Окончательно разбираемся с градусами: причина аварии «Фрегата»

lozga 13 декабря 2017 в 06:59 40,6k
Во вторник были озвучены результаты работы комиссии, расследовавшей причины аварии разгонного блока «Фрегат» со спутником «Метеор-М №2-1». Гадая о том, что случилось, мы пошли по верному следу, но все-таки не совсем правильно представили себе картину аварии. И Анатолий Зак, явно получивший инсайд, тоже не совсем точно пересказал сценарий произошедшего. А снабдив иллюстрациями выводы комиссии, мы, наконец, получим полное представление о ходе событий.


Фото: Дмитрий Ловецкий/Associated Press

По шагам


Мы уже знаем, что плоскость стабилизации ракеты в полете будет проходить по диагонали через ракету, стоящую на стартовом столе.

Поясняющая картинка еще раз
image

Угол между севером и плоскостью стабилизации называется азимутом старта, и на «Восточном» он составляет 168,8°. Перед запуском ракеты на ней включились две системы управления — ракеты-носителя «Союз-2.1б» (далее СУ РН) и разгонного блока «Фрегат» (далее СУ РБ). Ракета должна была лететь курсом 354°, а разгонный блок, после отделения от третьей ступени, — 344°. Обе системы управления в нормальном полете должны обнулить азимут. Ракета выполняет этот маневр с 5 по 22 секунду полета, а разгонный блок — после отделения. У РБ на построение ориентации было меньше минуты, потому что его решили вывести на незамкнутую траекторию, и, если не включить быстро двигатель, то на орбиту бы выйти не получилось. Однако, еще перед стартом системы управления решили поворачивать в разные стороны, чтобы двигаться по кратчайшему пути. СУ РН решила поворачивать против часовой стрелки, потому что в этом случае на азимут 354° ей бы пришлось повернуть на 174°. А разгонному блоку на азимут 344° было выгоднее поворачивать по часовой стрелке на угол 175°.


Углы показаны примерные для наглядности

К сожалению, разгонный блок только один раз, еще перед стартом, решил, в какую сторону ему поворачивать, и не обновлял алгоритм своих действий. В результате, когда ракета повернулась на 174 градуса, они добавились к углу, на который собирался повернуть разгонный блок. В момент отделения ошибка составила 363° (174°+175°=349°, очевидно, прибавились не упомянутые маневры ракеты), однако, вместо того, чтобы пересчитать направление движения, разгонный блок пошел по длинному пути. «Фрегат» может вращаться со скоростью до одного градуса в секунду, и за минуту до включения двигателя он успел повернуться на 55 градусов по часовой стрелке. Набранная же скорость вращения привела к тому, что в течение минуты первого включения двигателя блок фактически тормозил, поэтому и упал раньше третьей ступени.


Углы показаны примерные для наглядности

Защита от Мерфи


В случившейся аварии и техника была исправна, и полетное задание было верным. Надеюсь, вам уже стало понятно, что и версия перепутанных космодромов является совершенно несостоятельной. Предположение, что виноват большой азимут старта космодрома «Восточный», тоже неверно. Фактически, это проявление закона Мерфи, как он есть — если у вас есть сектор в 10° (3% полного круга!), в котором системы управления решат разворачиваться в разные стороны, то вы построите космодром с таким азимутом старта, чтобы попасть в эти самые 3%. Отдельно стоит отметить, что, если бы «Фрегат» вывели на низкую орбиту, он бы успел развернуться и на неадекватный угол.

Так в чем же причина аварии? На этот вопрос отвечают два слова — «интеграционное тестирование». После создания отдельных модулей или систем необходимо обязательно проверить, что они будут нормально работать вместе. Утверждение, что виноваты программисты, разрабатывавшие программное обеспечение «Фрегата» 20 лет назад, тоже неверное — программа прекрасно работала для первоначальных условий, и надеяться, что ее сразу сделали под все возможные космодромы, не стоит.

Заключение


В аварии нет ничего хорошего, но все-таки иррационально приятно, что она относится к сложному и распространенному в космической технике типу. Это не залитые лишние тонны топлива из-за бардака в документации и не перепутанные на складе материалы. По такой же причине плохого интеграционного тестирования в атмосфере Марса сгорел аппарат NASA Mars Climate Orbiter, и разрушилась, потеряв управление, европейская Ariane 5 в своем первом полете. Если в нашей космонавтике сложность аварий будет расти и дальше, то это, по крайней мере, будет говорить о том, что с очевидными и простыми проблемами она уже справилась.
Проголосовать:
+100
Сохранить: