Разведчики внешних планет. Путешествие «Пионеров» и «Вояджеров» от Земли до Нептуна и далее - Игорь Лисов

● проведение раз в шесть месяцев маневра ASCAL с целью калибровки антенны HGA и солнечных датчиков;

● ежемесячную комплексную калибровку магнитометра MAG, плазменной подсистемы PLS и остальных приборов для регистрации волн и частиц;

● обслуживание записывающего устройства DTR дважды в год;

● контрольное включение гироскопов и сверку бортового времени раз в три месяца.

Раз в год, в ноябре на «Вояджере-1» и в сентябре на «Вояджере-2», базовая программа завершала свой цикл и перезапускалась. При перезапуске выполнялись калибровка и сверка бортовых часов и обновление памяти компьютеров, а внесенные к этому моменту изменения вступали в силу.

В качестве подпрограмм базовой части использовались 11 специализированных блоков, реализующих программные развороты КА, запись и воспроизведение данных, калибровки антенны HGA и научной аппаратуры и т. п.

К базовой части примыкали пять подпрограмм реагирования на чрезвычайные ситуации: низкое напряжение бортовой сети, длительное отсутствие команд с Земли, отказы передатчиков S– и X-диапазона, неисправности в подсистеме ориентации и приводов AACS и в командных процессорах CCS.

Последняя подпрограмма предусматривала перевод КА в наиболее «спокойное» состояние с ожиданием команд Земли. С увеличением продолжительности радиообмена такой подход перестал быть разумным, и в 2005–2006 гг. содержание программы изменили, разрешив «Вояджерам» самостоятельно перезапускать некоторые критические функции после сбоя CCS.

Третьим компонентом базовой части по существу стала заложенная в 1990 г. в память процессора CCS-A таблица параметров HPOINTS для наведения на Землю антенны HGA вплоть до 7 декабря 2020 г. на первом КА и до 23 июля 2017 г. на втором. Конечные даты определялись количеством свободных ячеек памяти. В 2009 г. таблицы на обоих КА перезаложили, исключив из них уже прошедшие даты и продлив до 2029 г.

Текущие рабочие программы (overlay sequence) составлялись для организации непериодических наблюдений (главным образом в области УФ-астрономии) и ряда дополнительных операций, например:

● дополнительных калибровок магнитометра;

● записи дополнительных кадров высокоскоростных данных PWS и сброса их на Землю;

● повторного считывания данных с DTR в случае, если их не удалось принять в запланированном сеансе;

● планового считывания содержимого памяти бортовых компьютеров;

● модификаций базовой программы, запасной рабочей программы и алгоритмов реагирования на сбои.

Для облегчения составления текущих рабочих программ были подготовлены специализированные блоки команд. Это увеличивало объем занимаемой памяти по сравнению с написанием «с нуля» в машинных кодах, но резко сокращало трудозатраты.

Нумерацию текущих программ на «межзвездном» этапе полета начали заново: 2 октября 1989 г. на «Вояджере-2» вступила в силу программа B001, а «Вояджер-1» с 15 января 1990 г. исполнял программу A001. Первоначально их продолжительность была невелика, но в 1994–1997 гг. ее довели до полугода. Это оказалось неудобно, и с 1999 г. установился трехмесячный цикл обновления рабочих программ, а с конца 2010 г. и их стали дробить пополам. В результате первый КА работал в марте 2022 г. по программе A122, а второй – по программе B195; расхождение возникло потому, что начавшей свою работу 13 июля 1998 г. рабочей программе «Вояджера-2» вместо очередного номера B030 присвоили обозначение B100.

Начиная с 2007 г. стали появляться интервалы продолжительностью в несколько недель, когда на борту работала только базовая программа, без наложенной на нее дополнительной. Иногда дополнительную программу с определенным номером вообще не разрабатывали, а иногда передавали на борт с задержкой, уже после завершения работы предыдущей.

Для реализации разовых технических операций, выполнения отдельных научных задач, а также для поиска причин неисправностей и путей их обхода применялись так называемые мини-программы (mini sequence), которые создавались и загружались на борт по мере необходимости.

Запасная рабочая программа BML-7 была подготовлена и загружена на борт каждого КА на случай полного прекращения команд с Земли, например вследствие отказа приемника или дешифратора команд на борту. Логика ее применения была такова. В случае отсутствия команд с Земли в течение шести недель таймер BML обнуляется, но специальная подпрограмма CMDLOS срабатывает и взводит таймер вновь. При четвертой активации спустя примерно 24 недели после потери связи CMDLOS запускает BML-7, которая необратимо модифицирует основную программу. Отменяются тесты ASCAL и развороты типа MAGROL и устанавливаются оптимальные параметры системы ориентации, гарантируя выполнение измерений и передачу на Землю информации о космической среде в реальном масштабе времени и в записи. Обеспечивается последовательное снижение энергопотребления КА в темпе расчетного падения мощности радиоизотопных генераторов за счет отключения в заранее определенные даты ленточных запоминающих устройств и гироскопов системы ориентации.

Отдельной и тоже серьезной задачей было перепрограммирование компьютера подсистемы летных данных FDS, который управляет обработкой информации на борту и формированием служебной и научной телеметрии.

После отключения камеры ISS, фотополяриметра PPS и ИК-радиометра IRIS из программы можно было исключить относящиеся к ним блоки и за счет освободившегося места в памяти усовершенствовать передачу остальной информации по радиоканалу с низкой скоростью. Новый вариант программы формирования научной телеметрии получил обозначение VIM-5.

Были предусмотрены две основные скорости передачи данных – 600 и 160 бит/с, под которые создали два формата данных – UV-5A и CR-5T. Названия и скорости подсказывают нам, что первый предназначался для ультрафиолетовых наблюдений, а второй – для передачи информации о магнитном поле, частицах и плазме. На самом деле оба формата содержали ограниченную телеметрию о состоянии служебных систем и базовую информацию о полях и частицах от приборов MAG, CRS, PLS, PWS, LECP и PRA и отличались составом информации от УФ-спектрометра: UV-5A включал полный ее набор и требовал поэтому скорости 600 бит/с, а CR-5T – лишь некоторую его часть и вписывался в 160 бит/с.

При разработке новых форматов предусмотрели встроенный контроль ошибок в передаваемых данных и попутно решили ряд проблем «науки». За счет изменения порядка просмотра каналов датчика плазменных волн PWS удалось избавиться от помехи, которую через дефектный древовидный коммутатор создавал привод другого инструмента. Удалось снизить ошибку при измерении слабых магнитных полей и поднять вчетверо частоту опроса датчика заряженных частиц CRS. Для аппаратуры регистрации радиоволн PRA ввели интеграцию слабых сигналов на протяжении 6 секунд вместо 30 миллисекунд в первоначальном варианте, что увеличило ее чувствительность.

4 июня 1990 г. новая версия программы FDS с обозначением 11AF была запущена на одном из процессоров аппарата «Вояджер-2». За несколько недель ее опробовали в разных режимах и «вычистили» ошибки, а 7 августа перенесли на второй процессор FDS. Здесь пришлось побороться с несовпадением двух копий по контрольной сумме, и лишь 18 сентября в режиме прямой записи удалось добиться требуемого результата. Тем временем с 9 августа 1990 г. программа 11AF начала работать и на FDS «Вояджера-1». Она используется с необходимыми поправками вплоть до настоящего времени.