zelenyikot


Открытый космос Зеленого кота

Космос ближе, чем кажется


Previous Entry Share Next Entry
Место проклято
zelenyikot


Спускаемый зонд Schiaparelli потерян 19 октября 2016 года в результате программной ошибки системы управления радара-высотомера. Зонд должен был научить Европейское космической агентство садиться на Марс… но не научил. И эта авария стала далеко не первой в попытках землян достичь поверхности Красной планеты.

Сейчас на Марсе действуют два космических аппарата: марсоходы Opportunity и Curiosity. В предыдущие годы успешно потрудились еще два марсохода и четыре посадочные станции. Восемь аппаратов сели неудачно, разбившись о поверхность Красной планеты, или частично неудачно, проработав около минуты. Одна посадочная станция пролетела мимо Марса. То есть, счет между землянами и «ПВО марсиан» почти равный, но все же земляне пока проигрывают. Все полностью успешные посадочные миссии на Марсе оказались американскими. С 1970-х годов инженерам NASA везло — почти все посадки на Красную планету удавались им с первой попытки.

В 1971 году Марса достигло первое изделие человеческих рук, советский марсоход «Марс-2». Однако скорость посадки была такой, что изделие разбилось о поверхность планеты и уже не могло принести никакой пользы своим создателям, кроме поднятия самооценки. Брат-близнец «Марс-3» оказался более успешен — он благополучно спустился, но вышел из строя примерно через минуту. Пара этих аппаратов должна была отработать технологию посадки на Марс, изучить свойства грунта: плотность, структуру, химический состав. Это исследование рассматривалось как предварение более сложных программ: отправки мощного марсохода, а затем и пилотируемой высадки.

Частично с задачей удалось справиться: «Марс-3» показал, что садиться можно и что Марс столь же твердый, как и Луна. Аппарат заложил практически классическую схему спуска, которая во многом повторялась вплоть до Curiosity, хотя в деталях были и отличия.



Как и большинство посадочных марсианских модулей, «Марс-3» входил в атмосферу планеты без предварительного торможения, на перелетной скорости 5,8 километров в секунду. Первый удар атмосферы принимал на себя тормозной конус, который NASA называет Heat shield, «тепловой щит». Название неслучайно, поскольку даже разреженная атмосфера Марса на такой скорости нагревает его до температуры свыше 1500 градусов Цельсия.

Вопреки распространенному убеждению, трение атмосферы не имеет к этому процессу никакого отношения. Нагрев происходит из-за ударной волны, которую формирует перед собой щит, — сильно сжатый газ нагревается и передает температуру поверхности щита. Материал поверхности щита начинает испаряться и, тем самым, охлаждать более глубокие слои.



Космический аппарат ненадолго окутывает облако плазмы. Через нее не проходят радиоволны, поэтому на самом жарком этапе спуска поддерживать связь с аппаратом невозможно. Но из-за расстояния между нашими планетами и задержки времени поступления сигнала в 7–10 минут, управлять посадкой с Земли во время сближения аппарата с Марсом все равно не получилось бы.

Тормозные конусы имелись у всех аппаратов, пытавшихся сесть на Марс. Но у всех, кроме советских «Марсов», щиты составляли часть полной теплозащитной капсулы, в которой прятались марсоход или модуль. На наших же щит и «скорлупа» крепились отдельно.



Когда гиперзвуковая скорость падает до сверхзвуковой, щит перестает быть эффективным. Сразу от него не избавляются, но начинается этап парашютного торможения. Сначала выпускается тонкий вытяжной, а за ним уже и основной парашют. Атмосферный поток еще высок — скорость составляет около 1500 километров в час, поэтому парашют называют сверхзвуковым. Чтобы поток не порвал резко раскрывшийся купол, используют технологию разрифовки: стропы заплетают таким образом, чтобы раскрытие было постепенным.


Для примера: фото "Венеры-7" на ВДНХ, технология схожая.

Вот еще, для примера, видео, где инженеры JPL порвали два баяна парашюта на испытаниях продвинутой посадочной системы LDSD.



Чем шире раскрывается парашют, тем больше падает скорость, но атмосфера Марса настолько разреженная, что ее плотности не хватает для обеспечения мягкой посадки. Парашют позволяет сбрасывать скорость примерно до 300 километров в час, и требуется еще какое-то решение, чтобы доставить в сохранности полезную нагрузку на поверхность. Тут уже открывается больше простора для творчества инженеров и конструкторов.

Советские «Марсы» имели довольно малую массу для посадочных станций, поэтому обходились небольшими тормозными пороховыми двигателями. Причем у «Марса-2» и «Марса-3» двигателей было два: один уводил парашют в сторону, а второй «подвешивал» капсулу на цепях над поверхностью. Кстати именно благодаря этой цепи нам и удалось подтвердить обнаружение «Марса-3».



Последние метры «Марсы» пролетали в свободном падении, и удар на себя принимала толстая пенопластовая капсула. Из-за смещенного центра масс, по принципу неваляшки, «яйцо» стабилизировалось, и верхняя часть кожуха отстреливалась в сторону.



У «Марса-6» в 1973 году был один твердотопливный двигатель мягкой посадки, который сразу и гасил скорость, и отводил парашют. Точнее, должен был это делать. Что с ним произошло на самом деле, мы не знаем — передача данных с него прервалась примерно на этапе отделения парашюта, и сам аппарат на поверхности Марса пока не обнаружен. Существует гипотеза, что, как и в случае со Schiaparelli, к аварии привела неверная оценка расстояния до поверхности.

Передача данных в полете, реализованный на «Марсе-6», это тоже результат опыта «Марса-3». «Третий» молчал, как и задумывалось, но специалисты на Земле поняли, что лучше бы он вещал на протяжении всей посадки. И хотя «Марс-6» отключился, не добравшись до поверхности, поработать он все же успел — провел первый непосредственный анализ атмосферы Марса и передал результаты на Землю. Его напарник «Марс-7» промахнулся мимо планеты, и его сигналы какое-то время регистрировались орбитальной станцией.

Пара аппаратов Viking от NASA в 1976 году использовала более сложную систему — их уже оснастили жидкостными ракетными двигателями мягкой посадки. Жидкостный двигатель позволяет автоматике контролировать импульс, добиваясь плавности спуска и меньшей скорости достижения поверхности. При этом весь процесс протекал легче, поскольку скорость входа аппаратов в атмосферу составляла всего 3 километра в секунду. Сама посадка проходила не сразу. Межпланетные аппараты сначала выходили на околомарсианскую орбиту, выбирали подходящее место, и только потом посадочные модули спускались в атмосферу.



Благодаря такой схеме на поверхность Красной планеты удалось доставить массивные аппараты, которые проработали несколько лет и провели массу экспериментов, в том числе по поиску воды и жизни.



Следующая посадка произошла целых двадцать лет спустя, в 1997 году. Спускаемый аппарат Mars Pathfinder должен был протестировать несколько технологий, в том числе способ торможения при помощи «воздушных мешков». Первая часть спуска проходила по привычной для NASA схеме, в капсуле. А уже из капсулы на привязи вытягивался спускаемый аппарат. В нескольких десятках метров над поверхностью срабатывали твердотопливные тормозные двигатели. Вокруг аппарата надувались баллоны из прочной ткани, из которой делают скафандры.



Модуль в «пузырях» ударялся о поверхность и сотни метров скакал, подобно мячу. В конце концов баллоны сдувались, и Mars Pathfinder раскладывался по хитрой схеме, обеспечивающей вертикализацию аппарата, на какой бы боку ни оказался аппарат в конце движения.

Впервые эту технологию применили еще в СССР для посадки «Луны-9», а позже она пригодилась для посадки марсоходов Spirit и Opportunity.



Первый европейский посадочный зонд Beagle 2 в 2003 году садился похожим образом, только он даже умудрился обойтись без порохового тормозного двигателя. Спускался в капсуле и на парашюте, а потом сразу скакал, как мячик. Beagle 2 сел практически удачно, даже сумел немного проработать на поверхности, подобно «Марсу-3». Только на Земле узнали об этом спустя десять лет после посадки.



Для нормальной работы Beagle 2 надо было развернуть 4 лепестка с солнечными батареями и одну панель с приборами. Аппарат успел раскрыть только две солнечные батареи и остановился навсегда по неизвестной причине. Скорее всего, его аккумулятор сел, не успев зарядиться от Солнца, но это только предположение. Beagle 2 не передал данные о себе, поэтому, с точки зрения ESA, он ушел в атмосферу и навсегда замолчал.

Нашли Beagle 2 только в 2013 году, по снимкам спутника MRO.



В 1999 году NASA потеряло свою единственную посадочную миссию на Марсе — Mars Polar Lander. К его модулю прилагались два отделяемых импактных зонда Deep space 2. Предполагалось, что они будут садиться и работать самостоятельно, и хотя потеряли все вместе, можно считать эту неудачу сразу за три. Картина выглядела так же: ушли в атмосферу, и тишина. Южный полюс Марса оказался недостижим, даже следов миссии не нашли.

В 2009 году попытку покорения полюса, на этот раз Северного, повторили. Конструкция Phoenix во многом повторяла Polar Lander, только с учетом прежних ошибок. Это была спускаемая платформа, похожая на Viking, и спускалась она так же, только без торможения на орбите. Полет завершился удачно. Северное приполярье было изучено, и найдена марсианская вода.



В 2012 году марсоход Curiosity стал самым тяжелым объектом, который удалось благополучно доставить на Марс. Мало того, что он был вдвое тяжелее среднего значения массы других марсианских посадочных модулей, Curiosity отличался еще и высочайшей конструктивной сложностью, поэтому эквилибристика в надувном мяче ему не подходила, и даже ронять его со спускаемой платформы на высоте пары метров было нельзя. Сесть мягко платформа может, но на последних метрах реактивная струя поднимает слишком много пыли. Поэтому даже на легких аппаратах конструкторы стараются ставить как можно больше сопел, чтобы распределять реактивный поток.

Для посадки Curiosity пришлось разрабатывать новую сложнейшую конструкцию, которая оставляла ракетные двигатели высоко наверху, и в вместе с ними поднимала мастерство посадки до фантастического уровня, — SkyCrane.



По сути технология и название SkyCrane заимствованы у вертолетчиков. Именно там принцип «подлететь, зависнуть и погрузить» применяется давно и успешно. Только винт на Марсе бесполезен, поэтому пришлось полагаться на ракетные двигатели. Сейчас взлетающей, зависающей и мягко садящейся ракетой никого не удивишь, а в середине 2000-х это было весьма рискованное решение. Думаю, инженеры JPL потратили немало нервных клеток и виски, чтобы убедить всех чиновников NASA в успехе своего плана.

Вторая европейская попытка, Schiaparelli, опирался, кажется, на весь предыдущий опыт посадок на Марс, и свой, и чужой. В целом, посадочная схема повторяла схему Phoenix или Viking, только вместо ног удар приходился на широкий поддон из алюминиевых сот.



Памятуя о неудаче Beagle 2, инженеры ESA разработали модуль «из целого куска», без каких-либо подвижных механизмов, антенн или панелей. От солнечных батарей вообще отказались.

Странно, что при этом решили обойтись без воздушных мешков, хотя они практически успешно посадили Beagle 2. Видимо, когда в 2013 году нашли пропавший зонд, разработка Schiaparelli дошла уже до того уровня, когда что-либо переделывать было поздно. Тем более, как показывают предварительные сообщения, сбой в посадке Schiaparelli случился на программном уровне, а не в «железе». Хотя точная причина зависания программы, погубившей зонд, пока еще не известна.

В целом, опыт полетов и посадок на Марс говорит о том, что это дело сложное, но возможное. И опыт тут является определяющим фактором — частота попыток повышает шансы на успех, и даже наземной отработки, с испытаниями всех возможных сценариев, никогда не бывает мало.

В будущем, вероятно, полеты на Марс дополнятся новыми приемами и технологиями. И в России, и в США не первый год испытываются надувные тормозные щиты. Космопромышленник Илон Маск собирается сажать на поверхность Марса корабль Red Dragon массой в несколько тонн и, возможно, попытается обойтись при этом без парашютов (хотя вряд ли). В своих планах на будущее он анонсировал аэродинамическую посадку по схеме Space Shuttle. Сотрудники РКК «Энергия» тоже рассматривали такую схему еще в 1980-х — 1990-х годах и сочли ее вполне перспективной.

Из более реальных проектов в ближайшие годы стоит ожидать посадку марсохода «Пастер» в рамках российско-европейского проекта «ЭкзоМарс» — там будет применена платформа. Также нас ждет посадка американского MSL 2020 — SkyCrane. И, возможно, посадка китайского марсохода — как именно ее будут осуществлять, пока неизвестно, но скорее всего либо на платформе, либо по схеме Spirit/Opportunity.

Подготовлено для Nplus1.ru

zelenyikot
Я в Facebook, Twitter, Вконтакте, Patreon.

Небольшой опрос:
Poll #2056870 Иллюстрации гифками норм или перебор?

Гифки в посте

Стало информативнее, давай еще
653(88.2%)
Перебор
61(8.2%)
Норм, но много весят
26(3.5%)



promo zelenyikot december 8, 07:51 25
Buy for 800 tokens
Я не только пишу о космосе, но могу и рассказать о любимых темах для широкой или узкой аудитории. За последние два года я уже провел несколько десятков лекций во многих городах России. Часто приглашают на фестивали науки, профориентационные мероприятия для студентов, на конференции и выставки.…

Трение таки имеет отношение - пограничный слой имеет место быть.

А каков его вклад в процессе аэродинамического торможения?

думаю, гифки все таки надо под спойлеры прятать.

В принципе не мешают. Я вот что хотел добавить:
Если ранее были случаи сокрытия истинного цвета Марса, а также есть случаи когда на нем находили жизнь. То почему та же самая НАСА не может специально препятствовать развитию экспедиций на Марс?

истину говорю - у этих марсят есть зенитка и они отстреливаются

Может они наше телевидение/радио принимают и знают с кем имеют дело.

С гифками информативнее


Только в глазах мельтешит. Вот если б эту аццкую анимацию можно было останавливать и запускать, не сильно углубляясь в настройки...

> в результате программной ошибки системы управления радара-высотомера
У американцев была аналогичная проблема с Mars Polar Lander.
Точная причина не установлена, но при последующем моделировании на Земле выяснили, что установленный радар ответственный за определение высоты (им был вроде как переделанный высотомер от F-15) давал сбои.

Edited at 2016-11-02 05:29 am (UTC)

Была инфа, что они там футы с метрами перепутали. Но пруфа не дам, давно было дело.

Нормулек. интересно.

> С 1970-х годов инженерам NASA везло — почти все посадки на Красную планету удавались им с первой попытки.

да и с Сатурн-5 везло в сравнении с Н-1 с 60-х

а если посмотреть статистику советских пусков на Луну (у Чертока, например), то понятно, что если бы деньги давал не КПСС, а конгресс или совет директоров, то и с автоматическими лунными станциями вряд ли чего-то достигли бы

то есть тут о везении и невезении говорить не уместно

------

и даже больше - мне кажется, я знаю почему так :(


Ну, с Маринерами и Рейнджерами тоже далеко не всё гладко было, правда научились быстро.
Наземная отработка решает.

Edited at 2016-11-02 05:48 am (UTC)

Ну почему же не научил, не зря же говорят - на ошибках учатся.

Жалко, что по финансовым причинам NASA покинуло проект в неподходящий момент.
Если бы спускаемый аппарат создавался в сотрудничестве со специалистами, то огромные деньги не были бы потрачены впустую.

Основа миссии все же ТГО, его результат будет важнее

Программисты индусы, наверное.

Тоже об этом подумал)

С гифками информативнее, но надо либо использовать обертку, которая умеет их останавливать и запускать, либо прятать под спойлер. Шевеление на периферии основного угла зрения очень сильно отвлекает и мешает читать.
Похоже на сайт, напичканный рекламой, где все жужжит, переливается и моргает. Весело, но очень быстро утомляет.
Перебор.

Плюс один к запуску по желанию читающего.

"Сейчас взлетающей, зависающей и мягко садящейся ракетой никого не удивишь, а в середине 2000-х это было весьма рискованное решение. Думаю, инженеры JPL потратили немало нервных клеток и виски, чтобы убедить всех чиновников NASA в успехе своего плана."
- вся же Луна так обсажена, разве нет?

>"Сейчас взлетающей, зависающей и мягко садящейся ракетой никого не удивишь, а в середине 2000-х это было весьма рискованное решение. Думаю, инженеры JPL потратили немало нервных клеток и виски, чтобы убедить всех чиновников NASA в успехе своего плана."

Гыгы. Эту хрень уже в 60-е обсчитали и вынесли вердикт-деньги на ветер. Но в связи с тем, что общий уровень технической грамотности населения упал, вылез Маск и начал баратинам впаривать "вечный двигатель".

Дааа тут нужно проводить научную работу )

С запуском своих собственных зондов, которые были собраны тобой же в сарае)

Edited at 2016-11-05 09:27 am (UTC)

Всё-таки Кюриосити - это качественный скачёк в сложности. Его успех много говорит о принципах работы и научной школе НАСА.

И мой любимый (де)мотиватор:

("Кто-то получает зарплату за управление гигантским атомным роботом с лазерами на Марсе. Так что ж ты, чёрт возьми, делаешь со своей жизнью?")

Edited at 2016-11-02 07:45 am (UTC)

а что мы должны делать со своей жизнью, и кому собственно должны ?

смотрю на телефоне, гифки не утомляют, потому как быстро уходят за горизонт.
на фоне этих аварий удачные посадки (все!) на Луну в 60-ых (!) кажутся фантастикой.
или народ так быстро деградирует?

Во-первых, садиться на Луну намного проще

Во-вторых, неудачных посадок на Луну тоже было. Четыре Луны и два Сервейера из тех, ко должен был садиться мягко

***

ну и на Марс американцы успешно сели 7 раз из 8

Edited at 2016-11-02 08:14 am (UTC)

кто-то не хочет, чтобы были Земляне там

Наверно в NASA работают марсиане.

"С 1970-х годов инженерам NASA везло — почти все посадки на Красную планету удавались им с первой попытки."

"Раз счастье, два раза счастье — помилуй Бог! Надо же когда-нибудь и немножко умения." (А.В.Суворов)

А можно было вообще не отключать тормозные двигатели? Тогда бы сбой в определении высоты не был бы настолько фатален.

Тогда они сами отключатся, как только кончится топливо.

Результат будет примерно тот же самый, только аппарат будет падать не ровно, а кувыркаясь (потому что двигатели остановятся не одновременно).

А на самой первой фотографии - что изображено?

Место падения.

NASA не такие умные.

Да, они просто научились и продолжают набирать опыт.

По моему делол в парадигме. У американцев она - добиться успеха, а у европейцев - "движение - всё" и достижение результата это вроде приятного бонуса.

Возьмите пример, скажем, Ariane IV и Titan - и раскройте свой принцип.

очень интересный пост. спасибо

Марс не сдается.

Как бы не случилось "Марс атакует"  )))


В общем как обычно - американцы работают, все остальные - валяют дурака

люблю этот мультик)))





Re: люблю этот мультик)))

Бл#... ну прям до колик.

?

Log in