Etikett: integrerade kretsar

CK37 var datorn som gjorde det möjligt att flyga ett av sin tids mest avancerade stridsflygplan – helt utan navigatör. När Saab 37 Viggen utvecklades på 1960-talet valde svenska ingenjörer att ersätta en mänsklig besättningsmedlem med digital teknik, något som då ansågs både djärvt och riskabelt. Resultatet blev en av världens första flygburna datorer med integrerade kretsar – ett tekniskt genombrott som inte bara förändrade Viggen, utan också lade grunden för hur moderna stridsflygplan fungerar än i dag.

När det svenska stridsflygplanet Saab 37 Viggen började ta form i början av 1960-talet fattades ett avgörande beslut: flygplanet skulle byggas som ett ensitsigt plan. Det var ett djärvt val. I tidigare militära flygplan hade navigatören haft en central roll och hjälpt piloten med navigation, radarövervakning och anfallsberäkningar. För att ersätta denna mänskliga funktion krävdes något helt nytt.

Lösningen blev en central dator. Den fick beteckningen CK37 och blev ett av de mest banbrytande inslagen i Viggenprojektet. Med hjälp av denna dator och en head-up-display kunde piloten ensam hantera uppgifter som tidigare hade krävt två personer. CK37 blev därmed inte bara en teknisk framgång för Sverige, utan också ett tidigt exempel på hur datorisering kunde förändra hela flygplanets konstruktion.

Från svensk flygindustri till digital flygelektronik

Sverige hade redan före Viggen byggt upp ett starkt kunnande inom flygindustrin. Saab grundades 1937 för att säkra landets tillgång till militära flygplan, och under de följande decennierna utvecklades flera framgångsrika typer. Efter andra världskriget ökade tempot ytterligare, och Saab blev känt för avancerade jetflygplan som Tunnan och Draken.

Utvecklingen av moderna flygplan krävde dock mycket mer än aerodynamik och starka motorer. Beräkningar av hållfasthet, flygegenskaper och systemintegration blev allt mer komplicerade. Saab började därför tidigt använda simulatorer och beräkningsmaskiner. Först användes analoga system, senare digitala datorer som BESK och Saabs egen vidareutvecklade kopia.

När nya vapensystem och navigationslösningar började planeras under 1950-talet stod det klart att framtidens flygplan skulle behöva mer avancerad elektronik. Det blev den tekniska bakgrunden till CK37.

Ett djärvt beslut: att ersätta navigatören med en dator

Diskussionen om Viggens utformning handlade inte bara om flygkropp och motor, utan också om bemanning. Skulle planet ha en pilot och en navigatör, eller kunde allt samlas hos en enda förare?

Tidigare hade navigatören fyllt flera funktioner. Han hjälpte till med att tolka radar, sköta navigation och avlasta piloten under anfall. Men de analoga systemen i äldre flygplan var svåra att förändra, dyra att underhålla och hade begränsad precision. Samtidigt kom rapporter från USA som pekade på att digital teknik kunde vara ett alternativ.

Vid Saab och Flygvapnet växte därför tanken fram att en digital dator skulle kunna samordna all elektronisk utrustning och presentera rätt information direkt till piloten. Det innebar ett helt nytt sätt att tänka. Datorn skulle inte vara en isolerad komponent, utan navet i ett sammanhängande system.

Detta var ett stort steg. Många var tveksamma. Idén om en central dator som skulle koppla samman radar, navigation, sensorer, paneler och presentation till piloten uppfattades av vissa som alltför vågad. Men efter många utredningar, diskussioner och successiva förslag vann konceptet gehör.

Prototypen som visade att idén fungerade

För att övertyga beslutsfattarna behövdes mer än teoretiska resonemang. Saab fick därför i uppdrag att bygga en praktisk försöksdator som kunde visa om konceptet verkligen fungerade.

Resultatet blev prototypen SANK, Saabs Automatiska Navigeringskalkylator. Den stod klar år 1960. Datorn vägde omkring 200 kilo, stod på ett bord och var långt ifrån den kompakta enhet som senare skulle hamna i ett flygplan. Ändå var den ett avgörande genombrott.

SANK arbetade med 20-bitars ordlängd, hade ferritkärnminne för både program och variabler och kunde utföra omkring 100 000 instruktioner per sekund. Den innehöll ungefär 5 000 transistorer och 25 000 andra komponenter. Med denna maskin demonstrerades både navigations- och siktesprogram.

Det viktiga var inte att den var liten eller färdig för flygtjänst, utan att den visade att tekniken gick att använda. SANK blev den direkta föregångaren till både flygdatorn CK37 och Datasaabs datorer för civila tillämpningar.

CK37 blev spindeln i nätet

När utvecklingsarbetet fortsatte stod det klart att datorn måste bli mycket mer än en räknemaskin. CK37 skulle fungera som en central knutpunkt för praktiskt taget all flygelektronik.

Den tog emot information från luftdatautrustning, referensplattform, accelerometrar, radarhöjdmätare, navigationsutrustning och attackradar. Den tog också emot inmatningar från olika paneler i cockpit. Därefter bearbetades informationen och skickades vidare till head-up-display, radarindikatorer och andra presentationssystem.

Systemet arbetade kontinuerligt. Alla program och variabler behövde uppdateras mellan tio och sextio gånger per sekund för att ge korrekt information om flygplanets läge, höjd, hastighet, kurs och anfallsdata. Det ställde mycket höga krav på både datorkraft och programstruktur.

CK37 blev därmed ett tidigt exempel på integrerad avionik, alltså ett system där olika delsystem samverkar genom en central dator istället för att fungera separat.

Ett tekniskt pionjärarbete utan färdiga facit

Att konstruera en flygburen dator i början av 1960-talet var något helt annat än att bygga en markdator. Ingen i Sverige hade tidigare gjort något liknande, och internationellt fanns bara få jämförbara exempel.

Utvecklingsteamet behövde skaffa erfarenhet inom nästan alla områden samtidigt. Det gällde komponenttillförlitlighet, logikkonstruktion, ferritkärnminne, kraftförsörjning, analoga och digitala signaler, lödteknik, miljöprovning, underhåll och kvalitetskontroll. Dessutom måste hela enheten tåla vibrationer, stötar och stora temperaturvariationer, från minus 40 till plus 70 grader.

Utvecklingen pågick under flera år och omfattade återkommande ändringar av specifikationer och prototyper. Hårdvaran påverkades av programvaran, och programvaran tvingades anpassa sig till hårdvarans begränsningar. Minnesstorlek, instruktionstyper och exekveringstid blev ständiga kompromisser mellan kostnad, volym och prestanda.

Integrerade kretsar förändrade allt

Ett avgörande steg togs när de första integrerade kretsarna började bli tillgängliga omkring 1961. Fram till dess byggdes datorlogik av enskilda transistorer, motstånd och kondensatorer, vilket gav stora och komplicerade konstruktioner.

De nya kretsarna från Fairchild, kallade Micro Logic Elements, gjorde det möjligt att minska antalet komponenter kraftigt. Därmed kunde volym och vikt reduceras, samtidigt som antalet lödpunkter blev färre. Det var mycket viktigt, eftersom varje lödning kunde vara en möjlig felkälla i den hårda flygmiljön.

Både Saab och Flygvapnet var först försiktiga inför den nya tekniken. Integrerade kretsar var nästan oprövade, dyra och fortfarande under utveckling. Men ganska snart stod det klart att de var den enda realistiska vägen om datorn skulle kunna byggas så liten och tillförlitlig som krävdes.

CK37 blev därmed en av de första flygdatorerna i världen som använde integrerade kretsar. Det var ett djärvt teknikval, men det visade sig vara rätt.

Från fem prototyper till flygprov

Under 1962 beställdes fem prototyper av den nya datorn för olika typer av tester. Dessa skulle användas för systemprov, simulering, miljötester och programutveckling. Redan här hade konstruktionen förändrats kraftigt jämfört med den tidigare SANK-prototypen.

Datorn fick nu större minne, fler instruktioner och ett mer kompakt mekaniskt upplägg. Konstruktionen byggde på moduler där komponenter och kablage placerades i en aluminiumram mellan två kretskort. Detta gav en robust och servicevänlig lösning som kunde tåla påfrestningarna i ett militärflygplan.

År 1963 stod den första prototypen klar, och 1964 fanns de övriga tillgängliga för test. Från 1965 användes en prototyp under flygprov i ett modifierat Lansen-flygplan. Det var sannolikt första gången i världen som en dator med första generationens integrerade kretsar flög i ett flygplan.

Minnesstriden som nästan bromsade projektet

En av de största tekniska konflikterna i projektet gällde minnet. Vid denna tid var halvledarminnen ännu inte tillgängliga i praktisk form, så lagring byggde på ferritkärnor. Flygvapnet ville pröva en ny typ av minne från Honeywell, ett så kallat biax-minne, som verkade lovande eftersom informationen kunde lagras utan att först förstöras vid läsning.

På papperet såg lösningen mycket attraktiv ut. Honeywell lovade högre hastighet, mindre volym och lägre kostnad än traditionella ferritkärnminnen. I praktiken blev resultatet det motsatta. Minnet drabbades av återkommande fel, leveransproblem och svårigheter vid både markprov och flygprov.

Som en säkerhetsåtgärd utvecklade Saab parallellt ett eget minne av mer traditionell typ. Det bestod av över 229 000 små ferritkärnor, där varje kärna träddes med tunna ledningar. Trots det omfattande hantverket visade sig denna lösning fungera betydligt bättre.

Till slut avbröts arbetet med biax-minnet, och Saabs lösning tog över. Det blev ännu ett exempel på hur projektet klarade sig genom tekniskt nytänkande och praktisk ingenjörskonst.

Serieproduktion och lång tjänstgöring

I januari 1969 beställde Försvarets materielverk serietillverkning av CK37. Den första leveransen kom redan året därpå. Totalt levererades nästan 200 datorer under perioden 1970 till 1978.

Den slutliga versionen bestod av fyra enheter, var och en med en vikt mellan 11 och 16 kilo. Effektförbrukningen låg kring 600 watt. Jämfört med de första prototyperna var detta en kompakt och fullt operativ flygdator.

Men utvecklingen stannade inte där. Under senare år byggdes systemen om och förbättrades. Minnet utökades med halvledarteknik och ytterligare processorkapacitet lades till för att kunna hantera nya vapensystem. Trots att grundkonstruktionen togs fram under 1960-talet var CK37 fortfarande i bruk långt in i början av 2000-talet.

Det säger mycket om hur väl konstruktionen lyckades.

Tillförlitligheten blev bättre än väntat

I ett militärflygplan är tillförlitlighet avgörande. En dator som fallerar i luften kan få allvarliga konsekvenser. Därför ägnades stor uppmärksamhet åt lödteknik, kvalitetskontroll och komponentval.

Alla lödningar utfördes av certifierad personal och kontrollerades noggrant, ofta med förstoringsglas. Komponenterna testades i hög omfattning före användning. Erfarenheter från de tidiga prototyperna analyserades tillsammans med tillverkarna för att förbättra konstruktionen.

När resultaten senare sammanställdes visade det sig att CK37 fungerade bättre än man hade vågat hoppas. Antalet katastrofala fel var ungefär fem gånger lägre än de ursprungliga prognoserna från 1960-talet. Särskilt anmärkningsvärt var att de tidiga integrerade kretsarna visade sig vara mer tillförlitliga än väntat.

Det innebar att det djärva valet att använda den nya tekniken inte bara gav hög prestanda, utan också god driftsäkerhet.

En tidig svart låda

CK37 visade också sin styrka vid olyckor. När ett nylevererat Viggen-plan havererade i början av 1970-talet överlevde piloten genom att skjuta ut sig, men han hann inte uppfatta vad som orsakat kraschen.

Datorns minnesenhet hittades dock i tillräckligt gott skick för att kunna läsas ut. Där fanns data lagrade från sekunderna före nedslaget: höjd, fart, attityd och andra flygdata. Informationen hjälpte utredarna att förstå vad som hänt. I detta fall handlade det om ett plötsligt vingbrott under en sväng.

På så vis fungerade CK37 i praktiken som en tidig haveriregistrator, en slags svart låda, trots att det inte var dess huvudsakliga uppgift.

Arvet efter CK37

CK37 blev inte slutpunkten, utan början på ett nytt sätt att tänka kring flygelektronik. Erfarenheterna från systemarkitektur, programhantering, simulatorprovning och central databehandling fördes vidare till senare versioner av Viggen och därefter till nästa generation svenska stridsflygplan.

Datorn visade att avancerad elektronik kunde ersätta en mänsklig besättningsmedlem, och att detta dessutom kunde göras på ett tillförlitligt sätt i ett mycket krävande operativt sammanhang. Den visade också värdet av att bygga ett helt system kring en central dator i stället för att låta varje delsystem leva sitt eget liv.

I dag framstår detta som självklart, men i början av 1960-talet var det en radikal tanke.

Sammanfattning

CK37 var långt mer än en komponent i Saab 37 Viggen. Den var ett teknikskifte. Genom att samla navigation, beräkningar, sensordata och presentation i en central dator gjorde den det möjligt att bygga ett avancerat ensitsigt attackflygplan. Samtidigt blev den ett tidigt exempel på flygburen digitalisering med integrerade kretsar.

Att nästan 200 datorer levererades och att systemet hölls i drift i flera årtionden visar hur framgångsrik konstruktionen var. CK37 blev en svensk pionjärinsats inom både datorteknik och flygteknik, och dess betydelse märks fortfarande i hur moderna stridsflygplan är uppbyggda.

Youtube innehåll om SAAB AJ37 Viggen