하루의 메시지 지연이 모든 것을 바꿉니다
Voyager 1을 운영하는 것은 극도의 지연 시간과의 싸움입니다. 지구로부터 약 1광일(light-day) 떨어진 거리에서 무선 명령이 탐사선에 도달하는 데 거의 24시간이 걸립니다. 미션 컨트롤은 확인을 위해 다시 하루를 기다려야 하며, 이는 가장 간단한 지시를 내리는 데도 거의 48시간의 피드백 루프를 생성합니다.
이 엄청난 거리 때문에 미션 컨트롤은 드론처럼 Voyager 1을 직접 "조종"할 수 없습니다. 대신 온보드 시스템이 복잡한 명령 시퀀스를 실행하고 스스로 우주선을 보호해야 합니다. 엔지니어들은 정밀한 지침을 업로드한 뒤 실행을 확인하는 원격 측정 데이터를 인내심 있게 기다려야 하며, 이 과정은 탐사선의 철저한 계획과 강력한 자율 운영 능력을 요구합니다.
1977년, 단 몇 년의 임무를 예상하고 발사된 Voyager 1은 모든 기대를 뛰어넘었습니다. 붕괴하는 플루토늄으로 동력을 얻는 이 과학 전초기지는 행성계를 넘어 데이터를 계속 전송하고 있으며, 이는 초기 설계와 NASA의 지속적인 독창성을 증명합니다. 그 경이로운 수명은 전례 없는 지속적인 원격 유지보수를 필요로 합니다.
여섯 대의 컴퓨터, 사진 한 장보다 적은 메모리
Voyager 1은 세 개의 주요 컴퓨터 하위 시스템으로 작동하며, 각각 예비용 백업을 갖추어 총 6대의 온보드 컴퓨터가 있습니다. Computer Command Subsystem (CCS)은 임무 시퀀스를 처리하고 오류 보호를 관리합니다. Attitude and Articulation Control Subsystem (AACS)은 우주선의 방향을 유지하고 안테나가 지구를 향하도록 합니다. Flight Data Subsystem (FDS)은 전송을 위해 과학 및 엔지니어링 원격 측정 데이터를 수집, 형식화 및 압축합니다.
이 6대의 컴퓨터를 합쳐도 메모리는 고작 69킬로바이트에 불과합니다. 이는 현대 스마트폰의 고해상도 사진 한 장보다도 작은 용량입니다. 엔지니어들은 원래 소프트웨어를 어셈블리어로 작성했으며, 발사 당시 여유 공간은 거의 없었습니다. 한 프로그래머는 방향 제어 컴퓨터에 단 두 단어의 메모리만 남아 있었다고 언급했습니다.
결정적으로 Voyager의 메모리는 재프로그래밍이 가능했습니다. 발사 후 수정이 불가능했던 Apollo 미션의 하드웨어 방식 rope memory와 달리, Voyager의 설계는 엔지니어들이 소프트웨어 변경 사항을 업로드할 수 있게 했습니다. 이 기능은 임무 수십 년 후에도 중요한 업데이트와 수리를 가능하게 하여 필수적인 역할을 했으며, 1979년 목성 근접 비행 중에만 18번의 소프트웨어 변경이 전송되었습니다.
NASA, 고장 난 칩을 피해 코드를 재배치하다
2023년 11월, 새로운 도전이 시작되었습니다. Voyager 1은 명령은 수신하고 있었지만, 읽을 수 없는 1과 0의 반복 패턴만을 전송하기 시작했습니다. 과학 및 엔지니어링 데이터를 패키징하는 역할을 하는 Flight Data Subsystem (FDS)이 오작동을 일으켜 지상 관제소를 사실상 눈멀게 만든 것입니다.
엔지니어들은 2024년 3월 원격 진단을 시작하여 메모리 판독을 유도하는 표적 "poke" 명령을 보냈습니다. 이 기동을 통해 결함이 밝혀졌는데, 메모리 칩 하나가 고장 나 FDS 메모리의 약 3%를 손상시킨 것이었습니다. 작지만 치명적인 이 결함으로 인해 방대한 데이터가 이해할 수 없는 상태가 되었습니다.
연속된 대용량 메모리 블록이 없는 상황에서 팀은 대담한 해결책을 고안했습니다. 그들은 영향을 받은 코드를 더 작은 조각으로 나누어 사용하지 않는 메모리 공간 곳곳에 재배치했습니다. 결정적으로, 그들은 FDS 소프트웨어의 모든 참조 지점을 이 새로운 위치에 맞게 다시 작성했습니다. 이는 일반적인 소프트웨어 개발 도구나 물리적 테스트용 우주선 없이 이진법으로 직접 변경 사항을 번역하여 수행한 작업이었습니다.
이 복잡한 수리 작업은 단계적으로 진행되었습니다. 우주선의 상태를 상세히 기록한 엔지니어링 데이터가 2024년 4월에 전송되었으며, 이는 5개월 만에 처음으로 판독 가능한 원격 측정 데이터였습니다. 6월에는 모든 작동 중인 기기에서 과학 데이터 전송이 재개되었는데, 이는 팀의 독창성을 입증하는 결과였습니다. 임무의 역사와 현재 진행 중인 운영에 대한 자세한 내용은 Voyager - NASA Science에서 확인하십시오.
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다음 적은 거리가 아니라 전력입니다
Voyager 1의 다음 큰 과제는 전력입니다. 우주선은 지구를 향한 안테나 정렬을 유지하기 위해 thrusters(추력기)를 사용하며, 이는 방향을 수정하기 위해 간헐적으로 분사됩니다. 그러나 연료 시스템의 노후화된 부품, 특히 연료 탱크의 고무 부품에서 이산화규소가 떨어져 나와 0.25mm였던 미세한 연료 통로가 약 0.035mm까지 점차 좁아지고 있습니다. 이러한 막힘 현상은 thrusters의 신뢰성을 위협하여 정밀한 조준을 점점 더 어렵게 만들고 있습니다.
이 엔지니어링 전투는 임무의 power budget(전력 예산)에 직접적인 영향을 미칩니다. Voyager 1은 플루토늄 붕괴열을 전기로 변환하는 RTGs(방사성 동위원소 열전기 발전기)로 작동합니다. 이 발전기는 매년 약 4와트의 출력을 잃습니다. 줄어드는 전력을 보상하기 위해 NASA 엔지니어들은 통신 및 자세 제어와 같은 필수 시스템이 계속 작동하도록 히터나 과학 기기를 선택적으로 종료해야 합니다. 현재 Voyager 1의 10개 기기 중 8개가 꺼진 상태입니다.
Deep Space Network는 거의 1광일(light-day) 떨어진 우주선에서 오는 점점 더 희미해지는 신호를 여전히 포착해야 합니다. NASA는 최소 하나의 기기가 2030년대까지 계속 작동하고 통신은 2036년경까지 지속될 것으로 예상하지만, 남은 전력과 작동 가능한 기기가 결국 Voyager 1이 성간 공간에서 데이터를 얼마나 더 전송할 수 있을지를 결정할 것입니다. 매년 임무는 조용한 결말에 더 가까워지고 있습니다.
자주 묻는 질문
Voyager 1의 메모리 용량은 얼마입니까?
소스 자료에 따르면 6개의 컴퓨터를 합친 메모리는 약 69킬로바이트입니다.
Voyager 1과 통신하는 데 얼마나 걸립니까?
무선 신호가 1광일 거리에서 한 방향으로 이동하는 데 약 하루가 걸리므로, 명령을 보내고 응답을 받는 데는 약 이틀이 소요될 수 있습니다.
NASA는 Voyager 1의 2023년 데이터 문제를 어떻게 해결했습니까?
엔지니어들은 고장 난 메모리 칩을 식별하고, 영향을 받는 코드를 더 작은 여유 공간으로 옮긴 뒤 프로그램의 참조를 원격으로 업데이트했습니다.
Voyager 1이 여전히 과학 데이터를 보낼 수 있습니까?
2024년 소프트웨어 수리 이후 과학 데이터를 다시 전송하고 있지만, 우주선이 노후화됨에 따라 기기와 전력 공급을 관리하고 있는 상황입니다.