah terminal komunikasi militer AN/UGC-74 Tactical Teletype yang dikembangkan Army dan juga digunakan Navy serta Air Force
  • Terminal aslinya mendukung ASCII dan Baudot, beberapa baud rate, current loop dan sinyal tegangan, serta memiliki keyboard untuk komunikasi dua arah
  • Termasuk juga fungsi word processor yang dikendalikan mikroprosesor Motorola 6800
    • Fitur ini memungkinkan pesan ditulis secara offline untuk mengurangi waktu transmisi radio di lingkungan bermusuhan
    • Interim Teleprinter pada Shuttle hanya menerima data dan tidak memiliki keyboard, sehingga fitur ini tidak digunakan
  • Terminal militer berbobot 100 pon, tetapi setelah modifikasi untuk Shuttle bobotnya turun menjadi 59 pon
    • Keyboard dan banyak kontrol di panel depan dihapus
    • Rangkanya diganti dengan yang lebih ringan, dan rel horizontal ditambahkan agar bisa dipasang di loker Shuttle
    • Modul antarmuka militer dihapus dan diganti dengan board antarmuka FSK untuk Shuttle

Mencetak baris demi baris dengan drum berputar dan 80 hammer

  • Interim Teleprinter bekerja dengan mengukir karakter timbul pada drum berputar, lalu hammer memukul pita dan kertas ke karakter pada drum untuk mencetak
  • Drum memiliki lebar 80 karakter sesuai panjang satu baris, dan tiap posisi cetak memiliki satu hammer, total 80 hammer
  • Di setiap posisi, 64 karakter yang bisa dicetak ditempatkan di sekeliling drum
    • Tidak ada karakter spasi terpisah; spasi dicetak dengan tidak mencetak apa pun
    • Dari karakter khusus pada drum militer, 10 diganti dengan simbol yang lebih berguna untuk Shuttle
    • ;@[\]^!"#$ diganti dengan θ✓‾↑↓~αβΔϕ
  • Satu baris dicetak selama drum berputar satu putaran, dan hammer harus dipukul tepat saat karakter yang diinginkan melewati depan tiap posisi
  • Kalimat uji bawaan adalah "THE LAZY YELLOW DOG WAS CAUGHT BY THE SLOW RED FOX AS HE LAY SLEEPING IN THE SUN"
    • Mirip dengan kalimat tradisional “quick brown fox”, tetapi tidak memiliki J, K, M, Q, V
    • Panjangnya tepat 80 karakter, dan berguna untuk memastikan 80 kolom bekerja dengan mengganti spasi menjadi diamond

Board khusus yang memulihkan link audio menjadi data serial

  • Teleprinter militer aslinya menerima bitstream serial sebagai input, tetapi pada Shuttle data dienkode sebagai frekuensi pada link audio
  • Tiga board khusus untuk Shuttle mendemodulasi data audio, menyalakan printer saat pesan masuk, lalu mengembalikannya ke mode siaga
  • Hasil reverse engineering menunjukkan bahwa bitstream serial dienkode dengan Frequency Shift Keying (FSK)
    • 1 direpresentasikan sebagai 3600Hz, 0 sebagai 7200Hz
    • Data serial dikirim pada 600 baud, even parity, dan 1 stop bit
  • Alur demodulasi dimulai dengan memperkuat dan memfilter input audio, lalu mengubah gelombang sinus menjadi gelombang kotak memakai ambang batas, kemudian membedakan 3600Hz dan 7200Hz dengan autokorelasi digital
  • Board kontrol menunda input 139µs dengan shift register 64-bit lalu melakukan XOR dengan input asli
    • Sinyal 7200Hz berulang setiap 139µs, sehingga input dan input tertunda sama dan hasil XOR menjadi 0
    • Gelombang kotak 3600Hz berubah status setiap 139µs, sehingga hasil XOR menjadi 1
  • Demodulator digital kurang sensitif terhadap level sinyal, dan menghindari ketergantungan pada harmonik serta filter penyetelan presisi yang bisa menjadi masalah pada demodulator analog
  • Setelah demodulasi, sinyal dibuat kembali menjadi biner melalui filter low-pass 400Hz dan pemrosesan ambang batas, lalu diteruskan ke board logika printer hanya saat carrier terdeteksi

Cara kartu logika 1970-an mengendalikan pencetakan

  • Empat kartu logika dari teleprinter militer digunakan apa adanya pada Shuttle
    • Kartu CPU
    • Kartu memori
    • Kartu komunikasi
    • Kartu kontrol cetak
  • Sirkuitnya besar karena, dengan teknologi mikroprosesor 1970-an, fungsi seperti decoding alamat, buffering, dan latching membutuhkan banyak chip logika seri 7400
  • Kartu CPU memiliki CPU Motorola 6800, memori 4KB, dan ROM program
    • Mengubah satu baris karakter ASCII menjadi kode drum cetak dan menyimpannya di memori
    • Juga menangani pengaturan dan self-test
  • Kartu kontrol cetak mencocokkan posisi drum dengan buffer memori untuk menggerakkan hammer
    • Untuk setiap baris drum, buffer memori 80 karakter dipindai dengan DMA
    • Jika nilai memori cocok dengan nomor baris drum saat ini, hammer terkait ditembakkan
    • Ada 20 hammer card, masing-masing memiliki 4 hammer, dan secara elektrik dikendalikan dalam struktur matriks berisi 20 jalur pemilih board dan 4 jalur pemilih hammer
  • Kartu komunikasi mengubah stream data serial menjadi byte yang dipakai CPU dengan USART 8251A
    • Terminal militer mendukung kirim dan terima, tetapi teleprinter Shuttle hanya menggunakan penerimaan
  • Kartu memori menyediakan RAM 8KB dan ROM 8KB untuk fungsi word processor
    • Menurut manual, tanpa kartu ini pun printer tetap berfungsi selain fungsi word processor
    • Tetap menjadi pertanyaan mengapa kartu ini tidak dihapus di Shuttle meski word processor tidak dibutuhkan

Desain catu daya dan jejak fitur keamanan militer

  • Board daya terdiri dari switching power supply yang memasok daya terpisah ke beberapa bagian
    • +5V, +12V, -5V untuk mikroprosesor
    • +5V, -8.6V, +8.6V untuk keyboard, dustcover, dan interface module yang dihapus dari Shuttle
    • Daya untuk lampu status
  • Daya motor drum diatur untuk mengendalikan kecepatan putaran drum
    • Sensor drum memberikan pulsa umpan balik untuk setiap baris
    • Jika drum terlalu lambat, tegangan dinaikkan; jika terlalu cepat, tegangan diturunkan
  • Daya hammer dirancang secara tidak biasa untuk mempertahankan arus konstan 600mA
    • Saat printer aktif, +18V dihasilkan
    • Jika hammer memakai arus lebih sedikit, sisa arus dialirkan ke resistor
  • Desain ini adalah fitur militer untuk menyembunyikan informasi cetak selama lalu lintas pesan
    • Tujuannya mencegah serangan yang memantau perubahan transien daya untuk mengetahui hammer mana yang bekerja
    • Pada Space Shuttle, fitur ini tidak berguna dan hanya memboroskan daya
  • Teleprinter militer mendukung 22–30VDC, 115VAC, 230VAC, dan backup baterai 12VDC, tetapi teleprinter Shuttle berjalan pada 28VDC

Pemasangan di dalam Shuttle dan batasan operasional

  • Interim Teleprinter terlalu besar untuk ditempatkan di flight deck, sehingga dipasang di loker middeck satu lantai di bawahnya
  • Lokasinya adalah loker MA9F di sisi kanan belakang, dan panel konektor dipasang pada pintu loker untuk koneksi daya dan audio
  • Karena memakai metode impact printing, suaranya keras, dan meski dimasukkan ke dalam loker, suara di luar mencapai 69,5dB
    • Solusinya adalah memasukkan bahan peredam suara ke loker
    • Setelah beberapa bahan insulasi diuji, dipilih material yang lolos persyaratan toksisitas
    • Bahan peredam suara juga membutuhkan waiver kemudahan terbakar
  • Loker terinsulasi tanpa pendinginan menimbulkan masalah panas berlebih
    • Teleprinter militer memakai 34W bahkan saat idle, sehingga dapat menjadi sangat panas hingga berbahaya hanya setelah 6 orbit
    • Desain untuk Shuttle menambahkan mode siaga yang hanya memakai 1W
    • Saat sinyal dari darat terdeteksi, daya menyala, lalu kembali ke mode siaga setelah digunakan
    • Sirkuit yang mengirim tone ke darat juga ditambahkan agar Mission Control bisa mengetahui printer sudah bangun dari mode siaga
  • Saat peluncuran, koneksi audio yang dipakai teleprinter diperlukan untuk komunikasi kru, sehingga teleprinter disambungkan setelah peluncuran dan pengaturan audio pada panel L9 dikonfigurasi ulang

Proses penggantian yang berlanjut ke TAGS dan TIPS

  • Interim Teleprinter adalah perangkat sementara yang hanya akan dipakai sampai TAGS beroperasi, tetapi masalah keandalan TAGS mengubah rencana tersebut
  • Satelit TDRS pertama diluncurkan pada STS-6, penerbangan Shuttle keenam, dan TAGS mulai bisa digunakan pada STS-7
  • TAGS langsung mengalami kertas macet pada STS-7, dan masalah yang sama terus berlanjut setelahnya
    • Pada STS-35, setelah printer macet, alat pembuka kemacetan juga patah
    • Karena ketidakstabilan TAGS, Interim Teleprinter tetap dipertahankan sebagai cadangan
  • Sekitar 10 tahun kemudian, Thermal Impulse Printer System (TIPS) diperkenalkan, dan tampaknya digunakan pada penerbangan STS-56 tahun 1993
  • Setelah keandalan TIPS terkonfirmasi, perangkat ini menggantikan teleprinter dan TAGS
    • TIPS adalah perangkat berbasis printer komersial Raytheon TDU-850
    • Harga produk komersial saat itu adalah 4.950 dolar
    • Di dalamnya terdapat board antarmuka komunikasi khusus untuk menghubungkan sistem komunikasi S-Band dan Ku-Band Shuttle
    • Berkat antarmuka ini, kru juga dapat menggunakan TIPS sebagai printer untuk komputer pribadi di kabin

Hasil restorasi dan reverse engineering

  • Perangkat yang diakses kemungkinan besar bukan unit penerbangan, melainkan sistem pengembangan yang tersisa di darat
    • Terlihat bodge wire dan komponen tambahan pada board
    • Tiga board khusus Shuttle tidak memiliki conformal coating yang umum pada board kedirgantaraan
    • Perangkat memiliki tanda “Not for flight”
  • Masalah terbesar dalam restorasi adalah roller karet berubah seperti cairan dan membuat mekanisme menjadi lengket
  • Printer dibongkar, mekanismenya dibersihkan dan disejajarkan ulang, serta jarak hammer disetel hingga kualitas cetak cukup terbaca
  • Dengan reverse engineering pada tiga board khusus Shuttle, dipastikan bahwa format data yang diterima printer adalah data serial yang dienkode sebagai audio
  • Dengan mengirim data termodulasi FSK, printer berhasil mencetak secara nyata

Desain sementara yang bertahan lama

  • Interim Teleprinter berat dan berisiko panas berlebih; meski berbasis produk yang sudah ada, panel depan, drum, antarmuka, hingga rangkanya harus banyak diubah
  • Fungsi word processor dan fungsi keamanan arus konstan yang tidak digunakan di Shuttle juga ikut diwarisi apa adanya
  • Waktu pengembangannya hanya 7 bulan, dan batasan seperti toksisitas serta kemudahan terbakar sangat membatasi pendekatan yang memungkinkan
  • Pada akhirnya, Interim Teleprinter digunakan dalam lebih dari 50 penerbangan dan tetap menjadi cadangan yang lebih andal daripada TAGS
  • Berbeda dari namanya, Interim Teleprinter tidak berhenti sebagai perangkat sementara jangka pendek, melainkan menjadi solusi yang bekerja jauh lebih lama daripada yang dimaksudkan

1 komentar

 
GN⁺ 2024-08-04
Komentar Hacker News
  • Drum teleprinter Shuttle mencetak dengan mengganti 10 karakter khusus ASCII menjadi simbol yang lebih berguna untuk Shuttle, misalnya huruf Yunani untuk sudut
    Secara spesifik, karakter ;@[\]^!"#$ diganti menjadi 聁~αβā
    Yang bikin menghela napas, printer kuno ini bisa mencetaknya, tetapi browser Chrome modern di Android tidak bisa menampilkannya dengan benar

    • Font di halaman penulis adalah normal normal 14px Arial, Tahoma, Helvetica, FreeSans, sans-serif;, sedangkan News YC memakai Verdana, Geneva, sans-serif;
      Berdasarkan https://unicode.scarfboy.com/, karakter-karakter tersebut adalah sebagai berikut, dan kerusakan pemformatan memang bisa diduga: 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
      Yang tidak tampil adalah U+2713 CHECK MARK, U+203E ‾ OVERLINE, U+2191 ↑ UPWARDS ARROW, U+2193 ↓ DOWNWARDS ARROW, dan U+03D5 ϕ GREEK PHI SYMBOL; sejauh yang saya tahu, sebagian besar ada di Arial tetapi tidak ada di Verdana
    • Anehnya, di Chrome pada Samsung S24 Ultra, tampil baik di HN tetapi tidak di halaman Ken. Di Chrome pada Windows dan Ubuntu, serta Safari di iOS, kebalikannya: baik-baik saja di halaman itu tetapi tidak di sini
      Encoding karakter memang menarik
      Kalau Ken melihat ini, di perangkat saya karakter yang dienkode sebagai entitas numerik itulah yang secara spesifik bermasalah. Saat saya menggantinya menjadi karakter sebenarnya lewat Chrome DevTools di Windows dan Ubuntu, semuanya dirender normal
    • Masalahnya sepertinya ada pada tag. Sepertinya font kode di Android Chrome tidak punya karakter-karakter khusus itu
      Setelah tag dihapus, karakternya juga dirender di Android, dan setidaknya di lingkungan saya masalahnya teratasi
    • Tampaknya teksnya rusak di suatu titik antara saat tulisan ini pertama dibuat dan saat dikirim ke browser
      Saya tidak yakin apakah ini bisa disalahkan pada Chrome atau Android
  • Saya penulisnya. Kalau ada pertanyaan, saya akan jawab

    • Perhitungan “mencetak ribuan baris per penerbangan” dan “biaya penerbangan Shuttle 27.000 dolar per pon, jadi membawa teleprinter 59 pon ke luar angkasa menghabiskan lebih dari 1,5 juta dolar per penerbangan” hanya memperhitungkan berat printer itu sendiri
      Saya penasaran berapa banyak kertas kosong yang dibawa untuk printer, dan bagaimana jumlah itu ditentukan. Melihat ukuran font pada foto, agar “ribuan baris” itu benar, sepertinya diperlukan setidaknya beberapa pon kertas tambahan
    • Senang melihat Ken dan Marc sekali lagi menggali perangkat keras NASA yang kurang dikenal secara mendalam
      Saya rasa efek giroskop dari drum yang berputar terhadap Shuttle juga dipertimbangkan. Salah satu alasan komputer Shuttle menggunakan tape drive, bukan hard drive, juga karena bisa memengaruhi orientasi di gravitasi nol. Mungkin massanya cukup kecil sehingga tidak menjadi masalah, atau mungkin karena perangkat ini tidak berputar terus 100% seperti hard drive
      Saya juga terkejut Teletype Model 40 tidak dipertimbangkan. Lebih ringan, tidak memiliki drum berputar, ada konfigurasi khusus penerima sehingga tidak perlu memotong keyboard, berbasis ASCII, dan sudah tersertifikasi terbang di pesawat militer. Namun, waktunya mungkin tidak cocok. Saya pertama melihatnya pada 1984 dan saat itu dianggap “model baru”, jadi mungkin memang belum ada pada 1981
      Model 40 memakai sabuk berputar yang berisi palet karakter individual, dan 80 palu, satu untuk tiap kolom, memukul pada waktu yang tepat untuk mencetak karakter. Di video juga terlihat puli sabuknya berputar. Jika tidak digunakan selama beberapa waktu, dayanya juga diturunkan. Bisa juga iseng menukar paletnya; karena palet individual tidak dilacak dan hanya posisi awal sabuk yang ditandai dengan flag, jika urutannya diubah setelah itu, hasil cetak bisa menjadi N alih-alih M, dan seterusnya
      https://www.youtube.com/watch?v=whKVGefscro
    • Saya penasaran apakah drum berputar mulus pada RPM konstan, atau sesaat berhenti dengan roda gigi mirip Geneva drive seperti pada proyektor film analog agar tidak merobek kertas saat palu memukulnya
      https://en.wikipedia.org/wiki/Geneva_drive
    • Disebutkan ada ROM yang berisi kode program; saya penasaran apakah dump ROM juga dilakukan
      Dari tulisannya, saya memahami ada total tiga ROM: satu ROM 4KB pada kartu CPU dan dua ROM 8KB pada kartu word processor
    • Apakah printer ini perangkat yang diberi perlakuan tahan radiasi? Seperti yang dikatakan orang lain, memakai printer dot matrix komersial bisa banyak mengurangi berat yang berharga, jadi saya rasa ada prioritas lain selain berat
  • Ini adalah printer drum, dan printer berkecepatan tinggi umum lainnya dari era yang sama adalah chain printer
    Pada dasarnya strukturnya masih satu keluarga: ada deretan hammer untuk setiap kolom, lalu saat rantai karakter lewat cepat di depan hammer, hammer memukul untuk mencetak; kecepatannya benar-benar tinggi
    Alasan Shuttle tidak memilih chain printer kemungkinan besar karena mode kegagalannya. Jika rantainya putus, rantai itu bisa terpental ke satu sisi printer dan menembus dinding, jadi operator diperingatkan agar tidak berdiri di sampingnya

    • Saat kelas ilmu komputer tahun pertama, kami harus mengambil output mainframe, dan itu keluar dari chain printer
      Printernya ada di ruang sebelah, di balik tempat penyimpanan hasil cetak, tetapi bahkan dari jarak 20 kaki suara cetaknya terdengar menakutkan
    • “Ruang komputer” di universitas kami juga punya chain printer. Sekarang istilah itu terdengar kuno, tetapi saat itu belum semua orang punya komputer di rumah
      Keisengan di lab adalah menjalankan program yang terus mencetak satu baris - atau = tanpa line break; hasilnya akan saling menimpa, sampai akhirnya kertas terpotong atau printer sering macet
      Itu keisengan yang sangat “menyenangkan” terutama pada Minggu malam, ketika output program yang harus dikumpulkan sebelum kelas hari Senin sedang menumpuk
  • Pada 1981, sepertinya printer dot matrix komersial/konsumen sudah ada. Perangkat seperti itu seharusnya jauh lebih ringan dan memakai daya lebih kecil daripada drum line printer

    • https://news.ycombinator.com/item?id=39769157
      Pada masa Shuttle sedang dikembangkan, printer itu sendiri hampir belum ada. Printer desktop inkjet dan laser baru diluncurkan secara komersial 1–3 tahun sebelum penerbangan pertama Shuttle pada 1981, dan belum terlalu andal. Printer desktop bahkan sekarang pun tidak seandal teletype atau printer dot matrix. Ada alasan maskapai memakai dot matrix untuk mencetak daftar penumpang di gate
      Saat itu yang dominan adalah ink plotter, teleprinter, dan mesin faks. Namun plotter sangat lambat untuk menulis teks. Mesin faks nirkabel mungkin saja bisa dipakai jika cukup tangguh, tetapi mungkin akan seberat teletype dan jauh lebih lambat. Keunggulan sebenarnya hanya pada pencetakan diagram dan foto
    • Pada 1981 mungkin begitu, tetapi pesawat antariksa punya jeda waktu yang panjang antara desain dan penerbangan
      Pada 1970-an, saat Shuttle dirancang, printer dot matrix yang murah, ringan, dan kuat belum ada. Gagasan memakai komponen commercial off-the-shelf (COTS) juga belum mapan; tren itu baru datang bertahun-tahun setelah STS selesai dibuat dan dioperasikan
    • Tetapi apakah printer itu akan berfungsi dengan baik saat peluncuran, dengan getaran dan akselerasi yang kuat, serta di lingkungan tanpa gravitasi?
    • Membayangkan suara printer dot matrix bergema di dinding Shuttle di luar angkasa rasanya pasti luar biasa keren. Benar-benar cyberpunk
      Saya benar-benar merindukan printer dot matrix
      https://youtube.com/watch?v=A_vXA058EDY
    • Bukankah saat itu kebanyakan buatan Jepang? Kalau begitu, sepertinya itu bisa menjadi masalah politik
  • Saya penasaran kenapa mereka tidak memakai matrix printer
    Atau printer thermal transfer pun mestinya bisa. Saat itu mesin faks sudah umum

    • NASA punya batasan toksisitas dan kemudahan terbakar yang membatasi material yang bisa digunakan
  • Sekarang saya jadi ingin melihat sampel cetaknya

    • Di bagian bawah artikel ada video pendek printer itu benar-benar mencetak, dan hasil cetaknya bisa dilihat di sana
      Sementara itu, kalender Snoopy yang dicetak dengannya juga pasti keren
  • Jawaban untuk “Jika word processor tidak relevan dengan Shuttle, mengapa kartu ini tidak dilepas untuk mengurangi berat?” tampaknya ada pada bagian “Teleprinter Shuttle yang kami akses mungkin adalah sistem pengembangan yang tersisa di darat”

  • Komponen mekanisnya mungkin masih bisa berfungsi, dan tidak perlu langganan tinta

    • Di bagian akhir tulisan, Ken mengatakan komponen mekanisnya tidak berfungsi
      Ia menjelaskan bahwa “printer itu punya banyak masalah mekanis, terutama karena roller karetnya berubah seperti cairan dan menyumbat mekanismenya dengan lengket”