В рамках Программы исследования Марса NASA запустило к нашему соседу по Солнечной системе два зонда миссии Mars Surveyor ’98 для изучения марсианской погоды и климата, поиска водных ресурсов и доказательств долгосрочных и эпизодических изменений климата. Оба космических аппарата были запущены в 1998 году и оба были потеряны. Рассказываем, как нелепая ошибка привела к провалу стоимостью в сотни миллионов долларов.
Потеря потерь
Грустная ирония заключается в том, что дизайн миссии Mars Surveyor ’98 разрабатывался после потери в 1993 году зонда Mars Observer. На пути к планете он внезапно перестал выходить на связь, и неизвестно, сработала ли автоматическая программа и вышел ли зонд на орбиту Марса или отправился в бесконечное молчаливое путешествие по гелиостационарной орбите. Кроме того, управление ощутило значительный рост расходов, связанных с будущей Международной космической станцией. Поэтому NASA начало искать способы создавать менее дорогие, меньшие по размерам зонды для научных межпланетных миссий. В 1994 году была создана Группа по технологии малых космических аппаратов для разработки руководящих принципов для будущих миниатюрных АМС. Группа постановила, что новая линейка аппаратов весом менее 1 тонны должна быть оснащена узкоспециализированным оборудованием.
В 1995 году стартовала программа Mars Surveyor — набор миссий с ограниченными целями, зато низкими затратами и частыми запусками. Первой из них стал Mars Global Surveyor, запущенный в 1996 году для картирования Марса и сбора геологических данных с использованием инструментов, разработанных для Mars Observer.
Герой же нашей статьи — зонд Mars Climate Orbiter — был запущен 11 декабря 1998 года с космодрома на мысе Канаверал на борту ракеты-носителя Delta II. Путь длиной 669 миллионов километров должен был преодолеть за 9,5 месяцев.
Единицы преткновения
Mars Climate Orbiter начал запланированный маневр по выходу на орбиту 23 сентября 1999 года. Радиосвязь с ним прекратилась, когда аппарат скрылся за Марсом: ее так и не удалось восстановить. Космический аппарат либо вошел в атмосферу планеты на более низкой высоте, чем предполагалось, и разрушился, либо пролетел мимо и вышел на орбиту вокруг Солнца.
Спустя более чем год Комиссия по расследованию инцидента с Mars Climate Orbiter опубликовала отчет, в котором подробно описывались предполагаемые проблемы, приведшие к потере космического корабля.
15 сентября 1999 года был выполнен четвертый маневр коррекции траектории, что зонд оказался в оптимальном положении для маневра вывода на орбиту через восемь дней. Однако в течение этой недели навигационная группа обнаружила, что, по-видимому, высота вывода может быть намного ниже запланированной, примерно 150–170 километров. При этом необходимая высота составляла 226 километров. За двадцать четыре часа до выхода на орбиту, согласно расчетам, орбитальный аппарат находился на высоте 110 километров.
Основной причиной этого расхождения было то, что одна часть наземного программного обеспечения, созданная Lockheed Martin, выдавала результаты в общепринятых единицах измерения США. А остальные приборы, разработанные NASA, оперировали единицами СИ. В частности, программное обеспечение, которое вычисляло общий импульс, произведенный срабатыванием двигателей, выдавало результаты в фунт-сила-секундах. Программное обеспечение расчета траектории использовало эти результаты, думая, что они даны в ньютон-секундах (с разницей в 4,45 раза), для определения положения космического корабля.
Тем не менее, NASA не возложило всю ответственность на Lockheed Martin за потерю миссии, хотя в спецификациях было ясно написано, что необходимо использовать единицы СИ. NASA признало, что не провело необходимые проверки, которые могли бы обнаружить расхождение.
Расхождение между рассчитанным и измеренным положением было замечено ранее по крайней мере двумя членами команды управления. Однако их предостережения были отклонены, поскольку те «не следовали правилам заполнения [формы] для документирования своих опасений». Впрочем, было созвано целое совещание, на котором обсуждался пятый маневр коррекции траектории. Участники совещания вспоминают, что договорились о его проведении, но в итоге он так и не был не был выполнен.[14]
Цена ошибки оказалась очень велика: общая стоимость миссии составила 327,6 миллиона долларов (571,41 миллиона долларов в современных ценах).
Неудача за неудачей
3 декабря 1999 года второй аппарат миссии Mars Surveyor ’98 — Mars Polar Lander — прибыл к Марсу, и операторы миссии начали подготовку к посадке. Была сброшена ступень ракетного модуля, что привело к запланированному отключению связи, которое должно было продлиться до тех пор, пока космический корабль не коснется поверхности. За шесть минут до входа в атмосферу запрограммированное 80-секундное включение двигателя повернуло космический корабль в правильное положение для входа.
Двигаясь со скоростью 6,9 километра в секунду, спускаемый аппарат вошел в атмосферу Марса и должен был сесть в районе Южных равнин. Однако связь восстановить не удалось, и посадочный модуль объявили потерянным.
Аппарат Mars Global Surveyor предпринял попытки сфотографировать область, в которой, как предполагалось, находился посадочный модуль. На снимках 2003 года был виден объект, предположительно, посадочный модуль. Однако последующая съемка в сентябре 2005 года эти данные не подтвердили.
Причина потери связи неизвестна. Однако Комиссия по расследованию пришла к выводу, что наиболее вероятной причиной неудачи была ошибка программного обеспечения. Система неправильно идентифицировала вибрации, вызванные развертыванием опор, как посадку на поверхность. Поэтому космический корабль отключил двигатели, вероятно, все еще находясь на высоте 40 метров над поверхностью. Хотя инженерам было известно, что раскрытие опор может привести к ложному показанию, в техзадание для программистов коррекцию подобного поведения не включили. Впрочем, это лишь предполагаемая причина. Комиссия не смогла достоверно исключить другие причины аварии, например неподходящий ландшафт места приземления, потеря управления или разрушение теплозащитного экрана.
Авария Mars Polar Lander случилась через два с половиной месяца после потери Mars Climate Orbiter. Недостаточное финансирование и плохой менеджмент были названы основными причинами неудач. По словам Томаса Янга, председателя независимой группы оценки программы Mars, программа «была недофинансирована как минимум на 30 %».