NASA tắt thiết bị đo trên Voyager 1 để duy trì hoạt động

• Trong bối cảnh thiếu điện năng ngày càng nghiêm trọng, NASA đã gửi lệnh tắt thiết bị quan sát hạt mang điện năng lượng thấp LECP trên Voyager 1
• LECP đã hoạt động liên tục gần 49 năm kể từ khi phóng năm 1977, thu thập dữ liệu về interstellar medium và cosmic rays bên ngoài nhật quyển
• Trong đợt cơ động lăn định kỳ ngày 27/2, đã xảy ra sụt điện ngoài dự kiến, nên nhóm vận hành chọn tắt thiết bị khoa học trước khi hệ thống bảo vệ tự động kích hoạt
• Hiện trên Voyager 1 vẫn còn 2 thiết bị đang hoạt động là bộ thu plasma waves và thiết bị đo magnetic fields, tiếp tục gửi dữ liệu từ vùng không gian mà chưa tàu vũ trụ nào khác từng thăm dò
• Việc tắt LECP được kỳ vọng sẽ tạo thêm khoảng 1 năm dư địa, sau đó NASA sẽ thử kế hoạch tiết kiệm điện lớn hơn mang tên Big Bang để kéo dài vận hành và mở ra khả năng khởi động lại LECP

---

Biện pháp tiết kiệm điện cho Voyager 1

• Đã gửi lệnh tắt Low-energy Charged Particles experiment (LECP) trên Voyager 1 nhằm duy trì hoạt động của tàu vũ trụ
  • Vào ngày 17/4, các kỹ sư JPL ở Nam California đã gửi lệnh này
  • Trong bối cảnh nguồn điện của tàu vũ trụ dùng năng lượng hạt nhân ngày càng cạn, việc tắt LECP được đánh giá là lựa chọn phù hợp nhất
• LECP là thiết bị đã hoạt động gần 49 năm không gián đoạn kể từ khi Voyager 1 được phóng năm 1977, dùng để đo các hạt mang điện năng lượng thấp
  • Đối tượng đo gồm ion, electron, và cosmic rays có nguồn gốc từ Mặt Trời và thiên hà
  • Cung cấp dữ liệu then chốt về cấu trúc của interstellar medium trong không gian bên ngoài nhật quyển
  • Thực hiện phát hiện các mặt trước áp suất và các vùng biến đổi mật độ hạt
  • Chỉ hai tàu Voyager ở đủ xa Trái Đất để cung cấp loại thông tin này
• Voyager 1 và Voyager 2 đều sử dụng radioisotope thermoelectric generator
  • Thiết bị biến nhiệt từ plutoni đang phân rã thành điện năng
  • Cả hai tàu thăm dò đều mất khoảng 4 watt điện năng mỗi năm
  • Sau gần nửa thế kỷ bay trong không gian, phần điện dự phòng hiện đã rất mỏng
  • Cần tiết kiệm năng lượng bằng cách tắt bộ sưởi và các thiết bị
  • Đồng thời vẫn phải giữ nhiệt độ đủ để các đường ống nhiên liệu không bị đóng băng

Sụt điện ngoài dự kiến và nhu cầu phải ứng phó

• Trong đợt cơ động lăn theo kế hoạch định kỳ ngày 27/2, mức điện năng của Voyager 1 đã giảm ngoài dự kiến
  • Nếu tiếp tục sụt thêm, undervoltage fault protection system của tàu có thể sẽ kích hoạt
  • Hệ thống bảo vệ này sẽ tự động tắt các thành phần để bảo vệ tàu thăm dò
• Nếu hệ thống bảo vệ kích hoạt, đội bay sẽ phải thực hiện công việc khôi phục
  • Quá trình khôi phục mất nhiều thời gian
  • Bản thân nó cũng đi kèm rủi ro
• Vì vậy cần hành động trước khi hệ thống tự động can thiệp
  • Tắt thiết bị khoa học không phải là lựa chọn mong muốn, nhưng được xem là phương án tốt nhất hiện có
  • Voyager 1 vẫn còn 2 thiết bị khoa học đang hoạt động
  • Một là bộ thu plasma waves
  • Thiết bị còn lại là bộ đo magnetic fields
  • Cả hai đều đang hoạt động bình thường và tiếp tục gửi dữ liệu từ vùng không gian mà chưa tàu vũ trụ nhân tạo nào khác từng thăm dò

Thứ tự tắt thiết bị và kế hoạch thực hiện

• Việc chọn thiết bị nào sẽ bị tắt tiếp theo không phải quyết định ngẫu hứng mà dựa trên thứ tự đã được thống nhất trước
  • Từ nhiều năm trước, nhóm khoa học Voyager và nhóm kỹ thuật đã cùng thống nhất thứ tự tắt các thành phần của tàu
  • Thứ tự này được quyết định với điều kiện vẫn giữ được năng lực khoa học độc nhất của sứ mệnh
• Mỗi tàu thăm dò mang theo 10 thiết bị giống nhau
  • Đến nay 7 thiết bị trên mỗi tàu đã ở trạng thái tắt
  • Trên Voyager 1, LECP là thiết bị tiếp theo bị tắt
  • LECP của Voyager 2 đã được tắt vào tháng 3/2025
• Voyager 1 hiện ở cách Trái Đất hơn 15 tỷ dặm (25 tỷ km)
  • Mất khoảng 23 giờ để chuỗi lệnh tắt thiết bị đến được tàu
  • Bản thân thủ tục tắt kéo dài khoảng 3 giờ 15 phút
• Một số thành phần của LECP vẫn được giữ ở trạng thái bật
  • Bao gồm động cơ nhỏ quay cảm biến theo vòng tròn để quét mọi hướng
  • Động cơ này tiêu thụ 0,5 watt
  • Mức tiêu thụ thấp nên gánh nặng điện năng không lớn
  • Đây là lựa chọn nhằm tăng khả năng có thể bật lại thiết bị trong tương lai nếu có thêm điện năng

Bước tiếp theo và kế hoạch Big Bang

• Việc tắt LECP được dự đoán sẽ tạo thêm khoảng 1 năm dư địa cho Voyager 1
  • Trong thời gian này, NASA sẽ chuẩn bị biện pháp tiết kiệm điện lớn hơn áp dụng cho cả hai Voyager
• Biện pháp đó có tên là “the Big Bang”
  • Đây là kế hoạch được thiết kế để kéo dài thời gian vận hành của Voyager hơn nữa
  • Theo cách thay đổi đồng loạt một nhóm thiết bị cần dùng điện
  • Biệt danh này xuất phát từ việc thay nhiều thiết bị cùng lúc
  • Một số thiết bị sẽ bị tắt và được thay bằng thiết bị thay thế tiêu thụ điện thấp hơn để giữ nhiệt cho tàu
  • Mục tiêu là duy trì nhiệt độ đủ để vẫn có thể tiếp tục thu thập dữ liệu khoa học
• Voyager 2 sẽ là tàu được áp dụng Big Bang trước
  • Voyager 2 có phần điện dự phòng nhiều hơn đôi chút
  • Đồng thời ở gần Trái Đất hơn nên là đối tượng thử nghiệm an toàn hơn
  • Thử nghiệm được lên kế hoạch vào tháng 5 và tháng 6 năm 2026
  • Nếu thử nghiệm diễn ra thuận lợi, Voyager 1 sẽ được áp dụng biện pháp tương tự sau tháng 7
  • Nếu thành công, sẽ có khả năng khởi động lại LECP trên Voyager 1

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Tôi đã có vinh dự được học lớp của Ed Stone tại Caltech vào năm 2018. Ngày 1 tháng 11, giáo sư đã vô cùng hào hứng kể cho chúng tôi nghe “bí mật” rằng Voyager 2 đã đến được không gian liên sao, đồng thời cho xem cả dữ liệu thực tế chứng minh điều đó. Tuy vậy, mọi thứ phải được giữ bí mật cho đến thông cáo báo chí vào thứ Hai ngày 5 tháng 11. Được tận mắt chứng kiến niềm đam mê mà ông đã dành gần 50 năm cho dự án là một khoảnh khắc thật đặc biệt, và việc được nghe chính ông kể lại câu chuyện đó cũng là một may mắn lớn. RIP giáo sư

  • Hoàn toàn không có ý hạ thấp thành công đáng kinh ngạc của Voyager, và tôi cũng nhớ mình từng nghe một kỹ sư JPL chế tạo thiết bị liên quan thuyết trình. Chỉ là thông báo về "interstellar space" có cảm giác bị PR khai thác quá lâu. Trong một thời gian, tôi thấy như tháng nào cũng có một bài gần giống nhau, và khá tiếc là phần giải thích nó khác gì so với các công bố trước đó lại quá thiếu

• Điều vẫn khiến tôi khó chịu đến giờ là ngoài New Horizons ra thì thực chất chẳng còn tàu thăm dò không gian sâu nào hoạt động tử tế. Việc một tàu được phóng từ năm 2006 lại là tàu thăm dò không gian sâu đang vận hành duy nhất được bổ sung trong gần 50 năm thật sự tạo cảm giác đáng xấu hổ. Kính thiên văn không gian cũng tốt, nhưng dạo này trông như người ta đã từ bỏ mọi thứ không phải kiểu dự án phô diễn công nghệ đỉnh cao dạng prestige project. Tôi từng đặt kỳ vọng vào các kế hoạch như Breakthrough Starshot, nhưng có vẻ cả dự án đó cũng đang chững lại nên khá tiếc

  • Nghĩ mà thấy kinh ngạc là nếu vào lúc bay sượt qua Pluto người ta phóng New Horizons thứ hai, thì đến giờ con tàu đó cũng đã vượt qua Pluto rồi. Điều đó khiến tôi thực sự cảm nhận được đã có bao nhiêu thời gian trôi qua kể từ lần bay sượt ấy. Ngoài ra, một trong các quản lý chương trình từng kể trên podcast The Moth về việc họ đã hoảng loạn thế nào khi New Horizons bị khởi động lại vài ngày trước cú bay sượt. Nhìn vào các con số 3.463 ngày từ lúc phóng ngày 19/1/2006 đến khi tiếp cận gần Pluto ngày 14/7/2015, và 3.932 ngày từ 14/7/2015 đến 19/4/2026, thời gian lại càng trở nên rõ rệt hơn
  • Tôi cũng tự hỏi rốt cuộc chúng ta còn muốn nhìn thấy điều gì ở vùng không gian xa như vậy. Với công nghệ hiện nay, những gì ta phóng đi có khả năng còn không tới được mục tiêu thú vị nào trong vòng đời con người. Để tới Pluto trong lúc chúng ta còn sống thì phải đi quá nhanh, nên cuối cùng chỉ có thể thực hiện một cú bay sượt. Nếu cố tìm một khả năng nào đó thì khu vực quanh Oort cloud có lẽ còn thú vị, nhưng ngay cả vậy cũng có vẻ khó thành hiện thực
  • Tôi nghĩ phần lớn vấn đề nằm ở chỗ quỹ đạo hỗ trợ hấp dẫn (slingshot) mà Voyager tận dụng vốn gần như là mức tối ưu nhất, và những cơ hội như vậy lại là sự kiện hiếm chỉ xuất hiện mỗi vài thế hệ. Nghĩa là ngay cả khi phóng một tàu thăm dò không gian sâu mới tốt nhất có thể lúc này, tốc độ cuối cùng vẫn sẽ khá chậm
  • Theo những gì tôi đọc được thì vào thời điểm Voyager phóng đi đã có một điều kiện cực kỳ hiếm mang lại lợi thế rất lớn cho gravity assist. Tôi không nhớ chính xác chu kỳ, nhưng hình như đó là thứ chỉ xảy ra cỡ vài trăm năm một lần
  • Voyager là trường hợp hưởng lợi rất lớn từ sự thẳng hàng của các hành tinh

• Tôi thật sự muốn hiểu rõ hơn làm sao một thiết bị được phóng từ năm trước khi tôi sinh ra lại có thể thay đổi cấu hình linh hoạt và vận hành được đến mức này. Ngay cả vi điều khiển trên bàn tôi còn dễ phải khởi động lại khi cập nhật code, vậy mà Voyager có thể tái cấu hình đường điện với độ trễ 23 giờ và thực hiện những việc gần như kiểu đặt lại "big bang" làm tôi choáng váng. Càng ngạc nhiên hơn khi nghe nói nó vẫn còn đủ nhiên liệu cho thêm 10 năm nữa

  • Tôi nghĩ NASA là nơi đã tiên phong cho rất nhiều thứ trở thành nền tảng của thiết kế critical computer systems hiện đại. Hệ thống của Voyager thực sự rất vững chắc, và theo tôi biết thì họ có thể nạp trực tiếp các lệnh assembly mới, ghi vào bộ nhớ rồi chạy code mới bằng một warm reboot mà không cần tắt hẳn nguồn. Nó được thiết kế để có thể sửa phần mềm dễ dàng, đồng thời có nhiều lớp dự phòng và hệ thống khẩn cấp — tầm nhìn xa đó thật đáng nể. Dù vậy, áp lực đè lên những người phải nạp kiểu code này chắc khó mà tưởng tượng nổi. Dù có bộ mô phỏng và nhiều tháng thử nghiệm, đó vẫn là việc gửi đi những lệnh mà trong trường hợp xấu nhất có thể làm hỏng cả tàu thăm dò, nên sợ là điều dễ hiểu
  • Vài năm trước, khi một chip nhớ trong flight data computer của Voyager 1 bị hỏng, có một bài nói chuyện giải thích cách đội ngũ đã khôi phục nó, thật sự rất hấp dẫn. Họ mô tả kiến trúc máy tính và còn trình chiếu cả các routine assembly. Điều đặc biệt choáng ngợp là các trở ngại quá lớn: mã nguồn phần mềm bay chỉ còn tồn tại dưới dạng tài liệu Microsoft Word OCR bị lỗi chính tả, bộ xử lý lại dùng tập lệnh tùy biến của JPL dành riêng cho Voyager nên tài liệu cũng không đầy đủ. Những người tạo ra phần mềm bay ban đầu đều đã qua đời, và không còn assembler, debugger, simulator nào cả. Thậm chí còn không có cả testbed, nghĩa là hai bộ xử lý FDS thực tế duy nhất đều đang ở ngoài không gian
  • Microcontroller trên bàn của bạn thường cũng có thể tự cập nhật flash nội bộ khi đang chạy bằng bootloader tích hợp hoặc bootloader do người dùng viết. Vì vậy tôi không nghĩ có lý do gì để khẳng định Voyager thực sự hoạt động “không cần khởi động lại”
  • Nếu có đủ động lực và công sức, bạn cũng có thể làm ra một self-updating microcontroller. Nếu thật sự muốn, tôi nghĩ hoàn toàn có thể viết firmware vững chắc, đáng tin cậy và linh hoạt ở mức của Voyager. Chỉ có điều trong đa số trường hợp, chi phí và công sức để đạt đến chất lượng đó lớn đến mức khó thể biện minh được

• Khi đến ngày hai con Voyager hoàn toàn im lặng, có lẽ sẽ có rất nhiều người bị tác động cảm xúc mạnh. Chúng thật sự là những cỗ máy hùng vĩ

  • Tôi hy vọng mình không phải chứng kiến ngày đó

• Tôi từng thắc mắc liệu trong vài năm gần đây Voyager 1 còn gửi về dữ liệu có ý nghĩa khoa học nữa hay không. Nỗ lực tiếp tục duy trì nó tất nhiên là rất đáng trân trọng, nhưng đôi lúc tôi cũng tự hỏi liệu nhiệm vụ ấy có phần nào đã kết thúc rồi không

  • Như bài viết có nói, Voyager 1 vẫn còn hai thiết bị khoa học đang hoạt động. Một cái dùng để nghe plasma waves, cái còn lại đo từ trường. Cả hai đều vẫn hoạt động tốt và tiếp tục gửi về dữ liệu từ một vùng mà chưa tàu vũ trụ do con người tạo ra nào từng tới. Vì vậy đội ngũ cũng đang tập trung giữ cho cả hai Voyager hoạt động được lâu nhất có thể
  • Chẳng hạn, bạn có thể xem các tài liệu như bài viết liên quan của JPL năm 2021 để xác nhận ý nghĩa của dữ liệu gần đây
  • Tôi thật sự muốn đề xuất bộ phim tài liệu It's Quieter in the Twilight. Bộ phim nói về đội bay đang vận hành Voyager, và cho thấy khá sâu họ chính xác đang làm gì cũng như Voyager hiện giờ đang làm gì

• Tôi mong hai con Voyager còn trụ được lâu hơn nữa. Chúng ta bị ràng buộc trên Trái Đất, nhưng nghĩ đến việc những tàu thăm dò đó vẫn đang tiếp tục mở rộng ranh giới cuộc phiêu lưu không gian của nhân loại thật sự vừa mê hoặc vừa phần nào mang lại cảm giác an ủi

• Tôi tò mò không biết có nơi nào liệt kê toàn bộ danh sách các hệ thống và thiết bị thí nghiệm vẫn còn sống trên hai tàu hay không. Tôi muốn xem chi tiết hiện giờ chúng đang thu thập và gửi loại dữ liệu nào

  • Bạn có thể xem tại trang thiết bị của NASA Voyager

• Nếu cần thêm bối cảnh, tôi muốn giới thiệu một bài báo rất xuất sắc trong đó một kỹ sư JPL tổng hợp Voyager mission status tính đến năm 2016. Bài này tóm tắt rất rõ từng thiết bị của Voyager làm gì và đội ngũ đã thực hiện những biện pháp nào để tiếp tục duy trì nhiệm vụ. Ngoài ra tôi cũng cực kỳ đề xuất bộ phim tài liệu It's Quieter in the Twilight. Nó khắc họa rất tốt toàn bộ đội Voyager và những nỗ lực để giữ chương trình tiếp tục sống sót

• Đọc câu trong bài về “lần cơ động lăn theo kế hoạch định kỳ ngày 27 tháng 2”, tôi thật sự kinh ngạc khi không chỉ linh kiện điện tử mà cả linh kiện cơ khí cũng vẫn còn sống

  • Điều đặc biệt gây kinh ngạc là việc nó dùng tape drive để ghi dữ liệu quan sát và gửi về Trái Đất. Nghĩ đến chuyện một cuộn băng và dây curoa của ổ đĩa vẫn vận hành đáng tin cậy sau 48 năm thật đúng là kỳ diệu
  • Vì vẫn có khá nhiều cỗ máy từ thời đó hoặc còn cũ hơn vẫn chạy được tới nay, nên việc các tàu thăm dò này — vốn ngay từ đầu đã được thiết kế đặc biệt cho bay vào không gian — vẫn hoạt động cũng không hẳn là chuyện quá bất ngờ

• Câu chuyện này làm tôi nhớ đến "The Suit" của Bad Space Comics