La computadora activa que lleva 42 años viajando por el espacio

Las sondas Voyager llevan mas de 40 años enviando datos a la Tierra. En todo este tiempo sus computadoras de a bordo no han dejado de funcionar, convirtiéndose en las más antiguos en activo. La NASA ha diseñado un plan para hacer que ese final llegue lo más tarde posible.

Las Sondas Voyager 1 y Voyager 2 se lanzaron hace nada menos que 42 años, estudiando el Sistema Solar. La Voyager 1 fue el primer objeto humano en llegar al espacio interestelar, siendo también el primer objeto capaz de llegar hasta Júpiter y Saturno y enviar imágenes de los mismos. La Voyager 2 por su parte llegó hasta Urano y Neptuno, siendo por ahora el único objeto espacial que ha llegado tan lejos. Actualmente las dos máquinas están estudiando el Sistema Solar Exterior, esperando que su vida útil sea suficiente para que lleguen a la zona conocida como heliopausa. Este término hace referencia al punto en el que el viento solar se une al medio interestelar procedente de otras estrellas.

Diagrama del viaje de la Voyager 2 hasta ahora. La distancia se muestra en unidades astronómicas (una Ua es la distancia medias entre la Tierra y el Sol).
Ilustración: NASA/JPL-Caltech

Las sondas Voyager cuentan con los ordenadores en activo más antiguos y, obviamente, no están en la Tierra. Siguen enviando datos después de todos los años que han pasado desde que se lanzaron, incluso estando a una distancia de más de 18.000 millones de kilómetros de nuestro planeta. La más distante de las dos, la Voyager 1, está tan lejos que una señal de radio enviada desde la Tierra a la velocidad de la luz tarda 20 minutos en alcanzarla.

La primera sonda se lanzó en 1977, pero es probable que su hardware sea mucho más antiguo. Estamos hablando de una época en la que la informática no era lo que es hoy y, según se recoge en Muckrock, costaba mucho tiempo diseñar los ordenadores y certificarlos para que pudieran ir a bordo de una sonda espacial —que tampoco se construía y se certificaba en poco tiempo—.

Construcción de la Voyager en Cabo Cañaveral

Un software ‘actualizado’ frente a un hardware obsoleto
Si bien el hardware de las sondas no ha cambiado desde que abandonaron nuestro planeta, desde el centro de control de la misión su software se mantiene al día. Los trabajadores de la misión lo actualizan siempre que pueden para que se ajuste a las necesidades que la misión pueda tener en distintos momentos.

Según podemos leer en Wired, la memoria interna de los ordenadores de las Voyager es de sólo 69.63 kilobytes. Con esta cantidad de memoria la mayoría de las fotos que corren por Internet ni si quiera se podrían almacenar. Lo que usan para guardar los datos científicos que recogen son antiguas máquinas digitales de cinta de ocho pistas. Una vez se han transmitido los datos a la tierra, la sonda tiene que sobrescribir los datos más antiguos para poder recoger nuevas observaciones.

El equipo científico se comunica con las sondas a diario, y necesita al menos cuatro horas para realizar un mantenimiento rutinario. Generalmente se emplea el doble de tiempo en enviar comandos y recibir datos. El código de su software se escribió originalmente en Fortran, que aún funciona en algunos programas. Otros han sido portados a C.

Originalmente el programa Voyager planeaba crear sus propios ordenadores. Sin embargo, en la época en la que la misión empezó a tomar forma se acabó el cheque en blanco de la NASA, con lo que empezaron a entrar en juego medidas de ahorro que dieron al traste con la idea. Esto obligó a reaprovechar un ordenador conocido como Computer Command System o CCS, originalmente desarrollado para la sonda Viking.

Este computador es el responsable de coordinar los otros dos ordenadores de a bordo: el Flight Data System o FDS y el Attitude and Articulation Control System o AACS. Estas dos máquinas actúan según instrucciones enviadas desde la Tierra y se encargan de detectar problemas o averías.

El FDS es responsable de recoger los datos científicos de los instrumentos de la sonda, así como de su transmisión. Este componente sí se diseñó dentro de la NASA debido a sus altos requisitos de entrada y salida, ya que debe transmitir datos a una frecuencia muy alta para asegurar que llegan hasta nuestro planeta sin pérdidas.

FDS de la sonda Voyager

¿Cómo puede un ordenador sobrevivir 40 años activo?
Parte del secreto de la longevidad de las sondas Voyager tiene que ver con que fueron construidas de forma muy robusta y que se incluyeron muchos componentes redundantes. Tener dos máquinas para hacer la misma tarea no es algo que la NASA haga mucho estos días. Casi toda la redundancia de las Voyager ha desaparecido ahora. Esto puede ser porque algo se rompió durante la misión o que se apagó para ahorrar energía. De los 11 instrumentos originales de la Voyager 1 sólo funcionan cinco actualmente. Conforme más tiempo pase, más fácil será que algo se estropee.

Otro detalle importante a tener en cuenta son los propulsores, que se alimentan de hidrazina. Los pequeños empujones de estos elementos son cruciales, porque permiten girar y maniobrar las Voyager. Hace dos años, la NASA necesitó reorientar la Voyager 1. La maniobra requirió más impulso del habitual, y ello obligó a activar propulsores que llevaban sin usarse 37 años. El procedimiento reveló que la fuerza de los propulsores ha disminuido con el paso del tiempo. A finales de este mes, la Voyager 2 tiene que hacer frente a la misma maniobra. Cualquier cambio es crítico, pero merece mucho la pena el esfuerzo. Las sondas están proporcionando datos sin precedentes para la ciencia.

La situación es más urgente en el caso de la Voyager 2, porque está dotada de más instrumentos que consumen energía. Recientemente, los ingenieros de la NASA decidieron apagar los calentadores del subsistema de detección de rayos cósmicos, que es el que estudia como interactúa el viento solar con las partículas de fuera del Sistema Solar. Sorprendentemente, el instrumento no ha dejado de funcionar ni de transmitir datos pese a que está operando a temperaturas por debajo del límite para el que fue diseñado. La directora del proyecto Voyager, Suzanne Dodd, explicaba en el comunicado:
Es increíble que los instrumentos de las Voyager hayan demostrado tanta resistencia. Estamos muy orgullosos de lo bien que han resistido el paso del tiempo. De hecho han pasado tantos años que cada día nos enfrentamos a problemas que son completamente nuevos para nosotros. Pese a ello seguiremos buscando soluciones para que las sondas sigan haciendo ciencia el máximo tiempo posible.
Y aún así, las Voyager han excedido las expectativas de todo el mundo. Según se recoge, los diseñadores originales recibieron instrucciones de preocuparse más de que las sondas pudiesen observar Júpiter y Saturno y no tanto en llegar al espacio interestelar —aunque al final hicieron lo que quisieron—.

"Ambas Voyager están explorando regiones del espacio en las que nunca antes habíamos estado", explica Ed Stone, uno de los científicos del proyecto. "Cada día es un nuevo día de descubrimientos, y las sondas siguen sorprendiéndonos a medida que se adentran en el espacio profundo."
Mientras sigan funcionando las sondas Voyager continuarán recogiendo datos al menos hasta 2020, con posibilidades de llegar hasta 2025 si todo va bien. Incluso si algo se avería y no pueden recibir datos desde la Tierra, seguirían enviando datos hasta que la energía que las alimenta se acabe. Llegará un momento en el que no tendrán suficiente energía como para alimentar su sistema de calefacción. Entonces sus sistemas se congelarán y las sondas se convertirán en sendos pedazos de chatarra espacial a la deriva por el espacio. Por otra parte, las baterías que alimentan a las sondas se van acabando. Un día los responsables de la misión tendrán que priorizar qué dejan encendido y qué no. A esa distancia del Sol, las temperaturas son muy bajas. Una simple línea de combustible congelada puede hacer que los impulsores ya no sean operativos, lo que haría imposible maniobrar la nave para orientar sus antenas hacia la Tierra. Esa es la razón por la que las Voyager están equipadas con un generador propio y varias unidades de calefacción. LA NASA explica: "Cada una de las sondas obtiene su energía de un generador termoeléctrico de radioisótopos o RTG, que produce calor de manera natural mediante la degeneración del plutonio-238. Este calor se convierte a su vez en electricidad. La eficiencia del Plutonio-238 se reduce con el tiempo. Cada generador pierde 4 vatios de energía al año. En otras palabras, ahora mismo generan un 40% menos que cuando se lanzaron hace 42 años. Eso limita el número de sistemas que pueden estar operativos en la sonda."
Se espera que los generadores dejen de ser suficientes hacia 2025, así que lo que la NASA está decidiendo básicamente es que elementos del sistema merece la pena seguir calentando, y cuales no. El nuevo sistema de ahorro de energía contempla múltiples opciones que irán apagando algunos de los instrumentos en los próximos años.
Aún así y aunque no puedan enviar datos científicos, se podrán recoger datos de ingeniería al menos hasta 2036. La misión no se ha acabado, y parece que aún queda mucho para que así sea.

Incluso después de que mueran, las Voyager seguirán su camino hacia las profundidades del espacio. A su velocidad actual, superarán la Nube de Oort en unos 40.000 años y estarán a dos años luz de la Tierra. Si nada las detiene, algún día alcanzarán otro Sistema Solar y quizá, solo quizá, sean interceptadas por una civilización extraterrestre. Si eso llega a ocurrir, los alienígenas encontrarán en las naves un disco de oro que les revelará que no están solos en el universo.