星途重启：244亿公里外的「旅行者1号」，修好了
2024年4月20日，旅行者1号工程团队时隔5个月，终于重新收到了来自47年前所发射的探测器传回的有效数据。
▲收到数据当天，工程团队成员在NASA喷气动力实验室的会议室中欢呼。
01.关于旅行者1号
在当下5G和WIFI已经普及的时代，NASA喷气动力实验室中掌握着最前沿航天技术的工程师们依然在顽强地使用相当于5G通信百万分之一的带宽与旅行者1号这台上世纪70年代出厂的老爷机保持联络，绞尽脑汁地维护其正常运转，并试图从传回的数据中找出一些能发表在《自然（Nature）》和《科学（Science）》上的发现。之所以能让工程师们如此倾情，只因它已经突破了太阳风所能影响的范围，看到了人类从未看到的景象。
旅行者1号是距离地球最远的人造航天器，发射于1977年，是一艘无人外太阳系核动力太空探测器，携带有105千克的科学探测仪器。它在1980年就已完成其原先的主要目标：探测木星、土星及其卫星与环，同年起开始了一项拓展任务：探索日球层顶的区域和边界。截至2024年5月10日15时，旅行者一号已距离地球244亿公里（162.73425755 AU）。
▲1990年2月14日，在探测任务全部完成后，工程师们决定关闭相机以节约能源。旅行者1号在离地球60亿公里外最后一次拍下了它眼中的地球。这张有史以来拍摄距离最遥远的地球肖像，被命名为“黯淡蓝点”（地球甚至没有占据一个完整的像素）。
02.故障及修复
在漫长的47年中，旅行者1号曾遭遇过「拒绝执行命令」、「二进制位翻转」等多次故障，但最终都化险为夷。
本文开头所提到的故障最早被发现于2023年11月19日。按原有设定，旅行者1号的飞行数据系统（Flight Data Subsystem，FDS）负责打包探测与状态数据，通过遥测调制装置（Telemetry Modulation Unit，TMU）和无线电发射器将数据以二进制代码的形式发回地球。故障发生后，旅行者1号不断发送重复的“1”和“0”乱码，不再携带任何有效的数据。
经过一系列检查，工程团队在今年3月证实，本次故障的原因在于负责存储FDS内存的3块芯片之一出现了故障，故障原因则可能是芯片老化或宇宙射线撞击。尽管因故障芯片而受损的内存仅占约3%，但这个47岁的老爷机已经没有足够大的空间来容纳完整代码，因此只能将这些受损代码划分为多个部分，分散存储在剩余芯片中。为了保证位置调整后的代码仍能作为一个整体来运行，FDS内存其他部分中对受损代码位置的引用也都需要同步更新，难度不低。
尤其是受到带宽影响，从地球发出的指令需要22.5小时才能到达探测器，也就是说每次发出的指令需要等待45小时才能收到回应。2024年4月18日位置调整代码发出后，在4月20日，历时5个月，工程团队终于成功接收到了旅行者1号发回的状态数据，这表明故障修复已经生效。后续，NASA将重新调整FDS的代码和其他受影响部分，使其恢复探测数据的发送。
可以说，这台当前人类仍在使用的最慢的电脑，被成功修复了。
03.修复方式及创新
在修复方式的选择上，由于这台年代久远的旅行者1号大部分的原始设计文档仍是尚未数字化的纸质文档，因此只能使用最为原始的方法。“看代码真的是只用眼睛看，”NASA 喷气推进实验室旅行者项目航天器科学家Linda Spilker说道，“所以我们必须进行三次检查，以确保将所有链接放在一起”。
然而，对于当下代码量庞大的各类探测器或其他航天设备来说，显然已有更优解：大部分航天设备都在地面配备有硬件和软件模拟器，如近几年大热的“数字卫星”。数字孪生的技术支持工程师在脱离硬件环境的情况下测试新程序，以确保程序上传至真实设备时不会造成伤害。
天目全数字实时仿真软件SkyEye，是一款基于可视化建模的硬件行为及仿真平台，在航天领域，已实现基于AT697、龙芯等嵌入式处理器的空间站载荷软件的全数字仿真，支持代码在虚拟仿真平台上运行，同时支持代码质量分析等测试任务；在“数字卫星”实践中，基于SkyEye的卫星超实时仿真子系统是一套基于SPARC处理器的姿轨控嵌入式软件的开发、仿真和验证系统，支持与Simulink协同仿真，可实现全数字高速闭环仿真运行，适用于姿轨控软件的开发调试、系统测试。
04.重启后的星途
实际上，旅行者1号已经时日无多。
由于已经无法依靠太阳光来提供电力，旅行者1号只能靠着自带的放射性热核电池来供电。虽然已经为了延长使用时间而关闭了大部分仪器，但随着热核电池输出功率的不断衰减，预计维持探测器最基本系统运行的电能将在2025年耗尽。届时，进入静默状态的旅行者1号仍将继续向银河系中心前进，但再也无法向地球发回任何数据。
最后，值得一提的是，作为人造飞行器的先驱者，旅行者1号还携带着一张铜制镀金唱片，包括用55种人类语言录制的问候语：“行星地球的孩子（向你们）问好”。尽管机会已经微乎其微，但我们仍可畅想：许多光年之外，会有另外的文明发现了旅行者1号，解码了金唱片，兴奋地发现地球人类的存在，欣慰地得知他们在宇宙中并不孤单。
参考文献
[1] https://blogs.nasa.gov/voyager/2024/03/15/nasa-engineers-make-progress-toward-understanding-voyager-1-issue/
[2] https://mp.weixin.qq.com/s/OWIQ2WCJEWYN7lbQXwcShg