В этом месяце было несколько интересных технологических новостей, которые привлекли мое внимание, но это самое лучшее за апрель. Речь идет о глубокой компьютерной детективной работе, нахождении решения, а затем отправке и применении исправленной версии программного обеспечения к космическому аппарату за пределами Солнечной системы. Хорошо, я, возможно, и нерд, но я считаю это потрясающим достижением.
Вам может быть интересно время и качество обновлений программного обеспечения на вашем планшете или ПК, но это совсем другая лига.
Я ребенок космической эры, и в детстве одним из моих мечтаний было стать первым человеком на Луне. Я бы достиг этого, если бы был чуть старше и был гражданином США, среди прочих требований. Ха! Вместо этого я смотрел, как Нил Армстронг ступил на поверхность Луны 21 июля 1969 года — у меня в руке был кружка Гиннеса, пока я сидел на полу в ирландском отеле после полуночи.
Через восемь лет после этого был запущен Вояджер 1, чтобы пойти туда, где еще не было человека. И он это сделал. И он все еще продолжает свой путь, находясь на расстоянии 24 миллиардов километров от Земли и продолжая движение — спустя 47 лет после запуска и теперь в межзвездном пространстве.
Вояджер 1
Запущенный в 1977 году, Вояджер 1 вместе со своим близнецом Вояджер 2 начал миссию по исследованию внешних границ нашей солнечной системы и за ее пределами. Изначально предназначенные для изучения Юпитера и Сатурна, эти устойчивые зонды превзошли все ожидания. Вояджер 1, в частности, занимает титул самого далекого объекта, созданного человеком, в конечном итоге перешедшего в межзвездное пространство в 2012 году.
Оба Вояджера несут золотую пластинку, космическую грампластинку, на которой выгравированы приветствия, звуки Земли и музыка разных культур, служащие капсулой человечества для потенциальных инопланетных получателей.
Пролетая мимо Юпитера, его инструменты раскрыли ранее неизвестное кольцо и два новых спутника, расширяя наше понимание газового гиганта. Подобные достижения продолжились на Сатурне, с идентификацией пяти новых спутников и другого кольца.
Пакет инструментов
Пакет инструментов обширен и кажется работающим.
- Система научной визуализации (ISS)
- Ультрафиолетовый спектрометр (UVS)
- Инфракрасный интерферометрический спектрометр (IRIS)
- Радиоастрономический эксперимент по изучению планет (PRA)
- Фотополяриметр (PPS)
- Триаксиальный магнитометр потоков (MAG)
- Плазменный спектрометр (PLS)
- Эксперимент с заряженными частицами низкой энергии (LECP)
- Эксперимент плазменных волн (PWS)
- Телескоп космических лучей (CRS)
- Радионаучная система (RSS)
После своих планетарных встреч Вояджер 1 отправился в неизведанную территорию в 2012 году и пересек гелиопаузу, границу, где ослабевает влияние Солнца, и вошел в межзвездное пространство.
Вояджер питается от термоэлектрического (ядерного) генератора.
У обоих Вояджеров было несколько неполадок на пути.
"Мы никогда не можем быть уверены, что произойдет с Вояджерами, но меня постоянно поражает, когда они просто продолжают движение", сказала менеджер проекта Вояджер Сюзанна Додд в заявлении. "У нас было много аномалий, и они становятся сложнее. Но нам повезло до сих пор восстановить их. И миссия продолжается. И молодые инженеры присоединяются к команде Вояджера и вносят свои знания, чтобы миссия продолжалась".
Последняя проблема с Вояджером 1 произошла в ноябре 2023 года. Это была компьютерная проблема.
Мое собственное путешествие с компьютерами началось в 1979 году, и мой первый компьютер (S100, Z80, CP/M) — который я собирал сам, включая пайку чипов на печатных платах — имел всего 16 кБ ОЗУ и 4 кБ ПЗУ, достаточно для игры в очень примитивный 'Стар Трек'. У Вояджера 1 было всего 4 кБ. (Я полагаю, это ПЗУ).
Ваш смартфон, возможно, имеет 4 ГБ ОЗУ — это в четыре миллиона раз больше. Что конструкторы и инженеры по программному обеспечению могли сделать с 4 кБ — и до сих пор делают — действительно удивительно.
Компьютеры Вояджера
На борту находятся три разных типа компьютеров, каждый с резервным блоком. Это означает, что всего шесть компьютеров.
Эти компьютеры были специально построены с использованием технологий того времени, включая интегральные схемы среднего масштаба CMOS и дискретные компоненты. Да, я тоже использовал эти CMOS чипы среднего масштаба.
Они стареют лучше, чем я.
Компьютер управления и контроля (CCS)
Этот компьютер используется для декодирования команд, полученных с Земли, управления работой других бортовых систем, контроля ориентации космического аппарата (направления) и траектории, а также для запуска предварительно запрограммированных последовательностей для сбора научных данных во время планетарных встреч.
Компьютер управления ориентацией и артикуляцией (AACS)
Этот компьютер обеспечивает стабильность Вояджера 1 и его правильное направление. Его задачи включают обработку данных от гироскопов и акселерометров для определения ориентации космического аппарата, отправку сигналов к двигателям для внесения мелких корректировок и поддержания стабильности, направление высоконаправленной антенны к Земле для связи и точное направление научных инструментов на такие цели, как планеты и спутники.
Подсистема полетных данных (FDS)
Эта подсистема управляет форматированием и сохранением научных данных, собранных инструментами, сжатием и подготовкой данных для передачи обратно на Землю, контролем камер, хотя и не автономно (команды на съемку хранятся в CCS).
Проблема
14 ноября 2023 года Вояджер 1 перестал отправлять читаемые научные и инженерные данные на Землю, хотя операторы миссии могли видеть, что космический аппарат все еще получал их команды и в остальном работал нормально. По сути, научные данные, получаемые на Земле, оказались мусором.
3 марта команда заметила, что активность одной части подсистемы полетных данных выделялась среди остальных искаженных данных. Хотя сигнал не соответствовал формату, к которому команда Вояджера привыкла, когда подсистема полетных данных функционировала как ожидается, инженер с сети глубокого космоса NASA смог расшифровать его.
Сеть глубокого космоса — это система радиоантенн на Земле, которая помогает агентству связываться с космическими аппаратами Вояджера и другими, исследующими нашу солнечную систему.
Расшифрованный сигнал включал считывание всей памяти подсистемы полетных данных.
Исследуя считывание, команда определила причину проблемы: 3% памяти подсистемы полетных данных были повреждены. (CNN)
Проблема была связана с подсистемой полетных данных (FDS). (NASA)
Решение
Инженер, наконец, нашел источник проблемы с 3%: критически важная микросхема вышла из строя, затронув часть памяти FDS, которая содержала часть этого компьютерного кода. Этот отсутствующий код не позволял FDS обрабатывать научные и инженерные данные должным образом.
Починить неисправную микросхему было невозможно. Команда не могла просто перенести весь отсутствующий код, потому что не было достаточно места в каком-либо одном месте (4 кБ, помните). Их решение было изобретательным:
Команда начала с кода, отвечающего за упаковку инженерных данных космического аппарата. Они разделили отсутствующий код на меньшие секции. Эти секции затем были аккуратно размещены в различных доступных местах в памяти FDS. Для обеспечения согласованной работы всего вместе, они скорректировали сами секции кода. Это включало обеспечение независимой работы каждой секции и правильное ссылание на другие разбросанные секции. Первый шаг включал код, отвечающий за данные о здоровье космического аппарата. 18 апреля они отправили этот код на его новое место. Это первое обновление.
Помните, связь с Вояджером 1 занимает значительное количество времени из-за его огромного расстояния. После ожидания ответа, включающего 45 часов путешествия (туда и обратно), команда получила подтверждение успеха 20 апреля.
Этот успех означал, что они снова могли получать и анализировать данные о здоровье и состоянии Вояджера 1 после пяти месяцев перерыва.
В течение следующих недель весной/летом 2024 года команда перенесет и скорректирует другие затронутые части программного обеспечения FDS. К ним относятся те части, которые начнут возвращать ценные научные данные, безопасно хранящиеся на аппарате.
Я думаю, это удивительная история изобретательности.
Причина отказа микросхемы неизвестна, но возможно, это было из-за удара космическим лучом (гамма-лучом).
Заключительная перспектива
Собственно Солнечная система простирается очень далеко за пределы планет и гелиопаузы и включает сферическую оболочку, называемую облаком Оорта.
Хотя Вояджер 1 преодолевает около 1,6 миллиона километров в день и пересек гелиопаузу в межзвездное пространство, космическому аппарату потребуется около 300 лет, чтобы достичь внутренней границы облака Оорта, и, вероятно, еще 30 000 лет, чтобы выйти на другую сторону. (NASA).
Нердово, но что поделать? Я просто надеюсь, что он продолжит свое движение.
Вот Юпитер, как его снимал Вояджер 1 в течение 60 дней (.gif).
