Разведчики внешних планет. Путешествие «Пионеров» и «Вояджеров» от Земли до Нептуна и далее - Игорь Лисов
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Аналогичным образом в Голдстоуне были объединены 64-метровая антенна DSS-14 и две «тридцатьчетверки» – старая DSS-12 и новая DSS-15. Одна дополнительная станция добавляла 0,8 дБ к возможностям 64-метровой антенны, а две вместе – 1,2 дБ. За счет этого удавалось поднять теоретическую пропускную способность до 21 600 бит/с и передавать «картинку» за восемь циклов.
В Австралии было также осуществлено сопряжение по радиорелейной линии с 64-метровым радиотелескопом в Парксе, в 320 км от основного комплекса, который также работал на прием. Удвоение антенной площади давало прибавку уже в 3 дБ, но она была доступна только в Австралии.
Чтобы улучшить положение, были предложены две новые технологии.
Во-первых, решили «сжимать» изображения. Если передавать не полный 8-битный код яркости очередного элемента, а лишь разность уровней соседних точек в пределах строки, то объем данных типового снимка, содержащего «пустой» космос или низкоконтрастные облачные структуры, уменьшался на 60–70 % без потери информации.
Во-вторых, использовавшееся до сих пор конволюционное кодирование по Голею служебной информации и данных остальных приборов требовало передачи двух битов на каждый бит исходных данных. Это-то и приводило к увеличению потребности в пропускной способности канала с 3600 до 7200 бит/с. В июне 1982 г. было впервые опробовано и перед визитом к Урану задействовано имеющееся на борту устройство «внешнего» блочного кодирования Рида – Соломона с одним контрольным битом на пять информационных; таким образом, к необходимым 3600 бит/с добавлялось всего 600. Благодаря этому удавалось снизить до 2,4 дБ необходимое соотношение сигнал/шум и одновременно уменьшить частоту ошибок с 5 × 10–3 до 10–6.
Два этих решения позволяли снизить время передачи одного кадра до пяти циклов FDS, то есть до четырех минут. Проблема же состояла в том, что обеспечивающие их алгоритмы не удавалось вписать в 8192 слова памяти каждого из двух каналов компьютера FDS, ответственного за сбор и форматирование данных научных приборов.
Пришлось пойти на распараллеливание функций: объявленный основным канал FDS-B управлял работой приборов и форматированием данных с кодированием Рида – Соломона, а дублирующий FDS-A специализировался на сжатии изображений. В случае отказа основного канала во время выполнения этой программы дублер уже не мог его сразу заменить, и дело могло кончиться не только потерей ценной информации, но и гибелью аппарата.
Кроме того, была ненулевая вероятность выхода из строя одного из двух FDS еще до встречи с Ураном. Особую тревогу инженеров вызывало запоминающее устройство FDS-B, в котором в самом начале полета было потеряно 256 из 8192 слов памяти. Потеря еще 512 слов означала бы утрату данного процессора. В этом случае пришлось бы использовать резервную однопроцессорную программу без сжатия данных, компенсируя ее недостатки повышением скорости передачи до максимально возможных для австралийского комплекса 29 860 бит/с.
Еще одной нетривиальной проблемой была неточность прогноза положения Урана (а также Нептуна и его главного спутника Тритона). Модели движения этих тел, составленные на основе телескопических наблюдений с Земли, имели ошибки порядка 5000, 10 000 и 6700 км, в то время как для Сатурна они уже не превышали 800 км, а для Юпитера – 400 км. Предпринятые усилия по уточнению эфемерид за счет расширения базы наблюдений и использования подходящих методик динамического моделирования не были достаточны, так что «Вояджер-2» в значительно большей мере, чем при встрече с Юпитером и Сатурном, должен был полагаться на данные оптической навигации.
Год 1983-й начался с тестирования гироскопов 20–21 января, дополненного калибровкой фотополяриметра по α Лиры и УФ-спектрометра по σ Стрельца, с возвращением в штатную ориентацию по Канопусу. 6–16 июня после временной переориентации КА на Фомальгаут проводилась калибровка спектрометров по ε Персея, а вот еще одна серия калибровочных снимков 19 октября не получилась. 12 мая и 9 ноября были выполнены малые научные маневры, а 7 июля – калибровка магнитометра (четыре оборота КА по крену). В сентябре также проводился тест приводов сканирующей платформы при малой скважности управляющих импульсов – это был вновь разработанный метод контроля их фактического состояния. Все перечисленные операции содержались в рабочих программах от B607 до B612.
Бортовой таймер КА отсчитывал время 48-минутными «расчетными часами» со дня старта. В сутках их было 30, а потому счетчик на 216 = 65 536 интервалов заполнялся примерно за 2185 суток – шесть лет непрерывной работы без одной недели. При штатной продолжительности полета – около четырех лет – это бы не сказалось никак. Продление экспедиции «Вояджера-2» вывело ее за рабочий интервал счетчика, так что 13 августа 1983 г. он переполнился и обнулился без каких-либо вредных последствий.
В 1984 г. выполнялись программы от B612 до B616. Разворотов для калибровки магнитометра было проведено два, 20 января и 24 июля, причем в первом случае было сделано четыре полных оборота, а во втором шесть. Дважды проводился и малый научный маневр – 24 мая и 20 ноября; после первого из них считать записанную информацию удалось лишь 10 июля, со второй попытки. 11–12 апреля проводилась съемка Урана, а 20 ноября отрабатывался алгоритм конического сканирования фотополяриметром.
В соответствии с проектом «Вояджеры» имели возможность переноса данных из памяти процессоров FDS в память основных управляющих компьютеров CCS, но соответствующую линию так и не успели испытать до запуска. Теперь, на седьмом году полета, до нее дошли руки. Была написана программа FDSDAT, которая обеспечивала передачу из FDS избранных фрагментов памяти. В декабре 1983 г. на «Вояджере-1», а затем в апреле 1984 г. на «Вояджере-2» проверили физическую работоспособность линии при подаче питания. После этого стал возможен главный эксперимент: в память FDS загружалась экспериментальная программа съемки, которая затем переносилась в память CCS и запускалась на исполнение. Успешные тесты состоялись в мае 1984 г. на «Вояджере-1» и в октябре на «Вояджере-2».
Зачем это было нужно? Каждая рабочая программа занимала те части из 4096 слов памяти в каждом из процессоров CCS, которые оставались от основной программы управления КА и защиты от сбоев (по 2810 слов). Места все время не хватало, а в случае отказа одного из двух CCS его осталось бы совсем мало. В то же время в результате распараллеливания работы FDS в одном из них остались свободными около 1500 слов памяти. Грех было не воспользоваться возможностью хранить там половину текущей рабочей программы, пусть даже за это надо было заплатить 244 словами памяти CCS – длиной программы FDSDAT!
Далее на этапы перелета в память CCS-B дополнительно загружали резервную программу BML на случай потери командного приемника. На пути к Урану ее объем составлял 1001 слово памяти, так что места в памяти запасного процессора почти не оставалось. На время пролета планеты готовили короткую версию BML, но для полета к Нептуну предстояло вновь загрузить длинную. Перенос ее в FDS обещал экономию порядка 750 слов памяти.
В 1984 г. радиоизотопные генераторы «Вояджеров» вырабатывали около 400 Вт мощности, теряя примерно по 7 Вт в год. Запас по электропитанию составлял от 25 до 100 Вт, в зависимости от того, включены ли гироскопы и сколько передатчиков в работе. При сближении с Ураном потребление должно было возрасти. К примеру, включение передатчика S-диапазона на полную мощность для просвечивания атмосферы Урана оборачивалось расходом в 53 Вт. Поэтому в августе 1984 г. на «Вояджере-1» провели эксперимент с последовательным запитыванием различных устройств с целью максимального приближения к нулевому запасу по мощности и проверки реакции бортовых систем. На втором аппарате аналогичный тест состоялся в 1985 г.
