這是一件浪漫的事。

經(jīng)歷了五個月令人緊張的「失聯(lián)」之后，240 億公里之外的旅行者 1 號宇宙飛船（Voyager 1）被成功修復(fù)，順利發(fā)回了數(shù)據(jù)。

本周一，美國宇航局 NASA 宣布：在經(jīng)過一些創(chuàng)造性的措施之后，旅行者 1 號任務(wù)團隊五個月以來第一次收到了有效數(shù)據(jù)，我們現(xiàn)在已經(jīng)能夠檢查現(xiàn)存最遙遠(yuǎn)的人造物體的健康狀況與狀態(tài)了。

自去年 11 月以來，旅行者 1 號宇宙飛船首次發(fā)回了有關(guān)其機載工程系統(tǒng)健康狀況和狀態(tài)的可用數(shù)據(jù)。科學(xué)家們表示，下一步是讓宇宙飛船能夠再次開始返回科學(xué)數(shù)據(jù)。該探測器及其孿生的旅行者 2 號是目前唯二在星際空間（恒星之間的空間）飛行的人造航天器。

旅行者 1 號于去年 11 月 14 日開始出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯誤，停止向地球發(fā)送可讀的科學(xué)和工程數(shù)據(jù)，任務(wù)控制人員僅可以得知該航天器仍在接收命令，并且在其他方面正常運行。

能接收信號，但只返回亂碼，這就給工程師們出了一道難題。

艱難的修復(fù)過程

今年 3 月，位于南加州的 NASA 噴氣推進(jìn)實驗室（JPL）的旅行者工程團隊證實，該問題與航天器的三臺機載計算機之一，飛行數(shù)據(jù)子系統(tǒng) FDS 有關(guān)。FDS 負(fù)責(zé)將科學(xué)和工程數(shù)據(jù)發(fā)送到地球之前將其打包。

4 月 20 日，在五個月來首次收到有關(guān)旅行者 1 號健康和狀態(tài)的數(shù)據(jù)后，工程團隊成員在 NASA 噴氣推進(jìn)實驗室的會議室里慶祝。

當(dāng)時，工程師們發(fā)出了一個新的指令來「戳一下」旅行者 1 號的 FDS，讓其返回內(nèi)存讀數(shù)，從而取得了突破。該讀數(shù)使工程師能夠查明 FDS 內(nèi)存中問題的位置。

該團隊發(fā)現(xiàn)負(fù)責(zé)存儲部分 FDS 內(nèi)存（包括部分 FDS 計算機軟件代碼）的單個芯片無法工作，這可能是由于宇宙射線撞擊或硬件老化故障所致。代碼的丟失導(dǎo)致科學(xué)和工程數(shù)據(jù)無法使用。由于遠(yuǎn)程無法修復(fù)芯片硬件，該團隊決定將受影響的代碼放置在 FDS 內(nèi)存的其他位置。

大約只有 3% 的 FDS 內(nèi)存被壞芯片影響，但 NASA 表示，沒有一個足夠大的新位置來容納完整的代碼。其實自 11 月 14 日出問題以來，旅行者 1 號收集的所有科學(xué)數(shù)據(jù)均已丟失——該飛船沒有能力存儲科學(xué)數(shù)據(jù)。

因此，工程師們制定了一個計劃，將受影響的代碼劃分為多個部分，并將這些分塊存儲在 FDS 中的不同位置。這不僅僅是復(fù)制粘貼的事：為使該計劃奏效，他們還需要調(diào)整這些代碼分塊，以確保它們?nèi)匀蛔鳛橐粋€整體來運行；FDS 內(nèi)存其他部分中對該代碼位置的任何引用也需要更新。

航行者 1 號宇宙飛船飛行數(shù)據(jù)子系統(tǒng)計算機在 20 世紀(jì) 70 年代的掃描照片。

該團隊首先挑選出負(fù)責(zé)打包航天器工程數(shù)據(jù)的代碼。他們于 4 月 18 日將其發(fā)送到 FDS 內(nèi)存中的新位置。值得一提的是，無線電信號大約需要 22.5 小時才能到達(dá)旅行者 1 號，雖然傳輸?shù)乃俣仁枪馑?，但該探測器目前已距離地球超過 240 億公里——返回的信號也需要 22.5 小時才能回到地球。

一個來回，兩天時間過去了。

帶寬是多少？由于距離遙遠(yuǎn)，雖然 NASA 不斷擴展深空探測網(wǎng)絡(luò)（Deep Space Network），但終究敵不過物理規(guī)律，如今旅行者 1 號的下行傳輸速率是 160 bps，每秒只能傳 160 bit。相比之下，使用新一代 iPhone 拍攝的普通照片大約占用 25 MB。如果旅行者 1 號向地球傳輸這樣一張圖，大約需要 43 到 173 小時。

FDS 上出問題的數(shù)據(jù)流有關(guān)航天器狀態(tài)的信息，例如功率水平和溫度測量值。

其實，旅行者 1 號的計算機至今保持著「連續(xù)開機時長最長計算機」的吉尼斯世界紀(jì)錄，自 1977 年發(fā)射后一直工作到現(xiàn)在沒斷過電，連續(xù)開機時長 40.8 萬個小時。

當(dāng)任務(wù)飛行團隊于 4 月 20 日收到飛船的回復(fù)時，終于傳來了好消息：人們發(fā)現(xiàn)修復(fù)方式有效。五個月來他們第一次能夠檢查飛船的健康狀況和狀態(tài)。NASA 表示，重寫 FDS 系統(tǒng)丟失代碼其余部分的額外命令計劃在未來幾周內(nèi)發(fā)布。

這可以稱得上是目前人類使用的最慢的電腦，被修復(fù)成功了。

值得一提的是，改代碼的方式也很原始。在美國宇航局，如今大多數(shù)宇宙探測器任務(wù)在地面上都有硬件和軟件模擬器，工程師可以在其中測試新程序，以確保它們在將命令上傳到真實航天器時不會造成傷害。但由于年代久遠(yuǎn)，旅行者 1 號沒有任何地面模擬器，而且該任務(wù)的大部分原始設(shè)計文檔仍然是紙質(zhì)的，尚未數(shù)字化。

「看代碼真的是只用眼睛看，」NASA 噴氣推進(jìn)實驗室旅行者項目航天器科學(xué)家 Linda Spilker 說道?！杆晕覀儽仨氝M(jìn)行三次檢查。每個人都在仔細(xì)檢查并確保我們將所有鏈接放在一起?！?/span>

旅行者 1 號，經(jīng)歷了什么

旅行者 1 號的發(fā)射時間是 1977 年 9 月，同一年份發(fā)布的消費級計算機是 Apple II。從很多角度來看，它都稱得上是一個科學(xué)傳奇。

迄今為止，旅行者 1 號已經(jīng)在宇宙中飛行了 46 年又 7 個月。旅行者 1 號目前在沿雙曲線軌道飛行，并已經(jīng)達(dá)到了第三宇宙速度，這意味著它的軌道再也不能引導(dǎo)航天器飛返太陽系了。

旅行者 1 號從地球上發(fā)射后的軌跡。它在 1981 年于土星的位置與黃道分道揚鑣，轉(zhuǎn)往蛇夫座方向前進(jìn)至今。

它由噴氣推進(jìn)實驗室設(shè)計建造，其配有姿態(tài)調(diào)節(jié)控制子系統(tǒng)（ACS），包含 16 個聯(lián)氨推進(jìn)器、三軸穩(wěn)定陀螺儀，以及將探測器的無線電天線指向地球的儀器。該系統(tǒng)還包括了大多數(shù)儀器的冗余單元和 8 個備用推進(jìn)器。旅行者 1 號還擁有 11 個科學(xué)儀器，用于研究如行星等在太空中飛行時可能會遇到的天體。

旅行者 1 號原先設(shè)計的主要目標(biāo)是探測木星、土星及其衛(wèi)星與光環(huán)，設(shè)計壽命僅為 4 年。通過引力彈弓的方式，旅行者 1 號充分利用了 176 年一遇的行星幾何排列，僅使用較少燃料陸續(xù)造訪了木星、土星、天王星和海王星。它現(xiàn)在的任務(wù)已變?yōu)樘綔y太陽風(fēng)頂，以及對太陽風(fēng)進(jìn)行粒子測量。

旅行者 1 號是目前距離人類最遠(yuǎn)的航天器。航行者 2 號是第二遠(yuǎn)的航天器，它們在朝不同的方向飛行。

多年來，NASA 一直利用旅行者 1 號來研究宇宙射線、磁場和星際空間中的等離子體環(huán)境，它已為人類帶來了大量科研成果，也從宇宙深處帶回了壯觀的太空影像，包括木星上的大紅斑、木衛(wèi)一上的活火山。

那張廣為人知的暗淡藍(lán)點（Pale Blue Dot）照片也是其中之一，它是在 1990 年 2 月 14 日，旅行者 1 號徹底關(guān)閉其相機之前看往地球的最后一眼。

旅行者 1 號拍攝的照片《暗淡藍(lán)點》。

當(dāng)時，美國天文學(xué)家卡爾?薩根說服了 NASA 讓控制中心發(fā)出指令，指示旅行者 1 號向后看以拍攝它所探訪過的行星。其中一張拍攝到了地球，在 64 億公里外地球只是太陽光束上的一個小點——這是我們目前所知唯一的家園。

與大多數(shù)依靠太陽能板的人造探測設(shè)備不同，兩艘旅行者號探測器都是以三塊放射性同位素?zé)犭姍C（RTG）作為動力來源。這些「電池」目前已經(jīng)大大超出了設(shè)計壽命，一般認(rèn)為它們會在大約 2030 年之前仍然保持令航天器能夠與地球聯(lián)系的能源。此外，钚核電池能夠保證旅行者號上搭載的科學(xué)儀器繼續(xù)工作至 2025 年。

RTG 燃料容器示意圖，其中的球形物是钚 - 238 氧化物球體。

隨著多年來外太空的惡劣環(huán)境影響，以及電池功率的降低，NASA 已經(jīng)陸續(xù)關(guān)閉了 11 臺科學(xué)儀器中的 6 臺。

旅行者 1 號能夠再運行多久，這本身也是一個科學(xué)實驗。

一旦電池耗盡，旅行者 1 號仍將繼續(xù)向銀河系中心前進(jìn)，但無法再向地球發(fā)回數(shù)據(jù)。

但迄今為止，傳奇仍在繼續(xù)。