«Маринер-1» , построенный для проведения первого американского планетарного облёта Венеры , был первым космическим кораблем межпланетной программы НАСА «Маринер » . Разработанный Лабораторией реактивного движения и первоначально запланированный как специальный зонд, запущенный летом 1962 года, конструкция «Маринера-1» была изменена, когда «Кентавр» оказался недоступен в тот ранний срок. «Маринер-1» (и его родственный космический корабль «Маринер-2 ») были затем адаптированы из более легкого лунного космического корабля «Рейнджер» . «Маринер-1» провел серию экспериментов по определению температуры Венеры, а также по измерению магнитных полей и заряженных частиц вблизи планеты и в межпланетном пространстве .
«Маринер-1» был запущен ракетой «Атлас-Агена» с площадки 12 на мысе Канаверал 22 июля 1962 года. Вскоре после старта из -за ошибок связи между ракетой и ее наземными системами наведения ракета отклонилась от курса, и ей пришлось быть уничтожены безопасностью диапазона . Ошибки были связаны с ошибкой в спецификации рукописных уравнений управления, которые затем были систематизированы в компьютерной программе.
С началом Холодной войны две тогдашние сверхдержавы , Соединенные Штаты и Советский Союз , инициировали амбициозные космические программы с целью продемонстрировать военное, технологическое и политическое превосходство. [1] Советы запустили « Спутник-1» , первый спутник на околоземной орбите, 4 октября 1957 года. Американцы последовали этому примеру, выпустив «Эксплорер-1» 1 февраля 1958 года, и к этому моменту Советы уже запустили первое орбитальное животное — лайку . Спутник 2 . Когда орбита Земли была достигнута, основное внимание было обращено на то, чтобы первым добраться до Луны. Программа спутников «Пионер» состояла из трех безуспешных попыток выхода на Луну в 1958 году. В начале 1959 года советская «Луна-1» стала первым зондом, пролетевшим мимо Луны, за ней последовала «Луна-2» , первый искусственный объект, столкнувшийся с Луной. [2]
Когда Луна была достигнута, сверхдержавы обратили свой взор на планеты. Будучи ближайшей к Земле планетой, Венера представляла собой привлекательную цель для межпланетных космических полетов. [3] : 172 Каждые 19 месяцев Венера и Земля достигают относительных положений на своих орбитах вокруг Солнца, так что для перемещения от одной планеты к другой по переходной орбите Гомана требуется минимум топлива . Эти возможности отмечают лучшее время для запуска исследовательского космического корабля, требующего наименьшего количества топлива для полета. [4]
Первая такая возможность космической гонки появилась в конце 1957 года, еще до того, как какая-либо сверхдержава имела технологию, позволяющую ею воспользоваться. Вторая возможность, появившаяся примерно в июне 1959 года, находилась на грани технологической осуществимости, и Лаборатория космических технологий (STL), являющаяся подрядчиком ВВС США, намеревалась ею воспользоваться. План, составленный в январе 1959 года, предусматривал два космических корабля, созданных на основе первых зондов «Пионер», один из которых должен был быть запущен с помощью ракеты «Тор-Эйбл» , другой — с помощью еще не опробованной ракеты «Атлас-Эйбл» . [5] STL не смогла завершить зондирование до июня, [6] и окно запуска было пропущено. Зонд «Тор-Эйбл» был перепрофилирован в исследователь дальнего космоса «Пионер-5» , который был запущен 11 марта 1960 года и предназначен для поддержания связи с Землей на расстоянии до 20 000 000 миль (32 000 000 км) на пути к орбите Венеры. [7] (Концепция зонда Atlas Able была перепрофилирована в неудачные зонды Pioneer Atlas Moon.) [8] В начале 1961 года ни одна американская миссия не отправлялась. Советский Союз запустил «Венеру-1» 12 февраля 1961 года и 19–20 мая стал первым зондом, пролетевшим мимо Венеры; однако 26 февраля вещание прекратилось. [9]
В июле 1960 года НАСА заключило контракт с Лабораторией реактивного движения (JPL) на разработку «Маринера А», космического корабля массой 1250 фунтов (570 кг), который будет запущен с использованием еще не разработанного Атласа-Кентавра . К августу 1961 года стало ясно, что «Кентавр» не будет готов вовремя. Лаборатория реактивного движения предложила НАСА, чтобы миссия могла быть выполнена с помощью более легкого космического корабля, использующего менее мощный, но работоспособный Атлас-Агена . Был предложен гибрид лунного исследователя Mariner A и Block 1 Ranger компании JPL, который уже находится в стадии разработки. НАСА приняло это предложение, и Лаборатория реактивного движения начала 11-месячную ускоренную программу по разработке «Маринера R» (названного так потому, что он был производной от Рейнджера). Mariner 1 был первым запущенным Mariner R. [10]
Было построено три космических корабля Mariner R: два для запуска и один для испытаний, который также должен был использоваться в качестве запасного. [3] : 174 Помимо своих научных возможностей, «Маринер» также должен был передавать данные обратно на Землю с расстояния более 26 000 000 миль (42 000 000 км) и выдерживать солнечное излучение, вдвое более интенсивное, чем то, которое встречается на околоземной орбите. [3] : 176
Все три космических корабля Mariner R, включая Mariner 1, весили в пределах 3 фунтов (1,4 кг) от расчетного веса в 447 фунтов (203 кг), из которых 406 фунтов (184 кг) приходилось на неэкспериментальные системы: системы маневрирования. , топливо и средства связи для приема команд и передачи данных. После полного развертывания в космосе с двумя выдвинутыми «крыльями» солнечных панелей Mariner R имел высоту 12 футов (3,7 м) и ширину 16,5 футов (5,0 м). Основной корпус корабля имел шестиугольную форму с шестью отдельными корпусами электронного и электромеханического оборудования:
В хвостовой части корабля был установлен монотопливный (безводный гидразин ) ракетный двигатель 225 Н [11] для корректировки курса. Система стабилизации из десяти реактивных сопел, питаемая азотом и управляемая бортовыми гироскопами, датчиками Солнца и Земли, позволяла Маринеру правильно ориентироваться для приема и передачи данных на Землю. [3] : 175
Основная параболическая антенна с высоким коэффициентом усиления также была установлена на нижней части Маринера и направлена на Землю. Всенаправленная антенна на вершине космического корабля время от времени транслировала, что космический корабль катится или кувыркается с неправильной ориентации, чтобы поддерживать контакт с Землей; в случае несфокусированной антенны ее сигнал будет намного слабее первичного. Маринер также установил на каждом крыле небольшие антенны для приема команд с наземных станций. [3] : 175–176.
Контроль температуры был пассивным, с использованием изолированных компонентов с высокой отражающей способностью; и активный, с жалюзи для защиты корпуса бортового компьютера. На момент постройки первых «Моряков» не существовало испытательной камеры для имитации солнечной среды вблизи Венеры, поэтому эффективность этих методов охлаждения нельзя было проверить до начала боевой миссии. [3] : 176
На момент запуска проекта «Маринер» некоторые характеристики Венеры были точно известны. Его непрозрачная атмосфера не позволяла изучать землю с помощью телескопов . Неизвестно, была ли вода под облаками, хотя над ними было обнаружено небольшое количество водяного пара . Скорость вращения планеты была неопределенной, хотя ученые Лаборатории реактивного движения с помощью радиолокационных наблюдений пришли к выводу, что Венера вращается очень медленно по сравнению с Землей, что выдвинуло давнюю [12] (но в конечном итоге опровергнутую) [13] гипотезу о том, что планета была приливно-приливно-зависимой относительно Земли. к Солнцу (как Луна по отношению к Земле). [14] В атмосфере Венеры не было обнаружено кислорода, что позволяет предположить, что жизнь в том виде, в каком она существовала на Земле, не присутствовала. Было установлено, что атмосфера Венеры содержит как минимум в 500 раз больше углекислого газа , чем атмосфера Земли. Эти сравнительно высокие уровни предполагали, что планета может подвергаться безудержному парниковому эффекту с температурой поверхности до 600 К (327 ° C; 620 ° F), но это еще не было окончательно установлено. [10] : 7–8
Космический корабль «Маринер» сможет проверить эту гипотезу, измерив температуру Венеры крупным планом; [15] в то же время космический аппарат мог определить, существует ли значительная разница между ночной и дневной температурами. [10] : 331 Бортовой магнитометр и набор детекторов заряженных частиц могли бы определить, обладает ли Венера заметным магнитным полем и аналогом земных поясов Ван Аллена . [15]
Поскольку космический корабль «Маринер» проведет большую часть своего путешествия к Венере в межпланетном пространстве, миссия также предоставила возможность долгосрочного измерения солнечного ветра из заряженных частиц и картирования изменений в магнитосфере Солнца . Концентрацию космической пыли за пределами Земли также можно было бы исследовать. [3] : 176
Эксперименты по измерению Венеры и межпланетного пространства включали:
Ни на одном из космических кораблей Mariner R не было камеры для визуальных фотографий. Из-за ограниченного пространства для полезной нагрузки ученые проекта считали камеру ненужной роскошью, неспособной дать полезные научные результаты. Карл Саган , один из ученых Mariner R, безуспешно боролся за их включение, отмечая, что не только могут быть разрывы в облачном слое Венеры, но и «что камеры могут также отвечать на вопросы, которые мы были слишком глупы, чтобы даже задать их». [16]
.jpg/1280px-Woomera_1964_0(1).jpg)
Окно запуска «Маринера», ограниченное как орбитальным соотношением Земли и Венеры, так и ограничениями «Атлас Аджена», было определено в 51-дневный период с 22 июля по 10 сентября. [3] : 174 План полета «Маринера». было таково, что два действующих космических корабля должны были быть запущены к Венере в течение 30-дневного периода в этом окне, выбрав несколько разные пути, так что они оба прибыли на целевую планету с разницей в девять дней друг от друга, между 8 и 16 декабря . 17] Только стартовый комплекс № 12 на мысе Канаверал был доступен для запуска ракет «Атлас-Агена», а подготовка «Атлас-Агена» к запуску заняла 24 дня. Это означало, что для графика с двумя запусками существовал только 27-дневный запас на ошибку. [3] : 174
Каждый «Маринер» будет запущен на парковочную орбиту , после чего перезапускаемая «Агена» выстрелит во второй раз, отправив «Маринера» на путь к Венере (ошибки в траектории будут исправлены включением бортовых двигателей «Маринера» на полпути). [10] : 66–67 Радиолокационное слежение в реальном времени за космическим кораблем «Маринер», когда он находился на орбите стоянки , и после его отбытия. Атлантический ракетный полигон будет обеспечивать радиолокационное слежение в реальном времени со станциями в Вознесении и Претории , а Паломарская обсерватория обеспечит оптическое слежение. . Поддержка дальнего космоса обеспечивалась тремя станциями слежения и связи в Голдстоуне, Калифорния , Вумере, Австралия , и Йоханнесбурге, Южная Африка , каждая из которых была разделена на земном шаре примерно на 120° для обеспечения непрерывного покрытия. [10] : 231–233.
Запуск «Маринера-1» был запланирован на раннее утро 21 июля 1962 года. Несколько задержек, вызванных неисправностью в системе управления безопасностью дальности, задержали начало обратного отсчета до 23:33 по восточному стандартному времени накануне вечером. В 2:20 ночи, всего за 79 минут до запуска, из-за перегорания предохранителя в цепях безопасности дальности запуск был отменен. Той ночью обратный отсчет был сброшен и продолжался с несколькими задержками, плановыми и незапланированными, с 23:08 до раннего утра следующего дня.
22 июля 1962 года в 9:21:23 «Атлас-Агена» корабля «Маринер-1» стартовал с площадки 12. Вскоре после запуска ракета-носитель начала дрейфовать к северо-востоку от запланированной траектории. Ракете были отправлены корректирующие команды рулевого управления, но вместо этого «Атлас-Агена» отклонился от курса, поставив под угрозу судоходство и / или населенные пункты Северной Атлантики в случае крушения ракеты. В 9:26:16, всего за шесть секунд до того, как вторая ступень Аджены должна была отделиться от Атласа, и в этот момент уничтожение ракеты было бы невозможно, офицер безопасности полигона приказал ракете самоуничтожиться, что она и сделала. . [10] : 87
Из-за постепенного, а не резкого отклонения от курса инженеры Лаборатории реактивного движения заподозрили, что неисправность кроется в уравнениях полета, загруженных в компьютер, который управлял Атлас-Агена с земли во время его подъема. [17] После пяти дней послеполетного анализа инженеры JPL определили, что стало причиной неисправности «Маринера-1»: ошибка в логике компьютера наведения в сочетании с аппаратным сбоем. [18]
В рукописных уравнениях наведения содержался символ «R» (от «радиус»). Над буквой «R» должна была быть линия («R-bar» или R̄), обозначающая сглаживание или усреднение данных трека, полученных в результате более ранних вычислений. Но планка отсутствовала, и поэтому компьютерная программа, основанная на этих уравнениях, была неверной. [18] [19] Ошибка была в исходной спецификации, а не в процессе написания программы. [18] [19]
Во время подъема ракета-носитель «Маринера-1» ненадолго потеряла связь с землей. Поскольку это было довольно частым явлением, «Атлас-Агена» был спроектирован так, чтобы продолжать двигаться по заранее запрограммированному курсу до тех пор, пока не возобновится блокировка наведения с землей. [20] Однако, когда блокировка была восстановлена, неисправная логика управления привела к тому, что программа ошибочно сообщила, что «скорость колебалась беспорядочным и непредсказуемым образом», что программа попыталась исправить, что привело к фактическому неустойчивому поведению, что привело к Офицер службы безопасности полигона должен уничтожить ракету. [18]
Неверная логика ранее успешно использовалась при запусках Рейнджеров ; именно сочетание ошибочной формулы и аппаратной неисправности привело к разрушению Маринера. [18]
Катастрофические последствия небольшой ошибки «обобщили всю проблему надежности программного обеспечения» и способствовали развитию дисциплины программной инженерии . [18]
Последующие популярные сообщения об аварии часто называли ошибочный символ «дефисом» (описывающим недостающий компонент символа), а не «R-полоской»; Эта неправильная характеристика была вызвана описанием неисправности Артуром Кларком как «самого дорогого дефиса в истории». [19]
Потеря первого американского межпланетного космического корабля стала для НАСА потерей в 18,5 миллионов долларов (186 миллионов долларов в сегодняшних долларах). [21] Инцидент подчеркнул важность тщательной отладки программного обеспечения перед запуском, а также необходимость разрабатывать программы таким образом, чтобы незначительные ошибки не могли вызвать катастрофические сбои. Процедуры, реализованные в результате, хорошо послужили НАСА, в конечном итоге спасая высадку на Луну проекта «Аполлон» ; хотя во время спуска в программном обеспечении модуля лунной экскурсии были программные ошибки , они не привели к сбою миссии. [22]
Поскольку логическая ошибка была быстро обнаружена, [23] ненужной задержки не потребовалось. Идентичный «Маринер-2» уже был наготове, а второй запуск с той же площадки можно было осуществить до конца августа. [24] 27 августа 1962 года был успешно запущен космический корабль-близнец «Маринера-1», став 14 декабря 1962 года первым космическим кораблем, передавшим данные из окрестностей Венеры. [3] : 171, 177
