Tàu vũ trụ chạy Windows 98: Vì sao chúng ta vẫn dùng 'đồ cổ' khi khám phá không gian?

 Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) mới đây đã cập nhật phần mềm trên một bộ phận quan trọng của tàu vũ trụ Mars Express, lần đầu tiên kể từ khi nó được triển khai tới Sao Hỏa vào năm 2003.

Khá thú vị, thiết bị đo âm thanh tầng dưới và tầng điện ly (MARSIS) trên con tàu vũ trụ này sử dụng phần mềm được xây dựng trên hệ điều hành Windows 98. Mặc dù được coi là 'đồ cổ' vào năm 2022, tuy nhiên vào thời điểm năm 2003 (khi con tàu được phóng lên không gian), Windows 98 vẫn được coi là một trong số hệ điều hành phổ biến bậc nhất thời điểm bấy giờ.

"Mắt thần" soi dấu hiệu của nước trên Sao Hỏa

Cơ quan này ban đầu phóng tàu Mars Express vào không gian vào năm 2003 với tư cách là sứ mệnh đầu tiên tới Hành tinh Đỏ, và nó đã dành gần hai thập kỷ để khám phá bề mặt hành tinh này.

Trong đó, thiết bị MARSIS trên tàu Mars Express của ESA được coi là chìa khóa giúp con người phát hiện ra tầng chứa nước lỏng khổng lồ bên dưới bề mặt trên Hành tinh Đỏ vào năm 2018.

MARSIS sử dụng sóng vô tuyến tần số thấp vốn sẽ phản xạ lại từ bề mặt Sao Hỏa để tìm kiếm nước và nghiên cứu bầu khí quyển của Hành tinh Đỏ. Ăng-ten dài 130 foot của thiết bị có khả năng tìm kiếm xung quanh ba dặm dưới bề mặt sao Hỏa. Việc nâng cấp phần mềm được cho là sẽ tăng cường khả năng tiếp nhận tín hiệu và xử lý dữ liệu của thiết bị, từ đó cải thiện chất lượng dữ liệu được gửi trở lại Trái đất.

ESA và đội vận hành tại Viện Vật lý Thiên văn Quốc gia (INAF) đã dựa vào một giải pháp kĩ thuật để lưu trữ nhiều dữ liệu có độ phân giải cao trên thiết bị MARSIS. Tuy nhiên, điểm trừ của giải pháp này sẽ nhanh chóng làm đầy bộ nhớ tích hợp của thiết bị.

"Bằng cách loại bỏ dữ liệu mà chúng tôi không cần, phần mềm mới cho phép chúng tôi bật MARSIS trong thời gian dài gấp 5 lần và khám phá một khu vực rộng lớn hơn nhiều với mỗi lần bay qua"

"Tất nhiên, chúng tôi vẫn phải đối mặt với một số thách thức để cải thiện hiệu suất của MARSIS. Đặc biệt là vì phần mềm MARSIS ban đầu được thiết kế hơn 20 năm trước, sử dụng môi trường phát triển dựa trên Microsoft Windows 98!, kĩ sư Carlo Nenna của Enginium cho biết.

"Phần mềm mới sẽ giúp chúng tôi nghiên cứu nhanh chóng và sâu rộng hơn các khu vực này ở độ phân giải cao và xác nhận liệu chúng có phải là nơi có chứa các nguồn nước chưa được phát hiện trên sao Hỏa hay không. Nó thực sự giống như việc lắp đặt một linh kiện hoàn toàn mới trên tàu Mars Express, gần 20 năm sau khi nó được triển khai. "

Mặc dù vẫn chưa rõ việc nâng cấp phần mềm sẽ có những thay đổi gì, đây vẫn có thể coi một chiến công không nhỏ, trong bối cảnh các kĩ sư của ESA phải thực hiện việc nâng cấp phần mềm với một con tàu vũ trụ nằm cách xa Trái Đất hàng chục triệu km.

Vì sao chúng ta vẫn dùng 'đồ cổ' khi khám phá không gian?

Cũng cần nói thêm, không chỉ riêng Mars Express, các thiết bị thăm dò Sao Hỏa khác của con người vẫn sử dụng các thiết bị phần cứng được coi là khá…'lỗi thời'.

Vào năm 2021, Perseverance - robot thăm dò của NASA đã đổ bộ xuống Sao Hỏa để thực hiện chuyến thám hiểm khoa học của mình trên Hành tinh Đỏ. Đáng chú ý, Perseverance được trang bị bộ xử lý PowerPC 750, vốn từng được sử dụng trên chiếc iMac G3 ra mắt năm 1998 của Apple.

PowerPC 750 là bộ xử lý lõi đơn, xung nhịp 233MHz và nếu so với các bộ xử lý nhiều lõi, xung nhịp đến 4.0GHz hoặc thậm chí 5.0GHz của nhiều thiết bị điện tử tiêu dùng ngày nay, tốc độ đó là quá chậm.

Tuy nhiên PowerPC 750 là bộ xử lý đầu tiên được trang bị khả năng dự đoán rẽ nhánh động (dynamic branch prediction), hiện vẫn được sử dụng trên các con chip hiện đại. Về cơ bản, kiến trúc CPU này cho phép huấn luyện được con chip dự đoán những tập lệnh mà CPU sẽ xử lý để cải thiện độ hiệu quả. Càng có nhiều thông tin được xử lý, con chip sẽ càng dự đoán tốt hơn những gì nó cần làm tiếp theo.

Nhưng có một khác biệt quan trọng giữa CPU trong chiếc iMac của Apple với robot thăm dò Perseverance của NASA. Hãng BAE Systems đã tạo ra một phiên bản cường hóa của PowerPC 750, còn được gọi là RAD750, có thể chịu được mức độ bức xạ từ 200.000 đến 1 triệu Rad và nhiệt độ dao động từ -55^oC cho đến 125^oC. Đây được coi là biện pháp giúp tàu có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường khắc nghiệt của Sao Hỏa.

Nhưng tại sao NASA vẫn sử dụng bộ xử lý cũ kỹ đến 23 năm tuổi này. Đây không phải vấn đề về giá thành, mà là về độ ổn định, khi những bộ xử lý này là các con chip tốt nhất cho công việc này. Khi bạn đã bỏ ra 2,7 tỷ USD để độ bộ một robot lên Sao Hỏa với một nhiệm vụ kéo dài nhiều tháng trên đó, bạn cần chắc chắn rằng công nghệ của mình đủ tin cậy để chịu đựng được sử thử thách của thời gian – cho đến từng vi mạch nhỏ nhất được hàn trong đó.

Hiện tại bộ xử lý RAD750 – hay PowerPC 750 được cường hóa – đang được sử dụng cho khoảng 100 vệ tinh quay quanh Trái Đất, bao gồm vệ tinh GPS, hình ảnh, dữ liệu thời tiết cũng như các vệ tinh quân sự khác. Tàu vũ trụ Orion của NASA hiện vẫn đang sử dụng các bộ xử lý RAD750. Điểm chung của các thiết bị này nằm ở chỗ, chúng chưa bao giờ gặp hỏng hóc và vẫn hoạt động bình thường.