Все мы помним эту печальную страницу в истории космонавтики, написанную 19 октября 2016 года. Европейский зонд «Скиапарелли» в этот обыкновенный осенний день врезался в поверхность Марса. После этого события на плато Меридиана Красной планеты появился новый красивый кратер. Так закончилась первая попытка Европейского космического агентства (ЕКА) совершить мягкую посадку на поверхность Красной планеты.
Но мало кто знает, к каким выводам о причине аварии пришли члены комиссии, созданной по поводу произошедшей катастрофы. А ведь они оказались весьма интересны! Давайте сегодня немного поговорим об этом. И вспомним, что же на самом деле произошло с зондом «Скиапарелли» согласно официальной позиции ЕКА.
Кто погубил «Скиапарелли»?
Если говорить очень кратко, то после проведения предварительного расследования, в ходе которого разные субподрядчики миссии ожидаемо принялись обвинять во всех грехах друг друга, было принято командирское решение просто назначить виновного. По халатности которого, собственно, якобы и произошёл сбой, который и привёл к случившейся аварии. И возник этот сбой, по мнению ЕКА, в инерциальном измерительном блоке (ИИБ) производства Соединённых Штатов Америки.
В частности, в предварительном отчёте было сказано, что в работе ИИБ (очень упрощённо – гироскопа) произошёл кратковременный сбой во время раскрытия парашюта. И из-за этого события бортовой компьютер неправильно определил положение космического аппарата.
А окончательный отчёт, вышедший спустя семь месяцев, эти выводы подтвердил.
Итак, виновник установлен. Это производитель ИИБ.
Всем спасибо, все свободны!
Однако на самом деле произошла весьма и весьма мутная история.
И мы попробуем в ней сегодня разобраться.
И для начала давайте тщательно вспомним последовательность происходивших событий.
Космический триллер
Зонд «Скиапарелли» вышел из спящего режима в 13:29:48 UTC (Всемирное координированное время) 19 октября, когда находился на пути к Красной планете после отделения от орбитального аппарата «ExoMars 2016 TGO».
Акселерометры зафиксировали вход аппарата в марсианскую атмосферу в 14:22:22. А через несколько минут обнаружилось, что зонд неожиданно начал нештатно вращаться.
В 14:45:23, когда ускорение, испытываемое зондом, достигло определённого запрограммированного уровня, был выпущен парашют. В это время капсула вращалась с угловой скоростью около 3 градусов в секунду. Парашют диаметром 12 метров раскрылся на высоте около 11 километров при скорости «Скиапарелли» 1700 км/ч. Раскрытие парашюта произошло менее чем за секунду, и вызвало в аппарате несколько колебаний с частотой 2,5 герца.
Примерно через 0,2 секунды после начала развёртывания ИИБ обнаружил более высокую угловую скорость тангажа, чем предсказывалось при моделировании. И как следствие, ИИБ перестал предоставлять бортовому компьютеру правильные данные. На самом деле «Скиапарелли» сильно раскачивался, и в какой-то момент компьютер даже решил, что космический аппарат находится «вверх ногами». Но когда, наконец, парашют раскрылся, нештатные колебания прекратились.
Зонд продолжил спуск и сбросил лобовой теплозащитный экран через 40 секунд после раскрытия парашюта. В 14:46:19, через пятнадцать секунд после отделения теплозащитного экрана, был включён доплеровский радиолокационный высотомер. Это ключевой инструмент в определении точной высоты и скорости корабля.
Однако система навигации и наведения использовала ошибочную оценку ориентации зонда, полученную во время сбоя в работе ИИБ. Из-за этого несоответствия между фактическими данными радара и «неправильной» ориентацией зонда, рассчитанной компьютером, эта система вдруг решила, что космический аппарат уже находится ниже уровня поверхности Марса. Это несоответствие в данных сохранялось в течение пяти секунд. И компьютер ни разу не поставил под сомнение ошибочные данные об ориентации зонда. И тогда посадочная система (раз уж ура, прилетели!) решила отделить парашют. И заодно задний защитный щит. Это произошло в 14:46:49.
Через две секунды после этого девять гидразиновых двигателей, которые должны были замедлить окончательный спуск зонда на поверхность, не понимая, что происходит, вдруг включились и решили немного всё же поработать.
Однако поскольку компьютер решил, что зонд находится под поверхностью Марса, он отключил все посадочные двигатели через три секунды после их запуска. В этот момент «Скиапарелли» находился в 3,7 км от поверхности Красной планеты.
В условиях слабой гравитации зонду потребовалось 34 секунды, чтобы достигнуть поверхности Марса. В результате столкновения он был полностью разрушен. «Скиапарелли» столкнулся с поверхностью Красной планеты на скорости около 540 км/ч. Конец истории.
Кто виноват и что делать?
Первоначально предполагалось, что причиной колебаний, выведших ИИБ из строя, мог быть итальянский парашют. И, следовательно, в аварии виноват именно этот элемент. Однако расследование показало, что он тут ни при чём. И что колебания не были вызваны какой-либо проблемой в работе этой системы.
Моделирование, проведённое в Лаборатории реактивного движения НАСА, показало, что в подавляющем количестве случаев угловая скорость при входе в атмосферу часто может превышать значения «перенасыщения» данными ИИБ. Эксперименты, проведённые с аналогичными парашютами в аэродинамических трубах показали, что аномальное поведение парашюта «Скиапарелли» находится в пределах того, что вполне можно было бы ожидать в атмосфере Марса.
Получается, что ИИБ был просто неправильно запрограммирован или даже просто настроен не так, как нужно? Выходит так. И что, его разработчики неправильно его сделали? Да? Вот тут, как раз, всё не так уж и просто. И мы поговорим об этом чуть ниже.
Но что же вызвало столь сильные колебания парашюта, приведшие к неисправности ИИБ? Это достоверно не установлено. Но расследование показывает, что это могло быть связано с наличием сильных ветров в марсианской атмосфере, или с асимметричным надуванием парашюта. Или с нештатным поведением парашютных строп. Это не так важно.
К тому же «Скиапарелли» пережил очень большую скорость изменения крена между событиями входа в атмосферу и раскрытием парашюта (до 18 градусов в секунду). Может ли это быть причиной катастрофы? Исследователи категорически заявляют, что этого не может быть. И что подобные непредвиденные эффекты уже наблюдались ранее в других миссиях. Например, при посадке марсохода «Оппортьюнити». И ничего страшного не случилось.
Выдвигалась и ещё одна гипотеза. Её сторонники предполагали, что возможно, причиной чрезмерной скорости вращения зонда было неравномерное распределение материала защитного экрана.
Это всё американцы!
Но, как бы то ни было, в окончательном отчёте делается вывод, что зонд «Скиапарелли» разбился всё-таки из-за того, что раскрытие парашюта не было должным образом обработано соответствующими устройствами. И если бы всё прошло нормально, колебания, вызвавшие сбой ИИБ, и последующая цепочка событий, кульминацией которых стало разрушение зонда от столкновения на скорости 540 км/ч, не произошли бы.
В отчёте подчёркивается, что если бы ИИБ не оставался заблокированным так долго, или если бы система посадки обрабатывала другим способом, аварии также не произошло бы.
Короче говоря, почти вся вина за случившийся инцидент была возложена на изделие американского производства. Что в некотором смысле позволило ЕКА умыть руки в этом вопросе. Кто-то из руководства ЕКА чудом избежал неприятностей, кто-то даже, возможно, увольнения. А что американцы? Да им вообще было фиолетово. Они не пострадали никак.
Однако можно посмотреть на эту ситуацию и по-другому. Более объективнее.
Если оценивать всю эту историю беспристрастно, что становиться очевидно, что зонд «Скиапарелли» разбился вовсе не потому, что североамериканский прибор оказался плохим. А из-за того, что программа моделирования раскрытия парашюта оказалась очень «сырой». То есть не предусматривала многих возможных аномальных ситуаций. О которых, к тому же, было очень хорошо известно из опыта прошедших миссий. Но учтено это не было. Что говорит об отсутствии нормального взаимодействия между руководителями проекта и подрядчиками.
Всеобщее раздолбайство? Нет. Мало денег
Как так получилось, что никто не предусмотрел, что время блокировки работы ИИБ может внезапно оказаться намного больше, чем те 15 миллисекунд, которые использовались в качестве эталона? Как стало возможно, что посадочная система зонда спокойна «съела» явно ошибочные данные, получаемые от ИИБ? Ведь доплеровский радар показывал совершенно другое! Да и физически невозможно, чтобы зонд находился под поверхностью и одновременно принимал радиолокационные эхосигналы от этой поверхности! Однако система посадки не была запрограммирована для осознания этого противоречия.
Как возможно, что предельная угловая скорость системы была установлена на уровне около 150 градусов в секунду, если производились симуляции, которые показывали, что эта угловая скорость в ходе выполнения реальной миссии может быть легко превышена?
Короче говоря, «Скиапарелли» сгубил не ИИБ. А скудный бюджет. Цепочка совершённых ошибок в данной истории подозрительно напоминает те причины, по которым был потерян британский зонд «Бигль-2». И еще марсианский полярный посадочный модуль НАСА «Mars Polar Lander». В обоих случаях посадочные аппараты стали жертвами сильно урезанной программы испытаний. Так случилось из-за того, что у разработчиков было очень скупое финансирование.
И в итоге те деньги, что всё же были выделены, оказались потрачены фактически в пустую.
Скупой, как говорится, платит дважды.