Voyager 1 po raz pierwszy od 5 miesięcy wysyła dane z powrotem na Ziemię

Ilustracja artysty przedstawia Voyagera 1 podróżującego przez przestrzeń międzygwiezdną lub przestrzeń między gwiazdami. Zdjęcie: NASA/JPL-Caltech.

Po raz pierwszy od pięciu miesięcy inżynierowie NASA otrzymali możliwe do rozszyfrowania dane z Voyagera 1 po stworzeniu kreatywnego rozwiązania problemu z komunikacją na pokładzie najodleglejszego statku kosmicznego ludzkości w kosmosie.

Voyager 1 znajduje się obecnie w odległości około 24 miliardów kilometrów, a w wieku 46 lat sonda wykazała wiele dziwactw i oznak starzenia się w ostatnich latach.

Najnowszy problem, którego doświadczył Voyager 1, pojawił się po raz pierwszy w listopadzie 2023 r., kiedy jednostka modulacji telemetrycznej systemu danych lotu zaczęła wysyłać nieczytelny, powtarzający się wzór kodu.

System danych lotu sondy Voyager 1 zbiera informacje z instrumentów naukowych statku i łączy je z danymi inżynieryjnymi, które odzwierciedlają jej aktualny stan techniczny. Kontrola misji na Ziemi otrzymuje te dane w postaci kodu binarnego lub jako ciąg zer i jedynek.

Jednak od listopada system danych lotu Voyagera 1 utknął w pętli. Chociaż sonda w ciągu ostatnich kilku miesięcy nadal wysyłała stały sygnał radiowy do swojego zespołu kontroli misji na Ziemi, sygnał ten nie niósł żadnych użytecznych danych.

20 kwietnia zespół misji otrzymał pierwsze spójne dane na temat kondycji i stanu systemów inżynieryjnych Voyagera 1. Podczas gdy zespół wciąż analizuje informacje, wszystko, co do tej pory widzieli, sugeruje, że Voyager 1 funkcjonuje prawidłowo.

„Dzisiejszy dzień był wspaniałym dniem dla Voyagera 1” – powiedziała w sobotnim oświadczeniu Linda Spilker, naukowiec zajmujący się projektem Voyager w Laboratorium Napędów Odrzutowych. „Wróciliśmy do komunikacji ze statkiem kosmicznym. Z niecierpliwością czekamy na odzyskanie danych naukowych”.

Przełom nastąpił w wyniku sprytnej metody prób i błędów oraz rozwikłania tajemnicy, która doprowadziła zespół do jednego chipa.

Rozwiązywanie problemów z odległości miliardów kilometrów

Po wykryciu problemu zespół misji próbował wysłać polecenia, aby ponownie uruchomić system komputerowy statku kosmicznego i dowiedzieć się więcej o podstawowej przyczynie problemu.

1 marca zespół wysłał polecenie o nazwie „szturchnięcie” do Voyagera 1, aby zmusić system danych lotu do uruchomienia różnych sekwencji oprogramowania w nadziei na ustalenie, co było przyczyną usterki.

3 marca zespół zauważył, że aktywność jednej części systemu danych lotu wyróżniała się na tle pozostałych zniekształconych danych. Chociaż sygnał nie był w formacie, do którego przywykł zespół Voyagera, kiedy system danych lotu działa zgodnie z oczekiwaniami, inżynier z NASA Deep Space Network był w stanie go rozszyfrować.

Deep Space Network to system anten radiowych na Ziemi, które pomagają agencji komunikować się z sondami Voyager i innymi statkami kosmicznymi badającymi nasz Układ Słoneczny.

Zdekodowany sygnał zawierał odczyt pamięci całego systemu danych lotu.

Badając odczyt, zespół ustalił przyczynę problemu: 3% pamięci systemu danych lotu jest uszkodzone. Pojedynczy układ scalony odpowiedzialny za przechowywanie części pamięci systemu, w tym części kodu oprogramowania komputera, nie działa poprawnie. Chociaż przyczyna awarii chipa nie jest znana, zespół stwierdził, że mógł on być zużyty lub zostać uderzony przez wysokoenergetyczną cząstkę z kosmosu.

Utrata kodu na chipie spowodowała, że dane naukowe i inżynieryjne Voyagera 1 stały się bezużyteczne.

Ponieważ nie było możliwości naprawy chipa, zespół zdecydował się na przechowywanie uszkodzonego kodu z chipa w innym miejscu w pamięci systemu. Chociaż nie byli w stanie wskazać lokalizacji wystarczająco dużej, aby pomieścić cały kod, byli w stanie podzielić kod na sekcje i przechowywać go w różnych miejscach w systemie danych lotu.

„Aby ten plan zadziałał, musieli również dostosować te sekcje kodu, aby zapewnić, na przykład, że wszystkie nadal działają jako całość” – wynika z aktualizacji NASA. „Wszelkie odniesienia do lokalizacji tego kodu w innych częściach pamięci (systemu danych lotu) również wymagały aktualizacji”.

Po ustaleniu kodu niezbędnego do spakowania danych inżynieryjnych Voyagera 1, 18 kwietnia inżynierowie wysłali sygnał radiowy do sondy, nakazując umieszczenie kodu w nowym miejscu w pamięci systemu.

Biorąc pod uwagę ogromną odległość Voyagera 1 od Ziemi, sygnał radiowy potrzebuje około 22,5 godziny, aby dotrzeć do sondy, a kolejne 22,5 godziny, aby sygnał odpowiedzi ze statku kosmicznego dotarł do Ziemi. 

20 kwietnia zespół otrzymał odpowiedź od sondy Voyager 1 wskazującą, że sprytna modyfikacja kodu zadziałała i w końcu mogli ponownie otrzymać czytelne dane inżynieryjne z sondy.

Eksploracja przestrzeni międzygwiezdnej

W nadchodzących tygodniach zespół będzie kontynuował przenoszenie innych części oprogramowania systemu, których dotyczy problem, w tym tych odpowiedzialnych za zwracanie cennych danych naukowych zbieranych przez Voyager 1.

Początkowo zaprojektowany na pięć lat, Voyager 1 i jego bliźniak, Voyager 2, zostały wystrzelone w 1977 roku i są najdłużej działającymi statkami kosmicznymi w historii. Ich wyjątkowo długa żywotność oznacza, że obie sondy dostarczyły dodatkowych informacji na temat naszego Układu Słonecznego i poza nim, po tym jak osiągnęły swoje wstępne cele przelotu w pobliżu Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna dekady temu.

Sondy przemierzają obecnie niezbadane kosmiczne terytorium wzdłuż zewnętrznych krańców Układu Słonecznego. Oba znajdują się w przestrzeni międzygwiezdnej i są jedynymi statkami kosmicznymi, które kiedykolwiek operowały poza heliosferą, słoneczną bańką pól magnetycznych i cząstek, która rozciąga się daleko poza orbitę Plutona.

Voyager 2, który działa normalnie, przebył ponad 20,3 miliarda kilometrów od naszej planety.

Z biegiem czasu oba statki kosmiczne napotkały nieoczekiwane problemy i przerwy w działaniu, w tym siedmiomiesięczny okres w 2020 roku, kiedy Voyager 2 nie mógł komunikować się z Ziemią. W sierpniu 2023 r. zespół misji użył techniki „krzyku”, aby przywrócić komunikację z Voyagerem 2 po tym, jak polecenie nieumyślnie skierowało antenę statku kosmicznego w złym kierunku.

Zespół szacuje, że od otrzymania danych naukowych z Voyagera 1 pozostało jeszcze kilka tygodni i nie może się doczekać, aby zobaczyć, co te dane zawierają.

„Nigdy nie wiemy na pewno, co stanie się z Voyagerami, ale ciągle mnie zadziwia, gdy po prostu kontynuują swoją podróż” – powiedziała w oświadczeniu Suzanne Dodd, kierownik projektu Voyager. „Doświadczyliśmy wiele anomalii i stają się one coraz trudniejsze. Ale dotąd mieliśmy szczęście, że udało nam się z nich wyjść. A misja trwa. Młodsi inżynierowie dołączają do zespołu Voyagera i wnoszą swoją wiedzę, aby misja mogła trwać”.