NASA khôi phục liên lạc với Voyager 1: bí quyết sửa mã trên con tàu 49 tuổi

Cảm giác chờ đợi giữa một căn phòng im lặng và tiếng reo hò vỡ òa: đó là bức tranh khi nhóm phụ trách nhiệm vụ Voyager 1 nhận được tín hiệu trả lời sau nhiều tháng nỗ lực. Con tàu, đã hoạt động gần nửa thế kỷ và hiện nằm ngoài vùng ảnh hưởng của Hệ Mặt Trời, đã bị lỗi khiến dữ liệu gửi về bị méo — nhưng nhờ sáng tạo kỹ thuật trên mặt đất, liên lạc cuối cùng được phục hồi.

Mô phỏng tàu vũ trụ Voyager 1 tiến vào vùng không gian liên sao.

Áp lực từ khoảng cách và thời gian trễ của tín hiệu

Một thách thức căn bản khi làm việc với Voyager 1 là khoảng cách khổng lồ đến Trái đất: con tàu đang cách hơn 24 tỷ km. Tín hiệu gửi đi mất khoảng 22,5 tiếng để đến tàu, và cần thêm 22,5 tiếng để nhận phản hồi — nghĩa là mỗi phiên thử lệnh thực chất kéo dài gần hai ngày để biết kết quả.

Vào giữa quãng thời gian thử nghiệm kéo dài, đội kỹ sư phát hiện rằng mặc dù Voyager 1 vẫn phản hồi, phần dữ liệu gửi về — gồm thông tin khoa học và báo cáo tình trạng hệ thống — hoàn toàn bị bóp méo, không thể giải mã. Tình huống này đặt ra nhiều câu hỏi: lỗi nằm ở phần mềm hay phần cứng? Có thể sửa từ xa không? Và làm sao thay đổi mà không làm gián đoạn hoạt động của tàu?

Phát hiện: một trong ba máy tính bị tổn thương

Sau điều tra, nhóm nhận định vấn đề bắt nguồn từ một trong ba máy tính trên tàu. Nguyên nhân được trình bày ở dạng khả năng lớn nhất: một lỗi phần cứng, có thể liên quan đến tuổi thiết bị hoặc tác động của bức xạ vũ trụ, đã làm hỏng một phần mã lưu trong bộ nhớ. Hệ quả là các gói dữ liệu quan trọng trở nên vô nghĩa khi về đến Trái đất.

Điều làm tình huống trở nên khó hơn là giới hạn tài nguyên của hệ thống trên Voyager 1. Công nghệ trên tàu ra đời từ cuối thập niên 1960 và 1970; bộ nhớ lưu trữ rất nhỏ, được so sánh bởi các kỹ sư là tương đương với dung lượng bộ nhớ trong của một chìa khóa ôtô điện tử ngày nay. Đó là lý do không thể đơn giản gửi một phiên bản chương trình lớn hơn và ghi đè trực tiếp lên chỗ lỗi.

Chiến lược giải quyết: chia nhỏ mã và phân bố lại trong bộ nhớ

Đối mặt với giới hạn đó, nhóm chuyên gia thiết kế một lộ trình kỹ thuật táo bạo: chia đoạn mã cần sửa thành nhiều phần nhỏ hơn, sau đó lưu trữ từng phần vào các khu vực khác nhau trong bộ nhớ còn tốt. Bằng cách này, mã đầy đủ được phân mảnh để vừa khít với không gian lưu trữ hạn chế của tàu.

Trong quá trình triển khai, các kỹ sư phải đảm bảo hai điều cùng lúc: cập nhật phần bị lỗi và duy trì hoạt động liền mạch của hệ thống. Việc này đòi hỏi soạn lệnh cẩn trọng, kiểm tra logic theo tay và tỉ mỉ rà soát từng dòng mã trước khi phát đi. Do không có mô phỏng hoàn chỉnh trên đất liền, đội chỉ có thể dựa vào phân tích cẩn trọng và đánh giá chuyên môn để giảm rủi ro.

Theo lời một thành viên nhóm, ba người đã trực tiếp đọc lại từng dòng mã mà họ muốn gửi lên, tìm mọi khả năng sai sót bằng phương pháp thủ công. Công việc này giống như một vòng kiểm duyệt bằng mắt — cần tập trung cao độ vì mỗi lệnh gửi đi phải chờ gần hai ngày mới có phản hồi.

Khôi phục liên lạc và trạng thái các thiết bị

Sau khoảng năm tháng làm việc, nhóm thông báo rằng Voyager 1 đã trả lời tín hiệu vào ngày 20/4. Khoảnh khắc con tàu gửi phản hồi khiến cả phòng điều khiển vỡ òa: tiếng reo hò, những cái ôm và sự nhẹ nhõm sau thời gian dài căng thẳng.

Thông tin cập nhật ban đầu cho thấy các dụng cụ khoa học trên tàu vẫn bật và có vẻ hoạt động; tuy nhiên, việc thu nhận đầy đủ dữ liệu khoa học cần thêm thời gian vì quá trình truyền các gói dữ liệu lớn phải được điều phối cẩn trọng. Một bản tin ghi nhận tình trạng này được báo cáo đến công chúng vào ngày 27/4.

Voyager 1 cùng “anh em” Voyager 2 được phóng vào năm 1977 nhằm khảo sát vùng ngoài của Hệ Mặt Trời. Kể từ khi rời bệ phóng, hai con tàu trở thành những nhiệm vụ kéo dài lâu nhất của NASA. Các kỹ sư dự đoán chúng có thể tiếp tục hoạt động đến những năm 2030, tùy vào lượng điện và tình trạng các bộ phận.

Ý nghĩa văn hóa và di sản khoa học

Bên cạnh giá trị khoa học, hai tàu còn mang theo những thông điệp nhân loại: đĩa ghi vàng chứa hình ảnh, âm thanh, âm nhạc, tiếng động vật, tiếng cười và lời chào bằng nhiều ngôn ngữ. Những vật phẩm này được thiết kế như thông điệp để lại cho bất kỳ nền văn minh hay nhà du hành nào sẽ tìm thấy chúng trong tương lai xa.

Một thành viên của nhóm nhắc đến viễn cảnh rằng trong khoảng 40.000 năm, một trong hai tàu có thể đến gần một ngôi sao khác và được phát hiện. Dù đó là kịch bản rất xa, ý tưởng về “đại sứ thầm lặng” vẫn làm nổi bật tầm nhìn dài hạn của nhiệm vụ.

Bài học cho các sứ mệnh lâu dài

Cuộc khôi phục liên lạc với Voyager 1 cho thấy nhiều bài học quý giá cho các sứ mệnh tương lai: khả năng vận hành và sửa chữa phần mềm từ xa trên nền phần cứng cũ, vai trò quan trọng của phân tích thủ công khi thiếu mô phỏng, và tầm quan trọng của thiết kế hệ thống có khả năng chịu lỗi. Những kinh nghiệm này sẽ hữu ích cho các dự án từng phải đối mặt với giới hạn tiên quyết như thời trễ liên lạc và bộ nhớ hạn chế.

Ngoài ra, sự kiện nhắc nhở cộng đồng khoa học rằng việc duy trì và vận hành một sứ mệnh không kết thúc sau khi phóng; phần lớn công việc thực tế diễn ra trên mặt đất, giải mã, điều chỉnh và thích nghi liên tục với tình huống ngoài dự kiến.

Các câu hỏi thường gặp

Voyager 1 hiện cách Trái đất bao xa?

Báo cáo cho biết vị trí của Voyager 1 vượt quá 24 tỷ km tính từ Trái đất, nên mỗi lệnh gửi đi và phản hồi mất lần lượt khoảng 22,5 tiếng.

Tại sao không thể cài đặt lại mã bằng một bản lớn hơn?

Bộ nhớ trên Voyager 1 rất hạn chế; mã mới nếu quá lớn sẽ chiếm chỗ lưu trữ cần thiết cho các chức năng khác. Vì vậy, đội phải phân mảnh mã thành nhiều phần nhỏ để phù hợp với không gian khả dụng.

Đĩa ghi vàng mang theo con tàu chứa gì?

Đĩa ghi vàng gồm hình ảnh và âm thanh đại diện cho cuộc sống trên Trái đất: âm nhạc, tiếng động vật, tiếng cười và lời chào bằng nhiều ngôn ngữ—những thông điệp văn hóa nhân loại để lại cho tương lai.

Kết luận

Việc khôi phục liên lạc với Voyager 1 là chiến thắng của sự kiên trì, tư duy sáng tạo và kỹ năng thủ công trong kỹ thuật phần mềm — tất cả diễn ra trong hoàn cảnh không có quyền thử nghiệm trực tiếp trên mô phỏng. Khi con tàu tiếp tục gửi về dấu vết của vùng liên sao, thành công này nhắc chúng ta rằng quản trị dài hạn và khả năng ứng biến là yếu tố sống còn cho các sứ mệnh khám phá không gian.

Để hiểu rõ thêm bối cảnh những phát hiện ngoài hành tinh và ảnh hưởng của chúng đến nghiên cứu thiên văn, bạn có thể tiếp tục đọc các phân tích liên quan dưới đây.

Tiếp nối góc nhìn về nhiệm vụ Voyager, nếu bạn muốn khám phá chứng cứ và luận giải về một khối kim loại lớn ẩn sâu trong chảo Aitken trên Mặt trăng, bài viết bằng chứng về mỏ kim loại sâu trong chảo Aitken trình bày phân tích từ dữ liệu và ý nghĩa của phát hiện này cho khoa học vũ trụ.

Nếu chủ đề về quan sát vũ trụ bằng kính thiên văn hiện đại khiến bạn tò mò, có một bài phân tích chi tiết về bức ảnh thấu kính hấp dẫn do James Webb ghi nhận, mổ xẻ hiện tượng ánh sáng bị uốn cong quanh cụm SDSS J1226+2149 trong ảnh thấu kính hấp dẫn SDSS J1226+2149 của Webb, hữu ích cho ai muốn hiểu vai trò của NIRCam và ý nghĩa dữ liệu.

Với những người quan tâm đến khía cạnh trải nghiệm con người và giải thích khoa học về những cảm giác kỳ lạ trước cái chết, bài viết tổng hợp các trường hợp và luận giải y học, tín ngưỡng trong tổng hợp bằng chứng và lời kể về linh cảm trước chết sẽ giúp phân biệt trải nghiệm, niềm tin và bằng chứng khoa học một cách rõ ràng.