Ошибки мировой космонавтики

Космический аппарат, запущенный в 1998 году США в рамках программы Mars Surveyor Program, состоял из посадочного Mars Polar Lander (MPL), предназначенного для посадки в приполярной области Красной планеты, и орбитального Mars Climate Orbiter (МСО) для изучения марсианской погоды. Эта миссия провалилась полностью.
Mars Polar Lander успешно вошел в марсианскую атмосферу и перешел в режим радиомолчания. Связь должна была возобновиться после посадки, однако сеанс связи перед входом посадочного аппарата в атмосферу оказался последним. Расследование причин аварии показало, что с большой долей вероятности подвели магнитные датчики. При спуске в атмосфере у Mars Polar Lander должны были раскрыться опоры, на которые и производилась бы посадка. Магнитные датчики обязаны были регистрировать вибрации опор при соприкосновении с поверхностью планеты, после чего двигателям мягкой посадки давалась команда на отключение. Только датчики оказались излишне чувствительными и восприняли тряску в процессе спуска и открытия опор как вибрацию от касания поверхности. Точнее, программный код аппарата посчитал, что сигналы от датчиков достаточно продолжительные, что могло означать касание поверхности, в то время как реакция на вибрацию от открытия опор должна была регистрироваться по-другому. Двигатели выключились раньше времени, и посадочный аппарат разбился.
Mars Climate Orbiter был утерян по еще более обидной причине. Особенно досадно, что это не единичный такой случай, и подобную историю вы можете найти в главе «Логика работы и автоматика». Проблема заключалась в несоответствии двух различных систем единиц. В то время как весь остальной цивилизованный мир уже использовал метрическую систему (СИ), в США все еще пользовались собственной системой мер, уходящей корнями в Британскую империю. Один из основных программных файлов для расчета траектории как раз пользовался имперской системой. Выходные данные этой подпрограммы отправлялись в другую, которая, согласно технической документации, должна была пользоваться единицами СИ. Вторая подпрограмма автоматически считала, что полученные ею данные представлены в метрической системе, а на деле это было не так. Отдельные проблемы доставили солнечные батареи аппарата. Они располагались асимметрично относительно «тела» MCO, из-за чего в течение девятимесячного путешествия к Марсу аппарат дополнительно разворачивало. Давление света на большую по площади часть солнечных панелей придавало аппарату добавочный угловой момент, который приходилось компенсировать. Инженеры знали о вероятности этого, но не предполагали, насколько часто MCO будет разворачиваться на такой угол, который придется корректировать двигателями. Подобные события происходили в десять раз чаще, чем предполагалось. Опять же, данные об угловом моменте выдавались с использованием имперской системы единиц, а ПО, работавшее с ними далее, считало их метрическими. Это потихоньку накапливало ошибку в траектории. В итоге МСО оказался на 170 км ближе к Марсу, чем предполагала программа полета, и в какой-то момент перестал выходить на связь – он либо распался во время падения в марсианской атмосфере, либо разбился о поверхность планеты.
Лишь в 2007 году NASA от греха подальше окончательно переходит на обязательное использование метрической системы единиц при разработке космических аппаратов и программного обеспечения для них. К слову говоря, к использованию СИ во многих других сферах жизни в США пока так и не пришли.
Тем временем другие страны подключаются к марсианским исследованиям. В 1998 году Япония отправляет к Красной планете свой космический аппарат PLANET-B (позже он получил название Nozomi, что переводится с японского как «надежда»). Аппарат своей цели не достиг. Возможности японских ракет-носителей не позволяли сразу вывести Nozomi на расчетную трассу к Марсу. Было принято решение компенсировать недостаток мощности носителя при помощи нескольких гравитационных маневров. Сначала своей гравитацией должна была помочь Луна. Два пролета естественного спутника Земли 24 сентября и 18 декабря 1998 года прошли успешно. Следующим гравитационным маневром 20 декабря 1998 года, на этот раз возле Земли, предполагалось вывести Nozomi на трассу к Марсу таким образом, чтобы в октябре 1999 года аппарат оказался у цели. Во время выполнения маневра клапан подачи окислителя открылся не полностью, из-за чего двигатели не смогли выдать необходимую тягу. Набранная в ходе гравитационного маневра скорость оказалась на 100 м/с меньше расчетной. Nozomi вышел на гелиоцентрическую орбиту, но выход на предполагаемую трассу полета к Марсу оказался невозможным. 21 декабря дважды включались двигатели для корректировки курса, в ходе чего топлива было потрачено больше, чем предполагалось. Теперь выйти на расчетную трассу не получалось, потому что Nozomi просто не хватило бы топлива для дальнейшей работы по плану. Тем не менее это не стало концом миссии: пока связь не потеряна, можно передать космическому аппарату новую программу полета. Поиски возможных решений проблемы привели к следующему заключению: учитывая новое положение аппарата на гелиоцентрической орбите и оставшееся количество топлива, в конце 2002 и середине 2003 годов можно будет провести два дополнительных гравитационных маневра у Земли, которые позволят Nozomi все-таки добраться до Марса к декабрю 2003 года.
 
Эти маневры прошли успешно, но тоже не без приключений. 21 апреля 2002 года, приближаясь к Земле, космический аппарат попал под мощную солнечную вспышку. Поток заряженных частиц от светила повредил часть аппаратуры на борту. В том числе пострадала система охлаждения и контроля температуры. Гидразин, использовавшийся в качестве горючего для двигателей, в отсутствие корректной работы системы контроля температуры попросту замерз. К счастью, Солнце, создавшее эту проблему, само ее и решило. К декабрю 2002 года Nozomi подошел довольно близко не только к Земле, но и к Солнцу, и достаточное для выполнения гравитационного маневра количество горючего на тот момент уже оттаяло. Ко времени выполнения следующего маневра в июне 2003 года гидразин полностью оттаял. Nozomi наконец-то отправился к Марсу. Затем 9 декабря 2003 года космический аппарат требовалось развернуть, чтобы 14 декабря он мог выйти на околомарсианскую орбиту. Сделать это не удалось, и миссия была признана завершенной. Пролет космического аппарата рядом с Марсом 14 декабря 2003 года вывел его на гелиоцентрическую орбиту с периодом обращения около двух земных лет. Все эти годы Nozomi не только пытался добраться до Красной планеты, но и при помощи исправного и добротно работающего оборудования исследовал межпланетное пространство и получил множество полезных данных. Не получилось у него только исполнить свое изначальное предназначение – изучить Марс.
Европейское космическое агентство тоже отправляло к Красной планете свои аппараты, и у него тоже не все шло гладко. 2 июня 2003 года запускается миссия Mars Express, в рамках которой посадку на поверхность Марса должен был совершить аппарат Beagle-2. Во многом эта миссия повторяет судьбу американского аппарата Mars Observer. Добраться до Красной планеты получилось без проблем, на 19 декабря 2003 года была запланирована посадка. Однако в расчетное время Beagle-2 не вышел на связь. Последующие исследования марсианской атмосферы силами орбитальной части миссии Mars Express показали, что верхние ее слои тоньше, чем предполагали инженеры. Это могло помешать основному парашюту Beagle-2 раскрыться вовремя, так как парашютная система ориентировалась как раз на плотность атмосферы. А могло и не помешать: в 2007 году посадочный аппарат нашелся. Американская станция Mars Reconnaissance Orbiter производила съемку поверхности планеты с околомарсианской орбиты. Высокое разрешение снимков позволило разглядеть в запланированном месте посадки Beagle-2 с не полностью раскрытыми солнечными батареями. Хоть этот аппарат и не выполнил свою научную программу, он хотя бы смог добраться до Марса относительно целым.