NASA và cuộc chiến duy trì mã nguồn tàu Voyager từ kỷ nguyên máy tính cổ

Mặc dù câu chuyện phổ biến cho rằng tàu thám hiểm Voyager của NASA đang hoạt động dựa trên phần mềm được viết bằng một ngôn ngữ lập trình mà không ai còn có thể đọc được và được duy trì bởi một nhóm nhỏ các kỹ sư đã ngoài 80 tuổi, nhưng thực tế lại có phần khác biệt. Một phần của câu chuyện này là chính xác, một phần thì không. Vấn đề cốt lõi thực sự phức tạp hơn những tiêu đề báo chí gợi ý và đòi hỏi cái nhìn sâu sắc hơn về sự giao thoa giữa di sản công nghệ và thực tế vận hành hiện đại.

Phần cứng và phần mềm thực tế của Voyager

Trên thực tế, các máy tính tích hợp trên tàu Voyager vận hành bằng ngôn ngữ Assembly được viết riêng cho các bộ vi xử lý có khả năng xử lý ngắt (interrupt-driven) của General Electric, được thiết kế và chế tạo vào đầu những năm 1970. Mỗi tàu vũ trụ chứa ba hệ thống máy tính: Hệ thống con Lệnh máy tính (CCS), Hệ thống con Kiểm soát tư thế và Khớp nối (AACS) và Hệ thống con Dữ liệu chuyến bay (FDS). Trong số này, FDS thường xuất hiện trên báo chí nhất vì nó đóng gói dữ liệu khoa học và kỹ thuật để truyền về Trái Đất và là hệ thống nằm ở trung tâm của sự cố giao tiếp kéo dài năm tháng của Voyager 1 vào cuối năm 2023 và đầu năm 2024.

Nhiều người tóm tắt phổ biến rằng Voyager "chạy trên Fortran". Điều này dường như là sự nhầm lẫn giữa hai yếu tố: phần mềm bay tích hợp trên tàu và các công cụ mặt đất. Công việc bay cấp thấp của tàu vũ trụ phụ thuộc vào việc lập trình ngôn ngữ Assembly trên phần cứng chuyên biệt cao độ, trong khi Fortran chủ yếu liên quan đến các hệ thống mặt đất và các công cụ nhiệm vụ cũ.

Tài nguyên tính toán trên tàu cực kỳ khiêm tốn theo chuẩn mực hiện đại. Tổng bộ nhớ của các hệ thống máy tính Voyager thường được mô tả là khoảng 64 đến 70 kilobyte — nhỏ hơn cả kích thước của một tệp ảnh nhỏ ngày nay. Giám đốc dự án Suzy Dodd từng so sánh việc vận hành nó như việc lái một chiếc máy tính Apple II. So sánh này nắm bắt điểm cơ bản: đội ngũ đang điều khiển một tàu thăm dò không gian sâu với tài nguyên tính toán từ một kỷ nguyên công nghệ khác.

Sự thiếu hụt tài liệu kỹ thuật

Bốn mươi chín năm hoạt động đã tạo ra những khoảng trống quan trọng hơn cả bản thân ngôn ngữ lập trình. Khoảng thời gian bắt đầu của sứ mệnh liên ngân hà, sau khi Voyager 2 thực hiện lần tiếp cận gần nhất với sao Hải Vương vào tháng 8 năm 1989, phần mềm bay đã được cập nhật để làm cho mỗi tàu vũ trụ tự chủ hơn và phù hợp hơn cho hoạt động lâu dài với sự chú ý ít hơn từ Trái Đất. Phiên bản đó, bổ sung bởi các chuỗi lệnh mà đội ngũ tải lên vài tháng một lần, là cơ sở của những gì đang chạy hôm nay.

Đội ngũ đã thu hẹp và già đi qua nhiều thập kỷ. Quan trọng hơn, phần lớn tài liệu gốc đã bị mất hoặc phân mảnh. Tài liệu trên giấy của Voyager từ những năm 1970 và 1980 phần lớn là dạng vật lý, và mỗi lần dự án chuyển văn phòng, nhiều tài liệu trong số đó đã biến mất. Dodd chia sẻ với Live Science vào đầu năm 2024 rằng "những người đã xây dựng tàu vũ trụ không còn sống nữa", và mặc dù đội ngũ có "một bộ tài liệu khá tốt", phần lớn vẫn còn trên giấy, khiến việc tìm kiếm hồ sơ cảm thấy như "cuộc khai quật khảo cổ học để lấy tài liệu".

Thách thức về nhân sự kế cận

Larry Zottarelli là kỹ sư gốc Voyager cuối cùng vẫn làm việc trong dự án khi ông nghỉ hưu năm 2016 ở tuổi 80. Ông đã ở cùng sứ mệnh kể từ khi phóng vào năm 1977 và làm việc trên Hệ thống con Dữ liệu chuyến bay. Các phương tiện truyền thông lớn như CNN và Popular Mechanics đã đưa tin về sự nghỉ hưu này như một thời điểm chuyển giao thế hệ. Cách nói "các kỹ sư hiểu mã nguồn đang ở độ tuổi 80" chủ yếu xuất phát từ giai đoạn này. Tuy nhiên, thông tin này hiện đã lỗi thời 9 năm.

Đội ngũ bay Voyager hiện tại là một nhóm nhỏ kỹ sư tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (JPL), phần lớn trong số họ không ở độ tuổi 80. Bản thân Dodd mới chỉ 16 tuổi khi Voyager phóng. Bà lần đầu tiên làm việc trên tàu vũ trụ vào năm 1984 với tư cách là nhà thiết kế chuỗi cho cuộc gặp gỡ sao Thiên Vương, quay lại làm quản lý dự án vào năm 2010 và giữ vai trò đó từ đó đến nay. Công việc kỹ thuật bay đã được chuyển giao, hơn một lần, cho những người không thuộc đội ngũ gốc.

Vấn đề khó khăn hơn mà Dodd công khai chỉ ra mang tính cụ thể hơn là một câu chuyện thế hệ. Khó khăn tiềm ẩn là việc tìm kiếm các kỹ sư có thể lập trình Assembly trôi chảy trên phần cứng tùy chỉnh, sẵn sàng làm việc cho một sứ mệnh có điểm kết thúc xác định, và có sự kiên nhẫn cho những thiếu sót trong tài liệu. Sự thành thạo ngôn ngữ Assembly không còn là chương trình đào tạo thông thường. Trong cách nhìn của Dodd, các kỹ sư trẻ thường có khả năng nhưng không có hứng thú. Đội ngũ cũng dựa vào danh sách các kỹ sư đã nghỉ hưu mà họ có thể gọi trong trường hợp khẩn cấp. Danh sách đó ngày càng ngắn lại.

Đây là phiên bản thực sự của câu chuyện. Không phải mã nguồn không thể đọc được, mà là ký ức tổ chức xung quanh mã nguồn đang bị phân mảnh, và các điều kiện đã tạo ra những kỹ sư đã xây dựng nó không thể được tái tạo.

Tương lai của sứ mệnh

Phần cứng đang trong quá trình suy giảm chậm. Các máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG) mất khoảng 4 watt điện năng đầu ra mỗi năm, và JPL đã phải tắt các thiết bị lần lượt để giữ cho cả hai tàu vũ trụ hoạt động. Theo Câu hỏi thường gặp của Voyager của NASA, dữ liệu kỹ thuật có thể tiếp tục được gửi về trong vài năm sau khi dữ liệu khoa học ngừng lại, và tàu vũ trụ có thể vẫn nằm trong phạm vi mạng lưới Không gian Sâu (Deep Space Network) cho đến khoảng năm 2036, tùy thuộc vào công suất truyền dẫn khả dụng. Kỷ niệm 50 ngày phóng sẽ rơi vào tháng 9 năm 2027, cột mốc công khai tiếp theo mà Dodd đã chỉ định.

Vấn đề kế thừa quan trọng nhất trong thập kỷ tới. Sau đó, câu hỏi mang tính học thuật. Sẽ không còn tàu Voyager nào để duy trì.