Компьютерный сбой поставил под сомнение будущее самого дальнего космического зонда человечества.
Компьютерный сбой возник 14 ноября и повлиял на способность Вояджера-1' отправлять обратно телеметрические данные, такие как измерения научных приборов или базовую инженерную информацию о том, как работает зонд. В результате команда не имеет представления о ключевых параметрах двигательной, энергетической или контрольной систем корабля.
"Будет самым большим чудом, если мы вернем его обратно. Мы, конечно, не сдались,"- сказала Сюзанна Додд, руководитель проекта "Вояджер" в Лаборатории реактивного движения НАСА, в интервью Ars. "- Есть другие вещи, которые мы можем попробовать. Но это, безусловно, самая серьезная проблема за все время моей работы руководителем проекта.
Додд стала руководителем проекта НАСА' миссии "Вояджер" в 2010 году и курировала небольшой отряд инженеров, ответственных за освоение человечеством межзвездного пространства. Вояджер-1" - самый далекий космический аппарат в истории, удаляющийся от Солнца со скоростью 38 000 миль в час (17 километров в секунду).
"Вояджер-2", запущенный за 16 дней до "Вояджера-1" в 1977 году, не так далек. Он пролетел мимо Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, а "Вояджер-1" набрал скорость во время встречи с Сатурном, чтобы обогнать свой собрат.
В течение последних нескольких десятилетий НАСА посвятило приборы "Вояджера" изучению космических лучей, магнитного поля и плазменной среды в межзвездном пространстве. Теперь они больше не делают снимков. Оба зонда прошли за гелиопаузу, где поток частиц, исходящих от Солнца, попадает в межзвездную среду.
В настоящее время нет других действующих космических аппаратов, исследующих межзвездное пространство. Зонд NASA' New Horizons, который пролетел мимо Плутона в 2015 году, планирует достичь межзвездного пространства в 2040-х годах.
Состояние техники 50 лет назад
Последняя проблема "Вояджера-1" заключается в подсистеме полетных данных (FDS), одном из трех компьютеров космического аппарата, работающих вместе с центральным компьютером управления и другим устройством, контролирующим управление положением и наведением.
Подсистема FDS отвечает за сбор научных и инженерных данных от сети датчиков космического аппарата и последующее объединение информации в единый пакет данных в двоичном коде - серии 1 и 0. Отдельный компонент, называемый блоком модуляции телеметрии, фактически отправляет пакет данных обратно на Землю через 12-футовую (3,7 м) антенну "Вояджера".
Эта статья изначально появилась на сайте Ars Technica - надежного источника новостей технологий, анализа технической политики, обзоров и многого другого. Ars принадлежит материнской компании Condé Nast.
По данным НАСА, в ноябре в пакетах данных, передаваемых "Вояджером-1", появились повторяющиеся цифры 1 и 0, как будто они застряли. По словам Додд, инженеры JPL потратили большую часть трех месяцев на то, чтобы диагностировать причину проблемы. По ее словам, команда инженеров на 99,9 % уверена, что проблема возникла в FDS, которая, похоже, испытывает проблемы с синхронизацией кадров.
Пока наземная команда считает наиболее вероятным объяснением проблемы немного поврежденную память в FDS. Однако из-за зависания компьютера у инженеров нет подробных данных с "Вояджера-1", которые могли бы привести их к корню проблемы. "Скорее всего, это где-то в памяти FDS," сказал Додд. "Какой-то бит перевернулся или был поврежден. Но без телеметрии мы не можем понять, где именно повреждена память FDS.
Когда пять десятилетий назад была разработана подсистема полетных данных "Вояджера", она стала инновацией в области вычислительной техники. Это был первый компьютер на космическом корабле, в котором использовалась энергозависимая память. Каждый космический аппарат "Вояджер" запускался с двумя компьютерами FDS, но резервный FDS "Вояджера-1' вышел из строя в 1981 году, по словам Додда.
С ноября инженеры "Вояджера-1' на Земле получают только сигнал несущей, который в основном сообщает команде, что космический аппарат все еще жив. Нет никаких признаков других серьезных проблем. Изменения в модуляции несущего сигнала указывают на то, что "Вояджер-1" получает команды, передаваемые с Земли.
"К сожалению, мы еще не раскололи орех, не решили проблему и не получили телеметрию обратно", - сказал Додд.
Разбирая папки
В ближайшие несколько недель наземная команда "Вояджера" планирует передать команды "Вояджеру-1", чтобы попытаться определить, где в компьютере FDS находится предположительно поврежденная память. Одна из идей заключается в том, чтобы переключить компьютер на работу в различных режимах, например, в тех, которые использовались FDS, когда "Вояджер-1" пролетал мимо Юпитера и Сатурна в 1979 и 1980 годах. Инженеры "Вояджера" надеются, что переход в разные режимы передачи данных позволит выявить, какая часть памяти FDS нуждается в коррекции.
Это гораздо сложнее, чем может показаться на первый взгляд. Во-первых, режимы данных, в которые инженеры могут перевести "Вояджер-1", не использовались уже 40 или более лет. Никто не думал о том, чтобы сделать это с компьютером полетных данных "Вояджера" в течение десятилетий.
"Вояджер-1" и "Вояджер-2" имеют слишком большой общественный резонанс по сравнению с теми ресурсами, которые НАСА выделяет на поддержание космических аппаратов в рабочем состоянии. Обычно над миссией "Вояджера" работает менее дюжины человек. С тех пор как в ноябре возникла компьютерная проблема, их число немного увеличилось: небольшая команда "тигров" из восьми специалистов по системам полетных данных, программному обеспечению и связи с космическим аппаратом была направлена для устранения неполадок.
"Не хочу показаться мрачным, но многие из тех, кто работал над "Вояджером", мертвы,"- сказал Додд. "Поэтому людей, которые создали космический аппарат, уже нет в живых. У нас есть достаточно хороший набор документации, но большая ее часть находится в бумажном виде, поэтому вы занимаетесь археологическими раскопками, чтобы найти документы.
Представьте себе, что вы роетесь в руководстве пользователя старинного автомобиля. Обветренные страницы книги наверняка потрепались. Это совсем не похоже на то, что сейчас испытывают инженеры "Вояджера", некоторых из которых не было в живых во время старта миссии.
"- У нас есть листы и листы схем, которые сделаны из бумаги, пожелтели на углах и подписаны в 1974 году,"- сказал Додд."- Они развешаны по стенам, и люди смотрят на них. Это целая история, как добраться до информации, необходимой для обсуждения решений командования или проблем.
Это знакомая задача для инженеров "Вояджера". За последние несколько лет основная команда миссии в JPL обращалась к архивным документам, чтобы устранить другие, менее серьезные компьютерные проблемы и разработать новый способ управления движителями на обоих космических аппаратах, чтобы предотвратить накопление остатков в топливопроводах.
Хотя инженеры космических аппаратов любят избыточность, на "Вояджерах" у них больше нет роскоши резервного копирования. Это означает, что в любой конкретной секции космического корабля отказ одной детали может привести к остановке миссии. Оба космических аппарата работают на ядерных батареях, которые с каждым годом производят все меньше электроэнергии, поскольку их плутониевые источники питания разрушаются. Ближе к концу 2020-х годов снижение мощности вынудит НАСА начать отключать приборы на каждом из космических аппаратов.
Большинство современных миссий НАСА, исследующих Солнечную систему, имеют на земле тренажеры для проверки команд и процедур перед отправкой их на реальный космический аппарат. Такая практика позволяет выявить ошибки в управлении, которые могут поставить миссию под угрозу.
"Управлять "Вояджером" очень сложно,"- сказал Додд."- У нас нет никаких тренажеров для этого. У нас нет аппаратного симулятора. У нас нет программного симулятора. Нет ни симулятора с FDS, ни аппаратуры, где мы могли бы опробовать его на земле, прежде чем отправлять. Так что это заставляет людей быть более осторожными, и это баланс между правильным управлением и риском.
Менеджеры также осознают возраст "Вояджера-1'. Поэтому мы не хотим вечно решать, что делать, - сказал Додд. - Что-то еще может выйти из строя. Двигатели могут выйти из строя. Мы хотим поступить правильно, но мы не можем раздумывать над тем, как поступить правильно. Мы должны смотреть на вещи методично и логично, принимать решение и идти к нему.
Когда придет время посылать новые команды, чтобы попытаться спасти "Вояджер-1", операторам из JPL придется ждать ответа более 45 часов. Огромное расстояние до космического аппарата и его положение в южном небе заставляют НАСА использовать самую большую 230-футовую (70-метровую) антенну на сайте слежения Deep Space Network в Австралии - одну из самых востребованных антенн сети.
"Скорость передачи данных очень низкая, и из-за этой аномалии у нас нет никакой телеметрии," сказал Додд. "Мы'как бы стреляем вслепую, потому что мы'не знаем, в каком состоянии находится космический аппарат"