Od listopada ubiegłego roku zespół ekspertów z NASA próbuje zrozumieć nietypową sekwencję zer i jedynek przesyłaną przez sondę Voyager I. Problem związany jest z systemem danych lotu FDS, który odpowiada za gromadzenie danych o sondzie oraz zbieranie informacji z instrumentów naukowych.
Niedawno jednemu z inżynierów udało się odszyfrować ten sygnał, w jaki sposób?
Sonda Voyager I została wystrzelona z Ziemi w tysiąc dziewięćset siedemdziesiątym siódmym roku z misją odwiedzenia gazowych olbrzymów: Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. W tym samym roku w przestrzeń poleciała jej bliźniacza sonda – Voyager II. Obie zostały wyniesione w przestrzeń kosmiczną za pomocą najpotężniejszej wówczas rakiety Titan 3E i wbrew temu co podpowiadałaby logika, to Voyager oznaczony numerem dwa, wystartował jako pierwszy. Miało to miejsce dokładnie dwudziestego sierpnia tysiąc dziewięćset siedemdziesiątego siódmego roku. Voyager jeden wystartował dwa tygodnie później.
Najnowsze filmy
Po zakończeniu swojej głównej misji w tysiąc dziewięćset osiemdziesiątym dziewiątym roku, obie sondy rozpoczęły nowy etap – dążenie do osiągnięcia heliopauzy. Heliopauza to granica heliosfery, ochronnego „bąbla” cząstek i pól magnetycznych wytwarzanych przez Słońce. Na tej granicy wiatr słoneczny traci swoją prędkość, a ciśnienie wiatrów galaktycznych zaczyna dominować nad ciśnieniem wiatru słonecznego. Granica ta znajduje się około stu dwudziestu jednostek astronomicznych od Słońca. Sonda Voyager I przekroczyła granicę heliosfery i weszła w przestrzeń międzygwiezdną w dwa tysiące dwunastym roku, a sześć lat później dokonała tego również sonda Voyager II.
Sondy Voyager to technologiczne relikty ery kosmicznej lat siedemdziesiątych poprzedniego stulecia. Pomimo swojego wieku, obie sondy nadal przesyłają cenne dane naukowe z najdalszych zakątków naszego Układu Słonecznego w jakie dotarło jakiekolwiek urządzenie stworzone przez człowieka. Niestety ich wiek, oznacza, że nie wszystkie systemy działają bez zarzutu. W ciągu ostatnich dziesięcioleci, sondy napotkały na szereg technicznych przeszkód, ale żadna nie była tak złożona i trudna do rozwiązania, jak ostatnia usterka Voyagera I, która objawiła się pod koniec ubiegłego roku.
NASA ogłosiła wówczas, że wystąpiły zakłócenia w komunikacji między jednym z kluczowych komputerów pokładowych sondy – systemem danych lotu w skrócie FDS, a jednostką modulacji telemetrii w skrócie TMU. TMU jest odpowiedzialna za przetwarzanie i przesyłanie na Ziemię danych zbieranych przez FDS. FDS nie tylko zbiera dane z instrumentów naukowych, ale także monitoruje parametry i poprawność funkcjonowania sondy, takie jak położenie, stan systemów napędowych, moc energetyczna i inne krytyczne systemy sterowania.
Od początku listopada zespół zarządzający misją Voyagera boryka się z problemem cyfrowego bełkotu – nieczytelnych danych przychodzących na Ziemię. Te powtarzające się sekwencje zer i jedynek, które normalnie miałyby dostarczać bezcennych informacji o stanie sondy, teraz stanowią zagadkę dla inżynierów i naukowców. Nieprawidłowości te spowodowały, że od tamtej pory zespół nie miał dokładnej wiedzy na temat stanu w jakim jest obecnie sonda.
Patronite
Zostań Patronem Astrofazy! Pomóż rozwijać projekt i zyskaj dostęp do bonusowych treści!NASA zaangażowała wielu naukowców w rozwiązywanie tego problemu, co tylko świadczy o tym jak ważne są dane z tak odległych zakątków Układu Słonecznego. Tak więc, nawet gdy dotyczy to technologii sprzed prawie pół wieku, NASA nie ma zamiaru łatwo odpuścić. Inżynierowie pracują nad różnymi hipotezami i potencjalnymi rozwiązaniami, które mogą pomóc przywrócić pełną funkcjonalność komunikacyjną sondy. Rozwiązanie tego problemu nie tylko przywróciłoby normalną operacyjność Voyagera I, ale również dostarczyłoby bezcennych lekcji na przyszłość w kontekście długotrwałych misji kosmicznych.
Przełom w zrozumieniu bełkotliwych sygnałów Voyagera I nastąpił na początku marca. W trakcie rutynowej analizy danych, zespół misji Voyager zauważył nietypową aktywność w jednej z sekcji FDS. Ta aktywność różniła się od pozostałej części zniekształconego strumienia danych, co wzbudziło zainteresowanie naukowców.
W odpowiedzi na specjalnie zaprojektowane polecenie wysłane z Ziemi, Voyager I, zamiast przekazywać kolejne sekwencje „cyfrowego bełkotu”, odpowiedział ciągiem liczb, który wydawał się być bardziej zrozumiały i strukturalnie spójny.
Źródło: voyager.jpl.nasa.gov
Jeden z anonimowych inżynierów z sieci Deep Space Network, która jest integralną częścią systemu komunikacyjnego NASA odpowiedzialnego za utrzymanie łączności z sondami Voyager oraz z innymi statkami kosmicznymi, dokonał szczegółowej analizy przekazanego kodu. Wnikliwe badanie pozwoliło na odkrycie, że przekazane sekwencje liczbowe zawierały pełny odczyt pamięci FDS.
Pamięć FDS jest kluczową częścią sondy, przechowującą zarówno instrukcje operacyjne, które mogą być modyfikowane w odpowiedzi na zmieniające się warunki misji lub komendy z Ziemi, jak i dane naukowe oraz inżynieryjne, które są zbierane do przekazania na Ziemię. Odkrycie to było nie tylko znaczące z punktu widzenia technicznego, ale również otworzyło nowe możliwości dla dalszych badań i analiz. Dzięki temu udało się niedawno ustalić, że przyczyną problemów z komunikacją była wadliwie działająca część chipa odpowiedzialna za przechowywanie kluczowych fragmentów pamięci systemu FDS, w tym części kodu oprogramowania komputera FDS. Uszkodzenie to sprawiło, że przesyłane na Ziemię dane były nieczytelne. Inżynierowie nie mogą już w żaden sposób naprawić uszkodzonego chipa, zdecydowano się więc na przeniesieniu brakującego kodu do innych lokalizacji w pamięci FDS. Ze względu na ograniczoną pojemność pojedynczych lokalizacji, kod został podzielony na mniejsze fragmenty i rozmieszczony w różnych sekcjach pamięci. Dodatkowo, inżynierowie musieli zadbać o to, aby rozdzielone części kodu współpracowały ze sobą efektywnie, tworząc funkcjonalną całość.
Pierwszym krokiem było wyodrębnienie i przeniesienie kodu odpowiedzialnego za pakowanie danych inżynieryjnych sondy. Osiemnastego kwietnia przesłano nową konfigurację kodu do pamięci FDS. Modyfikacja okazała się sukcesem i już dwudziestego kwietnia kontrola lotów otrzymała pierwszy od pięciu miesięcy zrozumiały sygnał od Voyagera I, przynoszący informacje o stanie sondy oraz jej instrumentach naukowych.
W kolejnych tygodniach specjaliści z NASA skoncentrują się na dostosowaniu pozostałych sekwencji oprogramowania FDS. Zaplanowano przesłanie dodatkowych poleceń, które pozwolą na rozmieszczenie pozostałej części brakującego kodu systemu. Tak więc pojawiło się światełko w tunelu i może, uda się przywrócić stałą i poprawnie działającą komunikację z sondą, a byłoby wielką szkodą gdyby to się jednak nie udało.
Voyager I, znajdujący się obecnie w odległości około dwudziestu czterech miliardów kilometrów od Ziemi, jest najdalszym od nas obiektem stworzonym przez człowieka. Tak ogromna odległość sprawia, że każda próba diagnozy czy naprawy problemów komunikacyjnych jest wyzwaniem logistycznym i technologicznym. Sygnały radiowe wysyłane z Ziemi do sondy potrzebują około dwudziestu dwóch i pół godziny, aby pokonać tę odległość, co oznacza, że na otrzymanie odpowiedzi czeka się równie długo. Taki opóźniony dialog pomiędzy Ziemią a Voyagerem I wymaga od zespołu misji niezwykłej cierpliwości i precyzyjnego planowania.
Na koniec wróćmy jeszcze na chwilę do samych sond, obie mają identyczną konstrukcję, a w swoim czasie były zdecydowanie większe i masywniejsze niż wszystkie inne podobne urządzenia tego typu. Każda waży ponad osiemset kilogramów z czego sto to waga samych instrumentów naukowych.
Wiodącym celem misji obu Voyagerów była eksploracja układów gazowych olbrzymów Jowisza i Saturna, a po zakończeniu tych misji kolejnymi sukcesami, wyruszyły w kierunku Urana i Neptuna. Przelatując przy każdej z planet, miały cały szereg zadań do wykonaniu. Między innymi: określenie struktury pola magnetycznego, wyznaczenie mas, rozmiarów i kształtów zarówno planet jak i ich księżyców i pierścieni czy scharakteryzowanie składu atmosfer.
Po minięciu Neptuna zostały skierowane na tor lotu pozwalający opuścić Układ Słoneczny i obecnie kontynuują swoją misję międzygwiezdną. A jak będzie wyglądać ich przyszłość?
Voyager 1 dotrze do Obłoku Oorta za około trzysta lat, za około osiemnaście tysięcy lat oddali się od Słońca na odległość jednego roku świetlnego. Do pierwszej gwiazdy – Gliese Czterysta Czterdzieści Pięć w konstelacji Żyrafy powinna dotrzeć około roku czterdzieści tysięcy dwieście siedemdziesiątego. Z kolei druga sonda dotrze do gwiazdy Ross Dwieście czterdzieści osiem około roku czterdzieści tysięcy sto siedemdziesiątego.
Ogólnie rzecz biorąc obie sondy, nawet gdy starcimy już z nimi jakikolwiek kontakt, będą bez końca przemierzać Drogę Mleczną… o ile oczywiście nie zderzą się z jakimś innym obiektem.
