Viete ako vyzerá počítač, ktorý je súčasťou toho vôbec najvzdialenejšieho objektu, ktorý postavili ruky človeka? Nedeľník TOUCHIT vážne i nevážne. Nezviazané IT témy na tisíc spôsobov.
Je tam sám, v temnote. Najvzdialenejší ľudský výtvor, rútiaci sa prázdnym vesmírom, v mrazivom tichu. Aj keď z neho posledný dotyk človeka už dávno odvial čas, nie je mŕtvym kusom kovu. V jeho útrobách neprestajne tiká počítač, fungujúci už 40 rokov.
Pri teplote troch stupňov nad absolútnou nulou a neprítomností akéhokoľvek referenčného bodu sa možno na pohľad zdá, že stojí na mieste, zavesený v prázdnote. Zdanie však klame a povedať o Voyageri, že letí rýchlo ako strela, by bola hrozná urážka.
Pri rýchlosti, ktorá mu zabezpečuje utrhnutie z masívneho gravitačného údolia našej hviezdy, urazí vzdialenosť medzi Bratislavou a Košicami za 18 sekúnd. Aj napriek tomu, že Slnko ho neprestajne ťahá svojou gravitačnou rukou a spomaľuje ho, už nikdy ho nedokáže vrátiť späť. Neviditeľná reťaz sa napokon celkom pretrhne.
Voyager je jednou z piatich sond ľudstva, ktoré letia dostatočne rýchlo na to, aby opustili Slnečnú sústavu. Vďaka tomu, že Voyager použil silný gravitačný prak najväčších planét našej sústavy, predbehol už pred dvoma desaťročiami svojich mŕtvych predchodcov (Pioneer 10 a Pioneer 11) a nikdy ho nedobehne ani jeho sesterská sonda Voyager 2 (náskok vďaka rýchlosti 61 200 km/h stále zväčšuje) a ani najnovší prírastok do tejto rodiny v podobe sondy New Horizons, ktorá nedávno navštívila Pluto.
Voyager je tak nedostižne vpredu a uháňa neprestajne vpred. Ako jediný už pred rokmi preletel heliopauzou a vstúpil ako prvý výtvor človeka do medzihviezdneho priestoru.
Počítač 20 000 000 000 km od domova
Zo vzdialenosti 20 miliárd kilometrov je Slnko už len ďalšou hviezdnou na oblohe. Ak chcete získať dobrý pocit, ako ho Voyager v súčasnosti vidí, stačí sa pozrieť na našu nočnú oblohu. Tie najjasnejšie „hviezdy“ ktoré zbadáte, sú obvykle planéty Jupiter alebo Venuša. A zhruba takto odlíšene vidí Voyager naše Slnko od iných hviezd.
Je dych berúce, že so sondou stále komunikujeme a jej počítač je stále v prevádzke. Aj keď sonda vyštartovala zo Zeme už v septembri 1977, jej termonukleárny generátor stále poskytuje dostatok energie na jeho chod. Počítač je pravdaže ešte o niečo starší, pretože bol projektovaný, programovaný a napokon osadený do tela sondy v priebehu jej stavby a testovania v rokoch 1972 až 1977.
Voyager je pokročilou medziplanetárnou sondou a z tohto dôvodu je jeho hardvér silno redundantný. V základe obsahuje tri druhy počítačov, avšak každý z nich má pre prípad poruchy na palube aj svoje identické dvojča. Dohromady je teda počítačov šesť, avšak v rámci prevádzky vždy fungovala v jeden moment len jedna trojica.
Počítače vyrobila firma General Electric na základe požiadaviek NASA, respektíve laboratória JPL, ktoré sa stará o stavbu sond a rakiet.
Hlavný počítač Voyageru sa označuje ako CCS, čo je skratka pre Počítačový príkazový systém (Computer Command System). Tvorí ho 18-bitový procesor a 8 kilobajtov operačnej pamäte. Druhý počítať je FDS, ktorý má na starosti letové dáta a preberanie dát z vedeckých prístrojov (Flight Data System), pričom ho tvorí 16-bitový procesor a 16 kB pamäte. A napokon je tu ešte tretí počítač, nazvaný AACS, slúžiaci na ovládanie manévrovacích dýz (Attitude and Articulation Control System). Používa 18-bitový procesor a 8 kB pamäte.
Logické obvody hlavného počítača
Hlavný počítač CCS je neprestajne spustený, pričom okrem iného kontroluje a riadi aj tie ostatné dva. Keďže obvykle neboli počítače FDS a AACS potrebné súčasne, sonda prevádzkovala zvyčajne len jeden alebo dva počítače naraz (iba CCS, alebo CCS a nejaký iný). Hlavný počítač obsahuje aj systémy na korekciu chýb, ktoré medziplanetárnom priestore ľahko vzniknú napríklad vletením subatomárnej častice do pamäte (počítače na Zemi sú chránené magnetickým poľom Zeme).
Všetky počítače pochádzajú ešte z doby pred vynájdením DRAM, takže ich operačná pamäť neobsahuje tranzistory. Pred DRAM érou sa používali feritové pamäte s magnetickým jadierkom, ktoré pozostávali z hustej mriežky izolovaných vodičov. V miestach kde sa drôtiky vodičov pretínali bolo zapletené magnetické feritové jadierko v tvare malého prstienka, ktoré slúžilo na záznam bitu.
Plated wire memory alias pamäť z oplášťovaných drôtov
Voyager má na palube vylepšenú variáciu tejto pamäte, ktorá pôvodne vznikla v Bellových laboratóriách. Pri nej sú jadierka nahradené opláštením vodičov zlúčeninou železa a niklu, takže bit nie je zaznamenaný zmagnetizovaním jadierka, ale samotného vodiča. Z tohto dôvodu sa nazýva ako Plated wire memory, čo sa dá voľne preložiť ako pamäť z oplášťovaných drôtov.
Z hľadiska procesorov ide o čipy z konca éry pred klasickými CPU, ktoré poznáme dnes. Tomu pravdaže zodpovedá aj ich výkon. Hlavný časovač sondy v podobe oscilátora síce generuje frekvenciu 4 MHz, avšak tá je následné konvertovaná na rôzne potreby prístrojov sondy a samotné procesory ako také fungujú na frekvencii 250 KHz.
Časť operačnej pamäte
Typická inštrukcia trvá týmto procesorom približne 80 mikrosekúnd, čím sa dostaneme zhruba na výkon 8000 inštrukcií za sekundu. Procesory ktoré dnes používame v bežných počítačoch ich za takúto dobu vykonajú desiatky až stovky miliárd.
Zaznamenávané dáta z vedeckých prístrojov ukladajú počítače na magnetickú pásku. Dát je pravdaže dnes už len minimum, pretože sonda letí takmer v prázdne. Stále sú však veľmi cenné v súvislosti so zmenou toku detegovaných častíc a merania rozdielu medzi heliosférou a medzihviezdnym priestorom.
Počítač AACS
Anténa sondy na túto masívnu diaľku dokáže pretlačiť 20 000 bitov za sekundu (2,5 kB), ktoré na Zem doletia rýchlosťou svetla za 19 hodín a 6 minút. Výkon vysielača na úrovni 22,4 W však znamená, že pri Zemi je už signál redukovaný na jednu miliardtinu wattu. Hlásenia Voyageru sú tak dnes už schopné prijať len tie najväčšie antény komunikačného systému Deep Space s priemerom 70 metrov.
Hľadá sa mladý programátor vo veku 50 až 60 rokov
Termonukleárny generátor bude schopný Voyageru poskytovať energiu skoro ešte jednu celú dekádu. Spotreba sondy už je neveľká, pretože väčšina vedeckých systémov bola už pred mnohými rokmi vypnutá. Bolo to však logické, nakoľko slúžili na prieskum planét a dnes už nie sú potrebné. V prevádzke zostáva magnetometer a detektory plazmy a kozmických častíc.
Subsystémy sondy spotrebovávajú zhruba 3 W, pričom softvéroví inžinieri sa pokúšajú okresať všetko na minimum, predlžujúc tak životnosť. Obsluha takto starých systémov je pravdaže neľahká. Miznú totiž ľudia, ktorí sú toho schopní.
Takto to vyzeralo v programovom oddelení NASA pri programovaní Voyageru
Pôvodný softvér bol písaný v programovacom jazyku Fortran, ktorý pochádza z 50. rokov minulého storočia. Sprvu šlo o Fortran 5, ale neskôr bola väčšina prepísaná vo Fortrane 77. Nejde pri tom o to, že by už na svete nebol nikto, kto Fortan pozná, alebo by sa ho dokázal naučiť. Ide o to, že je použitá architektúra počítača o ktorej dnes už nie je ani chýru ani slychu. Už vo svojej dobe bola totiž navrhnutá na mieru a ide vlastne o unikát.
Nie je problém nájsť popis toho, na čo ktorá časť softvéru slúži (z dokumentácie), avšak odpovedať na otázku, prečo presne bola takto navrhnutá, je už často len odhadom. Pôvodný návrhári buď už nežijú, alebo sú v dôchodku. Aj keď sú síce potenciálne dostupní na diskusiu, predsa len už ide o 40 až 45 ročné spomienky a tie nemusia byť vždy správne. Znalosti o systéme sa tak postupne vytrácajú.
V čase vypustenia Voyagerov nikto ani nedúfal, že by sondy vydržali v prevádzke tak dlhú dobu. Posledným relatívne dostupným softvérovým inžinierom NASA/JPL, ktorý s týmito počítačmi pracoval prakticky od začiatku, je dnes 80 ročný Larry Zottarelli. Od roku 2016 je však prakticky na dôchodku a NASA rieši jeho vhodnú náhradu.
Larry Zottarelli. Posledný pôvodný softvérový inžinier Voyageru v NASA
V tomto prípade pravdaže situáciu nevyrieši žiadny mladík zo Silicon Valley, ktorý programuje v jazykoch ako Ruby, Rails či C++. NASA si v súčasnosti vyberá so Zottarelliho pomocou vhodných kandidátov, pričom ich vek je obvykle v rozsahu 50 až 60 rokov.
Smrtiaca porucha, ktorá počítače vyradí z prevádzky, môže prísť pravdaže kedykoľvek. Nikto by sa už tomu nečudoval. To však platí nielen dnes, ale už niekoľko dekád. Časť letového softvéru bola po skončení planetárnej časti misie prepísaná a dnes je sonda pri svojom lete v medzihviezdnom priestore značne autonómna.
Beží na nej cyklická procedúra vykonávajúca väčšinu aktivít, ktoré sú zatiaľ podľa potreby dopĺňané o sekvencie poslané zo Zeme každé tri mesiace. Na to aby programátori vôbec dostali potvrdenie, že sa niečo deje, si pravdaže musia počkať. Dáta totiž musia na sondu najprv priletieť a informácie o prijatí a prevádzke následne zas letia nazad, čo je ping na úrovni 38 hodín a 11 minút.
Menšie 35 m antény systému Deep Space už na kontakt s Voyagerom nestačia
Treba použiť tie 70 metrové
Z dôvodu stále klesajúceho množstva dostupnej energie bude po roku 2020 nutné vypnúť ďalšie vedecké vybavenie. Jeden alebo dva detektory by sa ale mohli dať potenciálne prevádzkovať až do roku 2025. Po vypnutí všetkého vedeckého vybavenia môže počítač Voyageru teoreticky ešte na zvyšku energie fungovať a posielať aspoň svoje diagnostické dáta a to až do roku 2036. Potom už ani výkon najväčších pozemských komunikačných antén nebude na prijatie signálu stačiť.
Veľká jazda medzihviezdnym priestorom
Misia Voyager je stelesnením idei tzv. Veľkej planetárnej jazdy, v rámci ktorej sondy prechádzajú celou vonkajšou slnečnou sústavou pomocou gravitačnej asistencie jednotlivých planét. Tento nápad sa zhmotnil v roku 1964 vo vývojovom a výskumnom centre JPL (Jet Propulsion Laboratory), ktoré sa stará o vývoj raketových systémov, sond a družíc pre NASA.
Raketový inžinier Gary Flandro v tom čase upozornil, že na konci nasledujúcej dekády, teda na konci 70. rokov 20. storočia, sa Jupitera, Saturn, Urán a Neptún dostanú do polohy, v rámci ktorej by ich bolo možné navštíviť jedným letom sondy. K tomu ideálnemu zoradeniu pri tom dochádza len každých 175 rokov a bolo by škoda ho nevyužiť.
Misia ktorú dnes poznáme pod menom Voyager bola schválená v roku 1972, na základe čoho JPL začať prípravu a stavbu dvoch sesterských sond: Voyager 1 a Voyager 2. Obe mali navštíviť Jupiter a následne Saturn, kde sa ich cesty rozišli. Kým Voyager 2 pokračoval ako prvá sonda v histórii k Uránu a následne Neptúnu, Voyager 1 sa výrazne odchýlil mimo rovinu obehu hlavných planét a blízkym preletom navštívil najväčší Saturnov mesiac – Titan.
Ten bol mimoriadne žiadaným cieľom, pretože je v Slnečnej sústave jediným mesiacom, ktorý má atmosféru. Ako dnes už vieme, je okrem Zeme aj jediným telesom v Slnečnej sústave kde prší a tvoria sa rieky a jazerá (z dôvodu teploty −179.5 °C však nie z vody, ale z kvapalného metánu).
Voyager 2 vyštartoval ako prvý 20. augusta 1977 a Voyager 1 ho nasledoval o pár dní neskôr, 5 septembra. Voyager 1 vďaka väčšej rýchlosti svoju sesterskú sondu predbehol a okolo Jupitera preletel v marci 1979 a okolo Saturnu a Titanu v novembri 1980. Voyager 2 ho nasledoval v júli 1979 okolo Jupiteru, v auguste 1981 okolo Saturnu, v januári 1986 okolo Uránu a napokon v auguste 1989 okolo Neptúnu.
Aj keď hlavná planetárna časť misie skončila už pred mnohými desaťročiami, ani zďaleka nie je po všetkom. Voyager totiž má ešte jednu zvláštnu a veľmi vznešenú misiu. Na svojom tele má pripevnenú špeciálnu gramofónovú platňu zo zmesi medi a zlata, na ktorej je vyrytý obrázkový postup, ako skonštruovať prehrávacie zariadenie z jednoduchej ihly a rotora.
Spodná strana platne nesie záznam, na ktorom je uložené obrazové a zvukové posolstvo ľudstva. Ak by sa v budúcnosti stalo, že na sondu narazí cudzia inteligentná rasa, môže si ho prehrať a dozvedieť sa, že sme tu boli.
Kompletný obrazový obsah môžete vidieť na tejto galérii. Kruh slúži na úvodnú kalibráciu a tento snímok je totožný s vyrytým symbolom na opačnej strane platne, aby prípadný čitateľ vedel, že dáta dekóduje správne. Nasledujúca snímka ukazuje obrázok galaxie a našu polohu v nej, ktorá je popísaná formou triangulácie frekvencie pulzarov (pozostatkov hviezd, ktoré vysielajú konkrétne frekvencie a môžu tak slúžiť ako maják po milióny až miliardy rokov). Následne sú ustanovené základné matematické a fyzikálne princípy, čo je použité ako univerzálny jazyk, ktorý pochopí každá vyspelá rasa.
Na všetko stačí, aby rozpoznala schému najjednoduchšieho a najrozšírenejšieho atómu vo vesmíre – vodíku. Je znázornená jeho schéma a fundamentálna transformácia, čo je použité na odvodenie mierky času (sekundy, minúty, hodiny, dni, roky) a váhy (g, kg). Podľa generovanej vlnovej dĺžky žiarenia sú následne odvodené dĺžkové miery v podobe centimetrov, metrov a kilometrov. To všetko je využité na popis našej Slnečnej sústavy, kde sú ponúknuté priemery a vzdialenosti jednotlivých planét od Slnka. Polčas rozpadu uránu-238 z termonukleárneho generátoru pri tom funguje ako hodiny, ktoré prezradia, pred koľkými miliónmi rokov bola sonda vypustená.
Platňa ďalej nesie 118 fotografií predstavujúcich ľudskú rasu a náš spôsob života. Znázornená je takisto naša telesná stavba a takisto to, na čom je založená naša forma života (DNA, vrátane popisu chemických prvkov). Zvuková časť platne následne obsahuje pozdravy v 55 jazykoch, spev veľryby, zvuky sveta vrátane dažďa a štekotu psa a takisto záznam mozgových vĺn mladej čerstvo zamilovanej ženy. Prítomných je aj 90 minút hudby v podobe skladieb Bacha, Mozarta, Beethovena a ďalších klasikov, vrátane modernejšej hudby, ktorú reprezentuje Chuck Berry a jeho Johnny B. Goode.
Vedecký tím stojaci za správou pravdaže vedel, že šanca na to, že na záznam narazí nejaká cudzia vyspelá civilizácia, je takmer nulová. Voyager je na kozmickej mierke totožný so zrnkom prachu, ktoré letí v takmer nekonečnej prázdnote a tichosti.
Avšak na tom zas až tak príliš nezáleží. Môžeme pri tom parafrázovať Carla Sagana, jedného z astrofyzikov, ktorý sa na sonde a výbere správy podieľal:
Je veľmi pravdepodobné, že naša správa hodená do oceánu vesmíru nikdy nebude nikým zachytená. Avšak Voyager po svojom odmlčaní bude putovať galaxiou stovky miliónov a miliardy rokov. Platňa je vďaka svojmu materiálu mimoriadne stabilná a jej životnosť v kozmickom vákuu môže byť pokojne aj 5 miliárd rokov.
A päť miliárd rokov je veľmi dlhá doba. Za 5 miliárd rokov už darmo budeme hľadať vo vesmíre ľudí. Naša rasa buď vyhynie, alebo sa evolučne vyvinie do celkom iných bytostí. Zem bude na nepoznanie zmenená, kontinenty sa celkom pretvoria, alebo rozpadnú. Súčasné alebo minulé artefakty a stavby ľudstva už dávno budú eróziou zmenené na prach.
No a životný cyklus Slnka, ktoré v tomto časovom horizonte prejde fázou červeného obra, nevyhnutne spáli Zem na uhol, alebo ju pohltí do svojich útrob.
A Voyager, ďaleko od domova, nedotknutý týmito vzdialenými udalosťami
nesúci spomienky na svet ktorého už viac niet
poletí ďalej…
Nedeľník TOUCHIT hľadajte na našom webe ako inak než v nedeľu. Ak ste predchádzajúce zmeškali, nájdete ich všetky pod rovnomenným kľúčovým slovom.
