Марс климат орбитер цена ошибки

Космический аппарат NASA Mars Climate Orbiter должен был изучать атмосферу планеты, однако из элементарной человеческой ошибки вошел в плотные слои атмосферы Красной планеты, где загорелся и распался на фрагменты.

NASA Mars Climate Orbiter — $193000000 убытков

В американских исследованиях Марса, после Global Surveyor-1996 и Polar Lander-1999 был запланирован третий зонд — Orbiter. 

Все три зонда должны были прибыть к Марсу приблизительно в одно “орбитальное окно” — конец сентября 1999 г. Каждому зонду предназначалась своя сфера исследований — поверхность планеты, ее климат, и атмосфера. 

Люди в NASA надеялись, что третий зонд в целом успешной серии, после прибытия в целевую точку будет исследовать историю климата Марса, а также искать следы воды на поверхности. После завершения миссии аппарат планировали использовать как коммуникационный передатчик для последующих миссий. После прохода на близком расстоянии от планеты, аппарат должен был восстановить радиоконтакт. Но в назначенное время на связь аппарат не вышел.

Расследование показало, что сбой случился из-за навигационной ошибки. Точнее, из-за того, что кто-то не учел разницу между английскими-имперскими (и американскими) — и общепринятыми в остальном мире “континентальными” единицами измерения. Отправляемые команды были рассчитаны на формат ускорения “фунт в секунду”, а должны были — “ньютон в секунду”. Если бы управляющий код был кем-то добросовестно протестирован….

В результате Orbiter просрочил свой выход из навигационного маневра, приблизился слишком сильно к поверхности планеты — всего лишь на 57 километров от поверхности, где разумеется атмосфера была уже слишком плотной, для околокосмической скорости аппарата. Аппарат разрушился, то есть сгорел от трения в воздухе.

Mariner 1 — $18000000 убытков

“Инцидент с Mariner 1”, известный также как “самый дорогой минус в истории”, это второй эпический фэйл NASA. Кто-то забыл поставить “минус”, а кто-то не проверил код, что повлекло убытки на миллионы долларов.

Аппарат был запущен 22.06.1962 в 9 утра. На 5-й минуте полета резко поменял траекторию. “Маринер”, на которой NASA возлагала большие надежды, самые жаркие месяцы космической гонки, бравурный запуск Кеннеди уже назвал историческим — и спутник упал и разрушился. 

Официальный отчет NASA гласит: “В начале полета ускорители работали в штатном режиме. Затем случилось непредвиденное отклонение от запланированной траектории, это зафиксировал сотрудник, отвечающий за точность траектории. Причиной отклонения оказалась ошибка в коде управления полетом. Это привело аппарат к резкому отклонению и угрозе падения в океан, в районе активного судоходства. Сотрудник, обнаруживший отклонение, дал команду самоликвидации аппарата.”

Через несколько дней в “Нью-Йорк Таймс” вышла статья, в которой NASA попыталась объяснить налогоплательщикам, почему дорогостоящий спутник потерпел крушение. Было сказано, что это случилось в результате ошибочного пропуска знака “-” в математических уравнениях в коде программы. Программист NASA пропустил нужный символ во время пакетного ввода огромного количества информации в бортовую систему аппарата.

Еще через несколько дней Ричард Моррисон, пресc-офицер NASA, представлял причины катастрофы перед Конгрессом, где выражался более конкретно и подчеркнул важность маленькой ошибки. “Этот знак минуса фактически дал указание аппарату игнорировать поступающие данные, пока не восстановится связь со станцией управления. Если этого минуса нет, получается что в компьютер поступает ошибочная информация. В данном случае бортовой компьютер направил команду “резко влево, нос к земле”, в результате чего аппарат упал с разрушением”.

Крушение ракеты Ariane 5 — запуск 501 — $8000000 убытков

В 1996 году ракета-грузовик без экипажа, принадлежавшая Европейскому космическому агентству, запущенная на экваториальном космодроме Куру в Латинской Америке, взорвалась на 40-й секунде полета. Это был первый запуск ракетоносителя. На разработку и доводку ракеты ушло 10 лет и миллионы долларов.

Причины прояснились через две недели. Комиссия выяснила, что причиной взрыва был сбой в программе управления инерциальной системой ориентировки. Оказалось, что софт не обновляли от 4-й версии ракеты, а просто установили “как есть” на 5-ю. А новая версия ракеты была оснащена более мощным двигателем, с которым старая система управления попросту не справилась.

Дальнейшее расследование уточнило причины. Оказалось, что дело не только в смене версий. В программе 64-битное число с плавающей точкой, описывающее горизонтальную скорость, конвертировалось в 16-битное целое число. Число оказалось больше чем допустимые 32767 (самое большое число для 16-битного целого как ты помнишь?), и преобразование не было обработано корректно. Двигатель перешел в нештатный режим на 39-й секунде, ракета сразу же начала разрушаться “от неправильного баланса аэродинамических сил”.

Ошибка в процессоре Pentium — $475000000 убытков

“Ошибка FDIV” в процессоре Pentium стала самым известным багом микропроцессоров Intel. Новое разрекламированное поколение процессоров заявлялось как “быстрое и точное”, вместо этого стало печально известно как буквально кишевшее багами, а самый крупный из них — ошибка в таблице поиска в интелловском SRT-алгоритме (“выбор кратчайшего времени”).

Руководство Intel поставило инженерам задачу: в новом процессоре ускорить вычисление скалярного кода с плавающей точкой в 3 раза, и векторного кода в 5 раз, по сравнению с древней серией 486DX. В Intel решили применить перспективный SRT-алгоритм, генерирующий по два коэффициентных бита на такт. Старый алгоритм “сдвига с вычитанием” в 486-й серии генерировал один коэффициентный бит на такт. Такой SRT-алгоритм задействует таблицу поиска в вычислении промежуточных коэффициентов, связанных с делением чисел с плавающей точкой. Таблица поиска изготовленная инженерами Intel состояла из 1066 ячеек. Из них, “благодаря” ошибке программиста, 5 ячеек некорректно передавались в логическую матрицу (PLA). Если любая из этих бракованных 5 ячеек запрашивалась из модуля вычислений с плавающей точкой (FPU), она выдавала значение “0” вместо положенного “+2”. Это искажало вычисления в модуле и иногда приводило к заметно менее точному результату (ошибка в четвертом разряде после точки), причем из-за “рекурсивной” природы SRT-алгоритма такие ошибки “накапливались”. 

В основном, все же, точность вычислений “пентиума” страдала лишь в 9 или 10 разряде после точки. Впрочем, покупатели и клиенты не очень-то слушали эти оправдания, и бодро подавали в суд, как поодиночке так и целыми компаниями, что и сформировало впечатляющую сумму убытков Intel.

Червяк Моррис — $100000000 убытков

Оказывается бывает не только в плохом кино, когда студент-программист, пытающийся решить свою учебную задачу, случайно создает червя, приносящего убытков на 100 миллионов долларов (учитывая выплаченные компенсации и неустойки, как и в остальных случаях выше и ниже). Это произошло в далеком 1988 году. Роберт Моррис, студент последнего курса Корнуэльского университета, судя по всему действительно случайно создал опаснейший зловред. (Детальнее об этом сюжете можно почитать на сайте Университета Юты). Он выполнял “невинный эксперимент”, и сделал, как он уверял под присягой, случайную ошибку в коде. Червь вырвался на свободу и заразил тысячи компьютеров, которые в то время в Америке уже стали вполне обычным рабочим инструментом в офисах.

Роберта обвинили в хакерстве, и для начала оштрафовали на 10 тысяч долларов. Позже сумма причиненных убытков — всем потерпевшим — достигла 100 миллионов, так как компаниям пришлось восполнять недополученную прибыль, простои и т.п.

Адвокат Роберта доказывал, что не все так плохо, что червь “помог усовершенствовать системы безопасности”, создать такую вещь как антивирусы, а также познакомил широкую публику и компании с такой опасной вещью как компьютерные вирусы. Как-то выпутавшись из проблем (суд ему, в целом, поверил — что это был случайный непроверенный баг), Роберт основал фирму “Y Combinator”. Сейчас он профессор в самом уважаемом американском вузе — Массачусетском Технологическом (МИТ). Изъятая как вещественное доказательство 3,5-дюймовая дискета покоится в Музее Бостонского университета. 

Банкротство спекулянтов из Knight — 440 миллионов долларов

Что будет, если самая хайповая из компаний-спекулянтов на американском фондовом рынке начинает некорректно работать с акциями: покупать слишком дорого, а продавать слишком дешево? Плохая идея, впереди банкротство? Именно это и случилось. 

В разгар летних отпусков, 1 августа 2012, случилось нечто — кошмар для СЕО любой компании. То, что строилось 17 лет, рухнуло буквально за пару часов. Новый трейдинговый софт компании Knight содержал баг, который активировался когда Нью-Йоркская биржа открылась утром. Некорректный софт заставил компанию перейти в режим автоматической покупки акций, и пока руководство пыталось понять что происходит, то оказалось что куплены акции 150 компаний, на сумму 7 миллиардов долларов — и это лишь за первый час такого “трейдинга”.

Компания попыталась отменить последние торги, но американская Комиссия по фондовым биржам не дала разрешения: даже такая крупная компания как Knight, и даже при таком огромном объеме покупок акций, все-таки не превысила установленный правилами порог в 30% роста цен, при котором торги могут отменить. Исключение составили лишь 6 крупных транзакций, которые и были отменены, а все остальные убытки пришлось принять.

Катастрофа для компании: менеджменту стало ясно, что все ошибочно купленные активы нужно распродавать с большим убытком. Ситуацию немного смягчила Goldman Sachs, выкупив остатки этой некогда мощнейшей и перспективной компании.

Баг 2000 года. Полтриллиона долларов убытков

Одна неправильная буква, точнее цифра, способна принести убытков в полтриллиона долларов. Так случилось более двадцати лет назад, в канун нового столетия и тысячелетия. В англоязычном мире этот феномен был известен как Y2K Bug, или “миллениум-баг”. Коротко: компьютеры неправильно обрабатывали все даты позже 31 декабря 1999 г. 

Как оказалось, в большинстве компьютеров той эпохи подсистема времени, а именно дат, оставалась почти без изменений с 1960х-1980х и до конца 1990х. Тогда было принято строжайше экономить место в памяти, довольствуясь всего двумя цифрами даты, последними, а “19” (почти) всегда отбрасывали (впрочем, так и сейчас, но конечно выводы из Y2K Bug сделаны). Дефицит места в памяти, из-за дороговизны компьютеров вообще, и планок памяти в частности, а потом инерция — отсюда жесткие ограничения на каждый байт.

Неумолимо приближалось новое столетие, и лишь немногие программисты понимали, что компьютеры, спроектированные, на своем базовом уровне в 1960е-1970е, могут неправильно принимать введенную дату. А именно, дату “00” компьютер принимал как “1900”-й год. Конечно, подобное недоразумение могло повлечь серьезнейшие последствия если речь шла об инфраструктуре, или повреждение пользовательских данных. 

Громче всех паниковали СЕО банков — например, как считать проценты, если депозит “вернулся в прошлое” на сто лет? Множились опасения также в транспортной сфере, на электростанциях, и в других объектах инфраструктуры. 

Реагируя на панику в СМИ, в США приняли специальный закон “О готовности к 2000 году”, призванный подготовить инфраструктуру и банки к знаменательной дате “миллениума”. Президент Клинтон создал “Совет по проблеме 2000 года”, с собой во главе. Совет, помимо государственной критической инфраструктуры, надзирал над банками, и советовался с их директорами как избежать убытков (которых полностью избежать все-таки не удалось). Общие мировые затраты на проверку инфраструктуры и банков превысили 600 миллиардов (да, миллиардов долларов), по подсчетам компании Gartner. 

Такие дела.

Остается лишь надеяться, что сейчас тестируют лучше.

Возможно будет интересно также:

Баги войны

Изучение Марса началось в XIV в. до н. э., когда древние учёные заметили его и описали траекторию. С того момента человек непрерывно масштабировал сведения и углублял понимание процессов, происходящих на красной планете.

Первое соприкосновение с Марсом произошло в 1971 г. с помощью аппарата советской межпланетной станции Марс-3. Но в 1996 г. интерес к изучению красной планеты особенно обострился, что было следствием научной публикации в журнале Science, посвящённой изучению найденного в Антарктиде метеорита, предположительно марсианского происхождения. Статья сообщала об обнаружении вкраплений в космическом теле, напоминающих окаменелые остатки древних микроорганизмов.

С момента публикации мотивация исследований изменилась. Теперь учёных заинтересовали причины изменений климата и возможность существования жизни в недрах Марса. Эти вопросы дополнили программу Mars Surveyor 98, предназначенную для изучения четвёртой планеты.

Программа миссии

Mars Surveyor 98 – программа американского агентства NASA по изучению красной планеты, реализуемая в рамках научной работы по исследованию летучих веществ и истории климата.

Согласно плану Surveyor 98 предполагался запуск двух космических кораблей Mars Climate Orbiter и Mars Polar Lander.

Борт корабля Polar Lander нёс два зонда для грунтового проникновения и взятия проб поверхностного слоя марсианской почвы.

Передвижение аппаратов контролировала межпланетная мониторинговая станция Марс глобал сервейор, занявшая околопланетную орбиту.

Миссия, которую преследовала программа Surveyor 98, заключалась в глубоком изучении геологии и климата четвёртой планеты.

Задачи и цели миссии

Миссия Surveyor 98 нацелена на исследования ресурсов и климатической истории Марса пока не является основной задачей, но учитывается вопрос возможной жизни на планете.

С учётом научного инструментария и ресурсов фундаментом программы стали следующие стратегические задачи:

• выявление суточных и сезонных циклических изменений воды, углекислого газа и пыли с целью понимания климатических изменений в исторических масштабах;
• определение глобальной структуры атмосферы и характера циркуляции летучих веществ;
• исследование климатической истории по внешним характеристикам объектов на поверхности планеты и образцам грунта, взятым с помощью Mars Polar Lander;
• поиск ледяных образований и изучение их распределения;
• сравнение климата Земли и Марса с целью нахождения причин для развития жизни.

Основная нагрузка по реализации стратегических задач возлагалась на Polar Lander, который способен внедряться в грунт и исследовать его образцы.

Стоимость

Разработка и строительство космических кораблей в рамках программы Mars Surveyor 98 потребовала 193,1 млн долларов. Затраты на запуск составили 91,7 млн долларов, а на операции по реализации миссии – 42,8 млн долларов. Общая стоимость программы оценивается в 327,6 млн долларов.

Mars Climate Orbiter, ранее имевший название Mars Surveyor 98 Orbiter, создавался в качестве спутника-транслятора для спускаемого ровера. Он был оснащён самыми передовыми технологиями. Предполагалось, что Марс климат орбитер будет исследовать марсианский климат после прекращения работы Polar Lander. Однако миссия была провалена.

Характеристики станции

Mars Climate Orbiter представлял собой модель коробчатого космического корабля высотой 2,1 м, шириной 1,6 м, глубиной 2,0 м. Он содержал силовые установки и несколько модулей оборудования. Общая стартовая масса составила 629 кг, из них на топливо приходилось 291 кг. К корпусу крепилось крыло с солнечной батареей площадью 11 кв. м и подвесная усиливающая антенна диаметром 1,3 м.

Движение станции совершалось с помощью основного двигателя на биотопливе и дополнительных гидразиновых импульсных двигателей. Ориентация и маневрирование обеспечивались семью подруливающими устройствами.

Научная аппаратура

Корабль Mars Climate Orbiter был оснащён прибором PMIRR, расположенным на вершине корпуса. Это 9-канальный зонд для изучения вертикальных профилей атмосферной температуры, водяного паля, конденсатных облаков и пыли. А также модуль мог делать замеры радиационного фона поверхности планеты. PMIRR воспринимает среду в тепловом инфракрасном диапазоне.

В нижней части модуля оборудования устанавливалась двухкамерная система визуализации Mars Color Imager для фиксации глобальных изображений. Она позволяет вести наблюдения за динамикой атмосферных явлений, изучать поверхность грунта и нюансы взаимодействия атмосферы с ней.

Потеря орбитального аппарата

Датой запуска Mars Climate Orbiter стал декабрь 1998 г. Сначала всё шло согласно плану – в сентябре 1999 г. автоматическая станция приблизился к красной планете и предпринял попытку занять орбиту. Но в этот момент радиосвязь прервалась. Спустя двое суток станцию — ретранслятор признали потерянным. Предполагается, что она оказалась слишком близко к поверхности Марса и погибла в его атмосфере.

Спускаемый аппарат

Mars Polar Lander, первоначально названный как Mars Surveyor 98 Lander, представлял собой роботизированный космический ландер, предназначавшийся для исследования климата и почвы территории вблизи южного полюса Марса. Но свою миссию Марс полярный ландер не смог завершить, в момент спуска радиосвязь была прервана.

Характеристики ландера

Спускаемый аппарат имеет шестиугольный каркас из алюминиевого материала с сотовой структурой. К основе прикреплены три посадочные ножки, которые при приземлении должны были раскрыться и поглотить ударную волну. Его высота составляла 1,06 м, а ширина около 3,6 м. Стартовая масса конструкции равнялась 583 кг, в том числе по 3,5 кг на два микрозонда, 64 кг на топливо, 82 кг на крейсерскую ступень, 140 кг на теплозащитную оболочку. Во внутреннюю панель была интегрирована электроника и система терморегуляции.

Полярный ландер оснастили 4 реактивными модулями, каждый из которых состоял из двигателя для маневрирования с коррекцией траектории и наклонно двигателя для ориентирования. Мощность обеспечивалась благодаря двум крыльям солнечных батарей общей площадью 3,1 кв. м.

Связь с Землёй осуществлялась через X-диапазон с помощью усилителей мощности и антенны.

Научные инструменты

Ландер содержал широкий инструментарий для научных исследований. В состав Polar Lander были включены следующие компоненты:

• Цветная камера Mars Descent Imager с фиксированным фокусом, снимающая изображения со скоростью 5 кадров в секунду.
• Многоспектральная стерео-камера панорамной съёмки Stereo Surface Imager с высоким разрешением.
• LIDAR – лазерный эхолот, расположенный на палубе Polar Lander. С помощью световых импульсов определяет местонахождение и характеристики льда и пыли.
• Роботизированная рука-манипулятор.
• Роботизированная камера-манипулятор.
• Научный модуль Meteorological Package для визуализации и интерпретации метеорологической информации.
• Масс-спектрометрический инструмент Thermal and Evolved Gas Analyzer для анализа образцов грунта и льда.
• Звукозаписывающее устройство Mars Microphone.

Deep Space 2

Модуль Deep Space 2 в составе корабля Mars Polar Lander предназначался для проникновения на Марс с целью глубокого изучения рельефа. В составе находились два микрозонда, известные под названием Deep Space 2 a и Deep Space 2 b. Они должны были выполнить следующие задачи:

• проверить присутствие льда под поверхностью и в случае обнаружения исследовать минеральный состав окружающего грунта;
• исследовать подземный градиент температур;
• измерить температуру и давление атмосферы.

Осуществить миссию Deep Space 2 зонды должны были с помощью широкого научного инструментария, которым они были оснащены. Это, модули обнаружения и сбора образцов грунта и льда, термальный детектор почв, датчик атмосферного давления и ударный акселерометр.

Микрозонды имели массу около 3,5 кг каждый. Сверху были покрыты аэродинамической оболочкой высотой 275 мм и диаметром 350 мм. Оболочка изготавливалась из керамического материала, который защищал аппараты от воздействия избыточного тепла и разрушался при столкновении с грунтом. Каждый зонд имел внутренний корпус из двух частей – кормовой и передней. Их оснастили передовым, научным инструментарием.

Место посадки

Планировалось, что космический полярный ландер приземлится на территории южного полюса. Целью посадки была самая северная граница слоистых отложений, расположенная около 76 градусов южной широты.

Ход миссии

Mars Polar Lander стартовал 3 января 1999 г. и к 23 сентября успешно приблизился к красной планете, собираясь совершить посадку. Однако связь неожиданно прервалась, и попытки восстановить её не увенчались успехом. Восстановить точный ход событий не удалось.

Потеря посадочного аппарата

По итогам неудавшейся миссии было проведено расследование и установлено, что наиболее вероятной причиной утраты ландера послужил ложный сигнал системы о приземлении, который был получен до соприкосновения с поверхностью. В момент столкновения ударная волна спровоцировала отключение датчиков посадки и двигатели отключились. В результате аппарат упал и повредился.

Некоторые эксперты считают, что утрата Mars Polar Lander связана с нестабильной работой катализатора ракетных двигателей, которая привела к перегреву и отказу системы.

Миссия Mars Surveyor 98, которая должна была обогатить науку важнейшими данными, провалилась. Большие затраты человеческих и финансовых ресурсов не оправдались даже на долю процента. Но выводы были сделаны и сегодня усовершенствованные космические аппараты успешно спускаются на Марс и отправляют на Землю ценные данные.

Пригодилась информация? Плюсани в социалки!

• Космическая программа «Викинг» нашла своё место в истории
• Викинг 1 — первый космический корабль приземлившийся на Марсе
• Полёт на Марс: факты, опасность, прогнозы

Межпланетная станция Mars Climate Orbiter стоимостью 125 миллионов долларов на прошлой неделе сгорела в атмосфере Марса из-за ошибки программистов. Как сообщили в четверг официальные лица NASA, предварительное расследование показало, что при вводе данных в компьютер для составления программы перехода станции на околомарсианскую орбиту программисты не перевели цифры из англо-американской системы измерений в метрическую.

«Во всех наших предыдущих марсианских миссиях мы всегда использовали метрическую систему», — отметил Том Гэвин, представитель Лаборатории реактивного движения NASA в Пасадене (Калифорния), которая осуществляла контроль за ходом полета станции. Однако в этот раз получилось так, что сотрудники компании Lockheed Martin Astronautics дали данные по ускорению в английских фунтах вместо метрических ньютонов. А в Лаборатории реактивного движения ввели их, не проверив, в компьютер, использующий метрические единицы измерений. В результате станция после включения бортовых двигателей опустилась слишком низко и разрушилась в атмосфере Марса.

«Эта обидная ошибка заставила нас приступить сейчас к пересмотру всего процесса подготовки космических миссий», — заявил Гэвин. По его словам, сотрудники NASA в настоящий момент заняты проверкой программы полета другой автоматической станции — Mars Polar Lander, которая должна прибыть к Марсу 3 декабря и совершить мягкую посадку на поверхность планеты в районе южного полюса.

Mars Climate Orbiter был направлен к «красной» планете девять с половиной месяцев назад и преодолел расстояние в 665 миллионов километров. Предполагалось, что в течение марсианского года (687 земных дней) станция, кружа на высоте 405 километров, будет собирать информацию о ее климате и различных характеристиках атмосферы. На борту, в частности, находился инфракрасный радиометр, показания которого, как ожидали ученые, позволили бы приблизиться к ответу на вопросы, что стало с водой на Марсе и существовала ли там когда-нибудь жизнь.

By Tim Dodd, the Everyday Astronaut. Web version by Joey Schwartz

Imagine for a second, a simple conversion error from Metric to Imperial units. Now imagine that this error caused a multi-million dollar mission to go puff! A video released by Everyday Astronaut this week looks at how NASA lost the Mars Climate Orbiter in 1999. Both the video and this article explore how NASA’s team made a math boo-boo.  It cost them the mission just as it approached Mars.

Introduction

Have you ever accidentally used a tablespoon instead of a teaspoon? Or maybe grabbed a metric wrench when you were trying to loosen a 9/16ths inch bolt? Maybe you’ve heard someone say something weighs a tonne and have had to ask, a short ton or a metric tonne?

Luckily when you and I mix up units it likely only makes our food taste bad, or strips a bolt, or leads to an annoying argument about which is the right measurement system. But when NASA and Lockheed Martin mixed up units for the Mars Climate Orbiter, it led to the loss of a $327 million mission to Mars.

Welcome to another episode of the Biggest Facepalms of Spaceflight history, otherwise known as spacepalms. This is where we will look at a mission or an event that led to everyone in mission control collectively face palming.

Now this is a well-known story, one you may have heard your physics professor regale you with when talking about the importance of units. But honestly, I don’t think I’ve ever heard the whole story told right, and I definitely didn’t know what happened before writing this article!

So, let’s look at the planned mission, versus what wound up happening and why. It is a classic lesson that will live on for generations. And it’s a fun story to tell, so let’s get started!

Party Like It’s 1999: Mars Climate Observer Mission Overview

The year is 1999. Back when websites looked like a Commodore 64’s display on steroids. The Matrix was playing on movie screens across North America. Cher’s song “Believe” was a number one hit. And NASA was hoping to have a big hit on their hands with an exciting new Mars orbiter. That space probe would study the Martian climate. But, we knew it as, you guessed it, the Mars Climate Orbiter.

Faster, Better, Cheaper

Under administrator Daniel Goldin, a 1994 panel on Small Spacecraft Technology set new guidelines for NASA interplanetary missions. The informal and popular name for this new ethos was “faster, better, cheaper.”

Goldin’s doctrine meant probes were to be less expensive and smaller to allow for more missions and higher launch cadences. These new probes would be under 1,000 kilograms, with fewer but more focused scientific instruments. This differed from the previous “Swiss Army Knife” approach of cramming every instrument possible into a probe.

Mars Global Surveyor

Mars Global Surveyor was the first mission in this new program. It was launched in 1996 on a Delta II rocket from SLC-17A, Cape Canaveral Air Force Station, now known as Cape Canaveral Space Force Station. This first probe would map the surface of Mars with more detail than ever before which would help pave the way for future Mars landers.

Mars Climate Orbiter

The Mars Climate Orbiter was to follow the success of the Mars Global Surveyor. It would take with it instruments designed first for  the Mars Global Surveyor. The two would be a mini-powerhouse for studying Mars from orbit.

The spacecraft wound up being 2.1 meters wide (6’9”), 1.6 meters tall (5’3”) and two meters deep (6’6”). It would weigh only 638 kilograms making it capable of being launched on a Delta II with only four solid rocket boosters.

But despite its negligible weight it still carried loads of instruments.  These scientific instruments included:

• Mars Orbiter Camera
• Mars Orbiter Laser Altimeter
• Thermal Emissions Spectrometer
• Magnetometer and electron reflectometer
• The Ultrastable Oscillator
• One Mars Relay signal receiver

Propulsion Systems: Mars Climate Orbiter

The vehicle had eight mono-propellant thrusters. Each thruster had 22 Newtons (4.9 lbs) of thrust for trajectory corrections and four smaller 0.9 Newtons (3.2 oz) thrusters for attitude control. Last, but not least, it had one larger main engine, a LEROS 1B. It provided 640 Newtons (140 lbs) of thrust for the Mars insertion burn.

Single Solar Panel Design

Mars Climate Orbiter had a unique design, having only a single large solar panel off to one side capable of 500 watts at Mars. A side note, Mars is 50 percent further away from the sun than the Earth is. Because of the square inverse law, a solar panel on Mars is about 45 percent as powerful as it is on Earth.

Mars Climate Orbiter’s Launch and Mars Injection Burn

Showtime for the big launch was December 11, 1998. At 18:45 UTC, the Mars Climate Orbiter launched from Cape Canaveral Air Force Station’s SLC-17A. With its successful launch, it began its 10-month journey to Mars.

One of my favorite things about this launch is the Star 48B spin stabilized solid propellant third stage. That’s right, it’s spin stabilized. So, if there’s any minor offset in the thrust you can null it out by spinning the stage. Once the burn is complete, there’s a Yo-Yo de-spin mechanism that mostly nulls out the spin. It’s stuff like this that I just think is super cool!

So the little probe was on its way, everything looking good. And like all deep space missions, it’s normal to do a few correction burns to make sure you’re on target. No big deal. NASA does this all the time.

Course Corrections on the Way to Mars

There were four course corrections performed: December 21, 1998; March 4, July 25; and September 15, 1999. There was another optional course correction planned just one-day prior to the Mars insertion burn. However, management denied it because they thought the probe was on course.

Alongside the course corrections, the spacecraft also performed angular momentum desaturations or AMDs. Many spacecraft do this, but especially the Mars Climate Orbiter. Since it had that single solar panel, it experienced more solar pressure on one side than the other.

Solar Pressure, Not Solar Wind

By-the-way, a fun side note. Solar pressure is the momentum of the massless photons exerting pressure on a spacecraft. It’s NOT solar wind. Particles with mass ejected by the Sun, like nucleons, and electrons make up the solar wind. Thanks Scott Manley and the rest of space Twitter for helping clarify that for me!

Ok, so your spacecraft is ever so slightly rotating in a direction you don’t want. To keep the reaction wheels from having to work overtime, you can perform an AMD. This will reset the spacecraft back to its ideal orientation. The key benefit, it keeps the reaction wheels happy.

Now, each time the spacecraft performs any desaturation maneuver or correction burn, NASA records the exact impulse and time every thruster fired. Then, the probe sends this telemetry back to Earth so Mission Control can calculate exactly how much the spacecraft changed its trajectory. They can measure even the tiniest variation during these corrections.

Tracking a Spacecraft In Metric, but Getting Imperial Units

Mission Control can track the probe and its trajectory in deep space on its way to Mars. The primary method is by Doppler shift. This method isn’t accurate at all times. During portions of the journey, especially when the changes in velocity are perpendicular to the vantage point, it gives insufficient data points.

Think of it like this, Doppler can precisely tell if something is speeding up or slowing down moving straight away from you. However, it can’t really tell if something is speeding up side-to-side from Earth’s vantage point. That paralleling motion happens for a good portion of the journey to Mars.

Hohmann Transfer Burn

Often, guidance teams will precisely calculate the vehicle’s exact trajectory after the Hohmann transfer burn that sends the probe on its way to Mars. Flight controllers take into account trajectory variables, so long as any outside force doesn’t act upon the vehicle. Spoiler alert, it’s space, the variables change little.

But this also means that they need to account for every thruster fire. Even those tiny little impulses change the exact destination of the vehicle. If by even a tiny amount, the spacecraft does something enough; it adds up over time to a trajectory change.

Approaching Mars: Suicide Is Painless

Aiming at a planet that’s over 200 million kilometers away, any minor error could mean missing it. Or, perhaps worse, smacking right into it. And NASA was aiming to only miss Mars by about 200 kilometers. So there was little room for error.

To have the planet capture the spacecraft, it has to aim and get as close as it safely can to the planet. When a planet has an atmosphere, controllers need to calculate that variable and not get too low. But the closer the spacecraft gets to the planet, the less energy it takes to get captured into orbit.

One-week to Mars

Just one-week prior to the Mars encounter and insertion burn, NASA performed the fourth and final Trajectory Correction Maneuver on September 15, 1999. That placed its trajectory 226 kilometers above the Mars surface. Perfect for the Mars Orbital Insertion burn, or so they thought.

But following that burn, the navigation team noticed their calculations and observations didn’t match. In fact, the observed trajectory kept getting lower and lower. They saw it go down to just 150 kilometers. But that still was safely above the minimum altitude of 80 kilometers.

However, go below 80 kilometers, and Mars’ thin atmosphere will shatter a fragile spacecraft. Just imagine that tiny little fragile solar panel getting knocked about by Martian winds. Oh, the humanity! _{(Apologies to Les Nessman.)}

Mars’ gravitational effects grew stronger just 24 hours before the orbital insertion burn. The new 110 kilometer trajectory was still above the 80 kilometer survivable limit. So management proceeded with the burn, despite vocal opposition by some operators.

Mars Orbital Insertion Burn

At 9:00:46 UTC on September 23, 1999, the insertion burn began. Everything was performing as planned… at first! Mission Control expected a loss of signal when the spacecraft went behind Mars. They calculated the exact time it would happen.

The first signs of serious trouble cropped up when the loss of signal occurred 49 seconds earlier than expected. It was further emphasized when they did not reacquire the signal 21 minutes later. Controllers kept trying to contact the spacecraft for a further two full days.

So what happened? Was it something wrong with the insertion burn? Was it NASA reading altitude in kilometers when the probe was saying miles? Find out after we hear from this week’s sponsor, Banana for scale.

Look Away, Look Away. Banana Units Commercial

Are you tired of measuring stuff based on some old guy’s feet? Are you constantly asking Siri how many ounces are in a pint only to get the wrong answer? Is it just too easy knowing there’s 1,000 milliliters in a Liter? Or perhaps you’re measuring horses in hands and you just can’t even. Introducing Banana for scale, the one TRUE unit of measurement.

Metric Maneuvers in the Dark

OK SO THE ANSWER… every time the spacecraft performed those desaturation maneuvers, it would report back what it did to correct for the angular moment. Now the internal guidance and control was performing perfectly fine maintaining control and keeping proper orientation of the spacecraft no problem.

The problem is what the spacecraft was sending back to Earth. It was Newton seconds and the software in the ground station was reading those results as pound seconds! It then reported those results to the guidance and navigation teams and was off by a factor of 4.45 times.

Desaturation Maneuver Measurement Units

To restate it, each time the spacecraft did a desaturation maneuver it reported back to the ground what exactly it did. The data with the wrong unit then was put into the model for the spacecraft’s trajectory by the guidance team. Since the units were wrong, the calculated trajectory was also wrong.

Now the funny thing is, because these angular momentum desaturation burns were so low energy, being off by 4.45 times was hardly noticeable. So throughout the journey every one of these minor events was doing very little, but the estimated trajectory thought they were doing 4.45 times more work.

Compound Interest: Or, How to Get A Lot of Trajectory Error From Almost Nothing

They compound this because the Mars Climate Orbiter had just a single solar panel; it had to perform over 10 times more desaturation events than its sister spacecraft, the Mars Global Surveyor which had two solar panels.

So how could this have been prevented? Well like most things, it’d be easy to blame one person or group but in reality, it’s kind of whole swath of minor problems and putting the blame on anyone doesn’t really solve the problem.

Preventing the Error

The first and most obvious problem and solution is to make sure all units are the same. Lockheed Martin took a lot of flack for delivering units in pound-seconds as they intended it to be delivered in Newton seconds.

But oddly, the blame game continues when it was discovered the code given to Lockheed Martin was in pound-seconds in the first place and they didn’t catch it. Specifically, a set of code called “Small Forces” which was wrong from day one. Well, and then again that no one caught the error in quality control at NASA.

NASA Management

And you can keep saying it was a management problem considering several factors were overlooked starting with the initial design of the spacecraft. Most notably that no one from guidance and navigation was on the design team, which led to a less than desirable and hard to navigate spacecraft.

But then ignoring the requests of the guidance and navigation team to perform the desaturation maneuvers 180 degrees apart from each other would have negated the problem before it arose. By doing asymmetrical burns for the desaturation also led to imparting additional unwanted velocity.

Flight Controllers Suggestions Denied

And lastly, the teams were seeing erroneous data that didn’t line up with their calculated trajectories, but they ignored it. It amplified this, and it was actually obvious that something was wrong in the last week of the mission.

A few members of the team spoke up verbally and wanted to do a T-minus 24-hour correction burn to raise the approach. However, management denied their request. Why? Because they did not properly file their concerns! Another factor lay in the disorganized chain of authority. Management saw those that raised concerns as speaking out of line.

So really, like all things, this wasn’t a black and white topic, it’s fairly nuanced and has lots of tiny insignificant things that added up to one gigantic thing. And the thing happened and the best thing we can do is learn from it to prevent it from happening again.

Implications for Mars Polar Lander

In fact, managers crosschecked the problems discovered with the Mars Climate Orbiter with the Mars Polar Lander. It  too was also on its way to Mars in 1999. Although it didn’t have the same problem, its mission failed too! It ended up crashing into the Martian surface.

NASA’s managerial culture passed the lesson learned down to every new generation of navigators and engineers. It’s a valuable lesson. Hopefully, a lesson everyone who designs spacecraft for the first humans going to Mars has listened to closely.

And this can be a humbling reminder that yes, even some of the most brilliant minds in the world make errors and overlook trivial problems. So let’s not be so hard on ourselves when we make minor errors. Or, maybe be nicer to each other. Understanding every one of us is capable of mistakes. It’s part of being human.

Conclusion

In summation, a spacecraft on its way to Mars needed to fight off the solar pressure exerted onto its single solar panel. It needed to do this by performing angular momentum desaturation burns with its small attitude thrusters.

Each time the vehicle did a desaturation maneuver, it recorded what it did and reported it to Earth. Software misinterpreted the recorded thruster firing data as pound-seconds of force instead of Newton-seconds. This error lead to very tiny deviations in the calculated trajectory.

These tiny deviations were so small they went mostly unnoticed! That is, until the spacecraft encountered Mars at 57 kilometers in altitude instead of the calculated 226 kilometers. That altitude difference doomed the probe and the mission.

What Do You Think?

So what do you think? Did you learn something? Do you think it’s just a simple unit error or do you think there’s a lot more to it than that? Let me know your thoughts and why metric is the better unit of measurement in the comments below.

I promise I’ll do more of these spacepalm videos to fill the gap between some of my long form videos, because trust me, those are getting a bit ridiculous!

Credits and Citations

Mars Climate Orbiter Mishap Investigation Board Phase 1 Report – https://llis.nasa.gov/llis_lib/pdf/1009464main1_0641-mr.pdf

Наука

Как НАСА потеряло марсоход из-за любви американцев все измерять в других единицах

Масштабный марсианский проект НАСА Mars Climate Orbiter закончился полным провалом. Летательный аппарат был уже на орбите Красной планеты, когда с ним прекратилась связь. Были потеряны колоссальные денежные средства и уникальное оборудование, поэтому по факту аварии было проведено разбирательство. Комиссия пришла к выводу, что, скорее всего, во всем виновата путаница с единицами измерения: из-за любви американцев все измерять в устаревшей английской системе мер и весов произошли ошибки в расчетах.

Американцы очень любят измерять все в тех единицах, в которых удобно им, даже если весь остальной мир давно перестал ими пользоваться. Температуру, расстояние, вес и многое другое граждане США продолжают измерять в английской системе вековой давности, в то время как весь остальной мир применяет международную систему единиц СИ. Мили вместо километров, галлоны и фунты вместо литров и килограммов — в США имеются свои аналоги всех привычных для нас единиц. Казалось бы, что в этом плохого? Но подобная оригинальность иногда приводит к краху дорогостоящих космических проектов.

Станция Mars Climate Orbiter, предназначенная для исследования Марса, была запущена в декабре 1998 года. Планировалось подробно изучить атмосферу , климатические процессы, а также провести подробную съемку поверхности. Но станция, успешно долетевшая до Марса, в итоге сгорела в ее атмосфере. Сотни миллионов долларов, уникальное оборудование, труд инженеров и надежды, связанные с изучением Марса, — все это превратилось в космическую пыль.

Разумеется, столь громкая неудача потребовала серьезного разбирательства. Причина оказалась проста: инженеры фирмы, которая изготавливала один из элементов Mars Climate Orbiter, пользовалась одними единицами измерения, а НАСА — другими. Увы, такое возможно только в США, где большинство граждан пользуется устаревшей английской системой мер и весов, а те компании, чья деятельность связана с международными программами и взаимодействием с иностранными учеными, применяют международные единицы. Иногда они ведут расчеты сразу в двух системах, опять же для удобства самих американцев, которые так привыкли. Компания-подрядчик использовала в расчетах английскую систему, в то время как НАСА на тот момент использовало параллельные расчеты, а вычисления для Mars Climate Orbiter были произведены в международной системе. Если бы инженеры учитывали неразбериху с единицами и помнили о двойных расчетах, то потери бы удалось избежать. Но в результате банальной невнимательности в аппарате были заложены неверные параметры полета: станция оказалась слишком близко к планете и сгорела в ее атмосфере.

После этого печального случая в НАСА задумались над тем, что использование одновременно двух разных систем приводит к огромным финансовым и репутационным потерям. В корпорации сделали выводы, и с 2007 года в космической отрасли США применяется только международная система единиц.

Присоединяйся к нашему сообществу в телеграмме, нас уже более 1 млн человек 😍

Ссылка на тематические чаты тут https://t.me/+69dR1AvDfdM0MTYy

Масштабный марсианский проект НАСА Mars Climate Orbiter закончился полным провалом. Летательный аппарат был уже на орбите Красной планеты, когда с ним прекратилась связь. Были потеряны колоссальные денежные средства и уникальное оборудование, поэтому по факту аварии было проведено разбирательство. Комиссия пришла к выводу, что, скорее всего, во всем виновата путаница с единицами измерения: из-за любви американцев все измерять в устаревшей английской системе мер и весов произошли ошибки в расчетах.

Американцы очень любят измерять все в тех единицах, в которых удобно им, даже если весь остальной мир давно перестал ими пользоваться. Температуру, расстояние, вес и многое другое граждане США продолжают измерять в английской системе вековой давности, в то время как весь остальной мир применяет международную систему единиц СИ. Мили вместо километров, галлоны и фунты вместо литров и килограммов — в США имеются свои аналоги всех привычных для нас единиц. Казалось бы, что в этом плохого? Но подобная оригинальность иногда приводит к краху дорогостоящих космических проектов.

Станция Mars Climate Orbiter, предназначенная для исследования Марса, была запущена в декабре 1998 года. Планировалось подробно изучить атмосферу , климатические процессы, а также провести подробную съемку поверхности. Но станция, успешно долетевшая до Марса, в итоге сгорела в ее атмосфере. Сотни миллионов долларов, уникальное оборудование, труд инженеров и надежды, связанные с изучением Марса, — все это превратилось в космическую пыль.

Разумеется, столь громкая неудача потребовала серьезного разбирательства. Причина оказалась проста: инженеры фирмы, которая изготавливала один из элементов Mars Climate Orbiter, пользовалась одними единицами измерения, а НАСА — другими. Увы, такое возможно только в США, где большинство граждан пользуется устаревшей английской системой мер и весов, а те компании, чья деятельность связана с международными программами и взаимодействием с иностранными учеными, применяют международные единицы. Иногда они ведут расчеты сразу в двух системах, опять же для удобства самих американцев, которые так привыкли. Компания-подрядчик использовала в расчетах английскую систему, в то время как НАСА на тот момент использовало параллельные расчеты, а вычисления для Mars Climate Orbiter были произведены в международной системе. Если бы инженеры учитывали неразбериху с единицами и помнили о двойных расчетах, то потери бы удалось избежать. Но в результате банальной невнимательности в аппарате были заложены неверные параметры полета: станция оказалась слишком близко к планете и сгорела в ее атмосфере.

После этого печального случая в НАСА задумались над тем, что использование одновременно двух разных систем приводит к огромным финансовым и репутационным потерям. В корпорации сделали выводы, и с 2007 года в космической отрасли США применяется только международная система единиц.

Присоединяйся к нашему сообществу в телеграмме, нас уже более 1 млн человек 😍

Ссылка на тематические чаты тут https://t.me/+69dR1AvDfdM0MTYy