听说某项特定军事技术已进入其他应用领域并彻底改变了我们的生活，这并不罕见。从经过改进以在间谍卫星上飞行的成像传感器到每架现代喷气式客机上使用的先进空气动力学，这些想法中的许多最初听起来像是糟糕的科幻小说。
这个也是。
考虑以下场景：
为了保卫美国和加拿大，两国将建立大量相互连接的雷达。通过高速链路连接到计算机和雷达范围的分布式网络，空军人员扫描天空以寻找意外活动。一天，一架身份不明的飞机被发现，飞越北极，飞往美国。对所有已知的商业航班进行快速检查，就可以排除在加拿大北部苔原上迷路的度假旅客的可能性。在总部，这架航班被指定为柏忌，因为所有联系它的尝试都失败了。因此，例行且通常平淡无奇的拦截将在旁边飞行以识别飞机并记录注册信息。
在拦截完成之前，更多的飞机出现在北极上空；攻击来自俄罗斯。战备状态提高到 DEFCON 2，比核战争低一级。全国各地的控制人员开始了解这次袭击的高水平画面，该画面被投影在高级军事领导人的大屏幕上。在控制台上，拦截指挥点击屏幕上的几个图标，将战斗机分配给其目标。所有基本信息都直接通过无线电发送到飞机的计算机，无需与飞行员交谈。
当飞行员系好安全带并滑行到跑道上时，摧毁入侵者所需的所有数据都已加载到飞机上。飞行员喊出的“Dolly Sweet”表示数据加载良好。起飞跑道并升起起落架，驾驶舱内的一个开关翻转将飞行转向地面上的计算机，雷达控制器监视柏忌。驾驶舱内的大屏幕提供该区域的地图并提供目标的关键态势感知。
整个拦截都是不干涉的，飞行员只调整油门。这架飞机根据地面管制员的最新数据进行了更新，调整其航向以拦截敌方轰炸机。只有当目标在战斗机的雷达范围内时，飞行员才会进行控制 — — 然后选择武器并开火。在快速回避机动后，控制权返回自动驾驶仪，将战斗机飞回基地。
这不是反乌托邦图画小说的摘录，也不是当前航空杂志的剪贴画。事实上，这都是古老的历史。上述系统被称为 SAGE — — 它于 1958 年实施。
SAGE，半自动地面环境，是冷战期间保护北美免受苏联轰炸机攻击问题的解决方案。二战后，防空在很大程度上被忽视了，因为战后的非军事化让位于消费经济的爆炸式增长。苏联第一颗原子弹的试验改变了这种自满情绪，美国感受到了实施集中防御战略的新紧迫性。预期的攻击情景是一波又一波快速移动的轰炸机，但在 1950 年代初期，防空系统在区域内分散，缺乏中央协调机构。无数研究试图提出解决方案，但当时的技术根本无法达到预期。
Whirlwind I
在二战末期，麻省理工学院的研究人员试图为海军设计一个能够模拟任意飞机设计的设施，以研究其操控特性。该方法最初被设想为模拟计算机，但当很明显该设备对于此类模拟范围不够快或不够准确时，该方法就被放弃了。
然后注意力转向了 Whirlwind I，它是麻省理工学院的一个复杂的数字系统，具有 32 位字长、16 个“数学单元”和 2,048 个由水银延迟线制成的内存字。重要的是，Whirlwind I有一个复杂的 I/O 系统。它在 I/O 操作期间引入了循环窃取的概念，其中 CPU 在数据传输期间停止。
几年后，由于成本高昂，海军对该项目失去了兴趣，但空军对该系统进行了防空评估。在修改了美国东北部的几个雷达以发送他们正在跟踪的目标的数字坐标后，Whirlwind I证明了协调拦截轰炸机是可行的。这种实用性的关键是高可靠性真空管和第一个核心存储器的开发。这两项进步减少了机器原本相当长的停机时间，并且增加的处理很快使 Whirlwind I 比原始设计快四倍。
SAGE 架构
受到有希望的结果的鼓舞，麻省理工学院、IBM 和空军构想了将成为 SAGE 的东西。北美将被划分为 23 个部门，每个部门都有自己的“指挥中心”，其中几个将输入“战斗指挥中心”（Combat Direction Central）系统。每个指挥中心将连接到多个雷达，并有几个战斗机中队可用于发射拦截器。如果一个指挥中心在一次攻击中被摧毁，多余的通信链路将被重新路由到一个幸存的中心，该中心将继续进行防空工作。为了简化冗余问题，所有中心都使用了一种称为“cross-telling”的技术，这是一种同步协议，用于交换有关跟踪、飞机和敌机的数据。
创建这样一个系统是一项艰巨的任务。由于冷战时期对核攻击的恐惧，空军开发了一种远远超出当前最先进水平的防空架构。大部分的规模和复杂性来自于保卫美国和加拿大的需要，这个地区的面积几乎与苏联本身相当。由此产生的努力远大于二战的曼哈顿计划。
SAGE 是整个系统的名称，它不仅包括容纳计算机的中心，还包括处理架构、拦截器、雷达和地对空导弹。主计算机本身，在军事术语中被称为 AN/FSQ-7，是（现在仍然是）有史以来最大的计算机。AN/FSQ-7 由两个处理器组成，一个始终处于活动状态，另一个在待机模式下运行，需要 49,000 个真空管和 68K 的 32 位核心内存。它以每秒约 75,000 条指令的速度运行。由于移动磁头磁盘驱动器刚刚进入商业用途，因此磁鼓存储器被用于永久存储。26 个鼓中的每一个都拥有大约 150K，访问时间为 20 毫秒，并在处理器和显示器之间共享。由于没有数据流入流出任何计算机都是瞎子和聋子，这些处理器还有一个复杂的 I/O 系统，连接雷达、显示器和其他方向中心。至关重要的是，AN/FSQ-7 是一个真正的实时系统，与之前和之后很多年出现的面向批量的商业系统不同。
这需要一个巨大的物理设备。23 个中心中的每一个都设在四层楼高的碉堡内。（这些没有针对核爆炸进行加固，但两米厚的墙壁提供了有效的保护，可以抵御潜在的攻击。）一个 2,000 平方米的地板专门用于放置 250 吨重的处理器及其支持电子设备。柴油发电机提供了保持每个综合体运行所需的 3 兆瓦电力。
每个指挥中心配备了大约 90 个控制台，每个控制台负责防空问题的不同部分。一组用于一般空中监视。与现代空中交通管制中心的情况类似，该小组跟踪特定部门的所有航班。如果管制员确认某架飞机为未知飞机，则数据将转发给武器主管。在评估威胁后，武器主管可以命令拦截任务或向主要城市周围的导弹电池发送目标信息。
拦截指挥员接受了武器指挥员的交接，并将单架飞机分配给特定目标。通过点击战斗机和敌机，计算出最佳拦截航向和高度，并通过无线电发送给战斗机。如果雷达检测到目标航向发生变化，系统将自动重新计算拦截并将更新的数据发送给战斗机。无需与飞行员进行口头交流。
在“指向并单击”之前指向并单击
如果没有某种形式的“点击”界面来识别目标，那么在充满光点的屏幕上选择特定的雷达轨迹是完全不切实际的。距离电脑鼠标的发明还有十年的时间，Whirlwind 工程师开发了“光枪”，这是一种手枪形状的指点设备，允许控制器在屏幕上选择目标。一旦选择了目标，操作员就可以分配一个航迹标识符、命令拦截或为地对空导弹选择一个目标。
计算机本身并不直接驱动显示器。当飞机的位置和高度从雷达输入处理器时，计算跟踪数据并将其写入鼓上。每个控制台都从这些鼓中读取数据，只提取它负责的数据。雷达操作员显示器大多与处理器分离，其图像是在本地生成的。控制台上的一组开关改变了显示或将焦点转移到特定的飞机上。由于处理器从管理大量控制台的职责中解放出来，其有限的马力可用于处理传入的雷达数据。
鼓上的数据共享是“cross-tell”功能的关键部分。两个处理器中的一个始终处于待机状态，并且必须准备好在主系统崩溃时接管控制。主处理器总是在更新交叉提示鼓，如果让备用系统联机，它会读取它。备用系统并不总是自我更新，因为它经常全神贯注于维护或培训练习。通过持续维护，SAGE 的可靠性令人印象深刻，尤其是在其时代。平均而言，它每年只经历大约四个小时的计划外停机。
从敌人中识别朋友的第一部分是知道谁应该在空中。SAGE 保留所有提交的飞行计划的详细记录，并且管制员可以根据航班清单检查轨迹。虽然这在今天似乎司空见惯，但大多数航空公司当时都没有计算机化的飞行计划。所有信息均使用打孔卡手动输入到 SAGE 存储鼓上。
矛尖的末端
SAGE 是防空系统的地面组成部分，它需要同样有能力的战斗机来拦截轰炸机。早期的计划是使用流行但性能较差的 F-102 作为前线飞机。在对 F-102 进行了广泛的重新设计后，康维尔在 F-106 中交付了一架重新设计的飞机，将其称为“终极拦截机”。这个绰号一点也不夸张。精细调整的空气动力学利用了最新的 NACA 区域规则概念，使 F-106 拥有独特的“可乐瓶”机身和卓越的性能。它仍然保持着单引擎飞机的世界速度记录 — — 2.3 马赫。它的低翼载和大型发动机使其非常机动，尤其是在高海拔地区。
F-106 配备的电子设备远远超出了当时任何其他飞机的能力。飞机的核心是休斯 MA-1 系统，它将所有导航、雷达、通信和自动驾驶仪功能集成在飞机前部的 2,500 磅（1,140 千克）箱子中。MA-1 的中心是 Hughes Digitair，这是第一台数字机载计算机，一个 18 位的补码真空管系统，具有 2K 字的核心存储器。令人印象深刻的是，任务数据被记录到机载鼓存储器中，可容纳 13,000 个单词。所有拦截数据都存储在鼓上，目标信息以及无线电和导航数据也是如此。
有了这样一个自动化系统，飞行员需要一种方法来保持对拦截的态势感知。驾驶舱内的大屏幕显示该区域的地图，实时投影战斗机及其目标的位置和轨迹。这个屏幕被称为战术态势显示，它使用来自指挥中心的数据进行了更新，为飞行员提供了攻击的“大图”，这是无法进行语音通信时的基本功能。
天盾行动
2001 年 9 月 11 日之后全国范围内的为期两天的空中交通关闭是史无前例的，但这并不是美国联邦航空局第一次停飞美国的所有商业交通。从 1960 年开始，三场名为“天盾”的年度演习让空军与 FAA 合作，在演习期间将所有商业和私人航班停飞数小时。这些国际演习旨在测试 SAGE 的能力。大批轰炸机被分配到美国“攻击”目标，SAGE 部队用战斗机和地对空导弹控制反应。
驾驶新型火神轰炸机的英国皇家空军接到了演习的命令，但勇敢的英国人忽略了一些细节。飞行他们自己的攻击配置文件（本质上是作弊）并使用高效的雷达干扰器，英国人暴露了 SAGE 能力的巨大差距。尽管声称战斗机“摧毁”目标的成功率普遍很高，但最好的估计是只有四分之一的轰炸机被拦截。
IBM 从 SAGE 中获得的好处
IBM 最近在 1950 年代初进入了计算领域，并且已经在打孔卡制表领域占据主导地位。由于重视研发和客户支持，IBM 于 1953 年被空军选中来设计和建造 AN/FSQ-7 系统。虽然该项目几年来为 IBM 的底线贡献了大约 10%，但 IBM 真正受益的是获得了 MIT 的先进设计以及核心内存等革命性技术。随着 SAGE 项目的结束，IBM 工程师利用他们积累的技能并将其应用于更新的商业产品多年。
虽然今天乘坐航空公司有自己独特的麻烦，但实际上预订航班（相对）没有痛苦。在 1950 年代情况并非如此，当时调度员会检查一排排的索引卡，每个索引卡都有特定的航班信息，所有这些都存储在类似于图书馆卡片目录的东西中。只有少数调度程序可以容纳卡片目录，预订航班可能需要一两个小时。通过一次偶然的机会，一位 IBM 高管会见了美国航空公司的总裁，他们讨论了航空公司的需求如何与 SAGE 的能力相匹配。认识到计算机化预订系统的竞争优势，美国航空公司与 IBM 签订合同开发 SABRE。SABRE 很快取得了巨大的成功，通过多次公司重组，现在作为 Travelocity 和 Expedia 运营。
流行文化中的 SAGE
尽管 SAGE 在计算方面取得了巨大进步，但这些系统很快就过时了。军方将重点放在洲际弹道导弹而不是轰炸机上，加上巨额成本（按当时的美元计算每年约 20 亿美元），导致 SAGE 的灭亡。在 1950 年代末和 60 年代初建造的 23 个指导中心中，到 1970 年只有大约 6 个 SAGE 站点处于活动状态。到 1983 年底，所有站点最终都被停用。
SAGE 系统的短暂生命周期并不意味着它没有以其他方式存在。尽管 SAGE 系统已经废弃了几十年，但那些渴望看到它们的人是幸运的。无数的电视节目和电影使用 SAGE 组件作为道具，最引人注目的是在《The Time Tunnel》（以及几乎所有其他欧文·艾伦科幻作品）中，一直持续到 21 世纪。《Lost, Airplane!》，甚至伍迪艾伦的《Everything You Always Wanted to Know about Sex》都无法抗拒只有 SAGE 计算机才能提供的无数闪烁的灯光和一排排开关。
