El problema con el Hubble: el problema de la computadora de carga útil detiene la ciencia en el observatorio espacial

La vida útil notablemente larga del telescopio espacial Hubble y su variedad de contribuciones asombrosas a la astronomía desmienten su problemática historia. Mucho antes de su lanzamiento a la órbita terrestre baja en 1990, Hubble sufrió conflictos de proyectos, presiones financieras y presupuestarias e incluso la muerte de siete astronautas. Muy retrasado, muy modificado y enviado por error por una óptica subóptima, Hubble aún logró entregar resultados que literalmente cambiaron nuestra visión del universo, y puede ser responsable de más imágenes de escritorio y protectores de pantalla que cualquier otra fuente.

Pero todo eso cambió el 13 de junio de este año, cuando Hubble sufrió un problema informático que interrumpió el flujo de datos científicos del observatorio en órbita. Todavía no está claro cómo se desarrollará el asunto actual con Hubble y qué significa todo esto para el futuro de este activo científico casi insustituible. Todos esperamos lo mejor, por supuesto, pero mientras esperamos a ver qué sucede, vale la pena aprovechar la oportunidad de sumergirse en el Hubble para echar un vistazo a su ingeniería y qué fue exactamente lo que salió mal allí.

Sobre todo

La idea de colocar un telescopio en el espacio, muy por encima de la rugiente sopa atmosférica en la que todos vivimos cerca del fondo, no era exactamente nueva ni siquiera a principios de la década de 1960, cuando se dieron los primeros pasos tentativos de la humanidad hacia el espacio, un plan tan audaz. Antes incluso de poner una bota en la Luna, la NASA aspiraba a colocar un gran telescopio reflector en la órbita de la Tierra, con el objetivo tentativo de realizarlo antes de finales de 1979. Reconocieron que tal instalación requeriría visitas frecuentes para mantenerla y mejorarla. , por lo que el telescopio espacial del futuro continuó junto con el reemplazo previsto por la NASA para los poderosos cohetes de repuesto de la era Apolo: la nave espacial reciclable, que se llamará Transbordador Espacial.

El desarrollo paralelo del transbordador espacial y el telescopio espacial, que eventualmente llevaría el nombre del astrónomo estadounidense Edwin Hubble, resultó en decisiones de proyectos que pagarían enormes dividendos en el camino. El Hubble fue diseñado inicialmente para ser mantenido, y específicamente por misiones de transbordadores espaciales. Como tal, la nave espacial que lleva el telescopio y todos los diversos instrumentos científicos que se pueden cambiar a su trayectoria óptica tienen abundantes manijas, puntos de conexión y escotillas y compartimentos de fácil acceso, todos diseñados para facilitar la caminata espacial de los astronautas para realizar sus tareas. En las numerosas bahías de equipamiento de la nave espacial, los instrumentos están unidos por sujetadores estandarizados diseñados para manipularse con guantes. Hubble incluso ideó un conjunto completo de herramientas especiales, para ser utilizadas por futuras misiones de servicio.

Todos los mejores vehículos vienen con un buen equipo. Servidores especiales de Hubble. Fuente: NASA.

Siempre atentos a la marcha del progreso, los diseñadores de Hubble sabían que los instrumentos que podían inventar y construir en la década de 1980 se desvanecerían en comparación con lo que sin duda seguiría. Para evitar la obsolescencia incorporada, Hubble fue diseñado específicamente no solo teniendo en cuenta las reparaciones, sino también las actualizaciones de sus paquetes científicos. Realmente, la única parte del Hubble en pie durante su vida fue el Ensamblaje del Telescopio Óptico, que consiste en el famoso espejo primario, el espejo secundario y estructuras de soporte como los vendajes para hernias que los mantienen alineados y las sorpresas para controlar los reflejos. .

El compartimiento de instrumentos detrás del espejo principal fue diseñado para acomodar cinco instrumentos científicos a la vez. La primera misión de servicio al Hubble, que siguió creciendo. Esfuerzo en 1993 y se hicieron famosos como Story Musgrave y Kathyrn Thornton, incluyó el paquete de óptica correctiva COSTAR, que restauró el buen enfoque del Hubble y le permitió explorar los objetos más débiles y distantes del universo. Una docena de otros espectrógrafos y cámaras han ocupado los abismos de los equipos a lo largo de los años, y algunos permanecen solo unos pocos años; otros eran partes constantes del Hubble, generando datos desde cero.

Computadora de nave espacial estándar de la NASA: construida para ser modificada

La prudencia de los diseñadores de Hubble demostró que el reconocimiento de la necesidad de intercambiar paquetes científicos sobre Hubble influyó en sus proyectos y en otras áreas de la nave espacial. Ya a mediados de la década de 1970, la NASA se dio cuenta de que la construcción de subsistemas personalizados para cada misión que funcionó tan bien para el vuelo espacial tripulado de Mercurio, Gemini y Apolo sería un obstáculo para desarrollar y lanzar una amplia gama de naves espaciales para explorar el espacio cercano. Con este fin, se desarrolló la Computadora de Nave Espacial Estándar de la NASA-1 (NSSC-1), con el objetivo de estandarizar el difícil tema de mantener casi todas las naves espaciales que la transportaban estables y en órbita, así como operar toda la ciencia. los planificadores pueden soñar y hacer todo eso básicamente con cambios de programación.

El Hubble SI C&DH. Los NSSC-1 se denominan CPU detrás de la bandeja, flanqueados por las pilas de módulos de memoria primarios y de respaldo. Fuente: NASA.

NSSC-1 voló en varias misiones antes de encontrar su camino hacia la Bahía de Equipo Hubble. Según los estándares modernos, la computadora parece primitiva, con chips TTL discretos y solo 64k de memoria de núcleo de 18 bits (también se usó memoria de cable recubierto, y parece haber sido lo que originalmente se usó en el NSSC-1 de Hubble). Pero el diseño era robusto, resistente a la radiación y redundante en el nivel modular, y lo más importante, les dio a los planificadores de misiones por primera vez lo que estaba en gran parte ausente de los controladores de naves espaciales anteriores: la programación en vuelo.

En Hubble, el NSSC-1 forma el núcleo de un subconjunto llamado Unidad de Manejo de Datos y Comando de Instrumentos Científicos, o SI C&DH. Se trata de una amplia bandeja en la que se adjuntan el módulo NSSC-1 y otros módulos, como reguladores de potencia, interfaces para los instrumentos científicos e interfaces de control remoto. Todo es superfluo y todo el conjunto está construido para apoyar un intercambio de astronautas de paseos espaciales. De hecho, la última llamada de servicio pagada a Hubble en 2009 incluyó el reemplazo del SI C&DH por una nueva unidad, una con los módulos de memoria central originales actualizados a CMOS. El siguiente video muestra las pruebas subterráneas de SI C&DH antes de subir.

Problema arriba

El problema actual con Hubble se centra en el montaje de SI C&DH, que los medios han llamado con simpatía "la computadora de carga útil". El 13 de junio, el NSSC-1 de la unidad entró en modo seguro, que era el "problema" ampliamente informado. Los diagnósticos iniciales llevaron a los operadores a sospechar que uno de los módulos de memoria se había deteriorado lo suficiente como para que la computadora ya no pudiera funcionar. La forma en que un módulo de memoria vil causa este problema es un poco misteriosa; el NSSC-1 solo necesita un módulo de memoria para funcionar, dejando los otros tres, así como los cuatro módulos de memoria en el NSSC-1 de respaldo, en reserva. Pero considerando los datos disponibles, parecía la explicación más lógica.

El intento inicial de recuperarnos del estado erróneo fue casi todo lo que todos intentamos primero: apagarlo y encenderlo nuevamente. Las órdenes para hacerlo se enviaron el 14 de junio en vano. El siguiente paso fue cambiar el NSSC-1 a uno de los tres módulos de memoria de respaldo, pero ese comando también falló. Este y otros diagnósticos llevaron a la NASA a creer que el problema puede no estar en absoluto en el NSSC-1 o sus módulos de memoria, sino en otros módulos del SI C&DH, específicamente en la Interfaz Estándar de hardware (STINT) o el Módulo Procesador Central. . (CPM).

Para probar esta hipótesis se requirió un paso radical: encender la reserva NSSC-1 por primera vez en el espacio. La copia de seguridad solo se ha probado en la Tierra y ha estado inactiva desde que se instaló hace doce años. Este paso se realizó el 23 y 24 de junio, y los datos indicaron que la computadora de respaldo sufrió la misma falla que la computadora principal.

Es poco probable que tanto la computadora principal como la computadora de respaldo, que había estado inactiva durante más de una década, hubieran fallado exactamente de la misma manera y exactamente al mismo tiempo, por lo que la prueba proporcionó pruebas sólidas de que la falla está en otra parte. El pensamiento actual es que algún otro hardware en el SI C&DH, algo compartido por ambas computadoras, en realidad está causando el mal funcionamiento, y que el error de memoria es solo un síntoma. La NASA ve a la Unidad de Comando / Formateador de Datos Científicos (CU / SDF), que formatea y envía comandos a los diversos instrumentos científicos y datos a la Tierra, como el posible culpable. El otro sospechoso es la Unidad de Control de Energía, que acondiciona y regula los diversos rieles de voltaje necesarios alrededor del SI C&DH.

¿Es este el final?

Aunque parece que la NASA está manejando bien que esto suceda con Hubble, considerando todo lo que la nave espacial ha experimentado durante los últimos 31 años, es difícil decir que las probabilidades de recuperación sean favorables en este momento. Es una pena, porque además del número actual, la nave espacial y los instrumentos están en buen estado. Pero también está el hecho de que desde la retirada del ferry en 2011, el Hubble no tiene el vehículo para el que fue diseñado para su mantenimiento y para aumentarlo a una órbita más alta de vez en cuando para combatir la tracción atmosférica.

Lo que es aún más siniestro es una de las últimas modificaciones realizadas al Hubble en la llamada de servicio en 2009: conectar un dispositivo llamado Mecanismo de captura suave en la parte trasera de la nave espacial. Originalmente destinado a proporcionar un medio para devolver el Hubble a la Tierra en la bahía de carga útil de un ferry, el objetivo del SCM ahora es proporcionar un punto de conexión para una futura misión de desorbitación. Dejado a sus propios dispositivos, el Hubble orbitará naturalmente en algún momento entre 2028 y 2040, tomando una trayectoria que puede dejar el espejo de más de 800 kg al menos parcialmente intacto. El SCM permitirá a la NASA monitorear el reingreso con mayor precisión, dando al Hubble un final rápido y digno a una carrera de una década de excelentes logros científicos.

Nos parece que una misión hipotética mal absorbida podría ser fácilmente una misión de aceleración orbital, pero eso supone que la NASA podrá eliminar el error actual y hacer que el Hubble vuelva a funcionar. Esta es la esperanza de que esto sea exactamente lo que está sucediendo y que el SCM no se debe utilizar un minuto antes de lo necesario.

Muchas gracias a [David Anders] para reunir un conjunto de fuentes excelentes en NSSC-1 y SI C&DH y publicarlo en La-Tecnologia.io. Fue invaluable reunir este artículo.

[Main image via Wikimedia Commons]

Alberto Gimenez
Alberto Gimenez

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