37 614
199
09 мая 2020 в 8:00
Автор: Ян Альшевский

«Вторжение» на Марс, которое остановилось из-за ошибки людей. История «Викинга-1», проработавшего шесть лет вместо 90 дней

Никто не застрахован от ошибок, поэтому при разработке программных продуктов предусматривают несколько ступеней проверки. Однако даже в этом случае при определенных обстоятельствах «баги» выживают. И если ошибка в коде управления звуковой картой в компьютере приведет, например, к искажениям в вашей любимой мелодии, то в коде узла для космического зонда — к потерям миллионов долларов и тысяч, если не десятков тысяч человеко-часов.

Простая человеческая невнимательность и «замыленность» восприятия — это стоит кучу денег. А иногда хочется сделать как лучше, но всего в голове не удержишь. Примерно такая ситуация случилась с космическим аппаратом «Викинг-1», который отправился на Марс для изучения планеты. Он стал первым американским аппаратом, совершившим мягкую посадку на поверхность Марса для длительной миссии, и выполнил все поставленные задачи, но потом что-то пошло не так.

На самом деле с 1960-х годов США и СССР провели не один десяток запусков, направленных на изучение Марса, но лишь небольшая часть достигли успеха (советский «Марс-3», например, проработал мизерное количество времени). Программа NASA «Викинг» стала исключением.

Орбитальная станция и спускаемый аппарат «Викинг». Он находится сверху в защитном коконе. Фото: JPL

Компанию спускаемому аппарату «Викинг-1» составляла подобная ему станция, но под вторым порядковым номером. Они отправились к Марсу в 1975 году, а летом 1976-го «Викинг-1» сел на другую планету. Согласно планам NASA, аппараты должны были заниматься исследованием местности на протяжении 90 дней, но в итоге продержались куда дольше.

Модуль памяти орбитальной станции «Викинг» на испытательном вибростенде. Фото: JPL

Позже в документах отмечалось, что наличие на Марсе американских аппаратов несло не только научную ценность, но и политическую: они символизировали присутствие Штатов на удаленной от Земли планете — это достижение, которого не достигли Советы.

Программа «Викинг» стартовала еще в 1968 году. Перед ней поставили три основные задачи: провести обзор Марса с орбиты, отправив снимки высокого разрешения на Землю, изучить химический состав атмосферы и грунта планеты и поискать признаки жизни (найдись они, романтические мечты Эдгара Берроуза не пропали бы зря).

Приземляемый модуль в аэродинамическом кожухе. Фото: JPL/NASA

Чтобы обеспечить успех миссии, в NASA решили построить две станции-близнеца на подмогу друг другу: «Викинг-1» и «Викинг-2». Орбитальная система получала бы энергию от солнечных батарей, спускаемые аппараты — от ядерных «батареек» (РИТЭГ). Формой они напоминали кузнечиков из алюминия и титана — так о них позже высказался Карл Саган.

Полноразмерная модель «Викинга-1». Фото: JPL/NASA

Инженеры продумали дизайн аппарата так, чтобы при посадке сохранить аппаратуру в целостности, защитив ее также от пыли, радиации и резких колебаний температуры — от невыносимого холода до летней, по земным меркам, жары. Кроме того, специальный кокон, который запланированно разрушился перед входом в марсианскую атмосферу, не допускал попадания земных микроорганизмов на Марс.

За управление модулем отвечала система Guidance Control and Sequencing Computer (GCSC), использовавшая два процессора Honeywell HDC 402. Также компьютер оперировал 36 КБ памяти на магнитных пленках (имелось два накопителя по 18 КБ для каждого процессора). Он отвечал за подачу команд, запись последовательности событий, телеметрию, подачу питания, обеспечивал связь, сбор информации и так далее.

Среднее фото: HDC-402, один из компонентов компьютера посадочного модуля. Ниже — сотрудники NASA, работающие над программой «Викинг»

Стоит отметить, что ассемблера для компьютера посадочных модулей не было, что было обусловлено постоянно меняющейся архитектурой и наборов команд. Патчи писались в восьмеричном виде вручную, программисту приходилось скакать туда-обратно по карте памяти, пересобирать код после внесения изменений, следить за меняющейся адресацией и т.п.. Это лишь толика того, с чем пришлось сталкиваться инженерам ПО, и отчасти объясняет произошедшее позже.

GCSC весила примерно 23 килограмма и потребляла от 3,5 до 38,3 Вт в зависимости от выполняемых задач и необходимости обогрева электроники. Питание обеспечивали два модуля РИТЭГ по 13,6 килограмма каждый, а также набор из никель-кадмиевых аккумуляторов для поддержки в момент пиковых нагрузок — еще одно слабое звено в высокотехнологичной (без иронии) системе.

Фото, снятое «Викингом-2». Виден лед. Фото: JPL/NASA

«Викингам» предстояло собрать данные, просканировать местность и через три месяца отправиться на покой. Первая черно-белая фотография в высоком разрешении с поверхности Марса добралась до Земли примерно через четыре минуты после посадки модуля. Цветных пришлось подождать дольше.

Первая фотография с поверхности Марса. Именно ее «Викинг-1» отправил после посадки, и спустя четыре минуты она добралась до Земли. Центр изображения находится примерно в 1,4 метра от одной из камер модуля. Камень в центре имеет ширину около 10 сантиметров. Фото: JPL/NASA

Инженеры смогли создать систему с огромным запасом прочности, и аппараты действовали куда больше трех месяцев. Тем не менее в 1980 году «Викинг-2» вышел из строя из-за проблем с аккумуляторами и истощившихся резервов, спустя примерно два года аналогичная ситуация стала развиваться с «Викингом-1».

Ограниченные аппаратные мощности, «сложнонаписанный» код, удаленность от его создателей сыграли против «Викинга». Система его связи состояла из двух приемных устройств (из них в единицу времени активно только одно) и двух активных передающих.

Селфи, сделанное «Викингом-2» на равнине Утопия. Аппарат, который находится в 7,4 тыс. километров от «Викинга-1», покрыт красной марсианской пылью. Фото: JPL/NASA

Управляющий код отвечал за положение антенны, направленной на Землю. С этим проблем не возникало, он был актуален до 1994 года. Передатчик указывал на родную планету в нужное время, а в промежутках система собирала и записывала информацию для будущей передачи. С точки зрения связи все было продумано еще на полтора десятилетия вперед (при проектном сроке работы в 90 дней).

Система посыпалась из-за резкого снижения емкости трех из четырех батарей, что с течением времени привело бы к их полной разрядке и утере. Инженерам нужно было придумать, как решить проблему. Новая программируемая последовательность обеспечила бы глубокую разрядку аккумуляторов с последующим восстановлением их емкости. То есть проблема поддавалась коррекции, если бы не человеческий фактор. Точнее, набор факторов.

Первый заход, предпринятый в январе 1982 года, позволил восстановить емкость, однако ненадолго, и через четыре месяца батареи вновь начали сдавать. В NASA собрали экспертов, которые искали эффективный способ решить вопрос.

Карл Саган рядом с копией «Викинга» в Долине Смерти. На сайте NASA отмечается, что Саган известен, кроме прочего, благодаря документальному мини-сериалу «Космос: персональное путешествие». О своей встрече с Карлом Саганом не раз упоминал популяризатор науки Нил Деграсс Тайсон. Фото: JPL/NASA, Druyan-Sagan Associates

Стратегию разработали: из основного — уменьшить количество циклов зарядки-разрядки, прибегать к полному разряду аккумуляторов. Были и дополнительные параметры. Теперь управляющий код нужно было передать на Марс. Его разделили на фрагменты, так как компьютер «Викинга-1» не мог проглотить все сразу. Каждый шаг из многих записывался полностью вручную как длинная последовательность команд. Система связи марсианского модуля, в свою очередь, была изначально запрограммирована уходить в режим покоя после каждого успешного сеанса связи. Затем она перенастраивалась, выбирая нужное направление.

Все это создавало дополнительные неудобства, увеличивало и так значительные временные задержки и не устраивало инженеров NASA. Поэтому для управления антеннами записали новые последовательности, которые ускорили бы процесс передачи данных.

Настал момент, когда множество факторов сплелись в сложно управляемый клубок недочетов. Хотя назвать это недочетами нельзя: инженеры штопали решето, которое уже и не должно было работать. А человек неидеален и склонен к ошибкам.

«Божья коровка» в центре — «Викинг-2» с орбиты. Фото: JPL/NASA

Это стало очевидно уже после отправки команд для управления аккумуляторами: код записали в область, которая отвечала за систему связи и, в частности, за репозиционирование антенн.

Команды для батарей «вписались» в «чужой» код, поэтому принимающая антенна отвернулась от линии Марс — Земля (либо осталась в опущенном состоянии), и ничто не могло вернуть ее в прежнее положение. Это одна из основных гипотез, проверить которую в будущем смогут высадившиеся на планете люди. Машина, вероятно, продолжала выполнять возложенные на нее задачи, проводила замеры, однако принять ее сигнал если кто и мог, то точно не земляне. Также упоминались варианты с отключением компьютера «Викинга-1» из-за ошибочных команд.

На протяжении примерно полугода NASA пыталось восстановить связь, увеличивая мощность передающей с Земли антенны, были отправлены различные последовательности команд в попытке оживить компьютер, если он выключен, перенаправить антенны и так далее. Однако аплинк так и не был восстановлен. Исследовательский модуль сдался. Точнее, управляющие им инженеры.

Инженеры проверяют системы посадочного модуля «Викинг». Фото: Lockheed Martin

Как в 1983 году писал Д. Дж. Магуэй из Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA, к ошибке могло привести сокращение сотрудников, занятых в то время в проекте, их истощение от нагрузки, использование устаревшего оборудования и программного обеспечения. Тем не менее миссия считается успешной, так как стойкость «Викинга» превзошла ожидания. Точно так же, как профессионализм работавших в программе людей, хоть и допустивших промах.

Покупайте с оплатой онлайн по карте Visa и выигрывайте iPhone каждую неделю

взрослый/подростковый (макс. 110 кг), до 25 км/ч, мощность 250 Вт, запас хода 30 км, аккумулятор 7.8 А·ч, рекуперация, вес 12.5 кг
взрослый/подростковый (макс. 100 кг), до 25 км/ч, мощность 300 Вт, запас хода 45 км, аккумулятор 12.8 А·ч, рекуперация, вес 14.2 кг
взрослый/подростковый (макс. 100 кг), до 30 км/ч, мощность 350 Вт, запас хода 30 км, аккумулятор 6 А·ч, рекуперация, материал платформы: алюминий, вес 11.7 кг

Читайте также:

Хроника коронавируса в Беларуси и мире. Все главные новости и статьи здесь

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!

Самые оперативные новости о пандемии и не только в новом сообществе Onliner в Viber. Подключайтесь

Перепечатка текста и фотографий Onliner без разрешения редакции запрещена. nak@onliner.by

Автор: Ян Альшевский
Без комментариев