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Cómo la NASA Reparó la Voyager 1
Desde 15 Mil Millones de Millas de Distancia
Los ingenieros han restaurado parcialmente una computadora de la
década de 1970 en la nave espacial Voyager 1 de la NASA después de
cinco meses de solución de problemas a larga distancia, aumentando
la confianza de que la primera sonda interestelar de la humanidad
puede eventualmente reanudar las operaciones normales.
Varios docenas de científicos e ingenieros se reunieron el sábado de
la semana pasada, en una sala de conferencias del Laboratorio de
Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, o se conectaron virtualmente,
para esperar una nueva señal de la Voyager 1. El equipo terrestre
envió un comando a la Voyager 1 el jueves de la semana pasada para
recodificar parte de la memoria del Subsistema de Datos de Vuelo (FDS)
de la nave, una de las tres computadoras de la sonda.
"En los minutos previos a cuando íbamos a ver una señal, se podía
oír caer un alfiler en la sala", dijo Linda Spilker, científica del
proyecto de las dos naves Voyager de la NASA en el JPL. “Estaba en
silencio. La gente tenía caras muy serias. Estaban mirando sus
pantallas de computadora. Cada uno de los ingenieros de subsistemas
tenía páginas abiertas para ver cómo se llenaban”.
Finalmente, un Avance
Lanzada hace casi 47 años, la Voyager 1 vuela en una trayectoria de
salida a más de 15 mil millones de millas (24 mil millones de
kilómetros) de la Tierra, y se tarda 22.5 horas para que una señal
de radio cubra esa distancia a la velocidad de la luz. Esto
significa que se necesitan casi dos días para que los ingenieros
envíen un comando a la Voyager 1 y reciban una respuesta.
En noviembre, la Voyager 1 dejó de transmitir su habitual flujo de
datos que contenía información sobre la salud de la nave y
mediciones de sus instrumentos científicos. En su lugar, el flujo de
datos de la nave era completamente ininteligible. Dado que la
telemetría no se podía leer, los expertos en tierra no podían decir
fácilmente qué había salido mal. Hipotetizaron que la fuente del
problema podría estar en el banco de memoria del FDS.
Hubo un avance el mes pasado cuando los ingenieros enviaron un
comando novedoso para "tocar" el FDS de la Voyager 1 para que
enviara de vuelta una lectura de su memoria. Esta lectura permitió a
los
ingenieros identificar
la ubicación del problema en la memoria del FDS. El FDS es
responsable de empaquetar datos de ingeniería y científicos para su
transmisión a la Tierra.
Después de unas semanas, la NASA estaba lista para enviar una
solución para que el FDS reanudara el empaquetado de datos de
ingeniería. Este flujo de datos incluye información sobre el estado
de la nave, cosas como niveles de energía y mediciones de
temperatura. Este comando fue enviado a la Voyager 1 a través de una
de las grandes antenas de la Red de Espacio Profundo de la NASA el
jueves 18 de abril.
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Luego, la espera por una respuesta. Spilker, quien comenzó a
trabajar en la Voyager justo después de la universidad en 1977,
estaba en la sala cuando la señal de la Voyager 1 llegó a la Tierra
el sábado 20 de abril.
"Cuando llegó el momento de obtener la señal, pudimos ver claramente
de repente, boom, tuvimos datos, y hubo lágrimas y sonrisas y
choques de manos", dijo a Ars. “Todos estaban muy felices y muy
emocionados de ver que, oye, estamos de nuevo en comunicación con la
Voyager 1. Vamos a ver el estado de la nave, la salud de la nave,
por primera vez en cinco meses”.
Durante los cinco meses de solución de problemas, el equipo
terrestre de Voyager continuó recibiendo señales que indicaban que
la nave todavía estaba viva. Pero hasta el 20 de abril, carecían de
información detallada sobre el estado de la Voyager 1.
“Está casi como lo dejamos”, dijo Spilker. “Todavía estamos en las
fases iniciales de analizar todos los canales y observar sus
tendencias. Algunas de las temperaturas bajaron un poco en este
período de tiempo, pero estamos viendo prácticamente todo lo que
esperábamos. Y eso siempre es una buena noticia”.
Reubicación del Código
A través de su investigación, el equipo terrestre de Voyager
descubrió que un único chip responsable de almacenar una parte de la
memoria del FDS había dejado de funcionar, probablemente debido a un
impacto de un rayo cósmico o a una falla del hardware envejecido.
Esto afectó parte del código del software de la computadora.
“Eso eliminó una sección de la memoria”, dijo Spilker. “Lo que
tienen que hacer es reubicar ese código en una parte diferente de la
memoria, y luego asegurarse de que cualquier cosa que use esos
códigos, esas subrutinas, sepa ir a la nueva ubicación de la
memoria, para acceder y ejecutarlo”.
Solo alrededor del 3%
de la memoria del FDS fue corrompida por el chip defectuoso, por lo
que los ingenieros necesitaban trasplantar ese código a otra parte
del banco de memoria. Pero no había un solo lugar lo suficientemente
grande como para contener la sección de código en su totalidad, dijo
la NASA.
Así que el equipo de Voyager dividió el código en secciones para
almacenarlas en diferentes lugares en el FDS. Esto no fue solo un
trabajo de copiar y pegar. Los ingenieros necesitaron modificar
parte del código para asegurarse de que todo funcione correctamente.
"Cualquier referencia a la ubicación de ese código en otras partes
de la memoria del FDS también necesitaba ser actualizada", dijo la
NASA en un comunicado.
Las misiones más nuevas de la NASA tienen hardware y software
simuladores en tierra, donde los ingenieros pueden probar nuevos
procedimientos para asegurarse de que no causen daño cuando suben
comandos a la nave real. Debido a su antigüedad, Voyager no tiene
simuladores en tierra, y gran parte de la documentación original del
diseño de la misión permanece en formato papel y no ha sido
digitalizada.
“Era realmente solo a simple vista para revisar el código”, dijo
Spilker. “Así que tuvimos que comprobar tres veces. Todos estaban
revisando y asegurándose de que teníamos todos los enlaces
juntándose”.
Este fue solo el primer paso para restaurar la funcionalidad
completa de Voyager 1. “Estábamos bastante seguros de que
funcionaría, pero hasta que realmente sucedió, no lo sabíamos al
100%”, dijo Spilker.
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“La razón por la que no hicimos todo en un solo paso es que había una cantidad
muy limitada de memoria que pudimos encontrar rápidamente, por lo que
priorizamos un modode datos (el modo de datos de ingeniería), y reubicamos solo
el código para restaurar ese modo”, dijo Jeff Mellstrom, un ingeniero del JPL
que lidera el “equipo de tigres” de Voyager 1 encargado de superar este
problema.
“El siguiente paso, para reubicar los otros tres modos de datos científicos que
se usan activamente, es esencialmente el mismo”, dijo Mellstrom en una respuesta
por escrito a Ars. “La principal diferencia es que la limitación de memoria
disponible ahora es aún más estricta. Tenemos ideas sobre dónde podríamos
reubicar el código, pero aún no hemos evaluado completamente las opciones ni
tomado una decisión. Estos son los primeros pasos que comenzaremos esta semana”.
Podría llevar "unas pocas semanas" revisar las secciones del código responsables
del empaquetado de los datos científicos de la Voyager 1 en el FDS, dijo Spilker.
Ese será el principal resultado, dijo Spilker. La Voyager 1 y su nave gemela, la
Voyager 2, son las únicas sondas operativas que vuelan en el medio interestelar,
el gas difuso entre las estrellas. Sus misiones principales terminaron hace
mucho tiempo. La Voyager 1 sobrevoló Júpiter y Saturno en 1979 y 1980, luego
recibió un impulso gravitacional hacia el borde exterior del Sistema Solar. La
Voyager 2 tomó una trayectoria más lenta y se encontró con Júpiter, Saturno,
Urano y Neptuno.
Durante las últimas dos décadas, la NASA ha dedicado los instrumentos de la
Voyager al estudio de los rayos cósmicos, el campo magnético y el entorno de
plasma en el espacio interestelar. Ya no están tomando fotos. Ambas sondas han
viajado más allá de la heliopausa, donde el flujo de partículas que emanan del
Sol choca con el medio interestelar.
Pero cualquier dato científico recopilado por la Voyager 1 desde el 14 de
noviembre se ha perdido. La nave espacial no tiene la capacidad de almacenar
datos científicos a bordo. La Voyager 2 ha permanecido operativa durante el
periodo de inactividad de la Voyager 1.
Los científicos están ansiosos por tener en sus manos los datos científicos de
la Voyager 1 nuevamente. "Con los resultados que obtuvimos el sábado, tenemos
nueva confianza en que podemos juntar las piezas que necesitamos para recuperar
los datos científicos", dijo Spilker.
"Una cosa que me emociona particularmente: hay una característica en los datos
de la Voyager 1. La apodamos 'Frente de Presión 2'", dijo Spilker. "'Frente de
Presión 2' es un salto tanto en la densidad del plasma alrededor de la nave
espacial como en el campo magnético. Ha durado tres años y medio".
"Nos gustaría ver si esto sigue ahí", continuó. "Es diferente de lo que hemos
visto en el pasado, y estamos tratando de averiguar si es alguna influencia
proveniente del Sol o si es realmente algo que proviene del espacio interestelar
lo que está creando esta característica. Así que nos gustaría verlo nuevamente,
obtener más datos y poder estudiarlo más a fondo".
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