بيانات فوياجر 1: استعادة الاتصال وإصلاح الشفرات

استعادة الاتصال بمركبة فويجر 1 بعد خمسة أشهر

للمرة الأولى منذ خمسة أشهر، تلقى مهندسو وكالة ناسا بيانات يمكن فك رموزها من مركبة الفضاء فوياجر 1 بعد أن توصلوا إلى حل مبتكر لإصلاح مشكلة في الاتصالات على متن المركبة الفضائية الأكثر بعداً في الكون.

يبعد فوياجر 1 حالياً حوالي 15 مليار ميل (24 مليار كيلومتر)، وقد أظهر المسبار الذي يبلغ من العمر 46 عاماً العديد من المراوغات وعلامات الشيخوخة في السنوات الأخيرة.

ظهرت المشكلة الأخيرة التي واجهتها فوياجر 1 لأول مرة في نوفمبر 2023، عندما بدأت وحدة تعديل بيانات الرحلة في نظام القياس عن بُعد في إرسال نمط متكرر من الشفرات غير قابل للفهم.

يجمع نظام بيانات الرحلة في فوياجر 1 المعلومات من الأجهزة العلمية للمركبة الفضائية ويجمعها مع البيانات الهندسية التي تعكس حالتها الصحية الحالية. تتلقى وحدة التحكم في المهمة على الأرض تلك البيانات في شفرة ثنائية، أو سلسلة من الآحاد والأصفار.

ولكن منذ نوفمبر/تشرين الثاني، كان نظام بيانات رحلة فوياجر 1 عالقاً في حلقة مفرغة. وفي حين استمر المسبار في نقل إشارة لاسلكية ثابتة إلى فريق التحكم في المهمة على الأرض خلال الأشهر القليلة الماضية، إلا أن الإشارة لم تحمل أي بيانات قابلة للاستخدام.

وقد تلقى فريق البعثة أول بيانات متماسكة حول صحة وحالة الأنظمة الهندسية للمسبار فوياجر 1 في 20 أبريل. وبينما لا يزال الفريق يقوم بمراجعة المعلومات، إلا أن كل ما رأوه حتى الآن يشير إلى أن فوياجر 1 بصحة جيدة ويعمل بشكل سليم.

"قالت ليندا سبيلكر، عالمة مشروع فوياجر في مختبر الدفع النفاث، في بيان يوم السبت: "كان اليوم يومًا رائعًا لفوياجر 1. "لقد عدنا إلى الاتصال بالمركبة الفضائية. ونحن نتطلع إلى استعادة البيانات العلمية."

جاء هذا الاختراق نتيجة لقليل من التجربة والخطأ بذكاء وكشف لغز قاد الفريق إلى شريحة واحدة.

مشكلة الاتصالات في فوياجر 1

بعد اكتشاف المشكلة، حاول فريق المهمة إرسال أوامر لإعادة تشغيل نظام الكمبيوتر الخاص بالمركبة الفضائية ومعرفة المزيد عن السبب الكامن وراء المشكلة.

أرسل الفريق أمرًا يسمى "الوخزة" إلى فوياجر 1 في 1 مارس لحمل نظام بيانات الرحلة على تشغيل تسلسلات برمجية مختلفة على أمل معرفة سبب الخلل.

في 3 مارس، لاحظ الفريق أن النشاط الصادر من جزء واحد من نظام بيانات الرحلة تميز عن بقية البيانات المشوشة. وعلى الرغم من أن الإشارة لم تكن بالصيغة التي اعتاد فريق فوياجر على رؤيتها عندما يعمل نظام بيانات الرحلة كما هو متوقع، إلا أن مهندساً من شبكة الفضاء السحيق التابعة لناسا تمكن من فك شفرة الإشارة.

وشبكة الفضاء السحيق هي نظام من الهوائيات اللاسلكية على الأرض تساعد الوكالة على التواصل مع مسابير فوياجر والمركبات الفضائية الأخرى التي تستكشف نظامنا الشمسي.

وتضمنت الإشارة التي تم فك تشفيرها قراءة لذاكرة نظام بيانات الرحلة بالكامل.

من خلال التحقيق في القراءات، حدد الفريق سبب المشكلة: 3% من ذاكرة نظام بيانات الرحلة تالفة. إذ أن شريحة واحدة مسؤولة عن تخزين جزء من ذاكرة النظام، بما في ذلك بعض الأكواد البرمجية للكمبيوتر، لا تعمل بشكل صحيح. وقال الفريق إن سبب تعطّل الشريحة غير معروف، إلا أنه من الممكن أن تكون الشريحة مهترئة أو ربما تكون قد أصيبت بجسيم نشط من الفضاء.

وتسبب فقدان الشفرة البرمجية على الرقاقة في جعل البيانات العلمية والهندسية الخاصة بفوياجر 1 غير قابلة للاستخدام.

وبما أنه لم تكن هناك طريقة لإصلاح الشريحة، فقد اختار الفريق تخزين الشيفرة المتأثرة من الشريحة في مكان آخر في ذاكرة النظام. وعلى الرغم من أنهم لم يتمكنوا من تحديد موقع كبير بما يكفي لاستيعاب كل الشيفرة، إلا أنهم تمكنوا من تقسيم الشيفرة إلى أقسام وتخزينها في أماكن مختلفة داخل نظام بيانات الرحلة.

"ولإنجاح هذه الخطة، فقد احتاجوا أيضاً إلى تعديل أقسام التعليمات البرمجية هذه للتأكد، على سبيل المثال، من أنها لا تزال تعمل ككل"، وفقاً لتحديث صادر عن وكالة ناسا. "أي إشارات إلى موقع ذلك الرمز في أجزاء أخرى من ذاكرة (نظام بيانات الرحلة) كان لا بد من تحديثها أيضاً."

بعد تحديد الرمز اللازم لتعبئة البيانات الهندسية لفوياجر 1، أرسل المهندسون إشارة لاسلكية إلى المسبار يأمرون فيها بنقل الرمز إلى موقع جديد في ذاكرة النظام في 18 أبريل.

وبالنظر إلى المسافة الهائلة التي تفصل فوياجر 1 عن الأرض، يستغرق وصول إشارة لاسلكية حوالي 22.5 ساعة للوصول إلى المسبار، و 22.5 ساعة أخرى لوصول إشارة الاستجابة من المركبة الفضائية إلى الأرض.

في 20 أبريل، تلقى الفريق استجابة فوياجر 1 التي تشير إلى أن التعديل الذكي للشفرة قد نجح، وتمكنوا أخيراً من تلقي بيانات هندسية قابلة للقراءة من المسبار مرة أخرى.

حل مشكلة البيانات المفقودة

خلال الأسابيع القادمة، سيواصل الفريق نقل الأجزاء الأخرى المتأثرة من برمجيات النظام، بما في ذلك تلك المسؤولة عن إعادة البيانات العلمية القيمة التي يجمعها فوياجر 1.

استكشاف الأخطاء وإصلاحها من على بعد مليارات الأميال

صُممت المركبة فوياجر 1 وتوأمها فوياجر 2 في البداية لتستمر لمدة خمس سنوات، وقد أُطلقتا في عام 1977 وهما أطول مركبتين فضائيتين تعملان في التاريخ. ويعني طول عمرهما الاستثنائي أن كلتا المركبتين الفضائيتين قد وفرتا رؤى إضافية حول نظامنا الشمسي وما بعده بعد تحقيق أهدافهما الأولية المتمثلة في التحليق حول المشتري وزحل وأورانوس ونبتون منذ عقود.

ويغامر المسباران حالياً في منطقة كونية مجهولة على طول الروافد الخارجية للنظام الشمسي. وكلاهما في الفضاء بين النجوم، وهما المركبتان الفضائيتان الوحيدتان اللتان تعملان خارج الغلاف الشمسي، وهو فقاعة الشمس من المجالات المغناطيسية والجسيمات التي تمتد إلى ما وراء مدار بلوتو.

وقد قطعت فوياجر 2، التي تعمل بشكل طبيعي، أكثر من 12.6 مليار ميل (20.3 مليار كيلومتر) من كوكبنا.

وبمرور الوقت، واجهت كلتا المركبتين الفضائيتين مشاكل وانقطاعات غير متوقعة، بما في ذلك فترة سبعة أشهر في عام 2020 عندما لم تتمكن فوياجر 2 من التواصل مع الأرض. في أغسطس 2023، استخدم فريق المهمة تقنية "الصراخ" طويلة المدى لاستعادة الاتصالات مع فوياجر 2 بعد أن قام أحد الأوامر بتوجيه هوائي المركبة الفضائية في الاتجاه الخاطئ عن غير قصد.

التحديات المستقبلية لمركبة فويجر 1

يقدر الفريق أنه على بعد أسابيع قليلة من تلقي البيانات العلمية من فوياجر 1 ويتطلع إلى رؤية ما تحتويه تلك البيانات.

آفاق البيانات العلمية القادمة

"قالت مديرة مشروع فوياجر سوزان دود في بيان لها: "نحن لا نعرف على وجه اليقين ما الذي سيحدث مع فوياجر، ولكنني أشعر بالدهشة باستمرار عندما تستمر المركبة في السير. "لقد واجهنا العديد من الحالات الشاذة، وهي تزداد صعوبة. ولكننا كنا محظوظين حتى الآن للتعافي منها. والمهمة مستمرة. كما أن المهندسين الشباب يأتون إلى فريق فوياجر ويساهمون بمعرفتهم للحفاظ على استمرار المهمة."