«Галилео»: зонд без зонта

В 1989 году NASA направило межпланетный зонд «Галилео» для изучения Юпитера. Перед этим миссия несколько лет переносилась по разным причинам. Проблемы начались сходу: главная 5-метровая антенна связи, похожая на зонтик, попросту не раскрылась по команде. По косвенным признакам, потратив несколько недель, инженеры выяснили, что «некоторые спицы» застряли (тряска при перевозке деталей стёрла смазку ещё на Земле). Тогда её попробовали раскрыть нестандартными способами — разворачивали к Солнцу, пытаясь нагреть и таки разогнуть до конца; раскрутили зонд до 10 оборотов в минуту, чтобы центробежной силой выправить спицы; дёргали моторы, надеясь выбить штыри.

Ничего не помогло. Миссия была под угрозой срыва, ведь главной антенной хотели передавать основной массив данных со скоростью до 134000 бит в секунду. Оставалась ещё одна маломощная антенна, но её предел был до 16 бит в секунду — почти в 10000 раз ниже! С такой скоростью нечего было и думать о какой бы то ни было вменяемой передаче данных.

Учёные почесали затылки, и для начала связали несколько телескопов на разных континентах (в Австралии и в Северной Америке) в одно целое. Это позволило повысить чувствительность и скорость передачи в 10 раз, до 160 бит в секунду. Затем на «Галилео» передали программу, которая резала с переданных кадров космическую черноту, а оставшееся сжимала одним из двух способов — для атмосферы Юпитера можно было сжимать в 4–5 раз сильнее, чем для детализированных поверхностей спутников.

Кстати, именно тогда появился алгоритм сжатия, что используется и сегодня — Integer Cosine Transform (ICT), упрощённая «интегральная» версия того самого дискретного косинусного преобразования, которое лежит в основе формата JPEG. ICT был идеален для древнего бортового компьютера «Галилео» — он требовал меньше вычислений и использовал целые числа, а не сложную математику с плавающей точкой. Скорость возросла уже до 4500 бит в секунду — это было уже что-то.

Но на этом злоключения «Галилео» не закончились! На подлёте к Юпитеру заклинило магнитную ленту, куда сбрасывались снимки перед отправкой на Землю, и программистам пришлось переписывать прошивку, чтобы обходить испорченные участки плёнки! Вот это я понимаю профессионалы — за миллиарды километров работать с устройством, часами ожидая отклика, и мастерски обходить преграды всего лишь с помощью допотопного компьютера.

Впрочем, для того времени всё было очень солидно: зонд был оборудован двумя компьютерами в составе подсистем команд и данных (CDS) и управления и контроля ориентации (AACS). Программы для компьютера подсистемы CDS включали около 35000 строк кода, в том числе 7000 строк ПО автоматического обнаружения и исправления сбоев. В программах подсистемы AACS использовались 37000 строк кода — было куда подставить костыли.

Думаете, это всё? Как бы ни так. Добравшись до Юпитера в 1995-м, зонд выдержал дозу радиации, втрое-вчетверо превышающую расчётную, из-за чего у него регулярно «съезжала крыша»: бортовые компьютеры уходили в безопасный режим или перезагружались прямо перед важными пролётами. А однажды перестал работать тот самый магнитный накопитель, одна из немногих деталей, которая не была продублирована. В итоге выяснилось, что неисправность вызвана ослаблением светодиодов в датчике поворота. Решили тем, что через них десятками часов пропускали ток, чтобы полупроводник раскалился и восстановил кристаллическую структуру.

В итоге «Галилео» проработал 14 лет, закончив свой путь в глубине атмосферы Юпитера. Вот его самые заметные открытия:
впервые зафиксировал облака аммиака в атмосфере иной планеты; подтвердил наличие вулканической активности на Ио (в сотню раз сильнее земной!); добыл косвенные доказательства присутствия подо льдом Европы жидкого океана (фундаментальное открытие!); обнаружил у Ганимеда собственное магнитное поле.

А сам алгоритм ICT сегодня живёт в каждом нашем смартфоне и отвечает за то, чтобы фото и видео с котиками весили не десятки мегабайт.

#космос
#интересное
#Цибенко