NASA、Voyager 1の運用維持のため観測機器を停止

 (science.nasa.gov)
1 ポイント 投稿者 GN⁺ 10 일 전 | 1件のコメント | WhatsAppで共有
  • 電力不足が深刻化する中、Voyager 1の低エネルギー荷電粒子観測装置 LECP の停止命令を送信
  • LECPは1977年の打ち上げ以来ほぼ 49年間連続運用 され、太陽圏外の interstellar medium と cosmic rays に関するデータ収集を実施
  • 2月27日の定期ロール機動中に 予期しない電力低下 が発生し、自動保護システムが作動する前に科学機器を先に停止する対応を選択
  • 現在のVoyager 1では plasma waves 受信装置と magnetic fields 測定装置の2台が引き続き稼働しており、他の人工宇宙機が探査していない空間のデータを送信中
  • LECPの停止により約 1年の余裕 を確保できる見込みで、その後さらに大きな電力削減計画である Big Bang 試験を経て、運用延長とLECP再起動の可能性を確保

Voyager 1の電力節減措置

  • Voyager 1の Low-energy Charged Particles experiment(LECP) 停止命令を送信、宇宙機の運用継続 が目的
    • 4月17日、Southern CaliforniaのJPLエンジニアがこの命令を送信
    • 原子力電源ベースの宇宙機で電力不足が進む中、LECPの停止が最も適切な選択と判断
  • LECPは1977年のVoyager 1打ち上げ以来、ほぼ 49年間中断なく運用 されてきた装置で、低エネルギー荷電粒子の測定を実施
    • イオン、電子、宇宙起源および銀河起源の cosmic rays を測定対象とする
    • 太陽圏外の宇宙における interstellar medium の構造に関する重要データを提供
    • 圧力前線や粒子密度変化領域の検出を実施
    • こうした情報を提供できるほど地球から十分に離れているのは2機のVoyagerだけ
  • Voyager 1とVoyager 2はいずれも radioisotope thermoelectric generator を使用
    • 崩壊するプルトニウムの熱を電気に変える装置
    • 両探査機とも毎年約 4ワット の電力を失う
    • ほぼ半世紀にわたり宇宙を飛行してきた結果、電力の余裕は非常に薄い状態
    • ヒーターや機器を停止して省エネルギー化が必要
    • 同時に、燃料ラインが凍結しない温度は維持する必要がある

予期しない電力低下と対応の必要性

  • 2月27日の定期計画ロール機動中、Voyager 1の 電力レベルが予期せず低下 した状況
    • さらに電力低下が起きれば、宇宙機の undervoltage fault protection system が作動する可能性
    • この保護システムは探査機を守るため、構成要素を自動停止する
  • 保護システムが作動すると、飛行チームによる 復旧作業 が必要
    • 復旧には長い時間がかかる
    • それ自体にリスクも伴う
  • 自動介入の前に先手を打つ必要がある状況
    • 科学機器の停止は望ましい選択ではないが、利用可能な最善の選択肢と判断
    • Voyager 1では依然として稼働中の科学機器 2台 を維持
    • 1つは plasma waves 受信装置
    • もう1つは magnetic fields 測定装置
    • 両装置とも正常に動作しており、他のどの人工宇宙機も探査していない空間のデータを送り続けている

機器停止の順序と実行計画

  • 次にどの機器を停止するかの選択は、その場しのぎの決定ではなく事前に合意された順序 に基づく
    • 数年前にVoyagerの科学チームとエンジニアリングチームが、宇宙機構成要素の停止順序について合意
    • ミッション固有の科学成果を維持する条件で、部品停止の順序を決定
  • 各探査機は 同一の装置セット10基 を搭載
    • 現時点までに各探査機の装置のうち 7基 が停止済み
    • Voyager 1ではLECPが次の停止対象
    • Voyager 2のLECPは2025年3月に停止完了
  • Voyager 1は地球から 150億マイル超（250億キロメートル） 離れている状態
    • 機器停止コマンドのシーケンスが宇宙機に到達するまで約 23時間 を要する
    • 停止手順自体には約 3時間15分 かかる
  • LECPの一部構成は引き続きオンのまま維持
    • センサーを円形に回転させて全方向をスキャンする 小型モーター を維持
    • このモーターの消費電力は 0.5ワット
    • 電力使用量が小さいため維持負担は低い
    • 後で追加電力を確保できた場合に装置を再起動できる可能性を高めるための選択

次の段階とBig Bang計画

  • LECPの停止により、Voyager 1には約 1年の余裕 を確保できる見込み
    • この期間中に、2機のVoyagerの両方に適用するさらに大きな電力削減措置を準備
  • この措置の名称は “the Big Bang”
    • Voyagerの運用期間をさらに延ばすよう設計された計画
    • 電力を必要とする装置の束を一度に切り替える方式
    • 愛称は複数の装置を同時に切り替える方式に由来
    • 一部装置を停止し、より低電力の代替装置に切り替えて宇宙機の温度を維持
    • 科学データ収集を継続できる温度を確保するのが目的
  • Big Bangはまず Voyager 2 に適用予定
    • Voyager 2の方が電力の余裕がやや大きい
    • 地球により近く、より安全な試験対象
    • 2026年 5月と6月 に試験を計画
    • 試験がうまく進めば、Voyager 1では 7月以降 に同じ措置を試みる予定
    • この措置が成功すれば、Voyager 1の LECP再起動の可能性 がある

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1件のコメント

 
GN⁺ 10 일 전
Hacker Newsのコメント

  • 2018年にCaltechでEd Stoneの授業を受ける栄誉にあずかった。11月1日に教授が、Voyager 2が恒星間空間に到達したという「秘密」をものすごく興奮しながら教えてくれて、それを証明する実際のデータまで見せてくれた。ただし、11月5日月曜のプレスリリースまでは秘密にしておかなければならなかった。ほぼ50年にわたってこのプロジェクトに注いできた情熱を目の前で見た瞬間は本当に特別で、その話を直接聞けたのも大きな幸運だった。RIP professor

    • Voyagerの驚異的な成功を貶めたいわけではまったくなく、私も関連する計測機器を作ったJPLエンジニアの講演を聞いた記憶がある。ただ、**"interstellar space"**の発表はPRで少し引っ張りすぎた感じがあった。しばらくは毎月のように似た記事が1本ずつ出ているように感じられ、以前の発表と何が違うのかの説明があまりに不足していて残念だった

  • 今でも苛立たしいのは、New Horizons以外にまともに動いている深宇宙探査機が事実上ないことだ。2006年に打ち上げられた探査機1機が、このほぼ50年で追加された唯一の運用中深宇宙探査機だというのは本当に情けないレベルに感じる。宇宙望遠鏡もいいが、最近はprestige projectのような最先端の見せびらかし型プロジェクト以外は諦めたようにも見える。Breakthrough Starshotのような計画に期待していたが、それも止まったような雰囲気で残念だ

    • Plutoフライバイのときに2機目のNew Horizonsを打ち上げていたら、今ごろその探査機もすでにPlutoを通過していたはずだという計算には驚かされる。そのフライバイ以降、これほど時間が経ったのかと実感する。しかも、プログラムマネージャーの1人がThe Mothのポッドキャストで、フライバイの数日前にNew Horizonsが再起動したとき、どれほどパニックだったかを語っていたのも印象的だった。2006年1月19日の打ち上げから2015年7月14日のPluto最接近までが3,463日、そして2015年7月14日から2026年4月19日までが3,932日という数字を見ると、なおさら時間を実感する
    • あれほど遠い宇宙で、私たちはいったい何をもっと見たいのだろうと思う。今の技術で打ち上げても、人類の寿命のうちに興味深い対象へ到達できない可能性が高い。Plutoに自分たちの生存中に行こうとすると速すぎる必要があり、結局すれ違うフライバイしかできなかった。無理に可能性を探すならOort cloud周辺くらいは面白いかもしれないが、それも可能性は低そうだ
    • 問題の大きな部分は、Voyagerが活用した**重力アシスト(slingshot)**軌道が事実上最高レベルで、そうした機会は何世代かに一度しか来ない稀なイベントだという点だと思う。今、新しい深宇宙探査機を最大限うまく打ち上げたとしても、結局かなり遅い速度にしかならないということだ
    • 私も読んだところでは、Voyager打ち上げ当時には重力アシストに非常に大きな利点を与える、きわめて稀な条件があった。正確な周期は覚えていないが、もしかすると数百年に一度レベルだと聞いた
    • Voyagerは惑星直列の恩恵を大きく受けたケースだった

  • 私が生まれる前の年に打ち上げられた機器が、どうしてここまで柔軟な構成変更と運用を可能にしているのか、本当にもっとよく理解したい。机の上のマイクロコントローラでさえコード更新で再起動しがちなのに、Voyagerは23時間の遅延がある状態で電力経路を再構成し、事実上の**"big bang"リセット**のような作業までやってのけているのだから頭がくらくらする。しかも、まだ燃料も10年分残っていると聞くとなおさら驚く

    • NASAは、現代のcritical computer systems設計の基盤になった多くのものを切り開いた場所だと思う。Voyagerのシステムは本当に堅牢で、私の知る限りでは新しいアセンブリ命令を直接アップロードしてメモリに書き込み、電源を完全には落とさないwarm rebootで新しいコードを実行できる。ソフトウェアを修正しやすいように設計され、冗長性や非常用システムも何重にも盛り込まれていた先見性はすごい。それでも、こういうコードを上げる人たちのプレッシャーは想像しがたい。シミュレータと数か月のテストがあっても、最悪の場合は探査機を壊しかねない命令を送ることになるのだから恐ろしいはずだ
    • 数年前にVoyager 1のflight data computerでメモリチップ1個が故障したとき、チームがそれをどう復旧したのかを説明する講演は本当に興味深かった。コンピュータアーキテクチャの説明とともに、アセンブリルーチンも直接見せてくれる。とりわけ困難さがすさまじく、飛行ソフトウェアのソースコードはOCRされたMicrosoft Word文書しかなく、しかも誤字があり、プロセッサはVoyager専用のJPLカスタム命令セットなので文書も不完全だった。元の飛行ソフトウェアを作った人たちは全員亡くなっており、assembler, debugger, simulatorもなかった。テストベッドすらなく、実機のFDSプロセッサ2基は宇宙にあるものだけだったという点が圧倒的だった
    • 机の上のmicrocontrollerでも、普通は内蔵ブートローダやユーザーブートローダを使って、実行中に自分自身のフラッシュを更新できる。だからVoyagerが本当に「再起動なし」で動いていると断言する理由はないと思う
    • 十分な動機と労力をかければ、self-updating microcontrollerを作ることもできる。本当に望むなら、Voyager並みに堅牢で信頼性が高く柔軟なファームウェアを書くことも可能だと思う。ただ現実には、そのレベルの品質を実現するためのコストと労力が正当化できないほど大きい場合がほとんどだ

  • Voyagerたちが完全に沈黙する日が来たら、かなり多くの人が感情的に揺さぶられると思う。本当に壮大な機械だと感じる

    • 私はその日を見たくない

  • Voyager 1がここ数年でも科学的に意味のあるデータを送っているのか気になっていた。生かし続けようとする努力自体は本当に素晴らしいが、任務はある程度すでに終わっているのではないかとふと思った

    • 記事にもあるように、Voyager 1にはまだ動作中の科学機器が2つ残っている。1つはplasma wavesを聞き、もう1つは磁場を測定する。どちらも正常に動いていて、人類が作ったどの宇宙船も行ったことのない領域のデータを送り続けている。だからチームも2機のVoyagerをできるだけ長く維持することに集中している
    • たとえばJPLの2021年の関連記事のような資料を見ると、最近のデータの意味を確認できる
    • ドキュメンタリーIt's Quieter in the Twilightを本当におすすめしたい。Voyagerを運用する飛行チームを扱っていて、彼らが正確には何をしているのか、そしてVoyagerが今何をしているのかをかなり深く見せてくれる

  • Voyagerたちにはもっと長く持ちこたえてほしい。私たちは地球に縛られているが、あの探査機たちが人類の宇宙冒険の境界を広げ続けていると思うと本当に魅了されるし、どこか慰められる

  • 2機の探査機でまだ生きているシステムと実験装置の完全な一覧があるのか気になっていた。今どんなデータを収集して送っているのか詳しく見てみたい

  • 追加の文脈が必要なら、JPLエンジニアが2016年時点のVoyager mission statusをまとめた非常に優れた論文をおすすめしたい。Voyagerの各機器が何をしているのか、そしてチームが任務を続けるためにどんな措置を取ってきたのかの概要がうまくまとまっている。さらに、ドキュメンタリーIt's Quieter in the Twilightも強くおすすめする。Voyagerチーム全体と、プログラムを存続させ続けようとする努力に光を当てていて本当に良かった

  • 記事に出てきた「2月27日の定期的な計画ロール機動」という文を見て、電子部品だけでなく機械部品までまだ生きていることに本当に驚いた

    • 観測データを記録して地球に送るためにtape driveを使っているという事実がとりわけ驚きだ。48年経った今もテープリール1つとドライブベルトが信頼性高く動作していると想像すると驚異的だ
    • あの時代やそれ以前の機械で今も動いているものはかなり多いので、そもそも宇宙飛行用に特別設計されたこの探査機が今なお動いているのも、そこまで意外なことではないのかもしれない

  • この話を見て、Bad Space Comicsの"The Suit"を思い出した