Маринер 1
![]() Mariner 1 по конструкции идентичен Mariner 2. | |
Тип миссии | Венеры Пролет |
---|---|
Оператор | НАСА / Лаборатория реактивного движения |
Продолжительность миссии | 4 минуты и 54 секунды Не удалось выйти на орбиту |
Свойства космического корабля | |
Тип космического корабля | Рейнджер Блок I |
Производитель | Лаборатория реактивного движения |
Стартовая масса | 202,8 кг (447 фунтов) |
Начало миссии | |
Дата запуска | 22 июля 1962 г., 09:21:23 GMT |
Ракета | Атлас LV-3 Аджена-Б |
Запуск сайта | Мыс Канаверал , LC-12 |
Конец миссии | |
Утилизация | Ошибка запуска |
Разрушен | 22 июля 1962 г., 09:26:17.5 GMT |
«Маринер-1» , построенный для проведения первого американского облёта Венеры планетарного , был первым космическим кораблем программы НАСА межпланетной «Маринер» . Разработанный Лабораторией реактивного движения и первоначально запланированный как специальный зонд, запущенный летом 1962 года, конструкция «Маринера-1» была изменена, когда « Кентавр» оказался недоступен в тот ранний срок. «Маринер-1» (и его родственный космический корабль «Маринер-2 ») были затем адаптированы из более легкого лунного космического корабля «Рейнджер» . «Маринер-1» провел серию экспериментов по определению температуры Венеры, а также по измерению магнитных полей и заряженных частиц вблизи планеты и в межпланетном пространстве .
«Маринер-1» был запущен ракетой «Атлас-Агена» с площадки 12 на мысе Канаверал 22 июля 1962 года. Вскоре после старта из -за ошибок связи между ракетой и ее наземными системами наведения ракета отклонилась от курса, и ей пришлось быть уничтожены безопасностью диапазона . Ошибки были связаны с ошибкой в спецификации рукописных уравнений управления, которые затем были систематизированы в компьютерной программе.
Фон
[ редактировать ]
С началом Холодной войны две тогдашние сверхдержавы , Соединенные Штаты и Советский Союз , инициировали амбициозные космические программы с целью продемонстрировать военное, технологическое и политическое превосходство. [1] Советы запустили « Спутник-1» , первый спутник на околоземной орбите, 4 октября 1957 года. Американцы последовали этому примеру, выпустив «Эксплорер-1» 1 февраля 1958 года, к этому моменту Советы уже запустили первое орбитальное животное « Лайку» на «Спутнике-2» . Когда орбита Земли была достигнута, основное внимание было обращено на то, чтобы первым добраться до Луны. Программа спутников «Пионер» состояла из трех безуспешных попыток Луны в 1958 году. В начале 1959 года советская «Луна-1» стала первым зондом, пролетевшим мимо Луны, за ней последовала «Луна-2» , первый искусственный объект, столкнувшийся с Луной. [2]
Когда Луна была достигнута, сверхдержавы обратили свой взор на планеты. Будучи ближайшей к Земле планетой, Венера представляла собой привлекательную цель для межпланетных космических полетов. [3] : 172 Каждые 19 месяцев Венера и Земля достигают относительных положений на своих орбитах вокруг Солнца, так что для перемещения от одной планеты к другой по переходной орбите Гомана требуется минимум топлива . Эти возможности отмечают лучшее время для запуска исследовательского космического корабля, требующего наименьшего количества топлива для полета. [4]
Первая такая возможность космической гонки появилась в конце 1957 года, еще до того, как какая-либо сверхдержава имела технологию, позволяющую ею воспользоваться. Вторая возможность, появившаяся примерно в июне 1959 года, находилась на грани технологической осуществимости, и ВВС США (STL) , являющаяся подрядчиком Лаборатория космических технологий , намеревалась ею воспользоваться. План, составленный в январе 1959 года, предусматривал два космических корабля, созданных на основе первых зондов «Пионер», один из которых должен был быть запущен с помощью ракеты «Тор-Эйбл» , другой — с помощью еще не опробованной ракеты «Атлас-Эйбл» . [5] STL не смогла завершить расследование до июня. [6] и окно запуска было пропущено. Зонд «Тор-Эйбл» был перепрофилирован в исследователь дальнего космоса «Пионер-5» , который был запущен 11 марта 1960 года и предназначен для поддержания связи с Землей на расстоянии до 20 000 000 миль (32 000 000 км) на пути к орбите Венеры. [7] (Концепция зонда Atlas Able была перепрофилирована в неудачные зонды Pioneer Atlas Moon.) [8] В начале 1961 года американские миссии не отправлялись. Советский Союз запустил «Венеру-1» 12 февраля 1961 года и 19–20 мая стал первым зондом, пролетевшим мимо Венеры; прекратилось . вещание однако 26 февраля [9]
Для возможности запуска летом 1962 года НАСА заключило контракт с Лабораторией реактивного движения (JPL) в июле 1960 года. [3] : 172 разработать «Маринер А», космический корабль массой 1250 фунтов (570 кг), который будет запущен с использованием еще неразработанного корабля «Атлас-Кентавр» . К августу 1961 года стало ясно, что « Кентавр» не будет готов вовремя. Лаборатория реактивного движения предложила НАСА, чтобы миссия могла быть выполнена с помощью более легкого космического корабля, использующего менее мощный, но работоспособный Атлас-Агена . Был предложен гибрид лунного исследователя Mariner A и Block 1 Ranger компании JPL , который уже находится в стадии разработки. НАСА приняло это предложение, и Лаборатория реактивного движения начала 11-месячную аварийную программу по разработке «Маринера R» (названного так потому, что он был производной от Рейнджера). Mariner 1 был первым запущенным Mariner R. [10]
Космический корабль
[ редактировать ]Было построено три космических корабля Mariner R: два для запуска и один для испытаний, который также должен был использоваться в качестве запасного. [3] : 174 Помимо своих научных возможностей, «Маринер» также должен был передавать данные обратно на Землю с расстояния более 26 000 000 миль (42 000 000 км) и выдерживать солнечное излучение, вдвое более интенсивное, чем то, которое встречается на околоземной орбите. [3] : 176
Структура
[ редактировать ]
Все три космических корабля Mariner R, включая Mariner 1, весили в пределах 3 фунтов (1,4 кг) от расчетного веса в 447 фунтов (203 кг), из которых 406 фунтов (184 кг) были отведены неэкспериментальным системам: системам маневрирования. , топливо и средства связи для приема команд и передачи данных. После полного развертывания в космосе с двумя выдвинутыми «крыльями» солнечных панелей Mariner R имел высоту 12 футов (3,7 м) и ширину 16,5 футов (5,0 м). Основной корпус корабля имел шестиугольную форму с шестью отдельными корпусами электронного и электромеханического оборудования:
- Два корпуса включали в себя энергосистему: распределительное устройство , которое регулировало и передало мощность от солнечных элементов 9800 на перезаряжаемую аккумуляторную батарею мощностью 1000 Вт массой 33,3 фунта (15,1 кг). [11] серебряно-цинковая аккумуляторная батарея.
- Еще два включали радиоприемник , трехваттный передатчик и системы управления экспериментами Маринера.
- В пятом шкафу находилась электроника для оцифровки аналоговых данных , полученных в ходе экспериментов, для передачи.
- В шестом ящике находились три гироскопа , определявшие ориентацию Маринера в пространстве. Он также содержал центральный компьютер и секвенсор, «мозг» космического корабля, который координировал всю его деятельность в соответствии с кодом в банках памяти и по расписанию, поддерживаемому электронными часами, настроенными на оборудование на Земле. [3] : 175
В хвостовой части корабля монотопливо ( гидразин безводный ) 225 Н. [11] Для корректировки курса был установлен ракетный двигатель. Система стабилизации из десяти реактивных сопел, питаемая газообразным азотом и управляемая бортовыми гироскопами, датчиками Солнца и Земли, позволяла Маринеру правильно ориентироваться для приема и передачи данных на Землю. [3] : 175
Основная параболическая антенна с высоким коэффициентом усиления также была установлена на нижней части Маринера и направлена на Землю. Всенаправленная антенна на вершине космического корабля время от времени транслировала, что космический корабль катится или кувыркается с неправильной ориентации, чтобы поддерживать контакт с Землей; в случае несфокусированной антенны ее сигнал будет намного слабее первичного. Маринер также установил на каждом крыле небольшие антенны для приема команд с наземных станций. [3] : 175–176
Контроль температуры был пассивным, с использованием изолированных компонентов с высокой отражающей способностью; и активный, с жалюзи для защиты корпуса бортового компьютера. На момент постройки первых «Моряков» не существовало испытательной камеры для имитации солнечной среды вблизи Венеры, поэтому эффективность этих методов охлаждения нельзя было проверить до начала боевой миссии. [3] : 176
Научный пакет
[ редактировать ]
Фон
[ редактировать ]На момент запуска проекта «Маринер» лишь немногие характеристики Венеры были точно известны. Его непрозрачная атмосфера не позволяла с помощью телескопов изучать землю . Неизвестно, была ли вода под облаками, хотя небольшое количество водяного пара над ними было обнаружено. планеты Скорость вращения наблюдений пришли к выводу была неопределенной, хотя ученые Лаборатории реактивного движения с помощью радиолокационных , что Венера вращается очень медленно по сравнению с Землей, что продвигает давнюю теорию. [12] (но в конечном итоге опровергнуто) [13] гипотеза о том, что планета была приливно заблокирована по отношению к Солнцу (как Луна по отношению к Земле). [14] В атмосфере Венеры не было обнаружено кислорода, что позволяет предположить, что жизнь, существовавшая на Земле, не присутствовала. Было установлено, что атмосфера Венеры содержит как минимум в 500 раз больше углекислого газа, чем атмосфера Земли. Эти сравнительно высокие уровни предполагали, что планета может подвергаться безудержному парниковому эффекту с температурой поверхности до 600 К (327 ° C; 620 ° F), но это еще не было окончательно установлено. [10] : 7–8
Космический корабль «Маринер» сможет проверить эту гипотезу, измерив температуру Венеры крупным планом; [15] в то же время космический корабль мог определить, существует ли значительная разница между ночной и дневной температурами. [10] : 331 Бортовой магнитометр и набор детекторов заряженных частиц могли бы определить, обладает ли Венера заметным магнитным полем и аналогом земных поясов Ван Аллена . [15]
Поскольку космический корабль «Маринер» проведет большую часть своего путешествия к Венере в межпланетном пространстве, миссия также предоставила возможность долгосрочного измерения солнечного ветра Солнца из заряженных частиц и картирования изменений в магнитосфере . Концентрацию космической пыли за пределами Земли также можно было бы исследовать. [3] : 176
Эксперименты
[ редактировать ]Эксперименты по измерению Венеры и межпланетного пространства включали:
- Кристаллический микрофон для измерения плотности космической пыли, установленный на центральной раме.
- детектор На центральной раме также установлен протонный для подсчета протонов низкой энергии в солнечном ветре.
- Две трубки Гейгера-Мюллера (GM) и ионная камера для измерения заряженных частиц высокой энергии в межпланетном пространстве и в венерианском эквиваленте земных поясов Ван Аллена (которые, как позже было показано, не существуют). Они были установлены на длинной оси Маринера, чтобы избежать воздействия магнитных полей оборудования управления, а также вторичного излучения, вызванного попаданием космических лучей на металлическую конструкцию космического корабля.
- Специальная трубка Антона GM для измерения излучения более низкой энергии, особенно вблизи Венеры, также установлена вдали от центральной рамы.
- Трехосный феррозондовый магнитометр [11] для измерения магнитных полей Солнца и Венеры, также установлен вдали от центральной рамы.
- Микроволновой радиометр , параболическая антенна диаметром 20 дюймов (510 мм) и глубиной 3 дюйма (76 мм), предназначенная для сканирования Венеры вверх и вниз на двух длинах волн микроволнового излучения (19 мм и 13,5 мм), замедляясь и меняя направление движения при обнаружении горячая точка. Длина волны 19 мм предназначалась для измерения температуры поверхности планеты, а длина волны 13,5 мм — для измерения температуры верхних слоев облаков Венеры. Прибор устанавливался чуть выше центральной рамы.
- Два инфракрасных оптических датчика для параллельного измерения температуры Венеры, один на 8–9 микрон , другой на 10–10,8 микрон, также установлены над центральной рамкой. [3] [10] : 9 [15]
Ни на одном из космических кораблей Mariner R не было камеры для визуальных фотографий. Из-за ограниченного пространства для полезной нагрузки ученые проекта считали камеру ненужной роскошью, неспособной дать полезные научные результаты. Карл Саган , один из ученых Mariner R, безуспешно боролся за их включение, отмечая, что не только могут быть разрывы в облачном слое Венеры, но и «что камеры могут также отвечать на вопросы, которые мы были слишком глупы, чтобы даже задать их». [16]
План полета и наземные операции
[ редактировать ]
Окно запуска Mariner, ограниченное как орбитальным соотношением Земли и Венеры, так и ограничениями Atlas Agena, было определено как период в 51 день с 22 июля по 10 сентября. [3] : 174 План полета Маринера был таков, что два действующих космических корабля должны были быть запущены к Венере в течение 30-дневного периода в рамках этого окна, следуя немного разными маршрутами, так что они оба прибыли на целевую планету с разницей в девять дней, между 8 декабря и 16. [17] Для запуска ракет Atlas-Agena был доступен только стартовый комплекс 12 на мысе Канаверал, а подготовка Atlas-Agena к запуску заняла 24 дня. Это означало, что для графика с двумя запусками существовал только 27-дневный запас на ошибку. [3] : 174
Каждый «Маринер» будет запущен на парковочную орбиту , после чего перезапускаемая «Агена» выстрелит во второй раз, отправив «Маринера» на путь к Венере (ошибки в траектории будут исправлены за счет включения бортовых двигателей «Маринера» на полпути). [10] : 66–67 Радиолокационное слежение за космическим кораблем «Маринер» в реальном времени, когда он находился на орбите стоянки , и после его отбытия Атлантический ракетный полигон будет обеспечивать радиолокационное слежение в реальном времени со станциями в Вознесении и Претории , а Паломарская обсерватория обеспечит оптическое слежение. Поддержка дальнего космоса обеспечивалась тремя станциями слежения и связи в Голдстоуне, Калифорния , Вумере, Австралия , и Йоханнесбурге, Южная Африка , каждая из которых находилась на земном шаре примерно на 120° для непрерывного покрытия. [10] : 231–233
Ошибка запуска
[ редактировать ]
Запуск «Маринера-1» был запланирован на раннее утро 21 июля 1962 года. Несколько задержек, вызванных неисправностью в системе управления безопасностью дальности, задержали начало обратного отсчета до 23:33 по восточному стандартному времени накануне вечером. В 2:20 ночи, всего за 79 минут до запуска, из-за перегорания предохранителя в цепях безопасности дальности запуск был отменен. Той ночью обратный отсчет был сброшен и продолжался с несколькими задержками, плановыми и незапланированными, с 23:08 до раннего утра следующего дня.
22 июля 1962 года в 9:21:23 «Атлас-Агена» корабля «Маринер-1» стартовал с площадки 12. Вскоре после запуска ракета-носитель начала дрейфовать к северо-востоку от запланированной траектории. Ракете были отправлены корректирующие команды рулевого управления, но вместо этого «Атлас-Агена» отклонился от курса, поставив под угрозу судоходство и / или населенные пункты Северной Атлантики в случае крушения ракеты. В 9:26:16, всего за шесть секунд до того, как вторая ступень Аджены должна была отделиться от Атласа, и в этот момент уничтожение ракеты было бы невозможно, офицер безопасности полигона приказал ракете самоуничтожиться, что она и сделала. . [10] : 87
Причина неисправности
[ редактировать ]Из-за постепенного, а не резкого отклонения от курса инженеры Лаборатории реактивного движения заподозрили, что неисправность кроется в уравнениях полета, загруженных в компьютер, который управлял Атлас-Агена с земли во время его подъема. [17] После пяти дней послеполетного анализа инженеры JPL определили, что стало причиной неисправности «Маринера-1»: ошибка в логике компьютера наведения в сочетании с аппаратным сбоем. [18]
В рукописных уравнениях наведения содержался символ «R» (от «радиус»). Над буквой «R» должна была быть линия («R-bar» или R̄), обозначающая сглаживание или усреднение данных трека, полученных в результате более ранних вычислений. Но планка отсутствовала, и поэтому компьютерная программа, основанная на этих уравнениях, была неверной. [18] [19] Ошибка была в исходной спецификации, а не в процессе написания программы. [18] [19]
Во время подъема ракета-носитель «Маринера-1» ненадолго потеряла связь с землей. Поскольку это было довольно частым явлением, «Атлас-Агена» был спроектирован так, чтобы продолжать двигаться по заранее запрограммированному курсу до тех пор, пока не возобновится блокировка наведения с землей. [20] Однако, когда блокировка была восстановлена, из-за ошибочной логики управления программа ошибочно сообщала, что «скорость колебалась беспорядочным и непредсказуемым образом», что программа пыталась исправить, вызывая фактическое беспорядочное поведение, что побудило офицера безопасности полигона уничтожить ракету. [18]
Неверная логика ранее успешно использовалась при запусках Рейнджеров ; именно сочетание ошибочной формулы и аппаратной неисправности привело к разрушению Маринера. [18]
Катастрофические последствия небольшой ошибки «обобщили всю проблему надежности программного обеспечения» и способствовали развитию дисциплины программной инженерии . [18]
Последующие популярные сообщения об аварии часто называли ошибочный символ «дефисом» (описывающим недостающий компонент символа), а не «R-полоской»; Эта неправильная характеристика была вызвана Артуром Кларком как «самого дорогого дефиса в истории». описанием неисправности [19]
Наследие
[ редактировать ]Потеря первого американского межпланетного космического корабля стала для НАСА потерей в 18,5 миллионов долларов (186 миллионов долларов в сегодняшних долларах). [21] Этот инцидент подчеркнул важность тщательной отладки программного обеспечения перед запуском, а также необходимость разрабатывать программы таким образом, чтобы незначительные ошибки не могли привести к катастрофическим сбоям. Процедуры, реализованные в результате, хорошо послужили НАСА, в конечном итоге спасая высадку на Луну проекта «Аполлон» ; были программные ошибки хотя во время спуска в программном обеспечении модуля лунной экскурсии , они не привели к сбою миссии. [22]
Когда логическая ошибка была быстро обнаружена, [23] не было необходимости в неоправданной задержке. Идентичный «Маринер-2» уже был наготове, а второй запуск с той же площадки можно было осуществить до конца августа. [24] 27 августа 1962 года был успешно запущен дочерний космический корабль «Маринер-1», став 14 декабря 1962 года первым космическим кораблем, передавшим данные из окрестностей Венеры. [3] : 171, 177
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Космическая гонка» . www.history.com . 21 февраля 2020 года. Архивировано из оригинала 30 марта 2022 года . Проверено 25 июля 2022 г.
- ^ Митчелл Шарп (1989). «2». В Кеннете Гатланде (ред.). Иллюстрированная энциклопедия космической техники . Нью-Йорк: Книги Ориона. стр. 28–31. OCLC 19520816 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м Дж. Н. Джеймс (1965). «Путешествие Маринера II». В Харлоу Шепли; Сэмюэл Раппорт; Хелен Райт (ред.). Новая сокровищница науки . Нью-Йорк: Харпер и Роу. стр. 171–187. ISBN 978-0-060-13835-6 .
- ^ «Как космический корабль использует орбиту для перемещения с планеты на планету?» . Северо-Западный университет. Архивировано из оригинала 27 июня 2020 года . Проверено 11 июня 2021 г.
- ^ «План разработки двух межпланетных зондов» (PDF) . Лаборатории космических технологий. 14 января 1959 года. Архивировано (PDF) из оригинала 20 сентября 2021 года . Проверено 25 июля 2022 г.
- ^ «План развития Способности 3-4» (PDF) . Лаборатории космических технологий. 1 июня 1959 г. с. 2. Архивировано (PDF) оригинала 20 сентября 2021 г. Проверено 25 июля 2022 г.
- ^ «Заключительный отчет о миссии проекта Тор Эйбл-4» (PDF) . Лаборатории космических технологий. 25 мая 1960 г., стр. 9, 17. Архивировано (PDF) из оригинала 20 сентября 2021 г. . Проверено 25 июля 2022 г.
- ^ Адольф К. Тиль (20 мая 1960 г.). «Серия космических зондов Able» (PDF) . Лаборатории космических технологий. Архивировано (PDF) оригинала 20 сентября 2021 г. Проверено 25 июля 2022 г.
- ^ «Венера 1» . nssdc.gsfc.nasa.gov . НАСА . Архивировано из оригинала 26 ноября 2020 года . Проверено 15 августа 2019 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Маринер-Венера 1962: Итоговый отчет проекта (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: НАСА / Лаборатория реактивного движения . 1965. ОСЛК 2552152 . Архивировано из оригинала (PDF) 20 декабря 2021 года . Проверено 25 июля 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с «Маринер 1» . nssdc.gsfc.nasa.gov . НАСА . Архивировано из оригинала 1 апреля 2022 года . Проверено 11 июня 2021 г.
- ^ Натаниэль Шарпинг (7 июля 2020 г.). «За сумеречной зоной» . Знающий журнал . doi : 10.1146/knowable-070620-1 . S2CID 225793830 . Архивировано из оригинала 25 июля 2022 года . Проверено 26 августа 2021 г.
- ^ «Венера — наука НАСА» . science.nasa.gov . НАСА . 9 августа 2021 г. . Проверено 26 августа 2021 г.
- ^ «Моряк сканирует поверхность Венеры во время пролета» . Неделя авиации и космических технологий . Издательская компания Макгроу Хилл. 12 июня 1961. стр. 52–57. Архивировано из оригинала 25 июля 2022 года . Проверено 11 июня 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с «Приборы развиваются для зонда Mariner» . Неделя авиации и космических технологий . Издательская компания Макгроу Хилл. 5 февраля 1962 г. стр. 57–61. Архивировано из оригинала 9 июля 2021 года . Проверено 28 января 2017 г.
- ^ Элизабет Хауэлл (3 декабря 2012 г.). «Маринер-2: первый космический корабль на другую планету» . Space.com . Архивировано из оригинала 25 июля 2022 года . Проверено 11 июня 2021 г.
- ^ Jump up to: а б «Миссия на Венеру провалилась: новый моряк готов» . Неделя авиации и космических технологий . Издательская компания Макгроу Хилл. 30 июля 1962 г. с. 21. Архивировано из оригинала 12 июня 2021 года . Проверено 12 июня 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Пол Э. Серуцци (1989). За пределами границ: полет вступает в век компьютеров . МТИ Пресс. п. 202. ИСБН 978-0-262-03143-1 .
- ^ Jump up to: а б с Алекс Пастернак (26 июля 2014 г.). «Иногда опечатка означает, что вам придется взорвать собственный космический корабль» . www.vice.com . Проверено 1 июля 2021 г.
- ^ «Ошибка уравнения, указанная в отказе Mariner 1» . Неделя авиации и космических технологий . Издательская компания Макгроу Хилл. 6 августа 1962 г. с. 29 . Проверено 12 июня 2021 г.
- ^ Генри Уокер (2005). Дао информатики . Садбери, Массачусетс: Jones and Bartlett Publishers, Inc., с. 130. ИСБН 978-0-763-72552-5 . OCLC 864860042 .
- ^ «Маринер-1 уничтожен» . timeandnavigation.si.edu . Смитсоновский институт . Проверено 5 сентября 2021 г.
- ^ Крис Хиггинс (22 июля 2017 г.). «В этот день в 1962 году НАСА запустило и уничтожило «Маринер-1» . Ментальная нить .
- ^ «Полет ракеты на Венеру завершился огненным провалом» . Чикаго Трибьюн . УПИ. 23 июля 1962 г. с. 22 – через Newspapers.com.