14.05.2025, Редакционная Группа NASA Science
Команда миссии хотела починить двигатели, которые несколько десятилетий назад считались непригодными для использования, прежде чем радиоантенна, посылающая команды на зонд, будет отключена для модернизации.
Инженеры Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии восстановили ряд двигателей на борту космического корабля Voyager 1, которые считались неисправными с 2004 года. Ремонт потребовал креативности и риска, но команда хочет иметь их в качестве резерва для работающих двигателей, в топливных трубках которых накапливается остаток, что может привести к их выходу из строя уже этой осенью.
Кроме того, миссии необходимо было обеспечить готовность давно бездействующих двигателей к 4 мая, когда наземная антенна, посылающая команды Voyager 1 и его близнецу Voyager 2, будет отключена на несколько месяцев для проведения модернизации.
Засорение двигателя
Voyagers были запущены в 1977 году и мчатся через межзвездное пространство со скоростью около 35 000 миль в час (56 000 км/ч). Оба космических аппарата используют набор основных двигателей, чтобы плавно поворачивать их вверх и вниз, а также вправо и влево, чтобы удерживать антенны направленными на Землю для отправки данных и получения команд. Внутри основного набора двигателей находятся другие двигатели, которые управляют вращательным движением космического аппарата. Если смотреть с Земли, вращательное движение вращает антенну, как виниловую пластинку, чтобы удерживать каждый Voyager направленным на путеводную звезду, которую он использует для ориентации. Оба космических аппарата имеют основной и резервный набор двигателей для этих вращательных движений.
Другой набор двигателей, предназначенных для изменения траектории космических аппаратов во время пролетов внешних планет, был восстановлен на космических аппаратах в 2018 и 2019 годах, но они не могут вызывать вращательное движение.
Чтобы справиться с засорением трубок в двигателях, инженеры переключаются между наборами основных, резервных и траекторных двигателей обоих Voyager. Но на Voyager 1 основные двигатели раскрутки перестали работать в 2004 году после потери питания в двух небольших внутренних нагревателях. Инженеры определили, что сломанные нагреватели, вероятно, не подлежат ремонту, и решили положиться исключительно на резервные двигатели раскрутки Voyager 1, чтобы сориентировать звездный трекер.
«Я думаю, в то время команда смирилась с тем, что основные двигатели раскрутки не работают, потому что у них был вполне неплохой резерв, — сказал Карим Бадаруддин, менеджер миссии Voyager в JPL, которая управляет миссией для NASA. — И, честно говоря, они, вероятно, не думали, что Voyager-ы прослужат еще 20 лет».
Но без возможности контролировать крен космического корабля возникло бы множество проблем, которые могли бы поставить под угрозу миссию, поэтому инженерная группа решила пересмотреть ситуацию с отказом двигателей в 2004 году. Они начали подозревать, что неожиданное изменение или помеха в цепях, управляющих питанием нагревателей, фактически перевели выключатель в неправильное положение. Если бы они смогли вернуть переключатель в исходное положение, обогреватели могли бы снова работать, что позволило бы им повторно активировать основные двигатели раскрутки и использовать их в случае полного засорения резервных двигателей раскрутки, которые использовались с 2004 года.
Пауза в общении
Решение требовало решения головоломок. Команде пришлось бы включить бездействующие двигатели раскрутки, а затем попытаться починить и перезапустить нагреватели. Если в это время звездный трекер космического корабля слишком далеко отклонится от путеводной звезды, автоматически включатся давно бездействующие двигатели раскрутки (благодаря программам космического корабля). А если нагреватели все еще были выключены, когда они включились, это могло спровоцировать небольшой взрыв, поэтому команде нужно было направить звездный трекер как можно точнее.
Это была бы гонка в любом случае, но команда столкнулась с дополнительной нехваткой времени: с 4 мая 2025 года по февраль 2026 года станция Deep Space Station 43 (DSS-43), антенна шириной 230 футов (70 метров) в Канберре, Австралия, которая является частью сети Deep Space Network NASA, будет проходить модернизацию. Она будет отключена большую часть этого времени, с короткими периодами работы в августе и декабре.
Хотя сеть дальней космической связи имеет три комплекса, равномерно распределенных по всему земному шару (в Голдстоуне, Калифорния, и Мадриде, а также в Австралии) для обеспечения постоянного контакта с космическими аппаратами по мере вращения Земли, DSS-43 является единственной антенной с достаточной мощностью сигнала для отправки команд «Вояджерам».
«Эти усовершенствования антенн важны для будущих пилотируемых высадок на Луну, а также они увеличивают пропускную способность связи для наших научных миссий в дальнем космосе, некоторые из которых основаны на открытиях, сделанных Voyager, — сказала Сюзанна Додд, менеджер проекта Voyager и директор Межпланетной сети в JPL, которая управляет Сетью дальнего космоса для NASA. — Мы уже сталкивались с подобными простоями, поэтому мы просто готовимся настолько, насколько можем».
Команда хотела убедиться, что давно бездействующие двигатели будут доступны, когда антенна ненадолго возобновит работу в августе, поскольку к этому времени двигатели, которые в настоящее время используются на Voyager 1, могут быть полностью забиты.
Предварительная работа принесла свои плоды: 20 марта команда наблюдала, как космический корабль выполняет команды. Из-за расстояния Voyager радиосигналу требуется более 23 часов, чтобы дойти от космического корабля до Земли, то есть все, что команда увидела, произошло почти на день раньше. Если бы тест не удался, Voyager уже мог бы быть в опасности. Но в течение 20 минут команда увидела, как температура нагревателей двигателей резко возросла, и поняла, что им это удалось.
«Это был такой славный момент. В тот день боевой дух команды был очень высок, — сказал Тодд Барбер, руководитель миссии по двигательным установкам в JPL. — Эти двигатели считались неисправными. И это был законный вывод. Просто один из наших инженеров догадался, что, возможно, была другая причина, и ее можно было устранить. Это было еще одно чудо, спасшее Voyager.
Подробнее о Вояджере
Voyager 1 и 2 находятся примерно в 15 миллиардах миль (25 миллиардах километров) и 13 миллиардах миль (21 миллиарде километров) от Земли соответственно. После исследования четырех внешних планет они стали единственными космическими аппаратами, которые когда-либо отправляли данные из межзвездного пространства, области за пределами планет и за пределами защитного пузыря частиц и магнитных полей, создаваемых Солнцем, называемого гелиосферой.
Более подробную информацию о миссии NASA Voyager можно найти на сайте: https://science.nasa.gov/mission/voyager
Перевод: Александр Тарлаковский (блог tay-ceti)
Оригинал: NASA’s Voyager 1 Revives Backup Thrusters Before Command Pause
Комментарии (10)
AnyKey80lvl
19.05.2025 14:04Не смог прочесть. Это даже не перевод, а какая-то трансляция английских слов в русские
achekalin
19.05.2025 14:04Перевод прямо жутковатый. Причем, тема космоса хороша тем что м термины сами на ум приходят, и переводить про Вояджер - милое и интересное дело.
JIexa21
19.05.2025 14:04Заявить можно что угодно, чтобы бабки дальше пилить. Так что не очень то верится в это все. Может там взорвалось все - поди проверь. :)))
Chupaka
19.05.2025 14:04Оба космических аппарата используют набор основных двигателей, чтобы плавно поворачивать их вверх и вниз
Надеюсь, это далеко не самое важное применение этих двигателей, хоть и стоит в списке на первом месте :)
axe_chita
19.05.2025 14:04Добавлю историю с уклоном в IT, про то как пропатчить комп с битой памятью, созданный более полувека назад и на расстоянии более двадцати двух световых часов от Земли.
Краткий пересказ видео "The First Interstellar Software Update - The Insane Hack That Saved Voyager 1"
The First Interstellar Software Update - The Insane Hack That Saved Voyager 1
00:04 Введение в миссию "Вояджер"
• Скотт Мэнли рассказывает о своем детстве и увлечении космосом.
• "Вояджер" - самый важный космический аппарат, запущенный человечеством.
• "Вояджер-1" достиг Юпитера в 1979 году и Сатурна в 1981 году.00:51 Путешествие "Вояджера-2"
• "Вояджер-2" достиг Урана в 1986 году и Нептуна в 1989 году.
• Оба аппарата продолжают работать, измеряя окружающую среду.
• "Вояджер-1" - самый удаленный от Земли рукотворный объект.02:02 Последние снимки и текущее состояние
• "Вояджер-1" сделал последние снимки в 1990 году.
• Аппарат продолжает передавать телеметрию, несмотря на разряжающийся источник питания.
• Группа инженеров поддерживает его работу, отправляя команды для поддержания работы.03:01 Научные приборы на "Вояджере"
• Работают магнитометр, подсистема плазменных волн и прибор для измерения заряженных частиц.
• Детектор космических лучей был отключен, но другие приборы продолжают работать.
• Аппарат пересек гелиопаузу и вошел в межзвездное пространство.04:02 Проблемы с телеметрией
• 12 ноября 2020 года телеметрия "Вояджера" прекратилась.
• Наземные станции потеряли синхронизацию с сигналом.
• "Вояджер" продолжал передавать данные, но они были бесполезны.05:01 Команда инженеров и диагностика
• В Лаборатории реактивного движения работает небольшая команда инженеров.
• Они начали диагностику, отправляя команды на космический корабль.
• Диагностика заняла много времени из-за расстояния и задержки сигнала.06:53 Компьютерные системы "Вояджера"
• На "Вояджере" было три типа компьютеров, каждый с резервной копией.
• Система команд и система ориентации и управления движением работали нормально.
• Подсистема передачи данных была под подозрением.09:41 Подсистема передачи данных
• Подсистема передачи данных отвечала за связь с научными приборами.
• Она использовала динамическую оперативную память вместо медленной памяти на магнитных дисках.
• Подсистема была собрана из четырех плат с 144 микросхемами памяти каждая.12:27 Проблемы с памятью и диагностика
• Инженеры работали с однострочной памятью без резервирования.
• Проблема со связью могла быть вызвана сбоем памяти или другими аппаратными проблемами.
• Диагностика была сложной из-за невозможности общения с системой.13:15 Риски и осторожный подход
• Переключение на резервный FDS было рискованным из-за неизвестности состояния другой системы.
• Инженеры разработали дерево неисправностей и команды для тщательной проверки системы.
• Осторожный подход занял три месяца, но не привел к успеху.14:16 Особенности компьютера FDS
• FDS не имеет операционной системы, программы выполняются последовательно.
• Каждые 2,5 миллисекунды генерируется аппаратное прерывание.
• 24 фрагмента кода выполняются за 16 миллисекунд, что соответствует времени записи кадра телекамеры.15:07 Код и документация
• Код написан на ассемблере для машины 1970-х годов.
• Документация была на бумаге, но не публиковалась.
• Код считывает переменные режима и использует их для перехода к нужным процедурам.16:32 Команды и адресация памяти
• Команда перехода начинается с нуля, что удобно для программистов.
• Память использует 16-битные слова, последние 12 битов — это адрес.
• Инструкция "Перейти вверх" использует код операции "Выход" для переключения на верхнюю половину памяти.18:19 Переключение режимов
• Инженеры решили попробовать все режимы, поддерживаемые системой связи.
• Команда на смену режима записывала запрошенный режим в память FDS.
• FDS "Вояджера" поддерживал около 30 различных режимов.22:30 Анализ данных и обнаружение проблемы
• Специалисты анализировали необработанные данные для выявления проблем.
• Обнаружено, что поток телеметрии изменился, данные передавались неправильно отформатированными.
• Повторное включение ручного режима помогло получить больше данных для анализа.24:21 Преобразование данных и дамп памяти
• Данные были преобразованы в поток битов и проанализированы.
• Обнаружены последовательности, совпадающие с данными полетной системы.
• Получен полный дамп памяти, что помогло найти причину поломки и разработать исправление.26:17 Обнаружение проблемы
• Обнаружена последовательность из 256 слов в памяти с поврежденным пятым битом.
• Поврежденный участок памяти вызывал сбои в работе программы.
• Проблема могла быть вызвана сбоем в линиях передачи данных или чипе памяти.27:15 Решение проблемы
• Необходимо переписать код, чтобы избежать поврежденного участка памяти.
• У команды не было инструментов для разработки нового кода.
• Они использовали примеры кода из документации и разработали программу minsmrot.28:12 Разработка minsmrot
• Программа minsmrot запускалась на FDS и отправляла базовую телеметрию.
• Код был найден в документе, отсканированном и преобразованном в Microsoft Word.
• Команда вручную разобрала код и добавила полезные функции.29:54 Загрузка minsmrot
• Программа загрузилась, и через два дня команда получила ответ от "Вояджера".
• "Вояджер" начал общаться с Землей.30:20 Восстановление телеметрии
• Необходимо перенести код из поврежденной области памяти в неповрежденную.
• Команда искала свободные участки памяти для переноса кода.
• Они пожертвовали кодом, используемым в режиме 12 измерений, чтобы освободить память.32:15 Перенос кода
• Код был разделен на части и перенесен в свободные ячейки памяти.
• Некоторые подпрограммы пришлось разбивать на части.
• Команда проверяла работу друг друга, чтобы убедиться в отсутствии ошибок.34:07 Обновление программного обеспечения
• Изменения кода отправлялись в виде последовательности команд.
• 18 апреля были отправлены последние команды, и 20 апреля команда получила первую телеметрию за пять месяцев.
• Восстановление научного режима заняло еще два месяца.36:02 Возвращение функциональности
• "Вояджер-1" потерял рассудок, но благодаря усилиям инженеров вернулся к работе.
• Аппарат пролетел 300 миллионов километров от Солнца.
• "Вояджер" продолжает работать почти пять десятилетий, передавая уникальные данные.37:00 Будущее "Вояджера"
• "Вояджер" может работать до 2030 года, учитывая текущие ограничения по энергопотреблению.
• Инженеры будут поддерживать работу аппарата до тех пор, пока это возможно.
• "Вояджер" отправляется в разные места, и мы можем путешествовать вместе с ним.
Dr_Faksov
19.05.2025 14:04Поставил статье минус. Для того, чтобы понять о чём идет речь, надо сначала прочитать другую статью. Про устройство двигателей.
Можно было в начале статьи кратко написать об устройстве двигателей, и в чём собственно заключалась проблема?
Без этого всю статью можно свести к заголовку.
maedv
Невероятно. Запустить через 20 лет то, что считалось мертвым. Восхищение всем, кто был, есть и будет причастен к команде Вояджеров!
axe_chita
На самом деле, на "Вояджере" очень-очень повезло. А могло и не свезти. К примеру ДОС "Салют-7" потерял дистанционное управление после того как дежурная смена решила попробовать переключится с резервной системы управления на основную, которая перед этим аварийно отказала. Попытались переключится обратно, получили КЗ, обесточенную ДОС, разряженные буферные аккумуляторы, потерю ориентации, замершая станция и многотонный неуправляемый "кирпич" на орбите. А потом эту, реально мертвую станцию, спас героический экипаж Джанибекова и Савиных
Smileyface71
"Везёт" тогда, когда культура обеспечения качества и опыт разработчиков бортовой автономии (включая FDIR) высоки. То же относится и к эксплуатации аппаратов. Я работаю в области управления КА скоро уже как 20 лет и не могу даже представить чего-то из области "решили попробовать".