На главную » Новости » Полет Beresheet: то, что осталось за кадром.
0

Полет Beresheet: то, что осталось за кадром.

0

Полет Beresheet: то, что осталось за кадром.22 февраля 2019 года сотни тысяч израильтян следили за запуском Beresheet – израильского космического аппарата, который собирался войти в историю и прилуниться. Он должен был сделать Израиль четвертой страной в мире, совершившей мягкую посадку на Луне. Кроме того, это был первый частный космический аппарат, предназначенный для посадки на Луну, самый маленький и самый дешевый космический аппарат, который отправился на Луну в качестве «автостопщика» – основным полезным грузом ракеты-носителя SpaceX был индонезийский спутник связи.

Beresheet добирался до Луны по всё более вытянутым эллиптическим околоземным орбитам, причем переход с одной орбиты на другую осуществлялся в течение короткого промежутка времени – до нескольких минут. 4 апреля 2019 года космический аппарат выполнил самый сложный маневр, не считая самой посадки, – запустил двигатель для торможения и выхода на окололунную орбиту. Неделю спустя, после нескольких маневров, началась собственно посадка, для чего двигатель снова включили на торможение, чтобы Beresheet смог совершить мягкую посадку в Море Ясности.



Сначала всё шло хорошо, но в последние десять минут перед посадкой произошел ряд сбоев, которые привели к остановке двигателя и в конечном итоге к крушению космического аппарата на Луне. Позже той ночью SpaceIL и Israel Aerospace Industries объяснили, что виновником крушения стал один из высотомеров космического аппарата, пообещав провести подробное расследование и опубликовать его детали. Расследование было завершено, но подробности никогда не публиковались в упорядоченном виде. Здесь они излагаются впервые.

----------
Последовательность проблем
----------

Как и в любой (почти) космической катастрофе, крушение Beresheet – это не единичная ошибка, а серия ошибок. Некоторые из них связаны с изначальным проектом космического аппарата, который был очень маленьким и основывался на относительно небольшом для таких космических проектов бюджете – $100 млн, включая затраты на запуск и управление. Истоки других – в «человеческом факторе».


Уже в первую ночь после запуска команда разработчиков сообщила о проблеме со звездными датчиками – парой камер, предназначенных для того, чтобы сканировать небо, обнаруживать определенные звёзды и таким образом определять положение космического аппарата в пространстве, то есть, летит ли он вперед «носом», «кормой» или «боком». Это имеет решающее значение при работе двигателя, потому что неправильная ориентация космического аппарата приведет к переходу на совершенно другую траекторию, чем планировалось, и, возможно, даже к выходу из строя. По-видимому, во время запуска ракеты-носителя частицы пыли попали на светофильтры, предназначенные для защиты звездных датчиков от прямого солнечного света. Загрязнение ослабило звездный свет и «ослепило» датчики.
Первые попытки обойти эту проблему с помощью редактирования программного обеспечения не увенчались успехом. Вместо этого инженеры нашли творческие решения: измерение углов ориентации Beresheet во время маневров и использование акселерометра вместо звездных датчиков в тех маневрах, где нельзя было избежать солнечного света. Эти изменения вынудили команду проделать большую работу, а также затруднили поиск космического аппарата, так как любое отклонение могло также немного изменить его траекторию.


Через несколько дней после запуска произошел еще один сбой: Beresheet неожиданно перезагрузился и не выполнил запланированный маневр. Проблема с перезагрузкой продолжала сопровождать космический аппарат на пути к Луне – вероятно, из-за вызванного интенсивным космическим излучением дефекта функции электронного блока, являвшегося посредником между компьютером и системами космического аппарата. Это часть цены, которую платят за легкие и небольшие космические аппараты с минимальной радиационной защитой и относительно недорогими компонентами, некоторые из которых, как и упомянутый блок, были созданы специально для Beresheet и никогда не испытывались в космосе.

Другая часть цены дешевого космического полета состоит в том, что на Beresheet был только один компьютер. Поэтому программные «заплаты», предназначенные для преодоления проблем, во время выполнения задачи записывались не в саму память компьютера, а только в оперативную память (ОЗУ). В результате при каждой перезагрузке компьютера «заплаты» стирались, и их приходилось загружать снова в командном файле.

В разгар спуска на поверхность Луны при постоянно работающем двигателе компьютером был отключен гиростабилизатор Inertial Measurement Unit (IMU) работавший со сбоями. У космического аппарата были два таких гиростабилизатора, и он мог продолжать полет с одним работающим. Команда должна была быстро принять решение: продолжать ли спуск на Луну с одним гиростабилизатором и надеяться, что он не откажет, или попытаться восстановить работу сбоившего. Решение: восстановить.

Однако из-за логики конструкции бортовых систем Beresheet попытка восстановления гиростабилизатора на короткое время блокировала передачу информации центральному процессору от исправного гиростабилизатора. Менее секунды компьютер не получал данные об ускорении, поэтому он сообщил о навигационном сбое и самостоятельно перезагрузился. Перезагрузка длилась менее двух секунд, но компьютер вернулся к работе без накопленных обновлений программы, которые, согласно файлу команды на посадку, должны были загружаться каждую минуту для большей безопасности. В результате компьютер несколько раз самопроизвольно перезагружался, и только после примерно пяти таких перезагрузок наконец-то появились обновления.

Перезагрузки компьютера вызвали отключение основного двигателя Beresheet, который в этот момент должен был постоянно работать и гасить посадочную скорость. Предполагалось, что компьютер сразу же перезапустит двигатель. И тут дала о себе знать еще одна ошибка, которую инженерная группа обнаружила перед запуском, но не смогла исправить. Для перезапуска двигателя компьютер должен был получать информацию от двух гиростабилизаторов, но после перезагрузки работал только один – и основной двигатель не включился. Маленькие двигатели поддерживали правильное положение космического аппарата, но Beresheet продолжал падать на Луну. Он ударился о лунную поверхность со скоростью почти 5000 км/ч и, вероятно, разлетелся на куски.

----------
Всё, что дешево, стоит дорого
----------

Как упоминалось ранее, некоторые проблемы Beresheet были вызваны использованием относительно недорогих компонентов, не все из которых были проверены в других космических полетах. Даже гиростабилизаторы, которые хорошо работали на протяжении всего полета вплоть до этого критического сбоя, не были специально разработаны для космических полетов, и информация об их функционировании на спутниках была неполной и непроверенной. Боязнь их отказа привела к тому, что это был единственный дублированный компонент Beresheet.

 
«В обычной ситуации мы не запустили бы космический аппарат в таком виде, – говорит Офер Дорон, который еще несколько месяцев назад был директором аэрокосмического промышленного предприятия IAI "Мабат". – Избыточности компонентов и систем почти не было, большая часть компонентов не была испытана в космосе, и вероятность успешной посадки была очень низкой, и мы были недостаточно готовы. Группа управления также недостаточно практиковалась, хотя они много тренировались и готовились. Если бы это был обычный спутник, мы бы отменили запуск, но когда он летит попутным полезным грузом, а не основным, такой возможности нет. Мы решили, что достаточно хорошо готовы, и мы выявили более низкий уровень готовности, чем хотели».

Тем не менее, Дорон подчеркивает, что строительство космического аппарата в сжатые сроки и решение обнаруженных проблем являются огромными достижениями. «Прекрасная группа людей приложила огромные усилия, чтобы выполнить невыполнимую миссию, и подошла очень близко к этому. Они заслуживают высшей оценки. Посадка не удалась не из-за "человеческого фактора", а из-за целой цепочки событий».

«Космический аппарат не был рассчитан на то, чтобы противостоять двум не зависящим друг от друга отказам, иначе он стоил бы не сто миллионов долларов, а миллиард, – сказал генеральный директор SpaceIL Идо Антеби во время полета Beresheet. – Невозможно проверить, как космический аппарат функционирует на Луне, прежде чем он полетит на Луну, но мы сделали это. Провели все возможные испытания и моделирование до полета, и мы не запустили бы Beresheet, если бы не были готовы».
Так почему же полное расследование не было опубликовано?

Антеби: «Когда мы завершили его подготовку, всё было уже хорошо известно и очевидно, и, как представлялось, публикация не имела никакого смысла».

Дорон: «Мы пришли к выводу, что нет никакого интереса продолжать обсуждать это. Ни у нас, ни у общественности».

----------
Изнурительный поиск
----------

Могло ли решение о продолжении полета с одним гиростабилизатором предотвратить последовательность сбоев и обеспечить мягкое прилунение? Конечно, это невозможно знать наверняка, могли возникнуть и другие проблемы. Во время выполнения последовательности посадочной операции, вскоре после команды восстановить работу второго гиростабилизатора, [в центре управления] раздавались призывы не делать этого. «Человеческий фактор»? Отсутствие достаточной коммуникации между членами команды? Накопление проблем в космическом полете? Ответ зависит от того, кому вы задаете вопрос. С одной стороны, никто не спорит: за семь недель полета Beresheet команда работала намного напряженнее, чем планировалось, из-за совершенно другой проблемы.

В дополнение к первоначальным проблемам и трудностям со звездными датчиками, у команды возникла фундаментальная проблема определения точного местоположения космического аппарата – на что меньше обращали внимание СМИ и общественность. Точное местоположение космического аппарата рассчитывается измерением времени прохождения радиосигнала от него до наземных станций. По изменению частоты радиоволн (измерению эффекта Доплера) рассчитываются скорость и направление движения космического аппарата. Эти данные, а также углы ориентации, рассчитанные по данным звездных датчиков, предоставляют информацию, необходимую для расчета импульса ракетных двигателей при маневрировании.

Связь осуществлялась через антенну наземной станции Шведской космической корпорации (SSC), но сопровождалась множеством сбоев, особенно в первые несколько недель, и полученные данные требовали повторных проверок. К этому добавилась проблема отслеживания звезд, потому что для этого иногда требовалось вращение космического аппарата вокруг оси, что могло немного изменить его орбиту. И получилось так, что для каждого определения положения Beresheet в космосе требовалось гораздо больше часов, чем было запланировано. Это не считая времени, затраченного на редактирование программного обеспечения. Из-за загруженности инженерам пришлось сократить свои отпуска или вовсе отменить их.
 
Нагрузка на команду особенно возросла в последнюю неделю полета, на которую было запланировано много маневров на окололунной орбите. В дополнение к усталости инженерной команды, продолжающаяся перегрузка в ее работе привела к отказу от методов, наработанных до начала полета Beresheet. Могли ли эти методы заранее выявить и предотвратить сбои, которые привели к крушению? Никто не может сказать. Количество возможных вариантов огромно, и нет никакой уверенности, что в результате случится именно то, что случилось.

----------
Научный провал
----------

В самом начале проекта к заданию посадки на Луну была добавлена научная программа под руководством профессора Одеда Ааронсона из Института Вейцмана. Программа была основана на магнитометре для измерения локальных магнитных полей, чтобы лучше понять геологию Луны и ее процессы. Предполагалось, что магнитометр будет измерять магнитные поля в основном на этапах прилунения, когда космический аппарат летит на относительно небольшой высоте и передает информацию и изображения в режиме реального времени через сеть связи NASA. После аварии ученые и инженеры выразили надежду, что полученные данные будут использованы. И что же оказалось?
«Мы провели испытания магнитометра во время полета, и он хорошо работал во время посадки. Мы получили данные с расстояния более 20 километров, но самые интересные измерения с меньшей высоты – нет. Зонд, вероятно, продолжал измерять, но больше не передавал данные, – говорит Ааронсон. – Из полученных данных мы не смогли извлечь полезную информацию. Поскольку магнитное поле Луны относительно слабое, а сам космический аппарат создавал сильное поле, магнитометр работал частично за пределами запланированного диапазона, что затрудняет использование полученных данных для новых выводов о Луне».


Еще одно устройство NASA было добавлено к научной полезной нагрузке непосредственно перед запуском, после того как было достигнуто соглашение с космическим агентством США об использовании его сети связи. Это устройство представляло собой отражатель – небольшой шар со специальными зеркалами, предназначенными для отражения луча лазера с лунного орбитального аппарата NASA Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO). Отражатель должен был помочь точно определить высоту орбиты LRO и, конечно же, местоположение Beresheet.

[Несмотря на предположение о том, что отражатель NASA уцелел при крушении Beresheet, до сих пор нет никакой информации о лазерной локации с его использованием.]

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Прокомментировать
Ваш комментарий:
Введите два слова, показанных на изображении:*

Пишите письма

Теория — это когда все известно, но ничего не работает. Практика — это когда все работает, но никто не знает почему. Мы же объединяем теорию и практику: ничего не работает и никто не знает почему!

Регистрация