Марсианский климатический орбитальный аппарат
 Художественная концепция Mars Climate Orbiter | |
| Имена | Mars Surveyor '98 Орбитальный аппарат |
|---|---|
| Тип миссии | Марсианский орбитальный аппарат |
| Оператор | НАСА / Лаборатория реактивного движения |
| ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ | 1998-073А |
| САТКАТ нет. | 25571 |
| Веб-сайт | science.nasa.gov |
| Продолжительность миссии | 286 дней Провал миссии |
| Свойства космического корабля | |
| Производитель | Локхид Мартин |
| Стартовая масса | 638 килограммов ( 1 407 фунтов) [1] |
| Власть | 500 Вт |
| Начало миссии | |
| Дата запуска | 11 декабря 1998 г., 18:45:51 UTC |
| Ракета | Дельта II 7425 Д-264 |
| Запуск сайта | CCAFS SLC-17A |
| Подрядчик | Боинг |
| Конец миссии | |
| Утилизация | Разрушен |
| Последний контакт | 23 сентября 1999 г., 09:06:00 UTC Непреднамеренно спущен с орбиты |
| Орбитальные параметры | |
| Справочная система | Ареоцентрический |
| Эпоха | Планируется |
 Mars Surveyor 98 Логотип миссии | |
Mars Climate Orbiter (ранее Mars Surveyor '98 Orbiter ) — автоматический космический зонд, запущенный НАСА 11 декабря 1998 года для изучения марсианского климата , марсианской атмосферы и изменений поверхности , а также для работы в качестве ретранслятора связи в Mars Surveyor. Программа '98 для Марсианского полярного спускаемого аппарата . Однако 23 сентября 1999 года связь с космическим кораблем была окончательно потеряна при выходе на орбиту . Космический корабль столкнулся с Марсом на траектории, которая привела его слишком близко к планете, и он либо был уничтожен в атмосфере, либо покинул окрестности планеты и вышел на орбиту вокруг Солнца. [2] Расследование объяснило неудачу несоответствием измерений между двумя системами измерения: единицами СИ (метрическими) НАСА и обычными единицами США , разработанными производителем космических кораблей Lockheed Martin . [3]
Предыстория миссии
[ редактировать ]История
[ редактировать ]После потери Mars Observer и начала роста затрат, связанных с будущей Международной космической станцией , НАСА начало искать менее дорогие и меньшие по размеру зонды для научных межпланетных миссий. В 1994 году была создана Группа по технологиям малых космических аппаратов, чтобы определить руководящие принципы для будущих миниатюрных космических аппаратов. что новая линейка миниатюрных космических кораблей должна весить менее 1000 Комиссия определила , кг ( 2200 фунтов ) и иметь высокоточное оборудование. [4] В 1995 году началась новая программа Mars Surveyor как набор миссий с ограниченными целями, низкими затратами и частыми запусками. Первой миссией в новой программе была Mars Global Surveyor , запущенная в 1996 году для составления карты Марса и предоставления геологических данных с использованием инструментов, предназначенных для Mars Observer . [5] Вслед за Mars Global Surveyor, Mars Climate Orbiter нес два инструмента, один из которых изначально предназначался для Mars Observer, для изучения климата и погоды на Марсе.
Основные научные цели миссии включали: [6]
- определить распределение воды на Марсе
- следить за ежедневной погодой и атмосферными условиями
- зафиксировать изменения на поверхности Марса из-за ветра и других атмосферных воздействий
- определять температурные профили атмосферы
- контролировать содержание водяного пара и пыли в атмосфере
- ищите доказательства прошлых изменений климата.
Конструкция космического корабля
[ редактировать ]Автобус Mars Climate Orbiter имел высоту 2,1 метра (6 футов 11 дюймов), ширину 1,6 метра (5 футов 3 дюйма) и глубину 2 метра (6 футов 7 дюймов). Внутренняя конструкция в основном состояла из сотовых опор из графитового композита и алюминия, конструкция которых встречается во многих коммерческих самолетах . За исключением научных приборов, батареи и главного двигателя, космический корабль имел двойное резервирование важнейших систем. [6] [7] Космический корабль весил 638 килограммов (1407 фунтов). [1]
Космический корабль имел трехосную стабилизацию и включал восемь двигателей на гидразиновом монотопливе : четыре двигателя на 22 Н (4,9 фунта силы ) для корректировки траектории и четыре двигателя на 0,9 Н (3,2 унции на квадратный дюйм) для управления ориентацией . Ориентацию космического корабля определяли с помощью звездного трекера , двух датчиков Солнца и двух инерциальных измерительных блоков . Ориентация контролировалась с помощью двигателей или трех реактивных колес . Для выполнения маневра по выведению на орбиту Марса космический корабль также включал в себя ракету с основным двигателем LEROS 1B. [8] 640 Н (140 фунтов- футов обеспечение тяги ) за счет сжигания гидразинового топлива с окислителем четырехокиси азота (NTO). [6] [7]
Космический корабль имел 1,3-метровую (4 фута 3 дюйма) антенну с высоким коэффициентом усиления для приема данных по сети дальнего космоса в диапазоне x . Радиотранспондер, разработанный для миссии Кассини-Гюйгенс, использовался в качестве меры экономии. Он также включал в себя двустороннюю УВЧ радиочастотную систему для ретрансляции связи с полярным посадочным модулем Марса после ожидаемой посадки 3 декабря 1999 года. [6] [7] [9]
Космический зонд был оснащен трехпанельной солнечной батареей , обеспечивающей на Марсе в среднем 500 Вт (0,67 л.с.). В развернутом виде солнечная батарея имела длину 5,5 метра (18 футов 1 дюйм). Энергия хранилась в 12-элементных никель-водородных батареях емкостью 16 ампер-часов . Батареи должны были перезаряжаться, когда солнечная батарея будет получать солнечный свет и питать космический корабль, когда он войдет в тень Марса. При выходе на орбиту вокруг Марса солнечная батарея должна была использоваться для маневра аэродинамического торможения , чтобы замедлить космический корабль до достижения круговой орбиты. Конструкция была в значительной степени адаптирована на основе рекомендаций Инициативы по технологиям малых космических аппаратов, изложенных в книге « Технологии для малых космических аппаратов» . [6] [7] [4]
Стремясь упростить предыдущие реализации компьютеров на космических кораблях, Mars Climate Orbiter содержал один компьютер с IBM RAD6000 процессором и POWER1 ISA, способным работать на частоте 5, 10 или 20 МГц. Хранение данных должно было осуществляться на 128 МБ оперативной памяти (ОЗУ) и 18 МБ флэш-памяти . Флэш-память предназначалась для хранения очень важных данных, включая тройные копии программного обеспечения полетной системы. [6]
Научные инструменты
[ редактировать ]- Инфракрасный радиометр с модуляцией давления (PMIRR)
Инфракрасный радиометр с модуляцией давления (PMIRR) использует узкополосные радиометрические каналы и две ячейки модуляции давления для измерения атмосферных и приземных излучений в тепловом инфракрасном диапазоне, а также видимый канал для измерения частиц пыли и конденсата в атмосфере и на поверхности на различных долготах и времена года. [10] Главным исследователем был Дэниел МакКлиз из Лаборатории реактивного движения/КАЛТЕХ. Подобные цели позже были достигнуты с помощью Mars Climate Sounder на борту Mars Reconnaissance Orbiter . Его цели: [11]
- Нанесите на карту трехмерную и изменяющуюся во времени тепловую структуру атмосферы от поверхности до высоты 80 км.
- Составьте карту содержания пыли в атмосфере и ее глобальных, вертикальных и временных изменений.
- Нанесите на карту сезонные и пространственные изменения вертикального распределения водяного пара в атмосфере на высоте не менее 35 км.
- Различают атмосферные конденсаты и составляют карты их пространственных и временных изменений.
- Составьте карту сезонной и пространственной изменчивости атмосферного давления.
- Следить за балансом полярной радиации.
- Цветной имидж-сканер Марса (MARCI)
Mars Color Imager (MARCI) — это двухкамерная (среднеугольная/широкоугольная) система формирования изображения, предназначенная для получения изображений поверхности и атмосферы Марса. разрешение до 1 километра ( 3300 футов). При соответствующих условиях возможно [12] [13] Главным исследователем этого проекта был Майкл Малин из Malin Space Science Systems , и проект был повторно включен в состав Марсианского разведывательного орбитального аппарата .
Его цели: [12]
- Наблюдайте за марсианскими атмосферными процессами в глобальном масштабе и синоптически.
- Изучите детали взаимодействия атмосферы с поверхностью в различных масштабах как в пространстве, так и во времени.
- Изучите особенности поверхности, характерные для эволюции марсианского климата с течением времени.
Схема марсианского климатического орбитального аппарата
Mars Climate Orbiter во время сборки
Mars Climate Orbiter проходит акустические испытания
Mars Climate Orbiter ожидает испытаний на вращение в ноябре 1998 года.
Профиль миссии
[ редактировать ]| Дата | Время (УНИВЕРСАЛЬНОЕ ГЛОБАЛЬНОЕ ВРЕМЯ) | Событие |
|---|---|---|
| 11 декабря 1998 | 18:45:51 | Космический корабль запущен |
| 23 сентября 1999 | 08:41:00 | Начинается вставка. Орбитальный аппарат убирает солнечную батарею. |
| 08:50:00 | Орбитальный аппарат поворачивает в правильную ориентацию, чтобы начать работу основного двигателя. | |
| 08:56:00 | Орбитальный аппарат запускает пиротехнические устройства, которые открывают клапаны и начинают создавать давление в баках с топливом и окислителем. | |
| 09:00:46 | Начинается горение главного двигателя; Ожидается, что выстрел продлится 16 минут 23 секунды. | |
| 09:04:52 | Связь с космическим кораблем потеряна | |
| 09:06:00 | Ожидается, что орбитальный аппарат войдет в затмение Марса , потеряв радиосвязь с Землей. [n 1] | |
| 09:27:00 | Ожидается выход из покрытия Марса. [n 1] | |
| 25 сентября 1999 | Миссия заявила о потере. Причина утраты известна. Никаких дальнейших попыток связаться. |
Запуск и траектория
[ редактировать ]Зонд Mars Climate Orbiter был запущен 11 декабря 1998 года в 18:45:51 UTC Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства с космодрома 17А на станции космических сил на мысе Канаверал во Флориде на борту ракеты-носителя Delta II 7425 . Полная последовательность горения длилась 42 минуты, выведя космический корабль на переходную орбиту Хохмана , отправив зонд на траекторию длиной 9,5 месяцев и длиной 669 миллионов километров (416 миллионов миль). [6] [9] При запуске Mars Climate Orbiter весил 638 кг ( 1 407 фунтов), включая топливо. [1]
Разобранная схема ракеты-носителя Delta II с Mars Climate Orbiter
Запуск Mars Climate Orbiter НАСА на Delta II 7425 ракете-носителе
Межпланетная траектория Mars Climate Orbiter
Процедура аэроторможения для вывода Mars Climate Orbiter на орбиту вокруг Марса
Встреча с Марсом
[ редактировать ]
Это изображение Марса, сделанное 7 сентября 1999 года, — единственное изображение, полученное орбитальным аппаратом .
Схема сравнения запланированной и фактической траекторий орбитального корабля.
Mars Climate Orbiter начал запланированный маневр по выведению на орбиту 23 сентября 1999 года в 09:00:46 UTC. Mars Climate Orbiter потерял радиосвязь, когда космический корабль прошел за Марсом в 09:04:52 UTC, на 49 секунд раньше, чем ожидалось, и связь так и не была восстановлена. Из-за осложнений, возникших из-за человеческой ошибки , космический корабль столкнулся с Марсом на более низкой, чем ожидалось, высоте и был либо уничтожен в атмосфере, либо снова вошел в гелиоцентрическое пространство после выхода из атмосферы Марса. [2] Mars Reconnaissance Orbiter с тех пор выполнил большинство поставленных задач этой миссии.
Причина неудачи
[ редактировать ]Проблема здесь была не в ошибке; это была неспособность системного проектирования НАСА, а также системы сдержек и противовесов в наших процессах обнаружить ошибку. Вот почему мы потеряли космический корабль.
—Эдвард Вейлер, заместитель администратора НАСА по космической науке [14]
10 ноября 1999 года Совет по расследованию происшествий с марсианским климатическим орбитальным аппаратом опубликовал отчет о фазе I, в котором подробно описывались предполагаемые проблемы, возникшие в результате потери космического корабля.
Ранее, 8 сентября 1999 г., был рассчитан маневр-4 коррекции траектории (TCM-4), который затем был выполнен 15 сентября 1999 г. Он был предназначен для размещения космического корабля в оптимальном положении для маневра выведения на орбиту, который позволил бы космический корабль вокруг Марса на высоте 226 км (140 миль) 23 сентября 1999 года.
Однако в течение недели между TCM-4 и маневром вывода на орбиту навигационная группа сообщила, что высота вывода может быть намного ниже запланированной, примерно от 150 до 170 км (от 93 до 106 миль). За двадцать четыре часа до вывода на орбиту расчеты поместили орбитальный аппарат на высоту 110 км (68 миль). 80 км (50 миль) — это минимальная высота, на которой, как предполагалось, Mars Climate Orbiter был способен выжить во время этого маневра.
Во время вывода орбитальный аппарат должен был пролететь через верхние слои атмосферы Марса, постепенно тормозя в течение нескольких недель, но расчеты после отказа показали, что траектория космического корабля прошла бы в пределах 57 км (35 миль) от поверхности. На этой высоте космический корабль, вероятно, резко вылетел бы из более плотной, чем ожидалось, атмосферы. [ нужна ссылка ] и он был либо уничтожен в атмосфере, либо вновь вошел в гелиоцентрическое пространство. [2]
Основная причина этого несоответствия заключалась в том, что одна часть наземного программного обеспечения, предоставленная Lockheed Martin, давала результаты в обычном устройстве США , вопреки спецификации программного интерфейса (SIS), в то время как вторая система, предоставленная НАСА, ожидала, что эти результаты будут в единицах СИ , в соответствии с СИС. В частности, программное обеспечение, рассчитывавшее общий импульс , создаваемый срабатыванием двигателя, давало результаты в фунт-силах-секундах . Затем программа расчета траектории использовала эти результаты, которые, как ожидается, будут в ньютон-секундах (ошибка в 4,45 раза). [2] – для обновления прогнозируемого положения космического корабля. [2]
Тем не менее, НАСА не возлагает на Lockheed ответственность за провал миссии; вместо этого различные официальные лица НАСА заявили, что НАСА само виновато в том, что не провело соответствующие проверки и тесты, которые могли бы выявить несоответствие. [14]
Несоответствие между расчетным и измеренным положением, приводящее к несоответствию между желаемой и фактической высотой вывода на орбиту, было замечено ранее как минимум двумя штурманами, чьи опасения были отклонены, поскольку они «не соблюдали правила заполнения [] формы для документировать их опасения». Было созвано совещание инженеров траекторного программного обеспечения, операторов траекторного программного обеспечения (штурманов), двигательных инженеров и менеджеров для рассмотрения возможности выполнения заложенного в план-графике «Маневра коррекции траектории-5». Участники встречи вспоминают о договоренности о проведении ТКМ-5, но в итоге она не была реализована. [14]
Стоимость проекта
[ редактировать ]По данным НАСА, стоимость миссии составила $327,6 млн ($571,41 млн в 2023 году). [15] общая стоимость орбитального корабля и спускаемого аппарата - 193,1 миллиона долларов (336,81 миллиона долларов в 2023 году) [15] на разработку космических аппаратов — 91,7 млн долларов (159,95 млн долларов в 2023 году) [15] за его запуск и $42,8 млн ($74,65 млн в 2023 году) [15] для операций миссии. [7]
См. также
[ редактировать ]
- Список миссий на Марс
- Список искусственных объектов на Марсе
- Список ошибок программного обеспечения
- Метрика
Примечания
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Запланированное, но неучтенное событие.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с «МАРС-КЛИМАТИЧЕСКИЙ ОРБИТЕР 1998 ГОДА ПРИБЫЛ В КОСМИЧЕСКИЙ ЦЕНТР НАСА КЕННЕДИ ДЛЯ ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ К ЗАПУСКУ» (пресс-релиз). НАСА . 14 сентября 1998 года. Архивировано из оригинала 8 октября 1999 года . Проверено 3 января 2011 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Артур Г. Стивенсон; Лия С. ЛаПиана; Дэниел Р. Малвилл; Питер Дж. Ратледж; Фрэнк Х. Бауэр; Дэвид Фолта; Грег А. Дьюкман; Роберт Сакхейм; Питер Норвиг (10 ноября 1999 г.). Отчет Комиссии по расследованию происшествий с марсианским климатическим орбитальным аппаратом, этап I (PDF) . НАСА . Архивировано (PDF) из оригинала 23 января 2020 г. Проверено 11 мая 2021 г.
- ^ Робин Ллойд (30 сентября 1999 г.). «Метрическая ошибка привела к гибели орбитального аппарата НАСА» . CNN . Архивировано из оригинала 24 октября 2019 года . Проверено 21 марта 2016 г.
- ^ Jump up to: а б Группа по технологиям малых космических аппаратов, Национальный исследовательский совет (1994). Технология малых космических аппаратов . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство Национальной академии . стр. 6, 121–123. ISBN 0-309-05075-8 . Архивировано из оригинала 29 июня 2024 года . Проверено 13 января 2011 г.
- ^ Комитет по исследованию планет и Луны, Комиссия по физическим наукам, математике и приложениям, Национальный исследовательский совет (1995). Роль малых миссий в исследовании планет и Луны . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий . дои : 10.17226/12285 . hdl : 2060/19960002222 . ISBN 978-0-309-12250-4 . S2CID 219866579 . Архивировано из оригинала 17 октября 2012 года . Проверено 13 января 2011 г.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б с д и ж г «Пресс-кит о прибытии корабля Mars Climate Orbiter» (PDF) (пресс-релиз). НАСА . Сентябрь 1999 г. Архивировано из оригинала (PDF) 12 марта 2011 г. . Проверено 13 января 2011 г.
- ^ Jump up to: а б с д и «Марсианский климатический орбитальный аппарат» . science.nasa.gov . НАСА . Архивировано из оригинала 29 июня 2024 года . Проверено 3 августа 2020 г.
- ^ «ЛЕРОС 1Б» . Архивировано из оригинала 3 сентября 2011 года.
- ^ Jump up to: а б «Пресс-кит миссий на Марс 1998 года» (PDF) (пресс-релиз). НАСА . Декабрь 1998 г. Архивировано из оригинала (PDF) 30 апреля 2020 г. . Проверено 13 января 2011 г.
- ^ «Инфракрасный радиометр с модуляцией давления (PMIRR)» . nssdc.gsfc.nasa.gov . НАСА . Архивировано из оригинала 14 апреля 2020 года . Проверено 19 февраля 2011 г.
- ^ Арден Л. Олби (1988). «Практикум по науке о возврате образцов с Марса». Наука о возврате образцов с Марса . Лунно-планетарный институт: 25–29. Бибкод : 1988msrs.work...25A .
- ^ Jump up to: а б МС Малин; Дж. Ф. Белл, III; В.М. Кальвин; М. А. Каплингер; РТ Клэнси; Р. М. Харберле; и др. (2001). «Mars Color Imager (MARCI) на марсианском климатическом орбитальном аппарате» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 106 (E8): 17, 651–17, 672. Бибкод : 2001JGR...10617651M . дои : 10.1029/1999JE001145 . Архивировано (PDF) из оригинала 23 января 2020 г. Проверено 13 января 2011 г.
- ^ «Марсианский цветной имиджер (MARCI)» . nssdc.gsfc.nasa.gov . НАСА . Архивировано из оригинала 14 апреля 2020 года . Проверено 19 февраля 2011 г.
- ^ Jump up to: а б с Джеймс Оберг (1 декабря 1999 г.). «Почему марсианский зонд сбился с курса» . ИИЭЭ . IEEE-спектр. Архивировано из оригинала 5 февраля 2023 года . Проверено 13 июля 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с д Джонстон, Луи; Уильямсон, Сэмюэл Х. (2023). «Какой тогда был ВВП США?» . Измерительная ценность . Проверено 30 ноября 2023 г. США Показатели дефлятора валового внутреннего продукта соответствуют серии MeasuringWorth .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Пресс-кит Mars Surveyor '98. Архивировано 30 апреля 2020 г. в Wayback Machine.
- Mars Climate Orbiter в пресс-кит на Марс Прибытие
- Профиль миссии Mars Climate Orbiter от НАСА по исследованию солнечной системы
- Координированный архив данных НАСА по космической науке
- Отчет Комиссии по расследованию происшествий с марсианским климатическим орбитальным аппаратом, этап I, 10 ноября 1999 г.
