Научно-популярно о космосе и астрономии

Предыдущий пост Поделиться Следующий пост
Детектив с «Протоном» или как компьютеры спасают ракеты
lozga
01.jpg
Успешный космический пуск привлекает мало внимания. Но если знать, что миссия по выведению Intelsat 31 находилась на волосок от гибели, становится гораздо интересней. По данным в открытом доступе можно вычислить, что произошло, и почему спутник все-таки был успешно выведен на нужную орбиту.

Хронология драмы


Первое смутное ощущение тревоги появилось, когда диктор, ведущий репортаж о пуске с интервалом в десять секунд, замолчал на целых сорок (с 1:56:00):


То, что диктор замолчал не просто так, стало ясно, когда появилась в открытом доступе телеметрия с участка работы второй ступени:

02.jpg

В районе 315 секунды упала тяга двигателей. Попробуем определить, что же случилось. На второй ступени стоят четыре двигателя (3 РД-0210 и РД-0211). Они практически одинаковые по конструкции, разве что у РД-0211 есть дополнительный теплообменник для наддува баков. Суммарная тяга четырех двигателей составляет 2400 килоньютонов. Силой сопротивления воздуха мы пренебрегли, потому что разделение второй и третьей ступени происходит на высоте примерно 80 км, где атмосферы уже практически нет.

Тут была ошибка в физике и расчетах

Перегрузка 1.8-2 g, по сравнению с нормальной на этом участке 2,5 g означает, что тяга упала примерно на четверть.

Вывод: Один двигатель потерял тягу и был отключен. Также эта версия подтверждается нарастанием углов отклонения - двигатель, расположенный по диагонали от вышедшего из строя, стал разворачивать ракету:

04.jpg

К счастью, на второй ступени все четыре двигателя находятся в карданных подвесах, и система управления стала бороться за жизнь ракеты, компенсируя разворачивающий момент поворотом двигателей. Это удавалось не вполне, углы отклонения росли, но, к счастью, до разделения оставалось меньше десяти секунд, и вторая ступень не успела уйти в сторону настолько, чтобы аварийно прекратить полет.

Но расслабляться было рано. Ракета-носитель "Протон-М" из-за аварии на второй ступени недодала связке разгонного блока "Бриз-М" и спутника 28,2 м/с.

05.jpg

Известно, что три ступени "Протона-М" выводят разгонный блок и полезную нагрузку на незамкнутую траекторию. Если "Бриз-М" не справится с нехваткой скорости, то разгонный блок и дорогой спутник окажутся в Тихом океане. "Бризу" пришлось нелегко - сравнительно маломощный двигатель тягой 2 тонны вытаскивал на опорную орбиту связку массой примерно 26 тонн дополнительные 35 секунд.

06.jpg

Несмотря на то, что выведение на опорную орбиту было успешным, опасность все еще не миновала. Дополнительный расход топлива означал, что его может не хватить на последующие маневры. И спутник, оказавшийся на неподходящей траектории, был бы вынужден тратить топливо, сокращая свой срок существования на целевой геостационарной орбите. Но и тут "Бриз-М" показал себя с отличной стороны - двигатель работал более эффективно, чем от него в среднем ожидалось (в реальной жизни ракетный двигатель показывает немного отличающиеся от расчетных характеристики, поэтому при планировании миссии на этот разброс также берут так называемый гарантийный запас топлива). Поэтому двигатель на последующих включениях выключался раньше:

07.jpg

08.jpg

В итоге, спустя 15 часов, "Бриз-М" успешно вывел спутник Intelsat 31 на суперсинхронную орбиту 3428х64964 км с наклонением 29.53° с ошибкой всего 1,1 м/с.

А причем тут компьютеры?


Возможность исправить нехватку скорости из-за аварии есть благодаря цифровым системам управления. Они работают в режиме терминального управления (terminal guidance) и, в отличие от следования жесткому алгоритму "на такой-то секунде повернуть на такой-то угол", анализируют данные с датчиков ускорений и угловых скоростей, формируя на ходу управляющие воздействия для того, чтобы выйти на нужную траекторию. Самый известный случай такого управления - выключение двух из пяти двигателей на второй ступени ракеты-носителя Saturn-V в беспилотной испытательной миссии "Аполлон-6". Тогда система управления сумела удержать управляемый полет ракеты и вывести ее на орбиту. В 1971 году при выведении "Аполлона-13" аварийно отключился один из пяти двигателей второй ступени "Сатурна-V", что никак не повлияло на миссию. В 2012 году разрушился один из девяти двигателей первой ступени Falcon 9, ракета успешно вышла на орбиту и доставила к МКС грузовой корабль Dragon, но попутная полезная нагрузка была потеряна. В 2016 году раньше, чем нужно, выключился двигатель первой ступени Atlas-V, вторая ступень смогла скомпенсировать нехватку скорости, и грузовой корабль Cygnus успешно долетел до МКС.

Успешная авария


Да, конечно, необходимо расследовать причину аварии и принять меры, чтобы она не повторилась. Но авария, которая не привела к провалу миссии и потере полезной нагрузки - это скорее победа техники и людей, ее создавших.

Небольшое объявление: 16 июня, в 19:00 в музее советского быта (Гостиный двор, г. Уфа) будет моя лекция "Женщины и космос". Вход 100 р.

attentioneer.jpg

Записи из этого журнала по тегу «космические происшествия»


промо centercigr november 10, 10:40 5
Разместить за 30 жетонов
Девочка стала жертвой обстрела Еленовки подразделениями ВСУ, которые проводились с завидной регулярностью, и нуждалась в срочной операции. Ранение было серьезным, осколок повредил позвоночник, в результате чего у Вики отнялись ноги. Вика приняла на себя основной удар, в определённый момент…

  • 1
наверно без сложностей не обходится не один вывод спутников на орбиту

В принципе да. Чтобы все работало сразу и как надо - редкость. Переносы пусков для исправления каких-то проблем бывают достаточно часто. Сложная техника.

Спасибо.
Очень интересно.

При всей радости , что катастрофы удалось миновать, данное ЧП явно не улучшило позиции Протонау страховщиков , там народ пугливый , и при нынешней свободе выбора с пусками , снижать страховые премии на Протона они после этого не станут..
С другой стороны
У Протона все последние годы безаварийные серии длились по 6-9 пусков , если считать этот "удачно аварийным " то впереди несколько гарантированных успешных запусков :-)

Гадание на статистике - занятие так себе, но да, можно надеяться еще на год успешных пусков :)

Бриз реабилитировался. А то постоянно бедному все шишки доставались.

Насколько я помню, в последнее время аварии были на ракете. "Бриз" подводил во второй половине нулевых.

Раньше думал в ракетах всё работает на пределе и на счету каждый грамм веса, а там оказывается и топливо с запасом, и двигатель может работать лучше расчётного.

Одно другого не исключает. Если бы двигатель второй ступени отключился на первых секундах ее работы, то ничего бы никуда не улетело.

ЕМНИП еще Фрегат дважды спасал Союз после раннего выключения 3-й ступени. один раз совсем недавно при запуске ГЛОНАССа.

Ну так обратная связь есть в любом алгоритме управления. хоть в цифровом, хоть в аналоговом..Вопрос лишь в том, насколько точны датчики, и насколько СУ способна выдать корректный управляющий сигнал, а исполнительные устройства его отработать.

Это сложнее, чем обратная связь, тут надо траекторию строить.

Я вот что подумал получается что циклограмма работы Протона жесткая по времени и не позволяет при АВД одного двигателя пропорционально удлинить время работы остальных для выработки неиспользованного из за АВД топлива , в данном случае достаточно было сдвинуть выключение остальных трех на 3 секунды и Бризу не пришлось бы так напрягаться..

И еще одна непонятность мне
Если превышение длительности работы ДУ Бриза при его первом включении мне понятна компенсировали недостаток дельты С от второй ступени Протона, то почему третье ( или четвертое включение Бриза оказалось на 25 секунд короче) где сэкономили??

Да, со стороны кажется что терминальное управление только на "Бризе", хотя на форуме НК писали что-то про третью ступень.

Ну вот я написал версию что двигатель работал лучше расчетного. Похоже что топлива хватило - и увод после отделения прошел успешно.

программисты, народ плечистый! :)))

вспомнилась байка от одного преподавателя времен моего студенчества. писали они программу управления наземным радаром военного аэродрома. результат их "творчества" лично продемонстрировал начальник - все зубчатые механизмы были в крошку :)))

Интересно, что скажут про двигатель и причины.

Вообще-то, 2-й и последующие импульсы "Бриза-М" были короче не потому, что "двигатель работал эффективнее", а потому, что после длинного первого импульса связка РБ+спутник была легче запланированного, поэтому, для той же deltaV при той же тяге требовалось меньше времени.

Я думал об этом, но, без расчетов, отвел бы этому эффекту меньшую часть от смещения времени. Вопрос в том - как тогда топлива хватило? Был настолько большой запас? Для суперсинхронной орбиты и большой ПН? Сомневаюсь.

Таки вас в итоге посадят за шпионаж по открытым источникам )

  • 1
?

Log in

No account? Create an account