A engenharia insana por trás da Voyager 1

Autoria: Better Stack · Assistir no YouTube

Vídeo de autoria do canal indicado, não da IANIA; todos os direitos pertencem ao criador. Transcrição, resumo e tradução gerados automaticamente; o conteúdo no idioma original é preservado na versão em idioma original.

Idioma original: inglês

Vídeo original: The Insane Engineering Behind Voyager 1 · Canal: Better Stack · 07:47 · Assistir no YouTube

Tópicos: Engenharia de software com IA, Infraestrutura e hardware de IA, Robótica e sistemas autônomos

Resumo

A Voyager 1 está prestes a ficar a um dia-luz da Terra, embora ainda opere com computadores e uma quantidade minúscula de memória originais de 1977. O vídeo explica como a NASA mantém a sonda funcionando, incluindo o reparo remoto de um computador após a falha de um chip, feito com código reorganizado manualmente. Também mostra como a equipe reativou propulsores que estavam inoperantes havia 21 anos e como a sonda depende de energia cada vez mais escassa. Por fim, apresenta uma ferramenta da NASA para consultar a localização da Voyager 1 e estima até quando ela poderá continuar enviando dados.

Pontos-chave

A Voyager 1 foi lançada em 1977 e está se aproximando de uma distância de um dia-luz da Terra.
Os seis computadores da sonda somam cerca de 69 mil bytes de memória, e seus programas foram escritos em assembly.
Em 2023, um chip do computador de dados falhou, corrompendo cerca de 3% da memória.
A equipe dividiu e realocou o código afetado à mão, atualizando os endereços usados pelo restante do programa.
A sonda voltou a enviar dados científicos em 2024 após a correção remota.
Em 2025, a equipe reativou os propulsores principais, que estavam inoperantes desde 2004.
A Voyager 1 funciona com energia gerada pelo decaimento do plutônio e perde cerca de 4 W de potência por ano.
A NASA estima que pelo menos um instrumento possa continuar funcionando até a década de 2030 e que as antenas terrestres possam receber o sinal até 2036.
A distância e o tempo de viagem do sinal da Voyager 1 podem ser consultados pelo sistema Horizons, da NASA JPL.

Capítulos

Início	Capítulo	Resumo
00:00	A distância e os computadores da Voyager 1	O vídeo apresenta a distância da sonda em relação à Terra e explica a estrutura e a pouca memória de seus computadores.
02:33	O reparo remoto do computador de dados	Após uma falha de chip, a equipe localiza e realoca manualmente partes do código para restaurar os dados da sonda.
04:39	A recuperação dos dados e dos propulsores	A Voyager volta a transmitir dados científicos e, em 2025, a equipe consegue reativar propulsores inoperantes desde 2004.
06:45	Energia restante e localização da sonda	O vídeo aborda o desligamento gradual de instrumentos, as estimativas de operação e o uso do Horizons para consultar a Voyager 1.

Citações

A memória total dos seis computadores é de cerca de 69 mil bytes. — 02:03

A equipe dividiu o código em partes e colocou cada uma nos pequenos espaços disponíveis. — 04:08

Os propulsores estavam funcionando de novo depois de 21 anos. — 06:13

A Voyager foi projetada para durar 5 anos e está voando há 49. — 07:47

Conceitos e entidades

Voyager 1 (modelo): Sonda espacial lançada em 1977 que continua enviando dados à Terra a partir de uma distância extrema.
NASA (empresa): Agência espacial dos Estados Unidos responsável por manter e operar a missão Voyager.
assembly (conceito): Linguagem de baixo nível usada para escrever o software dos computadores da Voyager.
Deep Space Network (ferramenta): Rede de grandes antenas terrestres que se comunica com sondas espaciais como a Voyager.
Horizons (ferramenta): Sistema usado para calcular a posição de planetas e espaçonaves, incluindo a Voyager 1.
JPL (empresa): Centro da NASA que opera o sistema Horizons mencionado no vídeo.
plutônio (conceito): Material cujo decaimento fornece a energia que mantém a Voyager 1 em funcionamento.

Tradução completa (pt-BR)

00:00 Em 18 de novembro, a Voyager 1 estará a 1 dia-luz da Terra e será o objeto criado por humanos que estará mais distante de nós. Isso significa que, à velocidade da luz, uma mensagem nossa enviada agora levará um dia inteiro para chegar até ela. Mas ela está funcionando com os mesmos computadores com que foi lançada, em 1977, com menos de 70 quilobytes de memória entre eles, e a NASA ainda está corrigindo seu código hoje. Na verdade, em 2023, um chip de memória a bordo morreu, e a equipe teve que contornar o código ao redor dele a mais de 15 bilhões de

00:30 de milhas de distância. Então, neste vídeo, vamos dar uma olhada no software que roda na Voyager 1, em como a NASA ainda consegue corrigi-lo e em onde ela está exatamente no espaço agora. Claro, a luz é a coisa mais rápida que existe. Ela chega da Lua até nós em cerca de um segundo e do Sol em 8 minutos. Um dia-luz é a distância que ela percorre em 24 horas, cerca de 25,9 bilhões de quilômetros ou 16 bilhões de milhas. A Voyager 1 foi lançada em 1977 e levou

01:02 pouco mais de 49 anos para chegar lá, viajando a quase 38 mil milhas por hora. As ondas de rádio também viajam à velocidade da luz. Elas são apenas uma frequência mais baixa do espectro eletromagnético. Então, cada comando que a equipe envia leva um dia para chegar lá, e depois eles precisam esperar mais um dia para receber uma resposta. No ano passado, a equipe até trouxe de volta à vida um conjunto de propulsores que era considerado morto desde 2004, e vamos chegar a essa parte mais adiante. Então, vamos dar uma olhada nos computadores a bordo. Mas, antes disso, pessoal, se vocês gostam de vídeos

01:32 como este e querem ver mais, vocês podem nos fazer um enorme favor se inscrevendo, para que possamos continuar trazendo conteúdo gratuito todos os dias. Agora, vamos voltar ao vídeo. A Voyager está longe demais para ser controlada manualmente, porque, quando alguém na Terra reagisse, já teria passado um dia. Por isso, ela voa sozinha usando três computadores separados. Um executa uma lista de comandos e fica de olho em falhas. Outro mantém a nave e sua antena apontadas para a Terra, e o terceiro coleta todos os dados, os organiza e depois os envia para casa. Cada um dos três computadores também tem uma unidade reserva, o que

02:03 foi uma decisão muito acertada dos engenheiros daquela época. E, se somarmos a memória dos seis, chegamos a cerca de 69 mil bytes. Para dar uma ideia, uma única foto no seu celular é maior do que isso. A NASA chama isso de pouca coisa em suas próprias perguntas frequentes. Tudo foi escrito em uma forma de linguagem assembly. O espaço era tão limitado que, quando o computador de apontamento foi lançado, restavam apenas duas palavras de memória livres. Um dos dois programadores que escreveram o código do computador de dados disse mais tarde: “Não nos preocupávamos com abordagens de cima para baixo ou estruturadas. Simplesmente definíamos funções.” Mas a grande diferença em relação ao Apollo é

02:33 que essa memória pode ser reescrita. Fiz recentemente um vídeo sobre o Apollo 11, e o código dele estava incorporado ao hardware, então nunca poderia mudar. A Voyager foi projetada para que a equipe pudesse enviar novos programas durante a missão. E, durante o sobrevoo de Júpiter, em 1979, eles enviaram 18 deles. Então, o que exatamente acontece quando um desses computadores quebra? Em 14 de novembro de 2023, os dados que vinham da Voyager 1 deixaram de fazer sentido por completo. A nave ainda recebia comandos e os executava, mas o que

03:04 voltava eram apenas padrões repetidos de uns e zeros. A falha estava no computador de dados, que organiza tudo e envia para casa. A equipe conseguia se comunicar com a Voyager, mas não conseguia ler nada do que ela enviava. Em março de 2024, enviaram um comando que chamam de “cutucão”, que fez o computador de dados executar partes diferentes de seu software. Dois dias depois, o sinal mudou. Um engenheiro da Deep Space Network da NASA, que gerencia as grandes antenas na Terra que se comunicam com naves como a Voyager, percebeu que o novo sinal era uma cópia de toda a memória do computador de dados, com o código e todas as suas

03:36 variáveis. A equipe comparou essa cópia com outra feita antes do início do problema e, em abril, encontrou a causa. Um único chip havia morrido, e cerca de 3% da memória do computador estava completamente corrompida. Então, como diabos você conserta um chip morto a 15 bilhões de milhas de distância? Bem, não dá para substituí-lo, então é só parar de usá-lo. A memória do computador é dividida em espaços chamados palavras, e cada palavra tem 16 bits. O chip quebrado continha um bit de cada uma das 256 palavras em sequência. Então, quando ele morreu, cada uma dessas palavras ficou com um bit defeituoso. Assim, todas as 256

04:08 palavras ficaram inutilizadas. E o código armazenado nelas era um conjunto de rotinas chamadas de várias partes do restante do programa. A solução era mover o código para outro lugar, mas não havia um único espaço livre grande o bastante para acomodar as 256 palavras. Então, a equipe dividiu o código em partes, colocou cada parte em qualquer espaço pequeno que conseguiu encontrar e atualizou todos os pontos do programa que chamavam esse código, para que apontassem para os novos locais. Eles tiveram que fazer isso sem um assembler. A equipe disse: “Já não tenho nenhuma das ferramentas convencionais de desenvolvimento de software que se poderia esperar.” Então, traduziram cada

04:39 alteração para binário à mão. Também já não existe uma máquina de teste para a Voyager. Um deles disse que foi a primeira vez que carregaram um software de voo em uma nave sem antes testá-lo exaustivamente em solo. Em duas etapas. Em 18 de abril de 2024, enviaram o código que organiza os dados de engenharia, as leituras sobre o estado da própria nave. Dois dias depois, esses dados chegaram de volta, legíveis pela primeira vez em 5 meses. Em maio, moveram o código dos dados científicos e, em junho, todos os instrumentos que ainda estavam ligados voltaram a enviar dados. Agora,

05:11 vamos voltar àqueles propulsores quebrados. A Voyager mantém sua antena apontada para a Terra usando pequenos propulsores, e os finos tubos de combustível dentro deles estão entupindo aos poucos. Uma borracha dentro do tanque de combustível libera dióxido de silício, e a abertura diminuiu de um quarto de milímetro para cerca de 0,035 mm, aproximadamente metade da largura de um fio de cabelo humano. Em 2004, o conjunto principal de propulsores que faz a nave girar em torno do próprio eixo parou de funcionar depois que dois pequenos aquecedores em seu interior perderam energia. Por isso, a equipe concluiu que provavelmente não havia como consertá-los.

05:42 A equipe vinha usando os propulsores reserva desde então, mas, em 2025, eles também começaram a entupir. E, para aumentar a lista de problemas, uma antena de 70 m em Canberra, na Austrália, era a única com potência suficiente para enviar comandos à Voyager e estava prestes a ficar fora de operação para receber melhorias, de maio de 2025 até fevereiro de 2026. Então, a equipe voltou aos propulsores mortos com uma ideia nova. Talvez os aquecedores estivessem funcionando, e uma falha tivesse apenas virado um interruptor para a posição errada. Era arriscado, porque, se a nave saísse do alinhamento enquanto eles trabalhavam nela,

06:13 os propulsores antigos poderiam disparar sozinhos e, se os aquecedores ainda estivessem desligados quando isso acontecesse, causariam uma pequena explosão. Em 20 de março de 2025, a equipe acompanhou o resultado e, em 20 minutos, viu a temperatura do aquecedor subir drasticamente. Os propulsores voltaram a funcionar depois de 21 anos, e o responsável pela propulsão chamou o momento de glorioso. Então, o que vai finalmente fazer a missão parar? Bem, a Voyager funciona com o calor do plutônio em decomposição e perde cerca de 4 W de potência todos os anos. Para manter energia suficiente para funcionar, a equipe vai desligando coisas. Em

06:45 fevereiro de 2006, uma rotação em que a nave gira no lugar em torno do próprio eixo longitudinal quase acionou o desligamento por baixa tensão da nave e, em abril, eles desligaram outro instrumento. Oito dos 10 instrumentos da Voyager 1 estão desligados agora, então apenas dois continuam coletando dados. A NASA espera que pelo menos um dos instrumentos continue funcionando até a década de 2030, e nossas antenas devem conseguir captar seu sinal até 2036, quando ela ficará em silêncio para sempre. Agora, você mesmo pode conferir onde a Voyager está. O JPL da NASA mantém um sistema chamado Horizons

07:15 que calcula onde estão os planetas e as espaçonaves, e você pode consultá-lo com um único comando curl. Voyager 1 é o alvo -31, e pedi a ele a distância e quanto tempo o sinal leva para chegar até nós. Agora, são pouco menos de 1.440 minutos e, em 18 de novembro, ultrapassará 1.440 minutos, ou exatamente 24 horas. Algo que eu não esperava é que a Voyager nem sempre está se afastando cada vez mais de nós. A Terra gira em torno do Sol, então, a cada poucos meses, nós nos aproximamos um pouquinho dela e o atraso diminui em alguns

07:47 minutos. A Voyager foi projetada para durar apenas 5 anos e está voando há 49. As pessoas que cuidam dela moveram seu código manualmente para contornar um chip que não funcionava e reativaram propulsores que estavam inativos havia 21 anos. O Horizon é gratuito, e vou deixar um link abaixo. E, se você gosta de vídeos assim, inscreva-se para ver mais.

Transcrição original

[00:00] On the 18th of November, Voyager 1 will be 1 light day away from Earth and the furthest away thing humans have ever created. That means at light speed, a message from us now takes a full day to reach it. But, it’s running on the same computers it launched with in 1977 with less than 70 kilobytes of memory between them and NASA is still patching its code today. In fact, in 2023, a memory chip on board died and the team had to move code around it from more than 15 billion

[00:30] miles away. So, in this video, let’s take a look at the software running on Voyager 1, how NASA is still able to patch it, and where it is in space exactly right now. So, of course, light is the fastest thing there is. It gets from the moon to us in about a second, from the sun in 8 minutes. A light day is how far it goes in 24 hours and that’s about 25.9 billion kilometers or 16 billion miles. Voyager 1 launched in 1977 and it’s

[01:02] taken just over 49 years to get there, moving at nearly 38,000 miles an hour. Radio travels at the same speed of light, too. It’s just a lower frequency of the electromagnetic spectrum. So, every command the team sends takes a day to get there and then they have to wait another day to get a response back. Last year, the team even brought back to life a set of thrusters that had been declared dead since 2004 and we’ll get to that bit later on. So, let’s take a look at the computers on board. But, before we do, guys, if you enjoy videos

[01:32] like this and want to see more, you do us a massive favor by subscribing so we can keep delivering free content every single day. Now, let’s get back to the video. Voyager is way too far away to fly by hand because by the time anyone on Earth reacted, a day would have passed. So, it flies itself using three separate computers. One runs a list of commands and then watches for faults. One keeps the spacecraft and its antenna pointed at Earth and the third collects all of the data, packs it up, and then sends it home. Each of the three computers also comes with a spare, which

[02:03] was very good thinking of the engineers back then. And if we add up the memory in all six, you get around 69,000 bytes. And for reference, a single photo on your phone is bigger than that. NASA, in their own FAQ, call it small potatoes. It’s all written in a form of assembly. Space was so tight that when the pointing computer launched, it had just two words of memory left free. One of the two programmers who wrote the data computer’s code later said, “We didn’t worry about top-down or structured. We just defined functions.” The big difference though from Apollo is

[02:33] that this memory can be rewritten. I made a video on Apollo 11 recently, and that code was woven into the hardware, so it could never change. Voyager was designed so that the team could send up new programs during the mission. And during the Jupiter flyby in 1979, they sent up 18 of them. So, what exactly happens when one of those computers break? On the 14th of November, 2023, the data coming back from Voyager 1 stopped making sense at all. The spacecraft was still receiving commands and carrying them out, but what

[03:04] came back was just repeating patterns of ones and zeros. The fault was in the data computer that packs everything up and sends it home. The team could talk to Voyager, but they couldn’t read anything and send it back. In March 2024, they sent a command they call a poke, which nudged the data computer into running different parts of its software. Two days later, the signal changed. An engineer at NASA’s Deep Space Network, which manages the big dishes on Earth that talk to spacecrafts like Voyager, worked out that the new signal was a dump of the data computer’s entire memory, the code and all of its

[03:36] variables. The team compared it with a dump from before the problem started, and in April, they found the cause. A single chip had died, and about 3% of the computer’s memory was completely corrupted. So, how the hell do you fix a dead chip from 15 billion miles away? Well, you can’t replace it, so you just stop using it. The computer’s memory is split into slots called words, and each word is 16 bits. The broken chip held one bit from each of the 256 words in a row. So, when it died, every one of those words had a bad bit. So, all 256

[04:08] of them were broken. And the code stored in those words was a set of routines that got called from all over the rest of the program. The fix was to move the code somewhere else, but there wasn’t a single free gap big enough to hold all 256 words. So, the team split the code into pieces, put each piece in whatever small gap they could find, and then updated every place in the program that called it, so it pointed to new locations. They had to do this without an assembler. The team said, “I no longer have any of the conventional software development tools one might expect.” So, they translated every

[04:39] change into binary by hand. There’s no test machine for Voyager anymore, either. One of them said it was the first time they’d loaded flight software onto a spacecraft without thoroughly testing it on the ground first. in two steps. On the 18th of April, 2024, they sent up the code that packs the engineering data, the health readings from the spacecraft itself. Two days later, that data came back, readable for the first time in 5 months. In May, they moved the code for the science data, and by June, every instrument that was still switched on was sending data again. Now,

[05:11] back to those broken thrusters. Voyager keeps its antenna pointed at Earth using tiny thrusters, and the tiny fuel tubes inside them are slowly clogging up. A rubber inside the fuel tank sheds silicon dioxide, and the opening has shrunk from a quarter of a millimeter down to around 0.035 mm, about half the width of a human hair. Back in 2004, the main set of thrusters that roll the spacecraft stopped working after two small heaters inside them lost power. And so, the team decided they were most likely unfixable.

[05:42] The team had been using the backups ever since, but then in 2025, they were clogging up, too. And to add to the pile of problems, a 70-m dish in Canberra, Australia, was the only dish with enough power to send commands to Voyager, and it was about to go offline for upgrades from May 2025 until February 2026. So, the team went back to the dead thrusters with a new idea. Maybe the heaters were fine, and a glitch had just flipped a switch to the wrong position. It was risky because if the spacecraft drifted while they were working on it,

[06:13] the old thrusters would fire on their own, and if the heaters were still off when that happened, it would cause a small explosion. On the 20th of March, 2025, the team watched the result come in, and within 20 minutes, they saw the heater temperature rise dramatically. The thrusters were working again after 21 years, and the propulsion lead called it such a glorious moment. So, what will finally stop it? Well, Voyager runs on the heat of decaying plutonium, and it loses about 4 W of power every single year. To keep enough power to run, the team keeps switching things off. In

[06:45] February 2006, a roll where the spacecraft turns in place around its long axis nearly tripped the spacecraft’s low-voltage shutdown, and in April, they turned off another instrument. Eight of Voyager 1’s 10 instruments are now off, so only two are still taking data. NASA expects at least one of the instruments to keep going until the 2030s, and our dishes should be able to hear it until 2036 until it goes quiet forever. Now, you can check where Voyager is yourself. NASA’s JPL runs a system called Horizons

[07:15] that works out where planets and spacecraft are, and you can ask it with a single curl command. Voyager 1 is target -31, and I’ve asked it for its distance and how long its signal takes to reach us. Right now, that’s just under 1,440 minutes, and on the 18th of November, it goes past 1,440 minutes, or exactly 24 hours. Something I didn’t expect is that the Voyager isn’t always getting further away from us. Earth goes round the Sun, so every few months we catch up to it a little bit and the delay shrinks by a

[07:47] couple of minutes. Voyager was only designed to last 5 years and it’s been flying for 49. The people looking after it have moved its code around a dead chip by hand and brought back thrusters that had been dead for 21 years. Horizon is free to use and I’ll leave a link below. And if you enjoy videos like this, then subscribe to see more.