Сьогодні ESA оголосило про завершення розслідування катастрофи космічного зонда «Скіапареллі». Зі звіту комісії нарешті стало абсолютно ясно, чому апарат вирішив відкинути парашут завчасно і відключити посадкові двигуни всього через три секунди після початку їх роботи. Як виявилося, вся справа в тригонометрії, бортовому комп'ютері і злегка збоївшому датчику. Але про все по порядку.
Найцікавіша частина звіту - послідовність подій, що відбулися при спуску апарату. Головними дійовими особами цієї аварії стануть:
- «Скіапареллі»
- Система орієнтаційної навігації та контролю (GNC)
- Блок інерційних датчиків (IMU)
- Радарний висотомір, що працює на ефекті Доплера (RDA)
- Марс
Посадка «Скіапареллі» почалася 16 жовтня, коли апарат від'єднався від Trace Gas Orbiter, який доставив його в рамках місії «Екзомарс». Після трьох днів польоту в стані гібернації модуль включив і відкалібрував всі свої системи - зокрема, прилади для визначення положення в просторі.
13:29:48 Пробудження «Скіапареллі». Починаючи приблизно з цього моменту ми вели онлайн-трансляцію посадки.
14:42:22 Акселерометри виявляють, що апарат увійшов в атмосферу. Інженери відзначають непередбачені зміни в швидкості обертання апарату.
14:45:23 Запускається розкриття парашута. Кут атаки оцінюється в 6,5 градуса, швидкість обертання апарату близько трьох градусів на секунду
14:45:24 Парашут розкрився, «Скіапареллі» починає похитуватися (2,5 похитування в секунду).
14:45:24.2 Інерційні датчики IMU вимірюють швидкість «тангажу» «Скіапареллі» - швидкість, з якою апарат завалюється відносно горизонту. Вона виявляється більше, ніж очікувалося і датчики показують «зашкалювання» - якусь константу.
14:45:24.2 У цей момент система орієнтаційної навігації та контролю намагається визначити положення «Скіапареллі» в просторі - підсумковий кут завалювання щодо горизонту. Для цього їй потрібно, зокрема, проінтегрувати швидкість тангажу за часом (скласти всі кути, на які апарат завалювався).
Оскільки датчики IMU показують постійну величину, всі кути, які підсумовує GNC, позитивні. Насправді ж апарат погойдується (тобто швидкість тангажу стає то позитивною, то негативною). Тому GNC допускає серйозну помилку в положенні - на цілих 165 градусів. Системи апарату «думають», що він перекинувся і тепер його тепловий щит звернений до неба, а не до Марса.
Купол парашута тим часом повністю наповнюється, і погойдування «Скіапареллі» зупиняється. Тепер зниження йде як і очікувалося, а амплітуда коливань апарату становить близько трьох градусів.
14:46:03 Відстрілюється передній (тепловий) щит апарату.
14:46:19 Як і очікувалося, включається доплерівський радар - в його свідченнях немає ні сліду аномалій. Система звіряє дані радара і дані інерційних датчиків - зміни швидкості і зміни висоти.
Висота в системі визначається як проекція показань радара на вертикальну вісь: якщо апарат розташований під кутом до горизонту, то радар буде «дивитися» не прямо під собою, а під кутом, і повідомляти завищені значення. Як відомо зі шкільного курсу геометрії, щоб дізнатися катет у прямокутному трикутнику, утвореному лінією радара і її проекцією на вертикальну вісь, треба гіпотенузу (показання радара) помножити на косинус кута між вертикаллю і напрямком, куди «дивиться» радар.
Нагадаємо, що GNC «думає», ніби апарат перекинувся на 165 градусів. У звіті комісії наступна фраза підкреслена: «Косинус кутів більше 90 градусів негативний». В результаті «Скіапареллі» вважає, що його висота відносно поверхні Марса менше нуля. У системі виникає невідповідність, програма не піддає сумніву дані про положення апарату щодо горизонту.
14:46:46 Приблизно в цей момент GNC включає заключну стадію зниження.
14:46:49 Відкидається задня кришка апарату.
14:46:51 Включення двигунів для гальмування - маневр ухилення від задньої кришки ігнорується системою.
14:46:54 Вимкнення двигунів для гальмування на висоті близько 3,7 кілометра над поверхнею Марса.
14:47:28 Після 34 секунд вільного падіння «Скіапареллі» набирає швидкість приблизно 540 кілометрів на годину і врізається в поверхню Червоної планети на 37 секунд раніше, ніж очікувалося.
Те, що сталося, потім добре відомо. Через два дні на Землю прийшли перші знімки місця аварії апарату, а через тиждень ті ж фотографії з деталями слідів вибуху баків з невідпрацьованим паливом можна було спостерігати в кольорі. Сподіваємося, що рекомендації (яким присвячена третина звіту) допоможуть Європейському космічному агентству все-таки посадити другий модуль програми «Екзомарс», який може попрямувати до планети вже в 2020 році. А поки Марс веде в матчі проти людських спроб посадити на нього черговий апарат з рахунком 9:8.
Це аж ніяк не перший приклад, коли помилка в обробці даних призводить до сумних наслідків. Ще більше драми ви знайдете в нашому матеріалі "# titanic {float: none;} "- він присвячений випадкам, коли програмні помилки в буквальному сенсі вбивали людей і загрожували людству.