09.02.2024

Инженеры НАСА спешат починить Вояджер-1

Компьютерный сбой подверг опасности будущее самого дальнего космического зонда человечества

Стивен Кларк, Арс Техника

Фото: Getty Images

Компьютерный сбой произошел 14 ноября и повлиял на способность "Вояджера-1" отправлять телеметрические данные, например, результаты измерений научных приборов аппарата и основные инженерные данные о работе зонда. В результате команда не имеет представления о ключевых параметрах двигательной, энергетической и контрольной систем корабля.

«Это будет большим чудом, если мы вернем его обратно. Мы, конечно, не сдаемся», - сказала Сюзанна Додд, руководитель проекта «Вояджер» в Лаборатории Реактивного Движения НАСА, в интервью Ars. «Есть и другие способы, которые мы можем попытаться использовать. Но это, безусловно, самый серьезный случай за все время моей работы руководителем проекта».

Додд стала руководителем проекта миссии НАСА «Вояджер» в 2010 году, возглавив 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 удален. Он пролетел мимо Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, а Вояджер-1 набрал скорость во время встречи с Сатурном, чтобы обогнать своего собрата.

Последние несколько десятилетий НАСА направило приборы Вояджеров на изучение космических излучений, магнитного поля и плазменной среды в межзвездном пространстве. Теперь они больше не делают снимков. Оба зонда вышли за пределы гелиопаузы, в которой поток частиц, исходящих от Солнца, попадает в межзвездную среду.

Других действующих космических аппаратов, исследующих межзвездное пространство, в настоящее время нет. Зонд НАСА «Новые горизонты», который пролетел мимо Плутона в 2015 году, достигнет межзвездного пространства в 2040-х годах.

Состояние техники 50 лет назад

Последняя проблема Вояджера-1 связана с подсистемой полетных данных (FDS) - одним из трех компьютеров космического аппарата, работающим вместе с центральным компьютером управления и другим устройством, контролирующим управление положением и наведением.

FDS отвечает за сбор научных и инженерных данных от сети датчиков космического аппарата, а затем объединяет информацию в единый пакет данных в двоичном коде. Отдельный компонент, называемый блоком модуляции телеметрии, отправляет пакет данных на Землю через 12-футовую (3,7 м) антенну Вояджера.

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, пытаясь диагностировать причину проблемы. По ее словам, команда инженеров на 99,9 % уверена, что проблема возникла в системе FDS, которая, похоже, испытывает трудности с «синхронизацией данных».

Пока что наземная команда считает, что наиболее вероятным объяснением проблемы является поврежденная память в FDS. Однако из-за сбоя в работе компьютера инженеры не располагают подробными данными с Вояджера-1, которые могли бы привести их к разгадке проблемы. «Скорее всего, это где-то в памяти FDS», - сказал Додд. «Какой-то бит сбился 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 Додд.

Единственный сигнал, который получают земные инженеры Вояджера-1 с ноября, - это сигнал носителя, который, по сути, сообщает команде, что космический аппарат все еще жив. Нет никаких признаков других серьезных проблем. Изменения в модуляции опорного 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», - сказала Додд.

Разбираем папки

В ближайшие несколько недель наземная команда Вояджера планирует передать команды Вояджеру-1, чтобы попытаться определить, где в компьютере FDS находится предполагаемая 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 к разным режимам работы с данными 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 лет или более. Никто не думал о том, чтобы проделать это с компьютером полетных данных Вояджера в течение десятилетий.

Вояджер-1 и Вояджер-2 привлекают слишком много внимания общественности 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», состоящая примерно из восьми специалистов по системам полетных данных, программному обеспечению и связи с космическим аппаратом, была назначена для устранения неполадок.

«Не хочу показаться занудой, но многих сотрудников Вояджера уже нет», - сказала Додд. «То есть людей, которые создали космический корабль, уже нет в живых. У нас есть достаточно хороший набор документации, но большая ее часть находится на бумаге, поэтому приходится заниматься археологическими раскопками, чтобы найти нужные документы».

Представьте себе, что вы роетесь в руководстве по эксплуатации старинного автомобиля. Потрепанные страницы книги, скорее всего, уже истлели. Это похоже на то, что сейчас испытывают инженеры Вояджера. некоторых создателей не стало уже к моменту старта миссии.

«У нас есть много бумажных листов со схемами, пожелтевших на углах и подписанных в 1974 году», - говорит Додд. - «Они развешаны по стенам, и люди смотрят на них. Это целая история - как добраться до информации, необходимой для обсуждения решений по управлению или проблем».

Для инженеров Вояджера это знакомая задача. 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 силовыми установками на обоих космических аппаратах, чтобы предотвратить накопление остатков в топливопроводах.

Инженеры космических кораблей любят избыточность, но на Вояджерах у них больше нет такой роскоши, как резервное копирование. Это означает, что отказ одной детали на любом участке космического корабля 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 истощаются. 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, оснащены наземными симуляторами для отработки команд и процедур перед отправкой их на реальный космический аппарат. Такая практика позволяет выявить ошибки в командах, которые могут поставить миссию под угрозу.

«Управлять Вояджером очень сложно», - говорит Додд. - «У нас нет никакого симулятора для этого. У нас нет аппаратного симулятора. У нас нет программного симулятора. Нет ни симулятора с FDS, ни аппаратуры, где мы могли бы сначала опробовать его на земле, прежде чем отправлять. Так что это заставляет людей быть более осторожными, и это проблема баланса между правильным управлением и рискованным».

«Менеджеры также осознают возраст Вояджера-1. Он работает на износ. Поэтому мы не хотим вечно решать, что делать», - говорит Додд. «Что-то еще может выйти из строя. Могут выйти из строя двигатели. Мы хотим поступить правильно, но мы не можем спорить о том, как поступить правильно. Мы должны смотреть на вещи методично и логично, принимать решение и идти к цели».

Когда придет время посылать новые команды, чтобы попытаться спасти Вояджер-1, операторам JPL придется ждать ответа более 45 часов. Огромное расстояние до космического корабля и его положение в южном небе заставляют НАСА использовать самую большую 230-футовую (70-метровую) антенну в пункте слежения Deep Space Network в Австралии - одну из самых востребованных антенн сети.

«Скорость передачи данных очень низкая, и из-за этой ситуации у нас нет никакой телеметрии», - сказала Додд. - «Мы как бы стреляем вслепую, потому что не знаем, в каком состоянии находится космический аппарат».

Источник: wired.com