ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡のようなエンジニアリングの驚異に関して言えば、関連する技術は非常に専門的であるため、平均的な人が本当に関係できることはほとんどありません。 私たちは、地球から 10 万キロメートル (50 mi) 離れた 223 K (−370 °C; −1.5 °F) の温度で建設され、動作するのに 930,000 億ドルを費やした赤外線天文台について話しています。ありふれたラップトップと部品を共有します。
しかし、それができれば、一般の人々が理解するのははるかに簡単になります。 そのため、今週、James Webb Space Telescope 内の「小さなソリッド ステート ドライブ」に関する見出しをいくつかの技術サイトで目にしたことは、まったく驚くべきことではありません。 彼らは、わずか 68 ギガバイトのオンボード ストレージでこのような信じられないほどの画像を配信できる天文台の能力に驚嘆しました。 ソリッド ステート ドライブ (SSD) とその比較的わずかな容量に焦点を当てることで、これらの記事は主流の読者にとって理解しやすい試金石となりました。 たとえそれが欠陥のある比較であったとしても、読者は冷水器についての楽しい事実を思いついた - "私のコンピューターには James Webb よりも大きなドライブがありますに設立された地域オフィスに加えて、さらにローカルカスタマーサポートを提供できるようになります。」
もちろん、NASA が時代遅れの Samsung EVO SSD を eBay に出品して次世代の宇宙観測所に売り込まなかったことはわかっています。 実際のところ、ソリッド ステート ドライブは、 正式にはソリッド ステート レコーダー (SSR) として知られています。、JWSTの使命の正確な要件を満たすようにカスタムビルドされました。 宇宙船の他のすべてのコンポーネントと同じように。 同様に、そのやや珍しい 68 GB 容量は単なる恣意的な数値ではなく、搭載されている科学機器のニーズを考慮して正確に計算されたものです。
ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡のストレージ容量、またはその不足についてニュースで非常に話題になっているため、天文台のこの特定のサブシステムをもう少し深く掘り下げる絶好の機会のように思えました。 SSR はどのように利用され、エンジニアはどのようにしてその特定の容量に到達したのでしょうか?また、その設計はハッブルなどの以前の宇宙望遠鏡とどのように比較されますか?
深宇宙での高速
ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡の通信ニーズは、エンジニアに特に困難な課題をもたらしました。 その科学的目標を達成するには、宇宙船を地球から遠く離れた場所に配置する必要がありますが、同時に、収集したすべてのデータをタイムリーに返すにはかなりの量の帯域幅が必要です。
このデータ転送を容易にするために、JWST には直径 0.6 メートル (2 フィート) の Ka バンド高利得アンテナ (HGA) が連結マウントに取り付けられており、天文台の現在の宇宙での向きに関係なく、地球に向けることができます。 この Ka バンド リンクは、3.5 MBps の理論上の最大帯域幅を提供します。 NASA のディープ スペース ネットワーク (DSN)ただし、実際に達成可能なデータ レートは多くの要因に依存します。
JWST の Ka バンド アンテナ (左)、S バンド テレメトリー アンテナの隣” data-medium-file=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/07/jwstssr_antenna.jpg?w=400” data-large-file=”https://hackaday.com/wp -content/uploads/2022/07/jwstssr_antenna.jpg?w=800″ ローディング=”lazy” class=” wp-image-545009″ src=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/ 07/jwstssr_antenna.jpg?w=800″ alt 幅=”462” 高さ=”308” srcset=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/07/jwstssr_antenna.jpg 2134w, https:/ /hackaday.com/wp-content/uploads/2022/07/jwstssr_antenna.jpg?resize=250,167 250w、https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/07/jwstssr_antenna.jpg?resize=400,267 400w 、https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/07/jwstssr_antenna.jpg?resize=800,533 800w、https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/07/jwstssr_antenna.jpg? resize=1536,1024 1536w, https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/07/jwstssr_antenna.jpg?resize=2048,1366 2048w” サイズ=”(最大幅: 462px) 100vw, 462px” >
残念ながら、DSN は遠く離れた多くの宇宙船との通信を両立させる必要があるため、地球に戻るこの高速リンクは常に利用できるとは限りません。 ネットワークの現在の使用率では、JWST にはデータ送信用に XNUMX 日 XNUMX つの XNUMX 時間枠が割り当てられています。 紙の上では、それは宇宙船を意味します すべき 100 時間で 24 GB 強のデータを地球に送信できますが、実際には他にも考慮すべき問題があります。
XNUMX つには、高ゲイン アンテナは常に地球を追跡することはできません。その動きによってわずかな振動が発生し、繊細な観測が台無しになる可能性があるからです。 代わりに、それは 2.7時間ごとに移動 惑星をアンテナのビーム幅内に保つために。 観測は可能な限りこれに合わせてスケジュールされますが、最終的に衝突が発生することは避けられません。 アンテナの再調整中は、高速データ伝送を中断するか、長時間の観測を一時停止する必要があります。 ミッション計画者は、問題の観測の科学的重要性が決定要因になる可能性が高いため、選択肢を慎重に検討する必要があります。
リンクの両端には、考慮すべきダウンタイムもあります。 DSN が一時的に送信を受信できなくなっているか、宇宙船に問題が発生して、定期的にスケジュールされたブロードキャストを実行できない可能性があります。 天文台の標準的なダウンリンクに関連するロジスティクス上の課題と、予期しない通信遅延の可能性の間で、James Webb が XNUMX 時間体制で観測を行うことを期待できる唯一の方法は、かなりのオンボード データ キャッシュを使用することです。
飛行試験済みのテクノロジー
ハッブルの 1.5 GB SSR” data-medium-file=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/07/jwstssr_hubble.jpg?w=400” data-large-file=”https://hackaday.com/wp -content/uploads/2022/07/jwstssr_hubble.jpg?w=431″ ローディング=”lazy” class=” wp-image-545008″ src=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/ 07/jwstssr_hubble.jpg?w=400″ alt 幅=”270” 高さ=”189” srcset=”https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/07/jwstssr_hubble.jpg 431w, https:/ /hackaday.com/wp-content/uploads/2022/07/jwstssr_hubble.jpg?resize=250,175 250w、https://hackaday.com/wp-content/uploads/2022/07/jwstssr_hubble.jpg?resize=400,280 400w ” サイズ=”(最大幅: 270px) 100vw, 270px">
パーソナル コンピューティングのコンテキストでは、ソリッド ステート ドライブは比較的新しい開発です。 しかし、NASA は何十年もの間、軽量化と可動部品の欠如という利点を十分に認識してきました。 宇宙機関は、主力ミッションでテストされていないコンセプトを採用することで知られておらず、これも例外ではありません。 彼らは1999年以来、ハッブル宇宙望遠鏡で同様のアプローチを使用してきました. 宇宙飛行士が XNUMX 回目のサービス ミッションに参加したとき 宇宙船の元のテープベースのストレージを 1.5 GB SSR に置き換えました。
当然、ハッブルの SSR の容量が少ないのは、少なくとも部分的には時代によるものです。 それでも、SSR が交換したテープ レコーダーは約 150 MB しか保持できなかったため、これはかなりのアップグレードでした。 ハッブルによってキャプチャされた画像の解像度は JWST の解像度よりもかなり低いことを思い出してください。
保存して転送
全体として、NASA は James Webb が 28 日 24 回の各ウィンドウで DSN を介して 60 GB 強を送信できると見積もっています。 したがって、完全な 68 時間のバッファを提供するには、宇宙船には約 XNUMX GB のオンボード ストレージが必要です。 では、なぜ SSR は XNUMX GB なのですか? 一部のスペースの一部は、天文台独自の使用のために予約されているという事実によるものです。 しかしまた、 フライトシステムエンジニアのアレックス・ハンターが説明した IEEEスペクトラム、余分な容量は、次の XNUMX 年間で SSR のフラッシュ メモリで摩耗と放射線が徐々に減少するため、システムにある程度の余裕を与えます。
24 時間というのは安全策とは思えないかもしれませんが、その数にはいくつかの条件があります。 James Webb で実際に使用されている科学機器によっては、毎日生成される実際のデータ量はかなり少なくなる可能性があります。 高速通信が妨げられた場合、地上管制官は、問題が解決されるまで、よりデータ集約的な観測を保留にする可能性があります。 必要に応じて、NASA はバックログを処理するための追加の DSN 時間を割り当てることもできます。 要するに、SSR の容量が決して問題にならないように十分な不測の事態が発生します。
そのため、NASA がジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡に搭載された XNUMX 年間のミッションで最近送ったものよりも大きなソリッド ステート ドライブをミッドレンジの Chromebook で見つけることができるのは確かですが、慎重な計画とお金で買える最高のエンジニアリングの健全な量が必要です。サイズがすべてではないことを意味します。
[編集者注: ええ、私たちは、グラフィックが望遠鏡の焦点から放射する JWST を示していることを知っています。 この作品のアートリクエストの具体性が不十分だったのは私が責めます。 しかし、もしあなたがアーティストであって、ラジオ関係者ではないのであれば、それらが表面的に似ていることを認めなければなりません.]
