Tiết lộ nơi lưu trữ những hình ảnh vũ trụ tuyệt đẹp từ kính viễn vọng James Webb

Nhiều người đam mê PC đã bật cười khi nghe đến dung lượng của ổ SSD dùng để lưu giữ nhưng hình ảnh tuyệt đẹp được chụp bởi kính viễn vọng James Webb (JWST), vâng, dung lượng của ổ cứng này chỉ có 68 GB. Nó thậm chí còn ít hơn một ổ USB hiện đại ngày nay. Nhưng điều gì đã làm cho thiết bị này trở nên đặc biệt?

Hình ảnh Cosmic Cliffs của tinh vân Carina chụp bởi JWST từng được lưu trữ trên ổ SSD 68 GB.

Nói chính xác, đây không phải là ổ SSD thông thường như chúng ta nghĩ. Trên thực tế, nó được gọi là Solid State Recorder. Bất kỳ bộ phận điện tử nào được đưa vào một dự án lớn như JWST đều phải trải qua một quy trình thử nghiệm gắt gao, từ đó có được các chứng nhận như tiêu chuẩn về độ tin cậy, tốc độ, khả năng dự phòng và khả năng chống bức xạ cho toàn bộ các bộ phận bên trong nó.

Các ổ SSD tốt nhất thế giới có thể chứa nhiều dữ liệu hơn gấp nhiều lần và hoạt động nhanh hơn hàng nghìn lần, nhưng chúng đều sẽ thất bại khi được đưa lên một môi trường ở độ cao nhất định.

Nói đến JWST, chiếc kính viễn vọng này được trang bị hệ thống gương rộng đến 25 mét vuông, được thiết kế để thu ánh sáng hồng ngoại có bước sóng tới 28μm. Và các bước sóng mà cảm biến có thể thu được càng rộng thì nó sẽ tạo ra nhiều dữ liệu hơn cho mỗi hình ảnh. Vì vậy mọi thứ bạn thấy, từ những ngôi sao cho đến màu sắc tuyệt vời của chúng, đều là dữ liệu.

Với độ nhạy của JWST, nó có thể tạo ra tới 58.8 GB dữ liệu hình ảnh mỗi ngày, khiến chiếc kính Hubble từng “làm mưa làm gió” và lượng dữ liệu hàng ngày tối đa 2GB hoàn toàn lùi về phía sau sân khấu.

JWST có thể tạo ra 57 GB dữ liệu hình ảnh mỗi ngày so với 2GB của Hubble.

Hoạt động ghi dữ liệu được xử lý bởi hệ thống ISIM Command và hệ thống con Data Handling (ICDH), cả hai có thể duy trì tốc độ dữ liệu tối đa khoảng 48 Mbps. Điều này đủ để JWST lưu khoảng 6 tệp hình ảnh có kích thước 2048x2048 sau mỗi 10.7 giây.

Để đáp ứng hệ thống ghi dữ liệu này, JWST đã sử dụng SSD 68 GB, được làm cứng bằng chất phóng xạ của JWST, có khả năng Over-provisioning - giải pháp giúp đảm bảo rằng ổ SSD không bao giờ bị đầy hoàn toàn mà sẽ luôn có một phần dung lượng dự phòng để giúp hiệu suất ghi luôn ổn định - vượt trội so với các ổ SSD thông thường để có thể đảm bảo quá trình ghi dữ liệu hoạt động ổn định trong cả ngày dài.

Trên thực tế, tùy thuộc vào lịch trình, SSD của JWST có thể được lấp đầy dung lượng trong ít nhất 120 phút. Điều này có nghĩa là dữ liệu phải được làm trống liên tục khỏi SSD, sau đó vượt qua không gian cách Trái Đất 1.5 triệu km, để đến nơi chúng có thể được lưu trữ an toàn trên các máy chủ của NASA.

Khoảng cách nói trên hoàn toàn không phải là điều ngẫu nhiên, vì JWST được đậu tại điểm Lagrange 2, một trong những điểm mà sự tương tác trọng lực giữa các thiên thể khác nhau triệt tiêu lẫn nhau, để có thể tạo ra những bức ảnh chụp ổn định nhất. Và do đó, JWST không chỉ có nhiệm vụ chụp các hình ảnh mà còn phải phát sóng chúng về phía Trái Đất một cách thường xuyên.

Hình ảnh mô phỏng vị trí của JWST trong vũ trụ.

Hệ thống liên lạc chính của JWST, dựa trên tần số băng tần Ka, truyền dữ liệu trở lại Trái Đất trên kênh 25.9 GHz với tốc độ lên tới 28 Mbps. Để đảm bảo việc làm trống các cơ sở dữ liệu trên SSD được xuyên suốt và ổn định, JWST sẽ kết nối và truyền dữ liệu ghi được qua 2 cửa sổ liên lạc kéo dài 4 giờ mỗi ngày, với mỗi cửa sổ cho phép truyền ít nhất 28.6 GB dữ liệu về Trái Đất.

Ngoài ra, JWST còn có một cặp kênh vô tuyến chậm hơn trong băng tần S đảm nhiệm các nhu cầu cần thiết khác. Một uplink dựa trên kênh 2.09 GHz cung cấp lịch trình truyền tải và quan sát khoa học trong tương lai tới kính thiên văn ở tốc độ 16 Kbps, được lên lịch trước từ 12 - 20 tuần. Đường downlink thứ hai, 2,27 GHz, có tốc độ 40 kbps phụ trách truyền tải dữ liệu kỹ thuật và đo từ xa của kính thiên văn, bao gồm trạng thái hoạt động và tình trạng hệ thống.

Các kỹ sư ước tính rằng với tuổi thọ khoảng 10 năm của JWST, SSD sau này sẽ chỉ còn 60 GB dung lượng lưu trữ khả dụng, do sự phá hủy cấu trúc thiết bị từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm quá trình ghi và phóng xạ. Điều này sẽ khiến kính viễn vọng chỉ thu thập được tối đa 57 GB dữ liệu hàng ngày trong tương lai.