Việc một công nghệ quân sự được ứng dụng vào thực tiễn và qua đó cách mạng hoá cuộc sống của chúng ta không còn là chuyện xa lạ. Từ những cảm biến hình ảnh ban đầu được thiết kế cho các vệ tinh trinh thám đến công nghệ khí động học tiên tiến hiện diện trên mọi mẫu máy bay phản lực hiện đại, nhiều ý tưởng kỳ lạ đến mức thoạt nghe qua, người ta cứ nghĩ nó như một trò đùa viễn tưởng.
Thứ chúng ta sắp nói đến ở đây cũng vậy.
Trước hết, hãy xét bối cảnh của nó.
Nhằm tăng cường năng lực phòng vệ cho Mỹ và Canada, một hệ thống radar khổng lồ liên kết nhau được thiết lập xuyên suốt lãnh thổ hai quốc gia. Được kết nối bằng đường truyền tốc độ cao đến một mạng lưới máy tính và radar, lực lượng Không quân Mỹ có thể quét bầu trời để tìm kiếm những hoạt động khả nghi. Ngày nọ, một máy bay chưa xác định bay ngang qua Bắc Cực và hướng về phía Mỹ. Khi kiểm tra nhanh danh sách các chuyến bay thương mại, người ta lọc ra được một chiếc máy bay chở đầy những du khách từng mất liên lạc ở vùng lãnh nguyên phía Bắc Canada. Tại tổng hành dinh của Không quân Mỹ, chuyến bay này được gán biệt danh “ông kẹ”, khi mà mọi nỗ lực nhằm liên lạc với nó đều thất bại. Theo quy định, một máy bay đánh chặn sẽ được cử theo sát để xác định đối tượng và ghi nhận thông tin đăng ký.
Tuy nhiên, trước khi việc này hoàn tất, nhiều máy bay khác bỗng xuất hiện trên bầu trời Bắc Cực; báo hiệu một cuộc tấn công xuất phát từ phía Nga. Mức độ báo động được nâng lên mức DEFCON 2, chỉ một nấc dưới chiến tranh hạt nhân mà thôi. Các kiểm soát viên trên toàn nước Mỹ bắt đầu nhận được một bức tranh toàn cảnh về cuộc tấn công, vốn được chiếu lên một màn hình lớn để các lãnh đạo quân sự cấp cao quan sát. Tại bảng điều khiển, sỹ quan phụ trách đánh chặn bấm vào một vài biểu tượng trên màn hình để chỉ định mục tiêu cho máy bay chiến đấu. Mọi thông tin thiết yếu đều được chuyển trực tiếp lên máy tính của máy bay mà không cần nói chuyện với phi công.
Khi người phi công này sẵn sàng cất cánh, mọi dữ liệu cần thiết để tiêu diệt kẻ xâm nhập đã được nạp hoàn chỉnh vào hệ thống. Sau khi rời khỏi đường băng và gạt một nút bấm trong buồng lái, mọi thứ về chuyến bay được đồng bộ với hệ thống máy tính dưới mặt đất và các kiểm soát viên radar đang quan sát “ông kẹ”. Một màn hình lớn trước mặt cho phép phi công thấy được bản đồ khu vực và cung cấp những thông tin quan trọng về mục tiêu.
Toàn bộ nhiệm vụ đánh chặn đều được tự động hoá, người phi công chỉ cần điều chỉnh tốc độ mà thôi. Máy bay, được cập nhật dữ liệu mới nhất từ kiểm soát viên mặt đất, sẽ điều chỉnh đường bay để triệt hạ máy bay ném bom của địch. Chỉ khi mục tiêu lọt vào phạm vi radar của máy bay thì người phi công mới nắm quyền điều khiển, chọn vũ khí, và khai hoả. Một khi nhiệm vụ hoàn tất, máy bay trở về trạng thái tự động và đưa phi công về căn cứ an toàn.
Những gì bạn vừa đọc ở trên không phải trích ra từ một cuốn tiểu thuyết viễn tưởng. Nó là một câu chuyện hoàn toàn có thật trong lịch sử. Hệ thống máy tính kia được gọi là SAGE - và nó đi vào hoạt động vào năm 1958.
SAGE, viết tắt của “Semi-Automatic Ground Environment” (Môi trường Mặt đất Bán tự động), là một giải pháp được đưa ra nhằm bảo vệ Bắc Mỹ trước các máy bay ném bom của Soviet trong Chiến tranh lạnh. Các hệ thống phòng không hầu như bị bỏ ngỏ sau Chiến tranh Thế giới II, trong bối cảnh hoạt động phi quân sự hoá thời hậu chiến được đẩy nhanh để tạo điều kiện cho nền kinh tế tiêu dùng bùng nổ.
Nhưng cuộc thử nghiệm bom nguyên tử đầu tiên của Soviet đã làm lung lay sự tự mãn của phương Tây, và Mỹ ngay lập tức nhận ra tính cần thiết phải triển khai một chiến lược phòng thủ tập trung. Tình huống có khả năng xảy ra nhất là nước Mỹ có thể bị tấn công bởi hàng loạt máy bay ném bom tốc độ cao, nhưng vào đầu những năm 1950, hệ thống phòng không nói chung không có sự nhất quán giữa các khu vực và thiếu một cơ quan đầu não điều phối. Vô số nghiên cứu đã được thực hiện nhằm tìm kiếm giải pháp, nhưng công nghệ thời điểm đó đơn giản là không thể giúp hiện thực hoá kỳ vọng.
Whirlwind I
Khi Chiến tranh Thế giới II đang dần đi đến hồi kết, các nhà nghiên cứu tại MIT đã tìm cách thiết kế nên một hệ thống cho phép Hải quân Mỹ có thể giả lập thiết kế của bất kỳ mẫu máy bay nào, từ đó nghiên cứu các đặc tính vận hành của nó. Ban đầu, họ dự định chế tạo một chiếc máy tính analog, nhưng nhanh chóng huỷ bỏ sau khi nhận ra thiết bị này sẽ không đủ nhanh hoặc chính xác để giả lập những thứ phức tạp như vậy.
Lúc này, mọi sự chú ý đổ dồn về Whirlwind I, một hệ thống kỹ thuật số tinh vi tại MIT, với độ dài chuỗi ký tự lên đến 32-bit, 16 “đơn vị xử lý toán học”, và bộ nhớ 2.048 ký tự làm từ các đường trễ thuỷ ngân. Quan trọng hơn, Whirlwind I sở hữu một hệ thống I/O tinh vi, mở ra khái niệm “cắt bớt chu trình” khi thực hiện các tác vụ I/O, trong đó CPU sẽ được tạm ngừng trong quá trình truyền tải dữ liệu.
Vài năm sau đó, Hải quân Mỹ không còn hứng thú với dự án do chi phí quá cao, nhưng ngược lại, phía Không quân lại tìm cách đánh giá khả năng ứng dụng vào phòng không của nó. Sau khi điều chỉnh nhiều radar ở vùng Đông Bắc nước Mỹ để gửi toạ độ số của các mục tiêu đang theo dõi, Whirlwind I cho thấy khả năng điều phối các nhiệm vụ đánh chặn máy bay ném bom là hoàn toàn có thể thực hiện được. Mấu chốt của vấn đề nằm ở các ống chân không độ chính xác cao và sự ra đời của bộ nhớ lõi đầu tiên. Hai thành tựu này giúp giảm đáng kể thời gian chết của hệ thống và tăng tốc độ xử lý, khiến Whirlwind I hoạt động nhanh gấp 4 lần so với thiết kế nguyên bản.
Kiến trúc SAGE
Trước những kết quả đầy hứa hẹn, MIT, IBM, và Không quân Mỹ cùng tạo ra thứ mà họ gọi là SAGE. Theo đó, khu vực Bắc Mỹ sẽ được chia thành 23 vùng, mỗi vùng có một “trung tâm chỉ huy” riêng, và nhiều trung tâm chỉ huy sẽ truyền thông tin về một hệ thống “Trung tâm Chỉ đạo Tấn công”. Mỗi trung tâm chỉ huy được kết nối đến một loạt các radar và sở hữu nhiều đội hình máy bay chiến đấu sẵn sàng thực hiện nhiệm vụ đánh chặn. Nếu một trong tâm chỉ huy bị phá huỷ trong một cuộc tấn công, các đường dây liên lạc còn sót lại sẽ được tái điều hướng đến một trung tâm còn hoạt động để tiếp tục duy trì hệ thống phòng không. Để đơn giản hoá vấn đề truyền tải, mọi trung tâm đều sử dụng một kỹ thuật gọi là “cross-telling”, một giao thức đồng bộ có chức năng trao đổi dữ liệu về hoạt động theo dõi, máy bay, và những “ông kẹ” như đã nhắc đến ở trên.
Để tạo ra được một hệ thống như vậy đòi hỏi quyết tâm cực kỳ cao độ. Lo sợ bị tấn công hạt nhân giữa thời điểm Chiến tranh lạnh, Không quân Mỹ đã phát triển một kiến trúc phòng không tiên tiến bậc nhất thế giới, với kích cỡ và độ phức tạp đủ đáp ứng nhu cầu bảo vệ Mỹ và Canada, một khu vực có diện tích gần tương đương Liên bang Soviet. Kết quả là dự án này có quy mô lớn hơn rất nhiều so với Dự án Manhattan trong Chiến tranh Thế giới II.
SAGE là tên gọi chung của cả hệ thống, bao gồm không chỉ các trung tâm lưu trữ máy tính mà cả kiến trúc xử lý, hệ thống đánh chặn, radar, và tên lửa đất đối không. Bản thân máy tính chính, tên mã AN/FSQ-7, cho đến thời điểm hiện tại vẫn nắm giữ danh hiệu chiếc máy tính lớn nhất từng được chế tạo. Chứa hai vi xử lý, một luôn hoạt động và cái còn lại ở chế độ chờ, AN/FSQ-7 cần đến 49.000 ống chân không và 68K bộ nhớ lõi 32-bit. Nó vận hành ở tốc độ 75.000 tập lệnh/giây.
Trong bối cảnh các ổ đĩa đầu đọc vừa xuất hiện trên thị trường thương mại, bộ nhớ trống là giải pháp được chọn để làm thiết bị lưu trữ lâu dài. Mỗi trong số 26 trống chứa khoảng 150K, với thời gian truy xuất 20 mili-giây, và được chia sẻ chung giữa vi xử lý và màn hình. Bởi bất kỳ máy tính nào cũng trở nên vô dụng nếu không có luồng dữ liệu vào và ra, các vi xử lý cũng có một hệ thống I/O tinh vi kết nối đến các radar, màn hình, và các trung tâm chỉ huy khác. Đáng chú ý, AN/FSQ-7 là một hệ thống thời gian thực đúng nghĩa, không như các hệ thống thương mại xử lý dữ liệu theo từng đợt xuất hiện trước và tiếp tục tồn tại nhiều năm sau đó.
Hiển nhiên, AN/FSQ-7 đòi hỏi phải có một cơ sở thật lớn và rộng rãi. Mỗi trung tâm chỉ huy được đặt trong những toà nhà 4 tầng (không thể chống được các vụ nổ hạt nhân, nhưng tường dày 2 mét đủ sức bảo vệ hệ thống trước những cuộc tấn công tiềm tàng). Một tầng của toà nhà, rộng 2.000 mét vuông, dành riêng cho các vi xử lý nặng 250 tấn và các thiết bị điện tử hỗ trợ. Mỗi toà nhà còn cần thêm các máy phát điện chạy dầu diesel, công suất 3MW, để duy trì hoạt động.
Khoảng 90 bảng điều khiển được lắp đặt trong các trung tâm chỉ huy, mỗi bảng đảm nhận giải quyết một phần khác nhau trong hệ thống phòng không. Có một nhóm kỹ thuật viên được giao nhiệm vụ điều phối hoạt động trinh sát trên không. Tương tự như những gì bạn có thể thấy trong một trung tâm kiểm soát không lưu hiện đại, nhóm này theo dõi mọi chuyến bay trong một khu vực cụ thể. Nếu một kiểm soát viên xác nhận một chiếc máy bay là chưa rõ danh tính, dữ liệu sẽ được chuyển sang cho vị chỉ huy chuyên về điều phối vũ khí. Sau khi đánh giá nguy cơ, người này sẽ ra lệnh thực hiện nhiệm vụ đánh chặn, hoặc gửi thông tin mục tiêu cho các cụm tên lửa đặt quanh các thành phố lớn.
Một chỉ huy phụ trách đánh chặn sẽ nhận thông tin từ chỉ huy điều phối vũ khí và phân công máy bay xử lý mục tiêu. Bằng cách bấm vào máy bay và “ông kẹ”, máy tính sẽ tính toán độ cao và đường đánh chặn tối ưu rồi gửi đến máy bay. Nếu radar phát hiện đường đi của mục tiêu đã thay đổi, hệ thống sẽ tự động tính toán lại chiến thuật đánh chặn và gửi dữ liệu mới cập nhật đến máy bay. Như bạn đã thấy, hoàn toàn không có sự giao tiếp giữa phi công và kiểm soát mặt đất.
Chỉ và bấm
Chọn một mục tiêu đang được radar theo dõi trên màn hình đầy những chấm nhấp nháy sẽ là điều bất khả thi nếu không có một dạng giao diện “chỉ và bấm” để xác định rõ đối tượng cụ thể. Trong bối cảnh chuột máy tính vẫn chưa ra đời (phải đến sau đó một thập kỷ!), các kỹ sư Whirlwind đã phát triển nên “Light Gun”, một thiết bị trỏ hình khẩu súng, cho phép kiểm soát viên có thể chọn một mục tiêu trên màn hình. Một khi đã chọn xong, điều hành viên có thể phân công theo dõi, ra lệnh đánh chặn, hay lựa chọn một mục tiêu để tên lửa đất đối không “xử đẹp”.
Bản thân máy tính không trực tiếp xuất dữ liệu ra màn hình. Trong khi vị trí và độ cao của máy bay được truyền từ radar vào vi xử lý, dữ liệu theo dõi được tính toán và ghi vào các trống. Mỗi bảng điều khiển đọc dữ liệu từ các trống đó, rồi trích xuất những dữ liệu mà nó phụ trách. Màn hình của điều hành viên radar hầu như tách rời khỏi vi xử lý, và hình ảnh nó hiển thị được tạo ra ngay tại chỗ. Một dãy các nút bấm trên bảng điều khiển được dùng để thay đổi màn hình hoặc thay đổi trọng tâm vào một máy bay cụ thể. Bởi vi xử lý không phải quản lý một lượng lớn các bảng điều khiển, nó sẽ có thể tập trung toàn bộ sức mạnh vốn khá hạn chế vào việc xử lý dữ liệu từ radar.
Chia sẻ dữ liệu trên các trống là một phần quan trọng của tính năng “cross-tell”. Một trong hai vi xử lý luôn ở trạng thái chờ và phải sẵn sàng để nắm quyền kiểm soát trong tình huống hệ thống chính bị sập. Vi xử lý chính luôn cập nhật trống cross-telling, thứ mà hệ thống chờ sẽ đọc nếu được kích hoạt. Hệ thống chờ không liên tục tự cập nhật, bởi nó thường trong tình trạng bảo trì hoặc dùng cho việc huấn luyện. Nhờ cơ chế liên tục bảo trì, độ ổn định của SAGE là cực kỳ ấn tượng, đặc biệt xét vào thời đó. Trung bình, nó chỉ bị sập khoảng 4 tiếng mỗi năm mà thôi.
Muốn phân biệt bạn hay thù, đầu tiên chúng ta phải biết ai được phép xuất hiện trên bầu trời. SAGE lưu giữ những bản ghi chi tiết về tất cả các chuyến bay được báo cáo, và một kiểm soát viên có thể đối chiếu thông tin theo dõi với danh sách các chuyến bay đó. Dù chuyện này khá phổ biến ở thời hiện đại, hầu hết các hãng hàng không thời đó chưa số hoá lịch bay. Mọi thông tin đều được nhập thủ công vào trống lưu trữ SAGE bằng cách sử dụng thẻ bấm lỗ.
Mũi nhọn tấn công
SAGE là thành phần đặt dưới mặt đất của hệ thống phòng không, và để đánh chặn được máy bay ném bom, hiển nhiên bạn phải sở hữu những mẫu máy bay chiến đấu với sức mạnh ngang ngửa. Ban đầu, Không quân Mỹ dự định sử dụng mẫu F-102 khá phổ biến nhưng hiệu suất vừa phải làm máy bay chính. Sau nhiều lần đại tu thiết kế F-102, Convair trình làng mẫu máy bay F-106 với biệt danh “Ultimate Interceptor” (Máy bay đánh chặn tối thượng). Thực ra, danh hiệu đó không hề khoa trương. Hệ thống khí động học được tinh chỉnh theo bộ quy tắc NACA, tạo nên phần thân hình chai Coca độc đáo của F-106 cùng hiệu năng vượt trội. Nó vẫn đang là người nắm giữ kỷ lục tốc độ thế giới - Mach 2.3 - đối với loại máy bay động cơ đơn. Thiết kế cạnh thấp và động cơ cỡ lớn khiến máy bay rất dễ kiểm soát, đặc biệt ở các toạ độ cao.
F-106 được trang bị các thiết bị điện tử vượt trội so với bất kỳ máy bay nào khác cùng thời. Trái tim của máy bay là hệ thống Hughes MA-1, vốn tích hợp mọi chức năng điều hướng, radar, liên lạc, và tự lái vào một cụm điều khiển nặng đến 1.140kg ở phần trước máy bay. Trung tâm của MA-1 là Hughes Digitair, máy tính không vận số đầu tiên, một hệ thống ống chân không 18-bit với bộ nhớ lõi 2K ký tự. Ấn tượng hơn nữa là dữ liệu về nhiệm vụ được ghi vào bộ nhớ trống bên trong, vốn chứa được 13.000 từ. Mọi dữ liệu đánh chặn được lưu trữ trên trống, giống như các thông tin về mục tiêu và dữ liệu radio cũng như điều hướng.
Với hệ thống tự động như vậy, phi công cần có một giải pháp để nắm được tình hình nhiệm vụ đánh chặn. Một màn hình lớn ở buồng lái hiển thị bản đồ khu vực, chiếu vị trí và thông tin theo dõi của máy bay chiến đấu và mục tiêu của nó trong thời gian thực. Màn hình này, được gọi là Tactical Situation Display, sẽ được cập nhật dữ liệu từ trung tâm chỉ huy, mang đến cho phi công “bức tranh toàn cảnh” về cuộc tấn công, một tính năng thiết yếu khi mà hoạt động liên lạc bằng giọng nói chưa thể thực hiện được.
Chiến dịch Sky Shield
Sự kiện hoạt động hàng không bị gián đoạn trên toàn quốc trong hai ngày trời sau vụ 11/9/2001 là chưa từng có tiền lệ, nhưng không phải là lần đầu tiên FAA ra lệnh ngừng mọi chuyến bay thương mại tại Mỹ. Bắt đầu vào năm 1960, đã có ba lần diễn tập thường niên mang tên Sky Shield, trong đó Không quân Mỹ phối hợp với FAA nhằm ngừng mọi chuyến bay thương mại và tư nhân trong nhiều giờ xuyên suốt buổi diễn tập. Những cuộc diễn tập quốc tế này được thực hiện nhằm đánh giá năng lực của SAGE. Những đội máy bay ném bom lớn được chỉ đạo “tấn công” nước Mỹ, và các đơn vị SAGE sẽ điều phối phản công bằng máy bay chiến đấu cùng tên lửa đất đối không.
Không lực Hoàng gia Anh, sử dụng máy bay ném bom Vulcan mới, được chỉ đạo tham gia diễn tập, nhưng họ ngó lơ một số chi tiết. Với chiến thuật tấn công của riêng mình và sử dụng hệ thống phá radar hiệu quả cao, phía Anh đã làm lộ rõ lỗ hổng trong SAGE. Mặc cho tỉ lệ máy bay chiến đấu tiêu diệt được mục tiêu nói chung rất cao, theo ước tính chỉ khoảng 1/4 số máy bay ném bom bị đánh chặn.
IBM hưởng lợi từ SAGE
IBM bước vào lĩnh vực điện toán vào đầu thập niên 1950. Với năng lực nghiên cứu và phát triển, cũng như đội ngũ chăm sóc khách hàng tốt, IBM được Không quân chọn vào năm 1953 để thiết kế và xây dựng các hệ thống AN/FSQ-7. Dù dự án này đóng góp khoảng 10% tổng doanh thu cho IBM trong nhiều năm, lợi ích thực sự mà IBM có được là khả năng tiếp cận những thiết kế tiên tiến tại MIT và những công nghệ mang tính cách mạng như bộ nhớ lõi. Khi dự án SAGE dần bị loại bỏ, các kỹ sư IBM đã sử dụng kỹ năng thu thập được và ứng dụng chúng để tạo nên những hệ thống thương mại mới trong nhiều năm sau đó.
Ngày nay, việc đặt vé máy bay không có gì khó khăn cả, nhưng mọi chuyện khá trái ngược vào những năm 1950, khi các nhân viên phụ trách lập lịch bay phải xử lý cả núi thẻ chỉ mục, mỗi thẻ chứa thông tin về một chuyến bay cụ thể, và tất cả được lưu trữ trong một thứ giống như catalog thẻ thư viện vậy. Chỉ một số ít nhân viên lập lịch bay có thể xử lý số catalog đó, và việc đặt chỗ trên chuyến bay có thể mất từ 1 - 2 giờ.
Nhờ một cuộc gặp gỡ bất chợt, một vị lãnh đạo IBM đã tiếp cận được chủ tịch của American Airlines, và họ đã thảo luận việc các hãng hàng không cần phải sở hữu một hệ thống ngang ngửa SAGE. Nhận ra những lợi thế cạnh tranh nếu có được một hệ thống đặt chỗ số hoá, American Airlines đã ký hợp đồng với IBM nhằm phát triển SABRE. SABRE nhanh chóng thành công vang dội, và sau nhiều lần tái tổ chức tập đoàn, nay nó trở thành Travelocity và Expedia.
SAGE trong văn hoá đại chúng
Mặc cho những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực điện toán mà SAGE mang lại, hệ thống này nhanh chóng hết thời. Quân đội chú trọng vào tên lửa đạn đạo xuyên lục địa thay vì máy bay ném bom, và chi phí bảo trì hệ thống quá lớn (khoảng 2 tỷ USD/năm thời đó), khiến SAGE bị thất sủng. Trong số 23 trung tâm chỉ huy được xây dựng vào cuối thập niên 1950, đầu thập niên 1960, chỉ khoảng 6 trung tâm còn hoạt động vào năm 1970. Tất cả đã bị ngừng kích hoạt vào cuối năm 1983.
Vòng đời ngắn ngủi của hệ thống SAGE không đồng nghĩa nó vĩnh viễn biến mất. Dù các hệ thống SAGE đã bị loại bỏ từ hàng thập kỷ, bạn vẫn có thể tìm hiểu về nó thông qua vô số các chương trình truyền hình và phim ảnh, đáng chú ý nhất là The Time Tunnel (và mọi sản phẩm khoa học viễn tưởng khác của Irwin Allen). Lost, Airplane, và thậm chí là Everything You Always Wanted to Know about Sex của Woody Allen, tất cả đều có những khung hình về hệ thống đèn lấp loé và hàng dãy nút bấm mà chỉ có máy tính SAGE sở hữu!
Thứ chúng ta sắp nói đến ở đây cũng vậy.
Trước hết, hãy xét bối cảnh của nó.
Nhằm tăng cường năng lực phòng vệ cho Mỹ và Canada, một hệ thống radar khổng lồ liên kết nhau được thiết lập xuyên suốt lãnh thổ hai quốc gia. Được kết nối bằng đường truyền tốc độ cao đến một mạng lưới máy tính và radar, lực lượng Không quân Mỹ có thể quét bầu trời để tìm kiếm những hoạt động khả nghi. Ngày nọ, một máy bay chưa xác định bay ngang qua Bắc Cực và hướng về phía Mỹ. Khi kiểm tra nhanh danh sách các chuyến bay thương mại, người ta lọc ra được một chiếc máy bay chở đầy những du khách từng mất liên lạc ở vùng lãnh nguyên phía Bắc Canada. Tại tổng hành dinh của Không quân Mỹ, chuyến bay này được gán biệt danh “ông kẹ”, khi mà mọi nỗ lực nhằm liên lạc với nó đều thất bại. Theo quy định, một máy bay đánh chặn sẽ được cử theo sát để xác định đối tượng và ghi nhận thông tin đăng ký.
Tuy nhiên, trước khi việc này hoàn tất, nhiều máy bay khác bỗng xuất hiện trên bầu trời Bắc Cực; báo hiệu một cuộc tấn công xuất phát từ phía Nga. Mức độ báo động được nâng lên mức DEFCON 2, chỉ một nấc dưới chiến tranh hạt nhân mà thôi. Các kiểm soát viên trên toàn nước Mỹ bắt đầu nhận được một bức tranh toàn cảnh về cuộc tấn công, vốn được chiếu lên một màn hình lớn để các lãnh đạo quân sự cấp cao quan sát. Tại bảng điều khiển, sỹ quan phụ trách đánh chặn bấm vào một vài biểu tượng trên màn hình để chỉ định mục tiêu cho máy bay chiến đấu. Mọi thông tin thiết yếu đều được chuyển trực tiếp lên máy tính của máy bay mà không cần nói chuyện với phi công.
Khi người phi công này sẵn sàng cất cánh, mọi dữ liệu cần thiết để tiêu diệt kẻ xâm nhập đã được nạp hoàn chỉnh vào hệ thống. Sau khi rời khỏi đường băng và gạt một nút bấm trong buồng lái, mọi thứ về chuyến bay được đồng bộ với hệ thống máy tính dưới mặt đất và các kiểm soát viên radar đang quan sát “ông kẹ”. Một màn hình lớn trước mặt cho phép phi công thấy được bản đồ khu vực và cung cấp những thông tin quan trọng về mục tiêu.
Toàn bộ nhiệm vụ đánh chặn đều được tự động hoá, người phi công chỉ cần điều chỉnh tốc độ mà thôi. Máy bay, được cập nhật dữ liệu mới nhất từ kiểm soát viên mặt đất, sẽ điều chỉnh đường bay để triệt hạ máy bay ném bom của địch. Chỉ khi mục tiêu lọt vào phạm vi radar của máy bay thì người phi công mới nắm quyền điều khiển, chọn vũ khí, và khai hoả. Một khi nhiệm vụ hoàn tất, máy bay trở về trạng thái tự động và đưa phi công về căn cứ an toàn.
Những gì bạn vừa đọc ở trên không phải trích ra từ một cuốn tiểu thuyết viễn tưởng. Nó là một câu chuyện hoàn toàn có thật trong lịch sử. Hệ thống máy tính kia được gọi là SAGE - và nó đi vào hoạt động vào năm 1958.
SAGE, viết tắt của “Semi-Automatic Ground Environment” (Môi trường Mặt đất Bán tự động), là một giải pháp được đưa ra nhằm bảo vệ Bắc Mỹ trước các máy bay ném bom của Soviet trong Chiến tranh lạnh. Các hệ thống phòng không hầu như bị bỏ ngỏ sau Chiến tranh Thế giới II, trong bối cảnh hoạt động phi quân sự hoá thời hậu chiến được đẩy nhanh để tạo điều kiện cho nền kinh tế tiêu dùng bùng nổ.
Nhưng cuộc thử nghiệm bom nguyên tử đầu tiên của Soviet đã làm lung lay sự tự mãn của phương Tây, và Mỹ ngay lập tức nhận ra tính cần thiết phải triển khai một chiến lược phòng thủ tập trung. Tình huống có khả năng xảy ra nhất là nước Mỹ có thể bị tấn công bởi hàng loạt máy bay ném bom tốc độ cao, nhưng vào đầu những năm 1950, hệ thống phòng không nói chung không có sự nhất quán giữa các khu vực và thiếu một cơ quan đầu não điều phối. Vô số nghiên cứu đã được thực hiện nhằm tìm kiếm giải pháp, nhưng công nghệ thời điểm đó đơn giản là không thể giúp hiện thực hoá kỳ vọng.
Whirlwind I
Khi Chiến tranh Thế giới II đang dần đi đến hồi kết, các nhà nghiên cứu tại MIT đã tìm cách thiết kế nên một hệ thống cho phép Hải quân Mỹ có thể giả lập thiết kế của bất kỳ mẫu máy bay nào, từ đó nghiên cứu các đặc tính vận hành của nó. Ban đầu, họ dự định chế tạo một chiếc máy tính analog, nhưng nhanh chóng huỷ bỏ sau khi nhận ra thiết bị này sẽ không đủ nhanh hoặc chính xác để giả lập những thứ phức tạp như vậy.
Lúc này, mọi sự chú ý đổ dồn về Whirlwind I, một hệ thống kỹ thuật số tinh vi tại MIT, với độ dài chuỗi ký tự lên đến 32-bit, 16 “đơn vị xử lý toán học”, và bộ nhớ 2.048 ký tự làm từ các đường trễ thuỷ ngân. Quan trọng hơn, Whirlwind I sở hữu một hệ thống I/O tinh vi, mở ra khái niệm “cắt bớt chu trình” khi thực hiện các tác vụ I/O, trong đó CPU sẽ được tạm ngừng trong quá trình truyền tải dữ liệu.
Vài năm sau đó, Hải quân Mỹ không còn hứng thú với dự án do chi phí quá cao, nhưng ngược lại, phía Không quân lại tìm cách đánh giá khả năng ứng dụng vào phòng không của nó. Sau khi điều chỉnh nhiều radar ở vùng Đông Bắc nước Mỹ để gửi toạ độ số của các mục tiêu đang theo dõi, Whirlwind I cho thấy khả năng điều phối các nhiệm vụ đánh chặn máy bay ném bom là hoàn toàn có thể thực hiện được. Mấu chốt của vấn đề nằm ở các ống chân không độ chính xác cao và sự ra đời của bộ nhớ lõi đầu tiên. Hai thành tựu này giúp giảm đáng kể thời gian chết của hệ thống và tăng tốc độ xử lý, khiến Whirlwind I hoạt động nhanh gấp 4 lần so với thiết kế nguyên bản.
Kiến trúc SAGE
Trước những kết quả đầy hứa hẹn, MIT, IBM, và Không quân Mỹ cùng tạo ra thứ mà họ gọi là SAGE. Theo đó, khu vực Bắc Mỹ sẽ được chia thành 23 vùng, mỗi vùng có một “trung tâm chỉ huy” riêng, và nhiều trung tâm chỉ huy sẽ truyền thông tin về một hệ thống “Trung tâm Chỉ đạo Tấn công”. Mỗi trung tâm chỉ huy được kết nối đến một loạt các radar và sở hữu nhiều đội hình máy bay chiến đấu sẵn sàng thực hiện nhiệm vụ đánh chặn. Nếu một trong tâm chỉ huy bị phá huỷ trong một cuộc tấn công, các đường dây liên lạc còn sót lại sẽ được tái điều hướng đến một trung tâm còn hoạt động để tiếp tục duy trì hệ thống phòng không. Để đơn giản hoá vấn đề truyền tải, mọi trung tâm đều sử dụng một kỹ thuật gọi là “cross-telling”, một giao thức đồng bộ có chức năng trao đổi dữ liệu về hoạt động theo dõi, máy bay, và những “ông kẹ” như đã nhắc đến ở trên.
SAGE là tên gọi chung của cả hệ thống, bao gồm không chỉ các trung tâm lưu trữ máy tính mà cả kiến trúc xử lý, hệ thống đánh chặn, radar, và tên lửa đất đối không. Bản thân máy tính chính, tên mã AN/FSQ-7, cho đến thời điểm hiện tại vẫn nắm giữ danh hiệu chiếc máy tính lớn nhất từng được chế tạo. Chứa hai vi xử lý, một luôn hoạt động và cái còn lại ở chế độ chờ, AN/FSQ-7 cần đến 49.000 ống chân không và 68K bộ nhớ lõi 32-bit. Nó vận hành ở tốc độ 75.000 tập lệnh/giây.
Trong bối cảnh các ổ đĩa đầu đọc vừa xuất hiện trên thị trường thương mại, bộ nhớ trống là giải pháp được chọn để làm thiết bị lưu trữ lâu dài. Mỗi trong số 26 trống chứa khoảng 150K, với thời gian truy xuất 20 mili-giây, và được chia sẻ chung giữa vi xử lý và màn hình. Bởi bất kỳ máy tính nào cũng trở nên vô dụng nếu không có luồng dữ liệu vào và ra, các vi xử lý cũng có một hệ thống I/O tinh vi kết nối đến các radar, màn hình, và các trung tâm chỉ huy khác. Đáng chú ý, AN/FSQ-7 là một hệ thống thời gian thực đúng nghĩa, không như các hệ thống thương mại xử lý dữ liệu theo từng đợt xuất hiện trước và tiếp tục tồn tại nhiều năm sau đó.
Hiển nhiên, AN/FSQ-7 đòi hỏi phải có một cơ sở thật lớn và rộng rãi. Mỗi trung tâm chỉ huy được đặt trong những toà nhà 4 tầng (không thể chống được các vụ nổ hạt nhân, nhưng tường dày 2 mét đủ sức bảo vệ hệ thống trước những cuộc tấn công tiềm tàng). Một tầng của toà nhà, rộng 2.000 mét vuông, dành riêng cho các vi xử lý nặng 250 tấn và các thiết bị điện tử hỗ trợ. Mỗi toà nhà còn cần thêm các máy phát điện chạy dầu diesel, công suất 3MW, để duy trì hoạt động.
Khoảng 90 bảng điều khiển được lắp đặt trong các trung tâm chỉ huy, mỗi bảng đảm nhận giải quyết một phần khác nhau trong hệ thống phòng không. Có một nhóm kỹ thuật viên được giao nhiệm vụ điều phối hoạt động trinh sát trên không. Tương tự như những gì bạn có thể thấy trong một trung tâm kiểm soát không lưu hiện đại, nhóm này theo dõi mọi chuyến bay trong một khu vực cụ thể. Nếu một kiểm soát viên xác nhận một chiếc máy bay là chưa rõ danh tính, dữ liệu sẽ được chuyển sang cho vị chỉ huy chuyên về điều phối vũ khí. Sau khi đánh giá nguy cơ, người này sẽ ra lệnh thực hiện nhiệm vụ đánh chặn, hoặc gửi thông tin mục tiêu cho các cụm tên lửa đặt quanh các thành phố lớn.
Một chỉ huy phụ trách đánh chặn sẽ nhận thông tin từ chỉ huy điều phối vũ khí và phân công máy bay xử lý mục tiêu. Bằng cách bấm vào máy bay và “ông kẹ”, máy tính sẽ tính toán độ cao và đường đánh chặn tối ưu rồi gửi đến máy bay. Nếu radar phát hiện đường đi của mục tiêu đã thay đổi, hệ thống sẽ tự động tính toán lại chiến thuật đánh chặn và gửi dữ liệu mới cập nhật đến máy bay. Như bạn đã thấy, hoàn toàn không có sự giao tiếp giữa phi công và kiểm soát mặt đất.
Chỉ và bấm
Chọn một mục tiêu đang được radar theo dõi trên màn hình đầy những chấm nhấp nháy sẽ là điều bất khả thi nếu không có một dạng giao diện “chỉ và bấm” để xác định rõ đối tượng cụ thể. Trong bối cảnh chuột máy tính vẫn chưa ra đời (phải đến sau đó một thập kỷ!), các kỹ sư Whirlwind đã phát triển nên “Light Gun”, một thiết bị trỏ hình khẩu súng, cho phép kiểm soát viên có thể chọn một mục tiêu trên màn hình. Một khi đã chọn xong, điều hành viên có thể phân công theo dõi, ra lệnh đánh chặn, hay lựa chọn một mục tiêu để tên lửa đất đối không “xử đẹp”.
Bản thân máy tính không trực tiếp xuất dữ liệu ra màn hình. Trong khi vị trí và độ cao của máy bay được truyền từ radar vào vi xử lý, dữ liệu theo dõi được tính toán và ghi vào các trống. Mỗi bảng điều khiển đọc dữ liệu từ các trống đó, rồi trích xuất những dữ liệu mà nó phụ trách. Màn hình của điều hành viên radar hầu như tách rời khỏi vi xử lý, và hình ảnh nó hiển thị được tạo ra ngay tại chỗ. Một dãy các nút bấm trên bảng điều khiển được dùng để thay đổi màn hình hoặc thay đổi trọng tâm vào một máy bay cụ thể. Bởi vi xử lý không phải quản lý một lượng lớn các bảng điều khiển, nó sẽ có thể tập trung toàn bộ sức mạnh vốn khá hạn chế vào việc xử lý dữ liệu từ radar.
Chia sẻ dữ liệu trên các trống là một phần quan trọng của tính năng “cross-tell”. Một trong hai vi xử lý luôn ở trạng thái chờ và phải sẵn sàng để nắm quyền kiểm soát trong tình huống hệ thống chính bị sập. Vi xử lý chính luôn cập nhật trống cross-telling, thứ mà hệ thống chờ sẽ đọc nếu được kích hoạt. Hệ thống chờ không liên tục tự cập nhật, bởi nó thường trong tình trạng bảo trì hoặc dùng cho việc huấn luyện. Nhờ cơ chế liên tục bảo trì, độ ổn định của SAGE là cực kỳ ấn tượng, đặc biệt xét vào thời đó. Trung bình, nó chỉ bị sập khoảng 4 tiếng mỗi năm mà thôi.
Muốn phân biệt bạn hay thù, đầu tiên chúng ta phải biết ai được phép xuất hiện trên bầu trời. SAGE lưu giữ những bản ghi chi tiết về tất cả các chuyến bay được báo cáo, và một kiểm soát viên có thể đối chiếu thông tin theo dõi với danh sách các chuyến bay đó. Dù chuyện này khá phổ biến ở thời hiện đại, hầu hết các hãng hàng không thời đó chưa số hoá lịch bay. Mọi thông tin đều được nhập thủ công vào trống lưu trữ SAGE bằng cách sử dụng thẻ bấm lỗ.
Mũi nhọn tấn công
SAGE là thành phần đặt dưới mặt đất của hệ thống phòng không, và để đánh chặn được máy bay ném bom, hiển nhiên bạn phải sở hữu những mẫu máy bay chiến đấu với sức mạnh ngang ngửa. Ban đầu, Không quân Mỹ dự định sử dụng mẫu F-102 khá phổ biến nhưng hiệu suất vừa phải làm máy bay chính. Sau nhiều lần đại tu thiết kế F-102, Convair trình làng mẫu máy bay F-106 với biệt danh “Ultimate Interceptor” (Máy bay đánh chặn tối thượng). Thực ra, danh hiệu đó không hề khoa trương. Hệ thống khí động học được tinh chỉnh theo bộ quy tắc NACA, tạo nên phần thân hình chai Coca độc đáo của F-106 cùng hiệu năng vượt trội. Nó vẫn đang là người nắm giữ kỷ lục tốc độ thế giới - Mach 2.3 - đối với loại máy bay động cơ đơn. Thiết kế cạnh thấp và động cơ cỡ lớn khiến máy bay rất dễ kiểm soát, đặc biệt ở các toạ độ cao.
F-106 được trang bị các thiết bị điện tử vượt trội so với bất kỳ máy bay nào khác cùng thời. Trái tim của máy bay là hệ thống Hughes MA-1, vốn tích hợp mọi chức năng điều hướng, radar, liên lạc, và tự lái vào một cụm điều khiển nặng đến 1.140kg ở phần trước máy bay. Trung tâm của MA-1 là Hughes Digitair, máy tính không vận số đầu tiên, một hệ thống ống chân không 18-bit với bộ nhớ lõi 2K ký tự. Ấn tượng hơn nữa là dữ liệu về nhiệm vụ được ghi vào bộ nhớ trống bên trong, vốn chứa được 13.000 từ. Mọi dữ liệu đánh chặn được lưu trữ trên trống, giống như các thông tin về mục tiêu và dữ liệu radio cũng như điều hướng.
Với hệ thống tự động như vậy, phi công cần có một giải pháp để nắm được tình hình nhiệm vụ đánh chặn. Một màn hình lớn ở buồng lái hiển thị bản đồ khu vực, chiếu vị trí và thông tin theo dõi của máy bay chiến đấu và mục tiêu của nó trong thời gian thực. Màn hình này, được gọi là Tactical Situation Display, sẽ được cập nhật dữ liệu từ trung tâm chỉ huy, mang đến cho phi công “bức tranh toàn cảnh” về cuộc tấn công, một tính năng thiết yếu khi mà hoạt động liên lạc bằng giọng nói chưa thể thực hiện được.
Chiến dịch Sky Shield
Sự kiện hoạt động hàng không bị gián đoạn trên toàn quốc trong hai ngày trời sau vụ 11/9/2001 là chưa từng có tiền lệ, nhưng không phải là lần đầu tiên FAA ra lệnh ngừng mọi chuyến bay thương mại tại Mỹ. Bắt đầu vào năm 1960, đã có ba lần diễn tập thường niên mang tên Sky Shield, trong đó Không quân Mỹ phối hợp với FAA nhằm ngừng mọi chuyến bay thương mại và tư nhân trong nhiều giờ xuyên suốt buổi diễn tập. Những cuộc diễn tập quốc tế này được thực hiện nhằm đánh giá năng lực của SAGE. Những đội máy bay ném bom lớn được chỉ đạo “tấn công” nước Mỹ, và các đơn vị SAGE sẽ điều phối phản công bằng máy bay chiến đấu cùng tên lửa đất đối không.
Không lực Hoàng gia Anh, sử dụng máy bay ném bom Vulcan mới, được chỉ đạo tham gia diễn tập, nhưng họ ngó lơ một số chi tiết. Với chiến thuật tấn công của riêng mình và sử dụng hệ thống phá radar hiệu quả cao, phía Anh đã làm lộ rõ lỗ hổng trong SAGE. Mặc cho tỉ lệ máy bay chiến đấu tiêu diệt được mục tiêu nói chung rất cao, theo ước tính chỉ khoảng 1/4 số máy bay ném bom bị đánh chặn.
IBM hưởng lợi từ SAGE
IBM bước vào lĩnh vực điện toán vào đầu thập niên 1950. Với năng lực nghiên cứu và phát triển, cũng như đội ngũ chăm sóc khách hàng tốt, IBM được Không quân chọn vào năm 1953 để thiết kế và xây dựng các hệ thống AN/FSQ-7. Dù dự án này đóng góp khoảng 10% tổng doanh thu cho IBM trong nhiều năm, lợi ích thực sự mà IBM có được là khả năng tiếp cận những thiết kế tiên tiến tại MIT và những công nghệ mang tính cách mạng như bộ nhớ lõi. Khi dự án SAGE dần bị loại bỏ, các kỹ sư IBM đã sử dụng kỹ năng thu thập được và ứng dụng chúng để tạo nên những hệ thống thương mại mới trong nhiều năm sau đó.
Ngày nay, việc đặt vé máy bay không có gì khó khăn cả, nhưng mọi chuyện khá trái ngược vào những năm 1950, khi các nhân viên phụ trách lập lịch bay phải xử lý cả núi thẻ chỉ mục, mỗi thẻ chứa thông tin về một chuyến bay cụ thể, và tất cả được lưu trữ trong một thứ giống như catalog thẻ thư viện vậy. Chỉ một số ít nhân viên lập lịch bay có thể xử lý số catalog đó, và việc đặt chỗ trên chuyến bay có thể mất từ 1 - 2 giờ.
Nhờ một cuộc gặp gỡ bất chợt, một vị lãnh đạo IBM đã tiếp cận được chủ tịch của American Airlines, và họ đã thảo luận việc các hãng hàng không cần phải sở hữu một hệ thống ngang ngửa SAGE. Nhận ra những lợi thế cạnh tranh nếu có được một hệ thống đặt chỗ số hoá, American Airlines đã ký hợp đồng với IBM nhằm phát triển SABRE. SABRE nhanh chóng thành công vang dội, và sau nhiều lần tái tổ chức tập đoàn, nay nó trở thành Travelocity và Expedia.
SAGE trong văn hoá đại chúng
Mặc cho những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực điện toán mà SAGE mang lại, hệ thống này nhanh chóng hết thời. Quân đội chú trọng vào tên lửa đạn đạo xuyên lục địa thay vì máy bay ném bom, và chi phí bảo trì hệ thống quá lớn (khoảng 2 tỷ USD/năm thời đó), khiến SAGE bị thất sủng. Trong số 23 trung tâm chỉ huy được xây dựng vào cuối thập niên 1950, đầu thập niên 1960, chỉ khoảng 6 trung tâm còn hoạt động vào năm 1970. Tất cả đã bị ngừng kích hoạt vào cuối năm 1983.
Vòng đời ngắn ngủi của hệ thống SAGE không đồng nghĩa nó vĩnh viễn biến mất. Dù các hệ thống SAGE đã bị loại bỏ từ hàng thập kỷ, bạn vẫn có thể tìm hiểu về nó thông qua vô số các chương trình truyền hình và phim ảnh, đáng chú ý nhất là The Time Tunnel (và mọi sản phẩm khoa học viễn tưởng khác của Irwin Allen). Lost, Airplane, và thậm chí là Everything You Always Wanted to Know about Sex của Woody Allen, tất cả đều có những khung hình về hệ thống đèn lấp loé và hàng dãy nút bấm mà chỉ có máy tính SAGE sở hữu!
Theo VN review
