فقط معجزه می‌تواند فضاپیمای وویجر ۱ را نجات دهد

وویجر ۱ هنوز زنده است و با بیش از ۲۴ میلیارد کیلومتر فاصله از زمین، در اعماق کیهان پیشروی می‌کند. بااین‌حال، مشکلی کامپیوتری مانع از آن شده است که تیم ماموریت روی زمین بتواند اطلاعات بیشتری از وضعیت یکی از قدیمی‌ترین فضاپیماهای ناسا به‌دست آورد.

نقص کامپیوتری در ۱۴ نوامبر رخ داد و بر توانایی وویجر ۱ در ارسال داده‌های دورسنجی، مانند اندازه‌گیری‌های ابزارهای علمی فضاپیما یا اطلاعات مهندسی اولیه درباره‌ی نحوه‌ی عملکرد کاوشگر تاثیر گذاشت. درنتیجه، تیم ماموریت اکنون از پارامترهای اصلی مربوط به سامانه‌های پیش‌رانش، برق یا کنترل فضاپیما اطلاعی ندارد.

سوزان داد، مدیر پروژه وویجر در آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا (JPL)، در مصاحبه با ارزتکنیکا گفت: «اگر ارتباط با وویجر ۱ را بازیابی کنیم، بزرگ‌ترین معجزه رقم خواهد خورد. قطعا تسلیم نشده‌ایم. وظایف دیگری وجود دارد که می‌توانیم امتحان کنیم؛ اما این جدی‌ترین کار از زمانی است که مدیر پروژه بوده‌ام.»

وویجر ۲ که ۱۶ روز قبل از وویجر ۱ در سال ۱۹۷۷ پرتاب شد، به اندازه‌ی دوقلویش از ما دور نیست. این فضاپیما مسیر کم‌شتاب‌تری را در منظومه شمسی پیمود و از کنار مشتری، زحل، اورانوس و نپتون عبور کرد؛ درحالی‌که وویجر ۱ در هنگام رویارویی با زحل سرعت گرفت تا فضاپیمای همزاد خود را پشت سر بگذارد.

میلاد میرکانی

مهندسی بی‌نهایت: دوقلوهای وویجر؛ کاوشگران آسمان‌ها تا بی‌نهایت

مطالعه '21

در چند دهه‌ی گذشته، ناسا ابزارهای وویجر را به مطالعه‌ی پرتوهای کیهانی، میدان مغناطیسی و محیط پلاسما در فضای میان ستاره‌ای اختصاص داده و دوربین‌های فضاپیماها را خاموش کرده است. هردو کاوشگر از محدوده‌ی هلیوپاز فراتر رفته‌اند؛ جایی که جریان ذرات ساطع‌شده از خورشید با محیط میان‌ستاره‌ای مواجه می‌شود.

درحال‌حاضر، هیچ فضاپیمای عملیاتی دیگری وجود ندارد که فضای میان‌ستاره‌ای را کاوش کند. کاوشگر نیوهورایزنز ناسا که در سال ۲۰۱۵ از کنار پلوتون گذر کرد، در مسیر رسیدن به محیط میان ستارگان قرار دارد؛ اما تا پیش از دهه‌ی ۲۰۴۰ وارد آنجا نخواهد شد.

تازه‌ترین مشکل وویجر ۱ در زیرسیستم داده‌های پرواز (FDS) نهفته است که یکی از سه کامپیوتر موجود در فضاپیما در کنار کامپیوتر مرکزی برای فرماندهی و کنترل است. کامپیوتر دیگر، بر کنترل موقعیت و جهت‌گیری فضاپیما نظارت می‌کند.

زیرسیستم داده‌های پرواز مسئول جمع‌آوری داده‌های علمی و مهندسی از شبکه‌ی حسگرهای فضاپیما و سپس ترکیب اطلاعات در یک بسته داده‌ی واحد در کد باینری (مجموعه‌ای از صفر و یک) است. سپس قطعه‌ی جداگانه‌ای به نام واحد مدولاسیون تله‌متری، بسته داده را از طریق آنتن بشقابی ۳٫۷ متری وویجر به زمین می‌فرستد.

به‌گفته‌ی ناسا، در ماه نوامبر بسته‌های داده‌ی ارسا‌ل‌شده توسط وویجر ۱، الگویی تکرارشونده و بی‌معنی از صفر و یک‌ را آشکار کردند. مهندسان JPL سه ماه گذشته را صرف تشخیص علت مشکل کردند و اکنون داد می‌گوید تیم مهندسی با اطمینان ۹۹٫۹ درصد می‌تواند بگوید که مشکل از FDS است. به‌نظر می‌رسد کامپیوتر وویجر در «فریم‌بندی» داده‌ها دچار مشکل است.

به باور تیم ماموریت، محتمل‌ترین توضیح برای مشکل، خرابی حافظه در FDS است. بااین‌حال به دلیل خاموشی کامپیوتر، مهندسان به داده‌هایی که بتواند آن‌ها را به کشف منشاء مشکل هدایت کند، دسترسی ندارند. داد گفت: «احتمالا مشکل جایی در حافظه FDS است. اما بدون دورسنجی نمی‌توانیم ببینیم که خرابی حافظه‌ی کامپیوتر کجا است.»

زیرسیستم داده‌های پرواز در زمان ساخت در پنج دهه‌ی پیش، یک نوآوری در رایانش محسوب می‌شد. FDS اولین کامپیوتر روی یک فضاپیما بود که از «حافظه فرار» استفاده کرد. به‌گفته‌ی داد، هر فضاپیمای وویجر با دو کامپیوتر FDS پرتاب شد؛ اما زیرسیستم پشتیبان وویجر ۱ در سال ۱۹۸۱ ازکار افتاد.

تیم زمینی وویجر قصد دارد در چند هفته‌ی آینده، دستوراتی را برای وویجر ۱ بفرستد تا قسمتی را که حافظه‌ی خراب احتمالی کامپیوتر FDS در آن قرار دارد، جدا کند. یکی از ایده‌ها شامل تغییر کارکرد کامپیوتر به حالت‌های مختلف، مانند پارامترهایی عملیاتی است که FDS در هنگام پرواز وویجر ۱ از کنار مشتری و زحل در سال‌های ۱۹۷۹ و ۱۹۸۰ استفاده کرد. مهندسان امید دارند که این انتقال به حالت‌های مختلف داده بتواند مشخص کند که چه بخشی از حافظه‌ی FDS به اصلاح نیاز دارد.

بااین‌حال، انجام چنین کاری بسیار پیچیده‌تر از آن است که در ظاهر به‌نظر می‌رسد. قبل از هر چیز، حالت‌های داده‌ای که مهندسان می‌خواهند فعال کنند، در بیش از ۴۰ سال گذشته مورد استفاده قرار نگرفته‌اند. از دهه‌ها پیش هیچ‌کس فکر نمی‌کرد که چنین کاری را با کامپیوتر داده‌های پرواز وویجر انجام دهد.

وویجر ۱ و ۲ درمقایسه با سایر فضاپیماهای ناسا، تیم ماموریت کوچک‌تری دارد. کمتر از ۱۲ نفر معمولا در ماموریت وویجر مشغول به کار هستند. این تعداد از زمانی که مشکل کامپیوتر در ماه نوامبر ظاهر شد، اندکی افزایش یافته است. داد گفت: «بسیاری از افراد وویجر از دنیا رفته‌اند. کسانی که فضاپیماها را ساختند، دیگر زنده نیستند. ما مجموعه‌ای از مستندات نسبتا خوب داریم؛ اما بسیاری‌شان روی کاغذ هستند؛ درنتیجه برای دستیابی به اسناد باید حفاری‌های باستان‌شناسی انجام دهیم.»

تصور کنید که کتابچه‌ی راهنمای کاربر یک ماشین عتیقه را زیرورو می‌کنید. صفحات فرسوده‌ی کتاب احتمالا درحال پوسیدگی هستند. این تقریبا همان چیزی است که برخی مهندسان وویجر که در زمان آغاز ماموریت هنوز به دنیا نیامده بودند، درحال تجربه‌اش هستند.

هرچند افزونگی، خصوصیت محبوب مهندسان است، آن‌ها هنگام کار با وویجرها دیگر امکان بهره‌گیری از آن را ندارند؛ بدین معنا که ازکارافتادن هر بخش خاصی از فضاپیما می‌تواند پایان ماموریت را رقم بزند. هر دو فضاپیما از باتری‌های هسته‌ای استفاده می‌کنند که هر ساله با کاهش منابع انرژی پلوتونیم‌شان دراثر واپاشی، برق کمتری تولید می‌کنند در اواخر دهه‌ی ۲۰۲۰، کاهش دسترسی به برق ناسا را مجبور خواهد کرد تا شروع به خاموش‌کردن ابزارهای هر دو فضاپیما کند.

اما به‌گفته‌ی داد، فرمان‌دادن به وویجرها دشوار است؛ زیرا آن‌ها هیچ نوع شبیه‌سازی برای آزمایش دستورات ندارند.

ما هیچ شبیه‌ساز سخت‌افزاری و نرم‌افزاری‌ای نداریم. هیچ شبیه‌سازی با FDS وجود ندارد. هیچ سخت‌افزاری موجود نیست که بتوانیم قبل از ارسال، آن را روی زمین امتحان کنیم. درنتیجه این محدودیت موجب می‌شود که مهندسان محتاط‌تر شوند و بین فرمان‌دهی صحیح و پذیرفتن ریسک تعادل برقرار کنند.

- سوزان داد، مدیر پروژه وویجر

وقتی زمان ارسال دستورات بیشتر به‌منظور تلاش برای نجات وویجر ۱ فرابرسد، اپراتورهای JPL باید بیش از ۴۵ ساعت در انتظار دریافت پاسخ بمانند. فاصله‌ی بسیار زیاد فضاپیما در آسمان جنوبی از زمین، ناسا را مجبور می‌کند تا از بزرگ‌ترین آنتن ۷۰ متری در سایت ردیابی «شبکه فضای دوردست» در استرالیا که یکی از پرتقاضاترین آنتن‌های شبکه است، استفاده کند.

داد گفت: «نرخ داده‌ها بسیار پایین است و این ناهنجاری موجب می‌شود که درعمل دورسنجی نداشته باشیم. ما به نوعی تیر در تاریکی می‌اندازیم؛ زیرا از وضعیت فضاپیما اطلاع نداریم.»

درنهایت اگر وویجر ۱ نتواند موفق شود چه؟ این کاوشگر بسیار فراتر از انتظار طراحان عمل کرده است و هرچند پایان ماموریت آن دور از انتظار نیست، تیم ماموریت نمی‌خواهد به چنین چیزی فکر کند و باور دارد که می‌تواند وضعیت را بهبود دهد. بااین‌حال، حتی اگر زمان وداع با وویجر ۱ و رهاکردن آن در فضا فرابرسد، می‌توانیم مطمئن باشیم که میراث آن از قبل قاطعانه در کتاب‌ها، قلب ما و در تاریخ تثبیت شده است.