Задержка сообщения в один день меняет всё
Управление Voyager 1 — это урок экстремальной задержки сигнала. Находясь на расстоянии примерно одного светового дня от Земли, радиокоманда идет почти 24 часа, чтобы достичь зонда. Затем центр управления полетами ждет еще полные сутки для подтверждения, создавая цикл обратной связи длительностью почти 48 часов даже для самой простой инструкции.
Такое огромное расстояние означает, что центр управления не может «управлять» Voyager 1 как дроном. Вместо этого бортовые системы должны выполнять сложные последовательности команд и защищать космический аппарат автономно. Инженеры загружают точные инструкции, а затем терпеливо ждут телеметрию, подтверждающую их выполнение — процесс, требующий тщательного планирования и надежного самоуправления со стороны зонда.
Запущенный в 1977 году для миссии, которая должна была продлиться всего несколько лет, Voyager 1 превзошел все ожидания. Этот научный форпост, работающий на распадающемся плутонии, продолжает передавать данные из-за пределов планет, что является свидетельством его оригинальной инженерии и постоянной изобретательности NASA. Его необычайная продолжительность жизни требует постоянного и беспрецедентного удаленного обслуживания.
Шесть компьютеров, памяти меньше, чем в одной фотографии
Voyager 1 работает с тремя основными компьютерными подсистемами, каждая из которых имеет резервную копию, что в сумме составляет шесть бортовых компьютеров. Computer Command Subsystem (CCS) обрабатывает последовательности миссии и управляет защитой от сбоев. Attitude and Articulation Control Subsystem (AACS) поддерживает ориентацию космического аппарата и направляет антенну на Землю. Flight Data Subsystem (FDS) собирает, форматирует и сжимает научную и инженерную телеметрию для передачи.
В совокупности эти шесть компьютеров обладают всего 69 килобайтами памяти — это меньше, чем одна фотография в высоком разрешении на современном смартфоне. Инженеры написали оригинальное программное обеспечение на языке ассемблера, оставив минимум свободного места при запуске. Один программист отметил, что у компьютера ориентации оставалось всего два слова свободной памяти.
Важно отметить, что память Voyager была перепрограммируемой. В отличие от жестко прошитой rope memory миссий Apollo, которая была неизменной после запуска, конструкция Voyager позволяла инженерам загружать изменения программного обеспечения. Эта возможность оказалась незаменимой, позволив проводить критические обновления и ремонт спустя десятилетия после начала миссии, включая 18 изменений программного обеспечения, отправленных только во время пролета мимо Юпитера в 1979 году.
NASA переместило код вокруг неисправного чипа
Ноябрь 2023 года принес новый вызов: Voyager 1, продолжая получать команды, начал передавать только нечитаемый, повторяющийся шаблон из единиц и нулей. Flight Data Subsystem (FDS), отвечающая за упаковку научных и инженерных данных, вышла из строя, фактически ослепив наземный контроль.
В марте 2024 года инженеры инициировали удаленную диагностику, отправив целевую команду «poke» для считывания памяти. Этот маневр выявил неисправность: один вышедший из строя чип памяти повредил примерно 3% памяти FDS. Этот небольшой, но критический сбой сделал огромные массивы данных неразборчивыми.
Не имея большого непрерывного блока доступной памяти, команда разработала дерзкое решение. Они кропотливо разделили поврежденный код на более мелкие фрагменты и переместили эти части в разрозненные, неиспользуемые участки памяти. Что критически важно, они затем вручную переписали каждую точку ссылки в программном обеспечении FDS, чтобы отразить эти новые местоположения, переводя изменения в двоичный код вручную без обычных инструментов разработки программного обеспечения или физического тестового космического аппарата.
Этот сложный ремонт проходил поэтапно. Инженерные данные, детализирующие состояние космического аппарата, были получены в апреле 2024 года, что стало первой читаемой телеметрией за пять месяцев. К июню передача научных данных со всех работающих приборов возобновилась, что свидетельствует об изобретательности команды. Для получения дополнительной информации об истории миссии и текущих операциях посетите Voyager - NASA Science.
Нравится статья? Получайте такие каждое утро на почту.
одно письмо в день · отписка в два клика · без сторонних трекеров
Следующий враг — это энергия, а не расстояние
Следующая большая проблема Voyager 1 — это энергия. Космический аппарат поддерживает ориентацию антенны на Землю с помощью thrusters (двигателей ориентации), которые включаются периодически для корректировки положения. Однако износ компонентов топливной системы, в частности резиновой детали в топливном баке, приводит к выделению диоксида кремния, который постепенно сужает крошечные топливные каналы с 0,25 мм до примерно 0,035 мм. Это засорение угрожает надежности двигателей, что делает точное наведение все более сложным.
Эта инженерная борьба напрямую влияет на power budget (энергетический бюджет) миссии. Voyager 1 работает на радиоизотопных термоэлектрических генераторах (RTG), которые преобразуют тепло от распада плутония в электричество. Эти генераторы теряют примерно 4 ватта мощности каждый год. Чтобы компенсировать снижение мощности, инженеры NASA должны выборочно отключать обогреватели или научные приборы, обеспечивая работу критически важных систем, таких как связь и управление ориентацией. Восемь из десяти приборов Voyager 1 в настоящее время выключены.
Сеть дальней космической связи (Deep Space Network) должна улавливать все более слабый сигнал от космического аппарата, который находится на расстоянии почти одного светового дня. Хотя NASA ожидает, что по крайней мере один прибор продолжит работать до 2030-х годов, а связь сохранится примерно до 2036 года, оставшаяся энергия и рабочие приборы в конечном итоге определят, как долго Voyager 1 сможет передавать данные из межзвездного пространства. Каждый год приближает миссию к ее тихому завершению.
Часто задаваемые вопросы
Сколько памяти у Voyager 1?
Согласно исходным материалам, его шесть компьютеров имеют в общей сложности около 69 килобайт памяти.
Сколько времени занимает связь с Voyager 1?
Радиосигнал идет примерно один день в одну сторону на расстояниях в световые дни, поэтому отправка команды и получение ответа могут занимать около двух дней.
Как NASA исправило проблему с данными на Voyager 1 в 2023 году?
Инженеры выявили неисправный чип памяти, переместили затронутый код в меньшие свободные области и удаленно обновили ссылки в программе.
Может ли Voyager 1 по-прежнему отправлять научные данные?
Он возобновил передачу научных данных после программного ремонта в 2024 году, хотя управление его приборами и энергоснабжением осуществляется с учетом старения космического аппарата.