Voyager プロジェクトのエンジニアになるのはどんな感じですか? • レジスター

特徴 ボイジャー探査機は新たな運用段階に入った。最近の出来事が示しているように、使命の終わりが近づくにつれて、由緒ある宇宙船を動かし続けることは困難です。

現在のボイジャー チームの多くと同様、NASA ジェット推進研究所 (JPL) で 30 年間勤務したベテランであるカリーム バダルディン氏は、双子のボイジャー宇宙船と他の飛行プロジェクトに時間を割いています。彼は自分自身を主任技術者の監督だと説明していますが、ボイジャープロジェクトでその役割を果たすチャンスに飛びつきました。

JPL 惑星間ネットワーク総局ディレクターのスザンヌ ドッドは、ボイジャー星間ミッションのプロジェクト マネージャーです。

「彼女は、プロジェクトが新たな段階に入りつつあり、多くの技術的問題が発生する可能性があることを知っていました」とバダルディン氏は語った。 レジスター。 「そして主任技術者、それが彼らの仕事です。彼らはさまざまな飛行プロジェクトの問題を解決します。」

ドッドにはボイジャーに対するサポートが必要でした。バダルディンは通常、彼のグループから誰かを見つけるだろう、「しかし、私はボイジャーにとても興奮していたので、ほら、もう探す必要はありませんよね？私がその仕事に適任です。私はあなたのエンジニアです。ご存知のとおり、私を選んでください。」

バダルディン氏は過去 2 年間をボイジャー プロジェクトに費やしました。チームがはるかに大規模だったミッションの初期に策定された計画に従って、数十年間比較的日常的な運用を続けてきたボイジャー宇宙船は、機体の老朽化と出力の低下に伴い、克服すべき技術的な課題を抱え始めています。

最新の問題は、エンジニアらが、一部の劣化した回路がアニーリングプロセスによって「修復」されることを期待して、宇宙船の一部を暖めたときに発生した。 「特定の回路には、放射線によって劣化した接合型電界効果トランジスタがあります」とバダルディン氏は説明した。 「私たちは太陽圏の外にいるため、星間物質中の放射線からはあまり防御されません。そこでは放射線の多くが遮られます。

「これらの電子部品には劣化が見られますが、十分に長く温めれば自然に修復できることが証明されています。

「そのため、ある程度の電力余裕があることはわかっており、このヒーターを動作させるのに十分な電力余裕があることを期待していましたが、実際にはそうではありませんでした。

「エレクトロニクスに抱えている問題を改善するために、私たちがリスクを負ったのです。そのため、問題は依然として存在しており、この方法では解決できないことを認識しています。したがって、私たちは次のことを行う必要があるでしょう」別の創造的な解決策を考え出しなさい。」

問題は、システムが供給できる以上の電力が要求されることでした。電圧レギュレーターがあれば問題は解決されたかもしれないが、ボイジャーにはもうその余裕はない。その代わりに、エンジニアたちは計算されたリスクを負い、宇宙船に搭載されていた当時革新的なソフトウェアに衝突しました。

障害保護ソフトウェアの不足電圧ルーチンは電源の負荷をシャットダウンしますが、Voyager チームは必須ではないものをすべてオフにしてしまったため、残された機能はほとんどありません。

「したがって、不足電圧応答は、Xバンド送信機をオフにしてSバンド送信機をオンにすること以外にはあまり役に立ちません」とBadaruddin氏は説明しました。 「それは、S バンド送信機の消費電力が少ないためであり、それがあなたを救う最後のセーフティネットのようなものだからです。」

そして、それが行った使命を保存します。 S バンドは月などの地球近くでの運用には最適ですが、ボイジャー宇宙船から離れた場所ではほとんど役に立ちません。しかし、研究チームは、S バンド送信の微弱な搬送波信号を検出することで、宇宙船からの遠隔測定がなくても、問題の原因がヒーターをオンにする行為にあることを特定することができました。

エンジニアにとっての課題は、ボイジャーにコマンドを送り、応答を受け取るまでにかかる時間だけではありません（どうやら、皆さんが思っているほどイライラするものではないようです – バダルディン氏は次のように述べています：「これが私たちの仕事のリズムです。私たちはもう慣れています」それには…以前は非常に小さな時間遅延でしたが、何年にもわたって徐々に長くなりました。」) だけでなく、宇宙船に送信されるすべてのコマンドを確認し、再確認することも必要でした。

物理的なハードウェアがなくなって久しいため、チームにはさまざまなシミュレーターがあります。 「私たちはハードウェアについて非常に明確に理解しています」とバダルディン氏は語った。 「私たちは回路が何であるか、コンピューターが何であるか、そしてソフトウェアがどこで実行されるのかを正確に知っています。」

そしてソフトウェアは？それは複雑です。

何年にもわたって非常に多くの調整や変更が行われてきたため、Voyager のコードのすべての部分を正確にリビジョンするのは困難です。 「通常は、宇宙船からメモリを読み取ってそこに何があるかを調べる方が簡単です」とバダルディン氏は言う。

地球上には、自分のシステムが何を実行しているのかよくわかっていないエンジニアが少なくないと思います。ボイジャーチームにとっての課題は、文書と同様に、宇宙船が半世紀に近づいていることです。

「ソフトウェアについて説明した 70 年代にタイプで書かれたドキュメントがありますが、改訂が行われています…そのため、シミュレーターを構築する際、ハードウェアについては非常に良いと感じています…しかし、正確に理解することについては少し劣っていると感じていますそれぞれの命令が何をするのか。」

最新の記録は、ボイジャー 1 号の集積回路の 1 つが故障したことにより発生し、昨年無意味なデータとして明らかになりました。

バダルディン氏はそのプロセスを次のように説明した。「基本的な問題は、情報がない中で何が問題なのかを解明することでした。搬送波信号が見えたので、Xバンドで送信していることが分かりました…微調整できるため、宇宙船に命令できることが分かりました」その信号はコマンドでわずかに送信されていたので、宇宙船が私たちの声を聞いていることがわかり、宇宙船が地球を指していることもわかりました。そうしないと信号をまったく受信できないからです。」

エンジニアたちはフォールトツリーをさらに下に進み、最終的にメモリを読み出すための最小限のプログラムを探査機に取り込むことに成功しました。この測定値は、宇宙船が正常なときに取得された測定値と比較できます。 256 ワードが破損しており、特定の集積回路を示していました。次に、その失敗した領域の周囲に命令を再配置するコードが作成されました。

「問題は、コードが非常にコンパクトだったことです。利用できる空き領域がありませんでした。そのため、何かを犠牲にしなければなりませんでした。」

その何かは、ボイジャー 1 号のより高いデータ レート モードの 1 つで、惑星のフライバイ中に使用されました。

現在の課題には、探査機のスラスターの処理が含まれます。燃料タンク内のブラダーからのシリコンがヒドラジン推進剤に浸出し始めている。シリコンはヒドラジンのように発火しないため、少量がスラスター内に堆積し、スラスターの毛細管内にゆっくりと蓄積します。バダルディン氏は、動脈の詰まりの例えを使います。最終的には、障害物により宇宙船が地球に向けてスラスターを発射できなくなります。

ただし、それぞれ 3 つの分岐があるピッチ スラスターとヨー スラスターは、異なる割合で詰まります。現在のソフトウェアは、ブランチ 1、2、または 3 の使用に基づいて動作します。しかし、ブランチ 2 がピッチ スラスターに使用され、ブランチ 3 がヨーに使用される混合モードで動作させることはできるでしょうか?

「それは創造的な解決策ですね。それは非常に複雑になるでしょう…これは星間空間での別のソフトウェアの修正になるでしょう。」

最初から正しく行うことは、単に良いことだけではありません。それはほぼ必須です。コマンドの結果がボイジャー宇宙船から戻ってくる頃には、失敗による余波に対処できなくなる可能性があります。

ボイジャー宇宙船があと10年は生き延びる可能性は低い。最終的には操作が不可能になるまで電力が低下します。高いデータ レート (相対的に言えば、ボイジャーの高いデータ レートは 1.4 キロビット/秒) は、現在の深宇宙ネットワーク (DSN) によってのみサポートされるのは 2027 年か 2028 年までです。その後、ボイジャー 1 号のデジタル テープを運用するには、もう少し創造性が必要になります。レコーダー。

Badaruddin 氏は、熱モデルによれば、コンピューターに使用されている別のヒーター (Bay One ヒーター) を遮断すれば、レコーダー用の電力が解放されるのではないかと推測していますが、これは微妙なバランスを取る必要があるでしょう。そしてもちろん、最近のアニーリングの試みは、地球上でのモデリングとシミュレーションの限界を実証しました。

バダルディンさんは 2 機の宇宙船の中でお気に入りの宇宙船を持っていますか?

「そうですね、ボイジャー2号は最も長く飛行している船で、ボイジャー1号は地球から最も遠いところにある船です。ですから、どちらも名声を得る権利があるのです。」

別のたとえを使用すると、「彼らは本質的に双子です…彼らは基本的に同じ人間ですが、異なる人生を生きており、異なる医学的問題や異なる経験を持っています。」

バダルディン氏は、宇宙船からの最後の送信までミッションを続けることを望んでいる。

「私はボイジャーが大好きです。この仕事が大好きです。自分がやっていることが大好きです。とてもクールです。JPL で最高の仕事に就いていると感じています。」 ®