Dassie2001 (dassie2001) wrote,
Dassie2001
dassie2001

Category:

587. Фобос-Грунт: сгоревшие надежды (подробный разбор полётов)

Статья из журнала "Наука и жизнь", номер 3, 2012.

Originally posted by annum_per_annum at "Фобос-Грунт" сгоревшие надежды (подробный разбор полётов)
"По сообщению Войск воздушно-космической обороны России, межпланетная станция «Фобос-Грунт» вошла в атмосферу Земли 15 января в 21 ч. 45 мин. по московскому времени над Тихим океаном, на 1250 км западнее чилийского острова Веллингтон, примерно на 49°ю.ш. и 92°з.д. Американское стратегическое командование в свою очередь проинформировало, что это произошло в 21 ч. 46 мин. (±1 минута) в точке с координатами 46°ю.ш. и 87° з.д. Земной поверхности могли достичь отдельные элементы конструкции из тугоплавких материалов. Компоненты топлива сгорели в атмосфере на высоте около 60 км.

Вторая попытка России выйти на просторы Солнечной системы провалилась".


Вкратце (на всякий случай) напомню задачи этого проекта:
Основные задачи нацелены на решение широкого спектра проблем, в первую очередь связанных с генезисом Солнечной системы, путём физико-химического анализа реликтового вещества с Фобоса. Другие научные задачи включают: исследование физико-химических характеристик Фобоса как небесного тела, что позволит приблизиться к пониманию происхождения марсианских спутников и, возможно, спутниковых систем других планет; уточнение параметров орбитального и собственного вращения Фобоса, что важно для изучения его внутреннего строения и эволюции орбиты; исследование физических условий среды вблизи Марса — электрических и магнитных полей, характеристик взаимодействия солнечного ветра с плазменным окружением Марса, в том числе регистрация «убегающих» из его атмосферы ионов кислорода, что позволит расширить представления об истории воды на Марсе; изучение вариаций его атмосферы.

ПРИКЛЮЧЕНИЯ НА ОРБИТЕ
"На пресс-конференции накануне пуска «Фобос-Грунта» руководитель НПО им. С. А. Лавочкина (предприятия, создавшего аппарат) Виктор Владимирович Хартов напомнил, что в мировой практике ни одна межпланетная миссия не обходилась без сбоев, и спрогнозировал: «У нас тоже может быть много приключений». Эти слова оказались пророческими.

Один из самых ожидаемых стартов «космического» года состоялся в ночь с 8 на 9 ноября 2011 года (в 00 ч 16 мин 02,871 с). С пусковой установки № 1 площадки № 45 космодрома Байконур была запущена ракета-носитель «Зенит-2» с российской автоматической межпланетной станцией «Фобос-Грунт» и встроенным в неё китайским микроспутником «Инхо-1». Выведение прошло штатно, впервые за пятнадцать лет российская автоматическая межпланетная станция (АМС) была доставлена на низкую околоземную орбиту (перигей — 206,5 км, апогей — 345,2 км). Данные телеметрии подтвердили раскрытие её солнечных батарей и осуществление ориентации (ось аппарата направлена на Солнце, батареи освещены и дают ток). Девятого ноября в 02 ч 56 мин 43 с над Бразилией планировалось первое включение маршевой двигательной установки (МДУ), чтобы выйти на промежуточную эллиптическую орбиту с апогеем 4162 км. Перед включением МДУ аппарат должен был определить своё положение в пространстве и, используя двигатели малой тяги, построить так называемую трёхосную ориентацию. Второе включение МДУ запланировали на 05 ч 03 мин 44 с над Тихим океаном, чтобы утром 9 ноября «Фобос-Грунт» вышел на траекторию отлёта от Земли. К сожалению, всё пошло не так, как хотелось...

Уже на третьем витке с ожидаемой промежуточной орбиты никаких сигналов не поступило. Утром 9 ноября на Байконуре руководитель Роскосмоса Владимир Александрович Поповкин сообщил журналистам, что «Фобос-Грунт» не смог покинуть опорную орбиту: «Двигательная установка не сработала — не было ни первого, ни второго включения. Это говорит о том, что, по всей видимости, он не смог переориентироваться с Солнца на звёздные датчики, и умная машина не дала команду на включение...» Начались попытки выйти на связь с «застрявшей» на орбите станцией, но, несмотря на первоначальную надежду и оптимизм, получить телеметрию с аппарата не удалось. Проблема возникла из-за того, что при его нахождении на низкой орбите основной бортовой радиокомплекс Х-диапазона и работающие с ним наземные пункты использовать не планировали и передать команду на борт было просто нечем. Первый сеанс связи предполагалось осуществить только на отлётной траектории, после входа станции в зону радиовидимости российских средств. Угловая скорость цели, тем более вблизи перигея, была настолько велика, что на неё не смогли навести ни 70-метровые антенны дальней космической связи, ни доработанные специально для этого пуска 12-метровые антенны «Спектр-Х» на Байконуре и в Медвежьих Озёрах, предназначенные для связи на расстоянии до нескольких миллионов километров от Земли. Пришлось в срочном порядке модернизировать наземные пункты и, в частности, расфокусировать антенны, чтобы из узкого луча получить широкую диаграмму направленности и «поймать» аппарат.

Весь день 9-го и в ночь на 10 ноября предпринимались попытки его «услышать» и передать ему командно-программную информацию. Днём 10 ноября к работе привлекли станцию Европейского космического агентства (ЕКА) в Перте (Австралия). Увы, «Фобос-Грунт» молчал и не отзывался на команды, хотя съёмка с отечественных пунктов оптического наблюдения показала ожидаемую в сложившейся ситуации картину — он по-прежнему ориентировался на Солнце. Вечером 10 ноября с Байконура попытались передать команду непосредственного исполнения — включить систему внешнетраекторных измерений, своего рода автономную «пищалку». Она бы сообщила, что аппарат способен принимать и исполнять команды. И снова неудача...

В первые дни полёта на основании анализа элементов орбиты станции, публикуемых американским Объединённым центром космических операций (JSpОС), многим экспертам казалось, что перигей орбиты медленно растёт. Поскольку о преднамеренном маневрировании речь идти не могла, складывалось впечатление, что «Фобос-Грунт» пытается поддерживать солнечную ориентацию и столь «удачно» возмущает орбиту работа двигателей малой тяги. Последующий анализ, однако, показал, что с 9 по 18 ноября определяемые JSpОС параметры орбиты шли с заметным разбросом. Высота перигея оставалась почти неизменной, в то время как апогей уменьшался. Ещё более непонятным оказался отрезок времени с 18 по 21 ноября, когда, по американским данным, прочитывался уверенный рост перигея почти на 3 км (если отсчитывать его от сферической Земли, то есть избавиться от широтной зависимости). А 21 ноября все эти загадочные эволюции внезапно прекратились и изменение орбиты «Фобос-Грунта» стало соответствовать движению пассивного тела. Четырнадцатого ноября В. А. Поповкин впервые после старта прокомментировал обстановку с аппаратом: «Причину [ситуации] понять до сих пор очень тяжело, потому что мы не можем получить с него телеметрию. Сейчас специалисты ведут целый ряд попыток закладки программ...» Двадцать второго ноября заместитель руководителя Роскосмоса В. А. Давыдов объявил, что телеметрии с борта по-прежнему нет, а поэтому «...нужно быть реалистами. Раз мы так долго не могли установить с ним связь, шансов, что мы эту экспедицию осуществим, очень мало». В тот же день ЕКА объявило о последней серии попыток услышать «Фобос-Грунт» через станцию в Перте в ночь с 22 на 23 ноября. Было запланировано пять сеансов связи, продолжительностью по 6—7 минут. А дальше, словно в кино: в самый последний момент случилось чудо!

Австралийская станция, дооснащённая специальной передающей антенной с трёх-ваттным передатчиком, впервые смогла «достучаться» до молчавшего российского зонда: на скорости 7 бит/с она послала командную последовательность для включения передатчика. И только что вышедший из тени аппарат отозвался: ответный сигнал несущей частоты сразу был получен! В ночь с 23 на 24 ноября ей же удалось выдать команды и получить «аварийный» кадр телеметрии с радиокомплекса. Стало ясно, что передатчик запитан и работоспособен, но детали «вытащить» не удалось — возможно, из-за того, что при прохождении через декодер европейской станции данные «портились». Двадцать четвёртого ноября в 16 ч 05 мин при прохождении аппарата низко над горизонтом на Байконуре удалось получить полный «аварийный» кадр. Он отражал состояние отдельных блоков радиокомплекса перелётного модуля, рабочие напряжения на шинах радиокомплекса, температуру на отдельных его элементах — всё было в норме. Удалось также выяснить, что шина обмена данными с бортовым комплексом управления работоспособна. Кроме того, кадр содержал историю переключения между основным и резервным передатчиками. Всё это, однако, не дало новых существенных сведений для анализа аварийной ситуации и поиска выхода из неё. А все дальнейшие попытки выйти на связь с аппаратом с Байконура и из Австралии, получить телеметрию уже в полном объёме от бортового комплекса управления успеха не имели. В ночь на 29 ноября специалисты предприняли попытку выдать с европейской станции в Перте команду на включение двигателей ориентации «Фобос-Грунта», чтобы поднять его орбиту и сделать более удобной работу штатными средствами. Всё было напрасно.

Начиная с 24 ноября станция стала тратить больше энергии, чем её выдавали солнечные батареи. Включённый во время сеанса связи передатчик не выключился, расходуя энергию, запасённую в аккумуляторных батареях и вырабатываемую химическим источником тока (ХИТ) на перелётном модуле. К 29 ноября резервы были исчерпаны, произошла разгерметизация ХИТа — от аппарата отделились два фрагмента, которые были зафиксированы американскими средствами контроля космического пространства. Второго декабря ЕКА объявило о прекращении поддержки миссии «Фобос-Грунт» с использованием своих наземных станций, признав дальнейшие попытки бесперспективными.

Десятого декабря пресс-служба Роскосмоса опубликовала сообщение: «Федеральным космическим агентством создана Межведомственная комиссия по анализу причин нештатной ситуации, возникшей 9 ноября с.г. в процессе вывода КА "Фобос-Грунт" на отлётную траекторию к Марсу. Председателем назначен Ю. Н. Коптев, председатель научно-технического совета государственной корпорации "Ростехнологии"...» Итоги работы Межведомственной комиссии были обнародованы 3 февраля. В них названы возможные причины провала миссии: «Причиной возникновения нештатной ситуации является перезапуск двух полукомплектов устройства ЦВМ22 бортового вычислительного комплекса (двойной "рестарт")... Наиболее вероятным фактором, который мог стать первопричиной двойного "рестарта", является локальное воздействие тяжёлых заряженных частиц (ТЗЧ) космического пространства... Комиссия рассмотрела другие факторы, способные привести к двойному "рестарту" ЦВМ22: — электромагнитные помехи в контурах бортового вычислительного комплекса, что могло привести к кратковременному аппаратному отказу и, как следствие, сбоям в работе и невыполнению циклограммы выведения аппарата на отлётную траекторию; сбой в программном выполнении задач: превышение допустимого интервала времени выполнения отдельных задач, повторившееся не менее двух раз подряд (задачи логики, межпроцессорного обмена, управления движением (ориентации и стабилизации), управления маршевым двигателем); программные некорректности взаимодействия параллельно работающих ЦВМ (ошибка в программном обеспечении)».

Но все упомянутые в документе технические сбои, о причинах которых теперь можно только гадать, — всего лишь следствия гораздо более серьёзных причин. И предпосылки к провалу марсианской миссии возникли много лет назад.

КТО ВИНОВАТ И ЧТО ДЕЛАТЬ?
Сейчас, после более чем двадцатилетнего перерыва в отечественных межпланетных исследованиях, проект «Фобос-Грунт» кажется слишком амбициозным. Однако в те годы, когда он «закладывался», были ещё свежи воспоминания об исключительно успешных миссиях к Венере и комете Галлея (проект «Вега») и экспедиция за грунтом спутника Марса выглядела вполне решаемой, хотя и сложной задачей. Глядя же из дня сегодняшнего, мы должны признать, что запущенные в 1984 году «Веги» стали последними полностью успешными отечественными межпланетными миссиями. То есть к моменту реального развёртывания работы над «Фобос-Грунтом» из российской космонавтики ушло целое поколение специалистов, имевших опыт создания автоматических станций и их управления на межпланетных траекториях. Передать свой опыт им было некому — молодые учёные в начале и в середине 1990-х годов в космическую отрасль почти не приходили.

Многому пришлось учиться с нуля, и сразу же на очень сложной миссии. К тому же то и дело менялась конструкция аппарата. Возможно, в ходе этих многочисленных изменений и возникли предпосылки той ошибки, которая не позволила аппарату улететь от Земли.

В качестве основной причины неудачи можно выделить недофинансирование именно научной составляющей космической отрасли, всё остальное: недостаточная культура проектирования и наземной отработки проекта, плохие комплектующие и сырое программное обеспечение — это лишь следствия. Финансирование космической науки составляет всего 7% от бюджета Роскосмоса, причём эти средства распределяются между всеми научными разработками. Стоимость всех работ по проекту «Фобос-Грунт» за все пятнадцать лет составила примерно $170 млн, да и те в основном были выделены в последние пять лет. Для сравнения: стоимость американских научных разработок по марсоходу 'Curiosity' ('Mars Science Lab.'), который 26 ноября 2011 года успешно стартовал к Красной планете, составила $2 млрд.

Одного энтузиазма и целеустремлённости для современной космонавтики недостаточно. Чтобы станции не застревали на околоземных орбитах, а спутники не падали в океан, нужны испытательные стенды, тщательная, многократная отработка всех систем и главное — грамотная организация работ и опытные специалисты. Нужна школа, где происходила бы связь поколений и передавался наработанный на ряде последовательных проектов опыт.

Вот лишь несколько примеров авральной работы, о которых рассказали источники в отрасли: «Только на полигоне [Байконур] обнаружили, что в программном обеспечении бортового комплекса управления перепутана полярность управления рулевых машинок маршевого двигателя. Поначалу хотели обойтись перепайкой кабелей. В результате на заправленной машине было заменено шесть (!) кабелей. После их замены выяснилось, что сигналы управления по разным каналам идут на одну и ту же рулевую машинку. Тут уж перепайкой и заменой кабеля было не обойтись. Пришлось корректировать программное обеспечение, внося последние штрихи непосредственно перед стартом». Кроме того, «...на перелётном модуле были установлены две двухканальные ЦВМ22. Один канал второй ЦВМ отказал ещё на Земле, и его выкусили. Оставшийся канал этого компьютера вошёл в конфликт со своими собратьями из первой ЦВМ, и его также пришлось отключить. В полёт аппарат ушёл с одной машиной». По словам специалистов, у разработчиков «Фобос-Грунта» «...не было полного стенда. Проверку в сборе проводили только на старте».

Не стоит также забывать, что логичней с точки зрения наработки опыта следовало начать с подготовки лунных миссий, создав в первую очередь относительно недорогой зонд, на котором отработали бы и новую платформу, и технологию связи и управления, и способы взаимодействия специалистов. В реальности получилось всё наоборот — вначале, чуть ли не с нуля, создавали сложнейшую межпланетную станцию, а лунный проект на её базе отнесли на 2015 год...

Гибель «Фобос-Грунта» вызывает множество вопросов. Как изменятся сроки осуществления новых межпланетных проектов? Захотят ли иностранные партнёры ещё раз рискнуть поместить свою научную аппаратуру на российские аппараты? Будет ли предпринята попытка осуществить проект «Фобос-Грунт» заново?

Ясно лишь одно — «дорогу осилит идущий». Если строить межпланетные станции и запускать их как можно чаще (начав, например, с лунных аппаратов) — успех придёт".

Александр Ильин,
"Наука и жизнь", №3, 2012


Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

  • 3 comments