¿Cómo sigue funcionando la Voyager 1?

Los Voyagers han sido tan confiables debido a un diseño cuidadoso, además de mucha redundancia .

Voyager emplea tres sistemas informáticos redundantes duales por nave espacial. El primero, el CCS, es casi idéntico al que voló en Viking, realizando funciones de secuenciación y salud de la nave espacial junto con otras nuevas necesarias por la adición de las otras computadoras. El formateo y la transmisión de datos de telemetría manejados por el Sistema de datos de vuelo se realizan en Voyager con la ayuda de una computadora hecha a la medida. El control de actitud y la articulación de la plataforma de escaneo se logran con el tercer sistema informático.

Un concepto de la computadora STAR propuesto para TOPS, aplicable a Voyager, es la latencia. El personal del proyecto del JPL creía que el equipo duraría más si no tenía energía4. Aunque ambos CCS siempre están encendidos, rara vez funcionan ambos sistemas de datos de vuelo, y ambas computadoras de control de actitud nunca se encienden al mismo tiempo. La redundancia bit por bit completa no se mantiene en las memorias duales. Por ejemplo, no es necesario mantener los algoritmos "expandidos", como la secuencia de despliegue ejecutada poco después de la separación del refuerzo5. Ambas memorias son accedidas por el único procesador activo en cada sistema. El sistema de datos de vuelo guarda una copia de sus instrucciones en ambas memorias, pero los datos intermedios y las variables se pueden almacenar en cualquiera de las dos memorias.

Los Voyagers se actualizan regularmente durante el vuelo con nuevo software:

La programación en vuelo permitió cargar regularmente nuevas rutinas y programas en la memoria no volátil y eliminó la necesidad de requerir grandes cantidades de memoria a bordo.

Está asumiendo que estas computadoras no se pueden reiniciar. El FDS de Voyager 2 se reinició en 2010 , por ejemplo.

Los ingenieros reiniciaron con éxito una computadora a bordo de la Voyager 2 que causó un cambio inesperado en el patrón de datos, y la nave espacial reanudó el envío de datos científicos con el formato adecuado a la Tierra el domingo 23 de mayo. Los gerentes de la misión en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, habían estado operando la nave espacial en modo de ingeniería desde el 6 de mayo. Tomaron esta acción mientras rastreaban la fuente del cambio de patrón hasta el cambio de un solo bit en la computadora del sistema de datos de vuelo que empaqueta los datos para transmitirlos a la Tierra. En la próxima semana, los ingenieros verificarán los datos científicos con los científicos del equipo Voyager para asegurarse de que los instrumentos a bordo de la nave espacial estén procesando los datos correctamente.

Las naves espaciales en general están construidas para asegurar que las operaciones puedan continuar incluso si ocurren errores. Por lo general, tienen sistemas de vigilancia: un circuito simple fuera de la computadora principal que puede ordenar un reinicio si la computadora principal no responde durante demasiado tiempo. También tienen modos de emergencia: programas simples que aseguran que la sonda aún pueda comunicarse si los programas principales han fallado.

Como se inició en Mariner X, se almacenó una secuencia de respaldo de desastres en la memoria CCS de la Voyager 2 para el encuentro con Urano y, más tarde, para el encuentro con Neptuno. Requerido debido a la pérdida de redundancia después de que el receptor de radio principal desarrollara un cortocircuito interno, la secuencia de respaldo ejecutará secuencias mínimas de experimentos y transmitirá datos a tierra; ocupa el 20% de la memoria 4K.

La confiabilidad comienza en la fase de diseño .

• usaron piezas de alta calidad con clasificación espacial

• diseñaron la nave espacial para que las partes siempre estuvieran dentro de sus tolerancias (es decir, las partes no se usaron a plena potencia o cerca de sus límites de temperatura)

  Si un componente basado en silicio se diseñara para funcionar a una temperatura de unión de 110 °C, los ingenieros del JPL utilizarían una combinación de reducción de temperatura de unión y altas temperaturas de proto-vuelo para que las temperaturas de unión nunca superaran los 65 °C. Se realizó una reducción de temperatura similar para las piezas de GaAs, que normalmente se diseñaron para funcionar a 130 °C.

• minimizaron el ciclo térmico: la nave espacial se mantuvo a una temperatura constante y los componentes electrónicos se dejaron encendidos en lugar de apagarse

• el diseño se sometió al análisis del peor de los casos:

  Se analiza un circuito para determinar si funcionará correctamente si todos los parámetros ambientales y relacionados con las piezas se "apilan" en sus niveles más desfavorables. Jones explicó cómo funciona esto: "Si la ganancia de una parte está en su peor caso a alta temperatura, entonces selecciona esa ganancia, y si la parte de al lado tiene un rendimiento más bajo a una temperatura muy baja, entonces selecciona ese parámetro".

El equipo de ingeniería de la Voyager ignoró a sus superiores que solo querían un diseño que durara para los 4 encuentros planetarios:

Mirando los testimonios de los ingenieros de cuando se construyó, Dodd dijo que a los diseñadores originales se les dijo que no se preocuparan por alcanzar el espacio interestelar y que se concentraran en asegurarse de que las Voyagers pudieran observar Júpiter y Saturno.

“Básicamente, ignoraron esas direcciones, asintieron con la cabeza e hicieron lo que querían para que fuera capaz de llegar al espacio interestelar”, dijo.

En cuanto a la tensión mecánica:

Como Uwe ha señalado en los comentarios, no hay una gran tensión mecánica en la sonda en ningún momento de la misión después del lanzamiento.

Los propulsores causan tensión, pero no más que un máximo combinado teórico de 13,3 N distribuidos entre 16 propulsores. Las estructuras de carga están diseñadas para manejar esto.

Durante la totalidad de una asistencia por gravedad, la nave espacial está en caída libre, por lo que no experimentará ninguna aceleración. Solo habrá una pequeña fuerza de marea debido a que un extremo de la nave espacial está ligeramente más cerca del cuerpo central que el extremo opuesto.

En cuanto al estrés térmico, la absorción de calor es un problema, pero el fabricante del propulsor se asegura de que los propulsores estén adecuadamente enfriados por radiación. Otros componentes pueden ver algo de radiación de calor de la pluma de los propulsores, pero es importante tener en cuenta que estas cosas son pequeñas y, para empezar, no producen mucho calor.