«Вояджер-1»: туда, куда никогда не ступала нога человека

Космический исследовательский зонд «Вояджер», запущенный в 1977 году, во всех аспектах является пенсионером. Его оборудованию исполнилось уже более 36 лет, что по компьютерным меркам — практически век. Но тем не менее оно до сих пор позволяет зонду бороздить межзвездное пространство, и ученые надеются, что зонд сможет проработать еще как минимум лет 10-15. Что же помогает «Вояджерам» в их путешествии вести научные наблюдения и передавать полученные данные на Землю?

Так выглядел компьютерный центр управления еще во времена тестовых испытаний «Вояджеров»

«Здесь на Земле мы стараемся использовать самые новейшие технологии», — говорит инженер Сюзанна Додд, менеджер проекта «Вояджер» в JPL, указывая на то, что большая часть команды ученых работает на самых мощных компьютерах Mac.

Сюзанна отмечает, что она присоединилась к проекту в 1984 году, в то время, когда ученые использовали самые крутые компьютеры тех времен — с поддержкой 8-дюймовых дисководов. Но интересно здесь то, что сами «Вояджер-1» и «Вояджер-2» относятся к еще более ранней эпохе.

«Так как в настоящий момент «Вояджер-1» является самым удаленным от нас рукотворным объектом, который находится на расстоянии в 19 миллиардов километров от Земли, то мы не можем просто взять, отнести его в магазин электроники и сделать апгрейд», — смеется Додд.

Каждый из «Вояджеров» имеет всего по 69,64 килобайта памяти. Этого достаточно, чтобы сохранить, например, один среднестатистический файл формата jpeg. Научные же данные, которые собирают зонды, до сих пор записываются на старые 8-контактные магнитные цифровые ленты, а не на современные твердотельные накопители, которые можно найти сейчас практически в любом домашнем компьютере. Поэтому каждый раз, когда зонды передают информацию на Землю, они стирают старые записи и поверх них записывают новую информацию.

Компьютеры «Вояджеров» способны обрабатывать около 81 тысячи инструкций в секунду. К слову смартфон, который вы сейчас возможно держите в руке, всего-навсего в 7500 раз быстрее. Зонды передают данные на Землю со скоростью 160 бит в секунду. Даже самый дряхлый и медленный диал-ап, который можно встретить сейчас на Земле, передает информацию со скоростью 20 000 бит в секунду.

Вообще «Вояджеры» постоянно и без перерыва передают какие-то новые сигналы на Землю. «Вояджеру-1» в этом помогает передатчик мощностью 22,4 Вт, что эквивалентно, например, мощности лампочки, установленной в вашем холодильнике. А теперь представьте, что мощность сигнала, которому нужно до нас добраться, падает до 0,1 миллиардной Вт. Чтобы хоть как-то его усилить, NASA использует на зонде две 34-метровые антенны. А для того, чтобы просто получить послание от зонда, агентству приходится задействовать на Земле 70-метровую тарелку!

Команда ученых каждый день посылает и получает сигналы от зондов «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Но даже самая, казалось бы, рутинная ежедневная проверка всех систем на предмет неполадок занимает у инженеров NASA по 4 часа. Бывают, конечно, более удачные дни, когда вторую половину дня они все-таки могут потратить на то, чтобы получать сигналы от зондов и передавать на них новые команды.

Что касается программного обеспечения, то первоначально зонды использовали ПО, которое было написано на языке программирования Fortran 5. Позже систему портировали на Fortran 77. А сейчас, несмотря на то что некоторое ПО до сих пор работает на базе Fortran, остальная часть оборудования была портирована на более-менее современный язык программирования C.

Фотография внутренних компонентов «Вояджера» во время его сборки

Отчасти секретом такой долговечности зондов служит то, что они были построены с учетом использования дублирующего оборудования. Каждый зонд имеет по два компьютера, которые выполняют одну и ту же операцию. Это как если бы мы запустили два ровера «Кьюриосити» на Марс. Представьте, на сколько бы увеличилась продуктивность в данном случае.

Правда, последнее время у «Вояджеров» дела идут не очень хорошо. Некоторое оборудование вышло из строя во время путешествия, некоторое было специально отключено для экономии питания. В общей сложности из 11 оригинальных инструментов, которыми оснащен тот же «Вояджер-1», сейчас в рабочем состоянии находятся только пять: спектрометр УФ области спектра, магнетометр, детектор заряженных частиц, детектор космических лучей и система плазменных волн. Но время идет, и чем дальше, тем более вероятен шанс того, что и это оборудование выйдет из строя.

«Мы постоянно находимся в одном шаге от окончания и без того сверхдолгой миссии», — говорит Додд.

Даже несмотря на это, зонды и без того проделали колоссальную работу, даже превзойдя ожидания самих создателей. Додд говорит, что инженеры, создававшие «Вояджеров», уже тогда считали, что грезить межзвездным пространством являлось бы слишком оптимистичной идеей и лучше было бы сосредоточиться на изучении Юпитера и Сатурна.

«Но ученые впоследствии проигнорировали эти указания, посчитав, что межзвездное пространство является уж слишком соблазнительной целью, и сделали все возможное, чтобы до него добраться», — добавляет она.

За то время, что им осталось, оба «Вояджера» продолжат собирать и передавать обратно на Землю полученные данные как минимум еще до 2020-го или возможно 2025 года. Даже если у них что-то сломается и получать команды с Земли они уже не смогут, аппараты в автоматическом режиме продолжат передачу данных обратно на Землю и будут повторять эту процедуру до тех пор, пока у них полностью не закончится питание.

Но радиоизотопные батареи «Вояджера-1» и «Вояджера-2» далеко не бесконечны. Каждый год они в среднем теряют по четыре ватта своей мощности. И однажды станции контроля на Земле придется сделать сложный выбор — какие из инструментов зондов выключить, а какие оставить для дальнейшей работы. Таким образом год за годом будет отключаться их оборудование. Ученые считают, что вплоть до 2036 года зонды смогут находиться в радиусе действия антенн, которые принимают сигналы. И хотя на этот период на Землю скорее всего уже не будет поступать никаких научных данных с аппаратов, «Воядежеры» вероятно смогут отправлять к нам информацию о своем техническом состоянии, если на это, конечно, хватит питания. Но пока работа с ними еще не завершена.

«Мы только что переступили рубеж в межзвездное пространство», — говорит Додд.

«Мы всего лишь добрались до линии горизонта, и без сомнения нас ждет еще множество открытий».

Надеюсь, что через много-много лет «Вояджер-1» однажды не вернется к нам в качестве некой космической сущности «Ви-Джера». Лучше уж в качестве музейного экспоната.