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Geschichte: Das schweizerische Düsenflugzeug P-16 und der erste kontinentaleuropäische Computer Zuse Z4

Die Auseinandersetzungen um das schwedische Kampfflugzeug Gripen wecken Erinnerungen an die französische Maschine Mirage und die Schweizer Eigenentwicklung P-16. Für die Berechnungen des von den Flug- und Fahrzeugwerken Altenrhein (FFA) am Bodensee gebauten P-16 wurde die legendäre Zusemaschine Z4 eingesetzt. Die Z4, der erste Computer des europäischen Festlandes, war von 1950 bis 1955 im Hauptgebäude der ETH Zürich in Betrieb.

Mit 920 Stunden Rechenzeit waren die FFA der bedeutendste Auftraggeber für die Z4. Für die Berechnungen in Altenrhein waren die Professoren Urs Hochstrasser (ETH Zürich und Universität Bern) und Hans-Rudolf Schwarz (Universität Zürich) zuständig.

Wirren um die Beschaffungen von Kampfflugzeugen sind nicht neu, wie die Geschehnisse um das französische und das schweizerische Düsenflugzeug Mirage und P-16 zeigen. Die dramatischen Ereignisse um den in den Flug- und Fahrzeugwerken Altenrhein (FFA) am Bodensee entwickelten P-16 sind der in der Region ansässigen älteren Bevölkerung noch in lebhafter Erinnerung: die Flüge mit Überschallknall, der Absturz in den Bodensee, die Rettung des Piloten dank des Schleudersitzes, der Widerruf der Bestellung des P-16 durch die eidgenössischen Räte, was einem Fehlentscheid gleichkam.

Der erste kontinentaleuropäische Computer, die Zusemaschine Z4, berechnet den P-16

Kaum bekannt ist hingegen, dass die legendäre Zusemaschine Z4, die von 1950 bis 1955 im Hauptgebäude der ETH Zürich in Betrieb war, für die Flatterrechnungen des P-16 verwendet wurde. Das war damals, wie Prof. Hans Rudolf Schwarz von der Universität Zürich erzählt, hochgeheim: Anfänglich habe das Kampfflugzeug P-16 nicht mit Überschallgeschwindigkeit fliegen können. Die Flügel seien zwar in Ordnung gewesen, aber das Höhenleitwerk habe ab 0,8 Mach geflattert. Die Ingenieure hätten seinen Berechnungen keinen Glauben geschenkt, der Testpilot habe jedoch den Befund bestätigt. Um diese Schwäche zu beheben, sei bei der Vorderkante des Höhenleitwerks Blei eingebaut worden, was 1,4 Mach erlaubt habe. Der Treibstoff sei in den Flügeltanks auf drei Kammern verteilt worden. Um dem Flattern vorzubeugen, sei zuerst der Treibstoff der hinteren, dann der mittleren und schliesslich der vorderen Kammer verbraucht worden.

Mit der von Konrad Zuse erfundenen programmgesteuerten Z4 wurden in Zürich rund 100 Arbeiten erledigt. Näher belegt sind 55 Aufträge und mathematische Untersuchungen. Mit 920 Stunden Rechenzeit Z4 war der Auftrag der FFA die grösste auf der Z4 durchgeführte Arbeit. Die Berechnungen für den P-16 fanden von 1952 bis 1955 auf der Z4 statt und wurden bis 1957 auf der Nachfolgemaschine Ermeth fortgesetzt. Federführend beteiligt war Prof. Urs Hochstrasser (ETH Zürich/Universität Bern), später Direktor des Bundesamts für Bildung und Wissenschaft (heute Staatssekretariat für Bildung und Forschung). In seinem ausführlichen Zeitzeugenbericht räumt er mit einer weltweit vielfach verbreiteten Legende auf: Die Z4 sei so zuverlässig gewesen, dass sie nachts ohne Aufsicht gerechnet habe.

Z4 hilft bei Flatterrechnungen für das Düsenflugzeug P-16

Hochstrasser schreibt: „Die Z4 leistete mir nicht nur bei meiner Doktorarbeit grosse Dienste, sondern auch bei anspruchsvollen Rechenaufgaben, die ich in meiner Stellung als angewandter Mathematiker der Flug- und Fahrzeugwerke Altenrhein FFA (Kanton St. Gallen) vom Herbst 1952 bis Ende 1954 im Zusammenhang mit der Entwicklung eines Erdkampf-Düsenflugzeuges, des P-16, für die Schweizer Flugwaffe zu lösen hatte. Vor allem ging es darum, die kritische Geschwindigkeit zu bestimmen, oberhalb derer die von der Umströmung der Luft verursachten Schwingungen des Flugkörpers nicht mehr gedämpft, sondern verstärkt werden („Flatterrechnungen“). Im Zweiten Weltkrieg waren schweizerische propellergetriebene Mehrzweckflugzeuge abgestürzt, weil die Piloten in Unkenntnis dieser Grösse ihre Maschine erheblich zu schnell geflogen hatten. Wegen fehlender Anzeichen realisierten sie das Überschreiten dieser kritischen Geschwindigkeit nicht, und das Flugzeug vibrierte rasch so stark, dass es fast explosionsartig auseinander gerissen wurde. Um solche Katastrophen zu vermeiden, wurden darauf Geschwindigkeitsbeschränkungen eingeführt, für deren Festlegung die Bestimmung der kritischen Geschwindigkeit wesentlich war.“ Die Z4 rechnete übrigens auch 500 Stunden lang für die Eidgenössischen Flugzeugwerke Emmen, die das Strahlflugzeug N-20 entwickelten.

50 Stunden Rechenzeit für 2,4 Sekunden Flug

Ein weiterer Zeitzeuge, Heinz Waldburger (später Informatik-Chef von Nestlé), ergänzt: „Es gab zeitraubende Rechnungen, etwa für den Sturzflug des Düsenflugzeugs P-16: Von Freitagabend bis Sonntagabend. Differenzialgleichungen mit variablen Koeffizienten zur Darstellung der Steuerbewegung des Piloten, der aus 300 Neigung die Horizontale erreichen will; Flugzeit: 2,4 Sekunden, Rechenzeit: 50 Stunden. Nach der ersten Nacht war auf meinem Millimeterpapier immer noch eine gerade Linie zu sehen.“

Grande Dixence und Zerfreila und Planetenbahnen

Wissenschaft und Industrie nutzten in der ersten Hälfte der 1950er Jahre die Z4 ausgiebig. Auftraggeber waren neben der ETH Zürich u.a. ABB, Ascom, Atel, Bühler, Bührle, Cern, Contraves, Empa, Flugzeugwerke Emmen, Leitz, Lokomotiv- und Maschinenfabrik, SBB, Siemens, Sulzer. Die Berechnungen betrafen z.B. die Staumauern Grande Dixence und Zerfreila, den Lokomotiv- und Turbinenbau, Raketenflugbahnen, die Wissenschaftszweige Astronomie, Chemie, Mathematik, Physik und das Ingenieurwesen.

Mit der Z4 beginnt die Geschichte der Informatik in der Schweiz. Mit diesem programmierbaren Relaisgerät waren die meisten frühen Informatikpioniere der Schweiz eng verbunden, etwa die Professoren Eduard Stiefel (Gründer des Instituts für angewandte Mathematik der ETH, heute: Seminar für angewandte Mathematik), Heinz Rutishauser (Compiler: automatische Übersetzung von Rechenvorschriften von höheren Programmiersprachen in die Maschinensprache) und Ambros Speiser (Direktor der Forschungszentren IBM Rüschlikon und BBC Baden-Dättwil). Die Erfahrungen mit der Z4 erleichterten den Eigenbau des ersten Schweizer Computers Ermeth.

Ein P-16 befindet sich heute im Fliegermuseum Dübendorf, die Z4 ist im Deutschen Museum in München zu bestaunen, die Ermeth im Museum für Kommunikation, Bern.

Quelle: Festschrift der ETH Zürich: Konrad Zuse und die Schweiz. Wer hat den Computer erfunden? (Oldenbourg-Wissenschaftsverlag, München, März 2012, 250 Seiten), Geleitwort: Prof. Peter Läuchli, ETH Zürich (Zeitzeuge der Z4)

Buchhinweis
Herbert Bruderer: Konrad Zuse und die Schweiz. Wer hat den Computer erfunden? Charles Babbage, Alan Turing und John von Neumann. Frühgeschichte der Informatik. Bibliografie zur weltweiten Informatikgeschichte. Relaisrechner Zuse Z4 an der ETH Zürich. Zuse-Rechenlocher M9 für die Schweizer Remington Rand. Zeitzeugenbericht zur Z4. Verzeichnis der Zeitzeugen und der Arbeiten mit der Z4. Röhrenrechner ERMETH und Transistorrechner Cora, Oldenbourg-Verlag, München 2012, 250 Seiten, http://www.oldenbourg-verlag.de/wissenschaftsverlag/konrad-zuse-und-schw...

Von Konrad Zuse entwickelte Z4 (Bild: Wikipedia)
Von Konrad Zuse entwickelte Z4 (Bild: Wikipedia)
Das von der FFA in Altenrhein entwickelte Schweizer Düsenflugzeug P 16 (Bild: Wikipedia)
Das von der FFA in Altenrhein entwickelte Schweizer Düsenflugzeug P 16 (Bild: Wikipedia)