Ошибки мировой космонавтики

Важно отметить, что подобного рода ошибки в суждениях и предположениях – естественная часть процесса познания. Выдвигается гипотеза, которую следует проверить экспериментально. Зачастую эксперименты показывают, что теоретики ошибались в своих изначальных предположениях. В этом нет ничего страшного, наоборот, так множится научное знание. Абсолютно все идеи о том, как что-либо работает, просто не могут оказаться верными. В этом и есть главная задача науки – отсеивать ложные идеи, оставляя нас с новыми, проверенными экспериментально, точными знаниями.

Неверные суждения иногда высказываются не только на этапе выдвижения гипотез, но и после получения практических данных. Так вышло с фотографиями, сделанными орбитальным аппаратом «Викинга-1». 25 июля 1976 года снимки были опубликованы NASA и вызвали широкий резонанс: космический аппарат заснял с орбиты огромное человеческое лицо на поверхности Марса! Взбудораженная общественность тут же начала выдвигать предположения, что на Красной планете есть разумная цивилизация или по крайней мере существовала тысячелетия назад, а к наступлению ХХ века на Земле обитатели Марса уже вымерли. По мере усовершенствования технологий стало ясно, что всему виной богатое воображение и парейдолия. О ней мы уже говорили в главе «Венера». Напомним: это свойство человеческого мозга достраивать имеющееся изображение до знакомых образов, которые человек где-то видел ранее. Снимки, полученные «Викингом-1», были хорошего, но все же не высочайшего разрешения. Во взаимном расположении скал и их теней люди стремились разглядеть что-то знакомое, в необычных очертаниях им виделось лицо египетского сфинкса. Множественные последующие экспедиции космических аппаратов, оснащенных более совершенной фототехникой, показали, что «Сфинкс» – лишь иллюзия. Научная аппаратура «Викингов» на животрепещущий вопрос «Есть ли жизнь на Марсе?» уверенно и однозначно ответила: «Нет». Первые достаточно четкие кадры этого региона, окончательно развеявшие фантастические теории о марсианской цивилизации, получил Mars Global Surveyor только в 2001 году.

Лицо на Марсе под разными углами. NASA

Успех «Викингов» по логике вещей должен был подхлестнуть интерес к изучению Марса, однако по завершении их программы приоритеты в США меняются. На передний план выходит программа Space Shuttle, на которую тратится львиная доля ресурсов, предназначенных для американской космической программы. Марсианские исследовательские аппараты в США начинают вновь стартовать только в 1990-х, и здесь не обходится без ряда серьезных проблем.

25 сентября 1992 года с космодрома на мысе Канаверал был запущен Mars Observer, первый после «Викингов» американский марсианский космический аппарат. 24 августа 1993 года он должен был выйти на околомарсианскую орбиту. Миссия шла по плану до 21 августа 1993 года, когда Mars Observer перестал выходить на связь. Аппарат был потерян, и триумфального возвращения американцев на Марс не получилось. В ходе расследования причин аварии выдвигалось множество гипотез. Самым вероятным вариантом посчитали разрыв топливопровода, в результате чего произошла утечка гелия и горючего монометилгидразина во время наддува – это процедура, когда гелий увеличивает давление внутри топливного бака для проталкивания топлива в двигатель. Утечка создала реактивную силу, за счет которой аппарат начал неконтролируемо вращаться, а «сбежавшее» токсичное горючее вполне могло повредить электрические контакты. Радиопередатчик в нужный момент просто не включился – либо в результате физического повреждения электрической схемы, либо в связи с нарушением логики работы программы из-за вращения аппарата. Несмотря ни на что, опыт Mars Observer помог в планировании последующих американских марсианских миссий, ведь этап межпланетного полета космический аппарат провел безукоризненно.

Между тем постсоветская Россия тоже предпринимает попытку отправить станцию на Марс. 16 ноября 1996 года стартует «Марс-96». Изначально проект назывался «Марс-94», так как аппарат планировался к запуску в 1994 году, однако старт перенесли и сменили название. На борту российской станции находилось научное оборудование Франции, Германии, Италии, США, Финляндии, Великобритании, Австрии, Болгарии, Бельгии и Италии. «Марс-96» провел в полете около пяти часов. Разгонный «Блок Д» ракеты-носителя успешно вывел аппарат на околоземную орбиту. По плану «Блок Д» должен был включиться повторно, после чего «Марс-96» отделился бы и силами собственного разгонного блока «Фрегат» набрал достаточную скорость для выхода на трассу полета к Марсу. Либо повторного зажигания не произошло вообще, либо «Блок Д» включился лишь на 20 секунд. Космический аппарат в любом случае решил, что пора отделяться, но без должного разгонного «пинка» сил «Фрегата» не хватало для набора нужной скорости. Станция осталась на околоземной орбите с перигеем всего лишь 87 км (это означает, что высота аппарата над Землей в точке максимального сближения с планетой составляет 87 км). «Марс-96» был обречен. В ночь с 17 на 18 ноября 1996 года обломки станции упали в южной части Тихого океана.

Возможно, проблему можно было решить, если бы удалось быстро ее обнаружить – всегда есть возможность при помощи радиосигнала отправить на околоземную орбиту прямую команду. Сложность заключалась в том, что описанные выше трудности «Блока Д» имели место в области, которую с советских земных пунктов слежения попросту не было видно. Обычно для лучшего контроля запуска в Тихий океан выводились специальные корабли измерительного комплекса. Они брали на себя слежение и контроль запуска в те моменты, когда наземные комплексы на территории СССР не могли напрямую видеть ракету или космический аппарат. Из-за тяжелой экономической обстановки в 90-е годы не было возможности вывести такие суда в океан для контроля запуска «Марса-96». Сложное положение страны сказалось на этой миссии еще на этапе создания, по сути, все делалось на чистом энтузиазме, и в итоге, по словам академика М. Я. Марова, «моральный ущерб от аварии был не меньше финансовых потерь».

Вернемся к марсианской программе США. С середины 70-х идет активный процесс развития информационных технологий. В том числе это касается бортовых компьютеров космических станций и их программного обеспечения. Поскольку Марс далеко, а порой еще и Солнце оказывается между нашей и Красной планетами и мешает передаче сигнала, отдавать космическим аппаратам прямые команды с Земли по одной неудобно и неэффективно. Новые технологии позволили прописать в программном коде сразу все задачи полета. Космический аппарат должен был автономно их решать и отправлять на Землю полученные данные. Казалось бы, идеальное решение проблемы, однако при реализации такой концепции не сразу все было гладко.

Запущенный к Марсу в 1997 году космический аппарат Pathfinder столкнулся с неожиданной проблемой. В бортовой компьютер аппарата были заранее внесены последовательности команд для решения различных задач. Проблема заключалась в том, что для этих заданий не был четко прописан приоритет их выполнения. В итоге, уже оказавшись на Марсе, космический аппарат не знает, чем ему заняться в первую очередь, и начинает прокрастинировать – совсем как человек. Прокрастинация встречается не только среди людей, но характерна и для животного мира. Если перед живым существом стоит несколько одинаково важных задач, оно невольно стремится отвлечься от них всех и заняться чем-то совершенно посторонним. Конечно, Pathfinder свободой воли не обладал и мог делать только то, что было предписано программой, точнее, несколькими программами, предназначенными для решения разных задач. Получилось так, что аппарату приходилось тратить вычислительные мощности на решение, чем же сейчас заняться, а уже после принятия такого решения и некоторого времени работы по конкретной задаче он «передумывал» и переходил к выполнению другой программы, временно забросив предыдущую. Впоследствии в программный код марсианских аппаратов стали закладывать более четкие и структурированные алгоритмы выполнения работ с различными целями.

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.