Từ khoảng cách hàng chục tỷ km, NASA làm cách nào để cập nhật phần mềm cho phần cứng 'cổ xưa' trên tàu vũ trụ 46 năm tuổi?

46 năm sau khi tàu Voyager 1 và 2 bắt đầu chuyến hành trình vĩ đại khám phá Hệ mặt trời, hệ thống phần cứng có phần ‘cổ xưa’ của hai tàu thăm dò này vẫn nhận được các cập nhật và tinh chỉnh bằng phầm mềm ngay cả khi đang bay cách xa Trái đất 19 tỷ km. Theo đó, một bản cập nhật phần mềm vừa được các kĩ sư tại NASA triển khai nhằm khắc phục tình trạng hư hỏng dữ liệu trong quá trình truyền tín hiệu về Trái đất trên Voyager 1, vốn diễn ra từ năm ngoái. Đương nhiên, những bản cập nhật này được triển khai nhằm mục đích giữ cho 2 tàu thăm dò này liên lạc với Trái đất lâu nhất có thể.

Linda Spilker, kĩ sư thuộc Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA, cho biết trong một tuyên bố: “Cho đến nay, đội ngũ kỹ thuật đang phải đối mặt với rất nhiều thách thức mà chúng tôi không có tài liệu hướng dẫn giải quyết. Tuy nhiên các kĩ sư vẫn tiếp tục đưa ra những giải pháp sáng tạo."

Vào tháng 5 năm 2022, bộ phận điều khiển mặt đất của NASA nhận được hàng loạt tín hiệu ‘vô nghĩa’ từ hệ thống điều khiển và chỉnh hướng của Voyager 1, vốn giữ ăng-ten của tàu thăm dò này luôn hướng về Trái đất. Theo đó, phần cứng của AACS vẫn hoạt động một cách bình thường. Tuy nhiên, vì một lý do chưa được biết tới, AACS đã truyền dữ liệu viễn trắc của nó qua một máy tính không sử dụng trên tàu, khiến dữ liệu bị sai lệch. Sau đó hơn 1 năm, các kĩ sư NASA đã thực hiện một bản cập nhật phần mềm và gửi nó tới tàu Voyager 2 vào ngày 20/10.

Tuy nhiên, bản sửa lỗi này sẽ không giải đáp tại sao AACS lại tự động chuyển hướng dữ liệu viễn trắc, vốn có thể coi là một dấu hiệu cho thấy một trục trặc lớn hơn đang âm thầm diễn ra trên Voyager 1. Mặc dù vậy, các kỹ sư vẫn tin rằng bản cập nhật này sẽ giải quyết được vấn đề - ít nhất là sau khi nó được truyền tải qua hành trình kéo dài hơn 20 tiếng tới Voyager 1.

Được biết, một bản cập nhật khác sẽ được triển khai nhằm ngăn chặn tình trạng cặn bẩn tích tụ trong động cơ đẩy của bộ đôi tàu Voyager. Thông thường, các tàu thăm dò Voyager có thể điều chỉnh ăng-ten của chúng bằng cách khai hỏa các động cơ đẩy.

Tuy nhiên, sau mỗi lần khai hỏa, động cơ đẩy sẽ để lại một lớp cặn trong các ống dẫn có chức năng giúp nhiên liệu tự đi vào bộ đẩy. Trải qua nhiều thập kỷ hoạt động, các kĩ sư NASA lo ngại lượng cặn bị tích tụ bên trong có thể khiến đường ống bị tắc hoàn toàn. Vì vậy, trong tháng 9 và tháng 10, các kỹ sư bắt đầu cho phép tàu Voyager quay nhiều hơn – nhằm mục đích giảm tần suất khởi động động cơ đẩy. Nếu thành công, tinh chỉnh này sẽ giúp động cơ tàu hoạt động trong ít nhất 5 năm nữa.

NASA làm cách nào để cập nhật phần mềm trên Voyager từ khoảng cách hàng chục tỷ km?

Theo NASA, các bản cập nhật phần mềm cho Voyager không được phát triển định kỳ. Thay vào đó, các bản cập nhật chỉ được phát triển khi NASA cần mở rộng khả năng của sứ mệnh hoặc thích ứng với các mục tiêu khoa học mới.

Với khoảng cách rất xa, các bản cập nhật được lên kế hoạch tỉ mỉ để đảm bảo tàu vũ trụ tiếp tục hoạt động và giảm thiểu rủi ro. Hệ thống máy tính trên tàu của Voyager bị hạn chế bởi công nghệ có sẵn tại thời điểm ra mắt và các bản cập nhật được thiết kế để hoạt động trong những hạn chế đó.

Để có thể cập nhật hoặc cài mới phần mềm trên bộ đôi tàu Voyager, các kĩ sư tại NASA phải thực hiện một số bước bắt buộc. Bước đầu tiên chính là phát triển phần mềm. Phần mềm mới hoặc những thay đổi về phần mềm được phát triển trên Trái đất bởi các kỹ sư của NASA. Phần mềm này có thể bao gồm các bản cập nhật cho hệ điều hành, thiết bị khoa học và giao thức liên lạc của tàu Voyager.

Sau đó, phần mềm mới được kiểm tra nghiêm ngặt trong môi trường mô phỏng trên Trái đất để đảm bảo rằng nó sẽ hoạt động như mong đợi trên tàu Voyager. Điều này bao gồm việc kiểm tra mọi lỗi hoặc sự cố tiềm ẩn có thể phát sinh trong quá trình cập nhật. Khi phần mềm mới đã sẵn sàng, nó cần được chuyển đổi sang định dạng và ngôn ngữ mã hóa cụ thể mà máy tính của tàu vũ trụ có thể hiểu được. Phần mềm sau đó được truyền tới Voyager 1 và 2 thông qua Mạng không gian sâu của NASA, vốn bao gồm hệ thống ăng ten vô tuyến khổng lồ trên toàn cầu. Do khoảng cách quá xa giữa Trái đất và Voyager 1 và 2, quá trình này có thể mất vài giờ hoặc thậm chí vài ngày.

Sau khi kết nối được với Voyager, bản cập nhật phần mềm được gửi tới tàu theo từng phân đoạn và sẽ được cài đặt từng phân đoạn một. Hệ thống máy tính của tàu có thể được thiết lập để tự động cài đặt phần mềm mới hoặc có quy trình cài đặt thủ công được kiểm soát, tùy thuộc vào mức độ phức tạp của bản cập nhật.

Sau khi cài đặt từng phân đoạn, Voyager sẽ liên tục thực hiện quy trình tự kiểm tra để đảm bảo rằng phần mềm hoạt động chính xác. Đây là một bước quan trọng để ngăn chặn mọi vấn đề tiềm ẩn có thể ảnh hưởng đến hoạt động của tàu. Nếu có bất kỳ vấn đề hoặc bất thường nào trong quá trình cập nhật, Voyager có thể chuyển sang chế độ an toàn để tự bảo vệ. Tàu cũng có thể quay lại phiên bản phần mềm trước đó nếu cần thiết để duy trì chức năng của nó.

Sau khi cập nhật hoàn tất và được xác minh, tàu sẽ gửi dữ liệu xác nhận về Trái đất để thông báo cho bộ phận kiểm soát sứ mệnh biết được bản cập nhật phần mềm đã thành công.

Tổng hợp