Хабрахабр

Результаты расследования аварии GOES-17

Как говорится, «по следам наших публикаций». Год назад я рассказал про обнаруженную на метеорологическом спутнике США GOES-17 аварию — его инфракрасный сенсор плохо охлаждался. На прошлой неделе NASA выпустило отчет о расследовании происшествия. Полный документ мы, к сожалению, не увидим — там содержатся коммерческие и охраняемые государством секреты, опубликована сокращенная версия. Установленная причина банальна — посторонние твердые частицы в рабочей жидкости забили трубки.


Тропический шторм Барбара глазами GOES-17, 1 июля 2019, фото NOAA, в полном размере еще красивее

Борьба за живучесть

GOES-17 — второй спутник четвертого поколения геостационарных метеорологических спутников США. Его собрат, GOES-16, работает на орбите с 2016 года. Главным инструментом аппаратов является работающий в 16 диапазонах Advanced Baseline Imager (ABI). Это большой прогресс — спутники третьего поколения работали с 5 диапазонами. А чем больше диапазонов, тем выше качество получаемой информации — деревья, пожары, влажность лучше видны в «своих» длинах волн.


GOES-16/17 крупным планом, изображение NOAA

Спустя 12 дней он добрался до геостационарной орбиты. GOES-17 запустили 1 марта 2018. Сразу начались неожиданности — на участке орбиты, где объектив освещался Солнцем, начали самостоятельно включаться охладители на тепловых трубках. Еще некоторое время ушло на подготовку техники к работе, и 13 апреля была открыта крышка объектива главного инструмента ABI. Проблемы начались 28 апреля, когда охладители включили для штатной активации ABI. Это было неожиданно, но работу автоматики посчитали нормальной. За 15 минут температура испарителя (признак эффективности охлаждения) упала с 19°C до 13°, при ожидаемой -3°С, а потом начала опять расти.

Потратив трое суток, ЦУП выяснил, что первая трубка работает чуть лучше второй, но они обе переносят слишком мало тепла, чтобы нормально охлаждать сенсор. На спутнике две тепловые трубки, и на следующий день их попытались проверить по отдельности. 23 мая пришлось официально объявить об аномалии. 16 мая спутник повернули так, чтобы Солнце не светило на радиатор, но и это никак не улучшило ситуацию. С конца весны начали работать несколько команд, одна занималась расследованием происшествия, другая — попытками выжать максимум из «не тянущего» оборудования.


Пример дефектного кадра с перегретого датчика GOES-17, источник

Перегретый датчик выдаст абсолютно непригодную картинку (выше). Для нормальной работы инфракрасный сенсор должен быть охлажден. За несколько месяцев команда оптимизации смогла модифицировать режимы работы оборудования, и примерно 97% данных все-таки удается получить. В инструменте ABI 2 канала работают в видимом диапазоне, 4 в близком инфракрасном и 10 в инфракрасном, так что проблемы с охлаждением означают периодическое отсутствие информации с 13 из 16 диапазонов. Спутник объявили работоспособным 12 февраля 2019.

Часть информации перекрыта полосами, и в целом на картинке больше шума, но такое изображение все-таки можно использовать
Пример частично пригодного кадра.

Вроде бы мало, но в требованиях к спутнику указано не больше 6 часов недоступности инструментов. 3% недоступности — это чуть меньше 11 суток в год. Для оценки понесенных убытков, 3% недоступных данных от 100 миллионов долларов, потраченных на спутник, привели к потерям в 3 миллиона долларов, что помещает аварию в наивысший тип А по классификации NASA (убытки больше 2 миллионов).

Дело — труба


Схема охладителя, источник

Теплоноситель (пропилен) испаряется в испарителе, забирая с собой тепловую энергию. Конструктивно, система охлаждения ABI представляет собой схему на тепловых трубках с вынесенным теплообменником. Проходя через теплообменник, он подогревается, частично газифицируется, но снова становится жидкостью в переохладителе. В газообразном состоянии он проходит через теплообменник, попадает в конденсатор, где становится жидкостью, и, из-за капиллярного эффекта, начинает движение в обратную сторону. Такой вариант позволяет точнее выдерживать нужную температуру, но имеет недостаток в более протяженных трубопроводах.


Охладитель для ABI, источник

Непосредственная причина была ясна — охладители вместо требуемых 390 Вт отводили всего-то 10-20 Вт. Комиссия по расследованию изучила телеметрию, документацию, нанесла визиты на предприятия подрядчиков. Были рассмотрены разные версии, от механического повреждения трубок до нерасчетной газификации теплоносителя в трубках, снижающих циркуляцию, но в итоге наиболее вероятной причиной назвали посторонние твердые частицы, которые механически забили трубки. Но вот с ответом на вопрос почему так, было сложнее. Чертока понятным языком рассказывается о расследовании аварий, рекомендую). Вообще, надо отметить, что инженеры такое не любят — иногда гипотеза посторонней частицы остается последней, когда отбрасываются все остальные варианты, и может выступать как прикрытие невозможности найти истинную причину (в тетралогии «Ракеты и люди» Б.Е. Все остальное — рекомендации по улучшению процессов разработки космической техники. А в отчете NASA рекомендации по улучшениям после аварии занимают целых две страницы, и только одна прямо относится к требованиям чистоты компонентов и проверки их.

В октябре 2018 независимая комиссия по расследованию рекомендовала заменить пропилен в качестве теплоносителя на аммиак и упростить конструкцию охладителя, так что переделки задержат их запуск. История с GOES-17 не совсем закончена — строятся еще два однотипных спутника.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть