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 lozga ноябрь 4, 2014 17:00
Разместить за 20 жетонов
Привет! Добро пожаловать в блог, посвященный популяризации космонавтики, астрономии, и, шире, науки и прогресса человечества. Если вы зашли ко мне…

  • 1
не такой он уж и большой. Удельный импульс бризовского движка 326 единиц, это значит, что за лишние 32,6 секунды (включился почти на 2 секунды позже, выключился на 34,5 секунды позже) он перерасходовал ровно 200 килограммов топлива. Что составляет около 1,5% от заправки.

Меня смущает, что падение массы где-то в 25 тонн после первого включения на небольшие в процентном отношении 200 кг привело к экономии полутора сотен кг топлива на втором включении.

второе включение имело длительность 1200 секунд, укоротилось на 24 секунды, 2%. Связка была легче на 1%. Ну, в принципе, возможно, что 1% добавил двигатель "бриза". Но обычно разброс меньше, в пределах 0,4% где-то.

  • 1
?

Log in

No account? Create an account