1光日先、飛び続けて49年のコンピュータ
ボイジャー1号の旅とメモリの修理

光は1秒に約30万km進みます。1日では約259億km。NASAは、ボイジャー1号が2026年11月18日に地球から約258億9000万km、つまり1光日の距離に届くと発表しました。地上から送った電波がボイジャーに届くまで24時間、ボイジャーの返事が戻るまでさらに24時間かかります。プロジェクト・マネージャーのスザンヌ・ドッド氏は「ボイジャーに『こんにちは』と言いたければ、メッセージを送って家に帰り、2日待ってやっと返事が来る」と話しています。

JPLの軌道データ(JPL Horizons)で地球からの距離を計算すると、ちょうど1光日になるのは11月18日 10時16分07秒(世界時)、日本時間 19時16分07秒です。そのときボイジャー1号は太陽から約172AU(地球と太陽の距離の約172倍)、太陽に対して秒速約17kmで遠ざかっています。地球は太陽のまわりを回っているので、地球からの距離は1年の中で少し伸び縮みしながら増えていきます。

1光日を越えても、ボイジャーのまわりで何かが変わるわけではありません。それでも、半世紀前に打ち上げた機械が、まだ地球と話しながらここまで来たことは、それ自体が大きな記録です。

ボイジャー1号は1977年9月5日、米国フロリダ州のケープカナベラルから、タイタンIIIE・セントールロケットで打ち上げられました。双子のボイジャー2号は2週間ほど早い8月20日に打ち上げられていますが、1号のほうが速く短い航路をとったので、先に木星に着きます。

1979年3月5日に木星の雲の上27万7400kmを通り、衛星イオに火山を見つけました。1980年11月12日には土星を訪ね、その少し前に、厚い大気に包まれた衛星タイタンのすぐそばを通ります。タイタンに近づく航路を選んだため、土星の重力でボイジャー1号は黄道面(惑星がほぼそろって回る面)の北側へ曲げられ、ほかの惑星へは向かわずに太陽系の外へ出ていきました。下の図を最後まで動かすと、航路が黄道面から北へ持ち上がっていくのが分かります。

1990年2月14日、約60億km先から、カメラを太陽系の方へ向けて「家族写真」を撮りました。そのうちの1枚が、地球が小さな点に写った「ペイル・ブルー・ドット」です。2004年12月には太陽風が急に遅くなる末端衝撃波を越え、2012年8月25日、太陽圏の外側の境界(太陽圏界面)を越えて、星と星のあいだの空間に入りました。

ボイジャーには役目の違う3種類のコンピュータがあり、どれも2台ずつ積んでいます。マイクロプロセッサが広まる前の設計で、CPU は部品を組み合わせて作られました。ボイジャーは、飛んでいる途中でプログラムを書き換えられるコンピュータを積んだ最初の探査機の一つで、木星・土星の観測の手順も、そのあとの長い旅のやり方も、地上から送るプログラムで変えてきました。

このうち FDS が、今回の主役です。観測装置や機体のセンサーの値を決まった形に並べ、テレメトリ変調器(TMU)を通して地球へ送ります。木星のそばでは毎秒115.2キロビットで送っていましたが、遠くなった今は毎秒40ビット。速い送り方のためのプログラムは、もう使っていません。

2023年11月14日、ボイジャー1号から届くデータが、読めないものに変わりました。0と1が交互に並ぶだけで、観測のデータも、機体の状態のデータも入っていません。電波そのものは届いていて、地上からの命令も受け取っているように見えます。けれど中で何が起きているのかは、ボイジャー自身が教えてくれません。

運用チームは、FDS がテレメトリ変調器とうまくやりとりできていないところまで絞り込みました。12月には FDS の再起動を試しましたが、直りません。命令を1つ送るたびに、結果が分かるのは約45時間後です。

2024年3月1日、チームは「ポーク」と呼ぶ命令を送りました。FDS に、いつもと違う手順でプログラムの各部分を動かさせ、壊れた場所を避けて何かが出てこないかを確かめるためです。

3月3日、届いた信号の一部が、それまでの0と1のくり返しと違っていました。NASA の深宇宙通信網(DSN)の技術者が解き明かすと、それは FDS のメモリ全体の読み出しでした。プログラムのコード、変数、送る前のデータまで、すべてが入っています。故障の前に読み出してあったメモリと比べられるようになりました。

4月4日、原因が発表されます。FDS のメモリの約3%が壊れていて、その原因は1つのチップでした。チップの中の1ビットが0か1に張り付いて変わらなくなり、そこに置いてあったプログラムが正しく動かなくなっていたのです。宇宙の高エネルギーの粒子に当たったのか、46年の劣化なのかは分かりません。

チップは取り替えられません。そこで、壊れた場所にあったプログラムを、メモリのほかの場所へ移すことにしました。ところが、そのプログラムがまるごと入る空きが、どこにもありません。半世紀前のコンピュータのメモリは、隅々まで使われていたからです。

チームはプログラムをいくつかに分け、別々の空きに置くことにしました。分けたかけらが1つのプログラムとして動くように中を直し、ほかの場所からそのプログラムを呼んでいるところも、新しい場所を呼ぶように書き換えます。場所を空けるために、木星・土星のそばで使っていた速い送り方のプログラムなど、もう使わない部分を消しました。ただし、ほかの送り方と共通に使っている部分は消してはいけません。

下の図は、その考え方を模式にしたものです。「自分で試す」で、分け方や消し方を変えてみてください。

最初に移したのは、機体の状態のデータを詰めるプログラムでした。4月18日に命令を送り、片道約22.5時間で届き、返事が戻るまでさらに22.5時間。4月20日、5か月ぶりに、ボイジャー1号の状態が読める形で届きました。JPL の会議室で喜ぶチームの写真が公開されています。

2024年5月19日、修理の2段目として、観測データを送り始める命令を送りました。4つの観測装置のうち2つはすぐに戻り、残りの2つも手を入れて、6月13日にすべての観測データが戻ったと発表されました。そのあと、3台のコンピュータの時計を合わせ直し、プラズマ波の観測データを記録するテープレコーダーの手入れも行っています。

ボイジャーの電気は、プルトニウムの崩壊熱を電気に変える原子力電池(RTG)から来ています。1年に約4ワットずつ減るので、使う装置を少しずつ止めてきました。2026年4月17日には低エネルギー荷電粒子の観測装置(LECP)を止め、今動いている観測装置は磁力計とプラズマ波の2つです。9月には、機体を温める3つの装置を消費電力の少ないものに一度に切り替える「ビッグバン」を行い、次の装置を止める時期を先に延ばしました。

2026年10月18日と19日には、予定していた2回の交信でボイジャー1号の電波が見つからず、20日に電波が戻りました。スラスタの1組が止まり、予備に切り替わって、故障のときの安全な状態に自分で入っていたことが分かっています(原因は調査中)。ボイジャー1号でこうしたことが起きたのは初めてです。

双子のボイジャー2号も、地球から約210億km先で観測を続けています。2023年7月には、まちがった命令でアンテナの向きが2度ずれ、2週間ほど交信できなくなりましたが、強い電波で向きを戻す命令を届けて立ち直りました。