Смертельные градусы или версии аварии разгонного блока «Фрегат»

Автор: Филипп Терехов

Меньше чем за неделю стало ясно, что произошло в аварии при запуске спутника «Метеор-М №2-1» с 18 попутчиками, но версии, почему это произошло, порождают жаркие дискуссии. Действительно ли спутники были потеряны из-за того, что при программировании полетного задания перепутали космодромы «Восточный» и «Байконур»?


Фото Юрий Смитюк/ТАСС
 

Хронология

Ракета-носитель «Союз-2.1б» стартовала с космодрома «Восточный» в 08:41 МСК. Спустя десять минут разгонный блок «Фрегат» успешно отделился от третьей ступени. Спустя еще минуту он произвел первое включение маршевого двигателя. Двигатель должен был проработать 77 секунд и превратить суборбитальную траекторию в орбиту с наибольшей высотой (апоцентром) в районе 800 км. Успешное включение (и, возможно, выключение) двигателя зафиксировали по телеметрии, после чего разгонный блок ушел за радиогоризонт (где ты, плоская Земля, когда ты так нужна?). Очевидно, на этот момент полет казался нормальным, потому что пошли новости об успехе, поздравления, заявления об устранении ошибок и сверкающие планы на будущее. Увы, поторопились — спутник «Метеор-М №2-1» должен был отделиться первым из 19, в 09:42, однако, от него не было получено никаких сигналов, а разгонный блок пропал — его не смогли найти на орбите, не говоря уже о том, чтобы получить телеметрию. Тем временем пассажиры самолета, летящего из Монреаля в Лондон, засняли разрушение в плотных слоях атмосферы чего-то очень похожего на рукотворный космический объект.
https://www.youtube.com/watch?v=yVcxyTV_KI4

Первоначально еще оставалась надежда, что разгонный блок найдут на другой, нештатной орбите, но поиски средствами контроля космического пространства показали, что разгонный блок с «Метеором» и другими спутниками не вышел на орбиту и сгорел в атмосфере.
 

Что произошло

Аварийная комиссия к 1 декабря успела установить, что наземная инфраструктура и ракета-носитель «Союз-2.1б» отработали штатно, и к ним претензий нет. Однако на разгонном блоке что-то пошло не так, и он вошел в атмосферу в районе 42° северной широты и 38° западной долготы.


Сопоставление района падения третьей ступени, которая в момент отделения имела такую же скорость и направление движения, и места падения разгонного блока с полезной нагрузкой однозначно говорит, что «Фрегат» разгонялся в неправильном направлении — назад и/или вниз и из-за этого вошел в атмосферу раньше. Расчетные координаты падения говорят, что пассажиры самолета действительно видели разрушение «Фрегата» с «Метеором». Но вот почему это произошло?
 

Версии

К огромному сожалению, уже не удастся получить телеметрию с разгонного блока. Несмотря на то, что на геостационарной орбите уже несколько лет работают спутники-ретрансляторы «Луч», на «Фрегате» не было оборудования для передачи телеметрии в реальном времени на эти спутники, а до области видимости следующего наземного измерительного пункта он уже не долетел. Но характер аварии, тем не менее, позволяет определить наиболее вероятные причины: либо проблема была в «железе» системы управления, либо же исправная техника выполняла неправильную полетную программу.

ГЛОНАСС

За несколько дней успела появиться версия, что причиной аварии стала неправильная работа системы спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS. По приходящим из разных анонимных «источников» слухам, при подготовке к пуску были обнаружены какие-то проблемы с системой спутниковой навигации, которая штатно используется для повышения точности выведения. В результате, опять же по слухам, на «Фрегате» эту систему выключили. Как бы то ни было, эта система является вспомогательной, и неадекватные данные от нее игнорировались бы системой управления. Также говорят, что спутниковая навигация отработала успешно.

Не тот космодром

В последние дни ярко сверкнула гипотеза, что разработчики полетного задания якобы не учли, что «Фрегат» стартует с «Восточного», и заложили в него программу для «Байконура». Сюда же относится возможный сценарий аварии, описанный Анатолием Заком. По его мнению, из-за «азимута» космодрома начальный угол крена гиростабилизированной платформы «Фрегата» составил 184°, на 10° больше, чем у системы управления ракеты-носителя.

Из-за этого платформы «Союза» и «Фрегата» повернулись в разные стороны, и на «Фрегате», якобы, система управления обнулила угол крена с другой стороны и из-за этого начала разворот на 360°.



К сожалению, из описания непонятно, почему две гиростабилизированные платформы разворачиваются в разные стороны. Также, в официальном справочнике для космодрома Куру показаны оси «Союза» и «Фрегата», и нет никакого следа разницы в 10°.



В то же время, Зак обратил внимание на одну интересную деталь. Дело в том, что на «Восточном» максимален азимут оси старта. На «Байконуре» «Фрегат» запускали только с площадки 31, которая смотрит на северо-запад.



На космодромах «Плесецк» и «Куру» газоотводы направлены на север.


Плесецк, площадка 43/4


Куру

И только на Восточном старт смотрит на северо-восток.



И, если верно вот это утверждение из энциклопедии,
 

На основе известного азимута Aбн и заданного полетным заданием азимута Апз в наземном цифровом вычислительном комплексе определяется угол азимутального наведения ан=Апз-Абн, на который отгоризонтированная платформа поворачивается из исходного положения с помощью системы азимутального наведения платформы.

Рассогласование направлений осей, связанных с ракетой, и осей стабилизации платформы, образовавшееся в результате азимутального наведения платформы, устраняется системой управления баллистической ракеты на вертикальном участке полета ракеты.

то получается, что Абн складывается из азимута стартового комплекса (34°) и угла поворота блока Б (135°) и составляет 169°. Апз же для запуска с «Восточного» на полярную орбиту с наклонением 98° составляет -13°. Получим, что угол азимутального наведения будет равен -13°-169°=-182°. Расчеты подтверждаются тем, что на видео пусков с «Восточного» ракета действительно в первые секунды разворачивается на угол близкий к 180°.

Алгоритмы работы системы управления «Фрегата» закрыты, и, опираясь на открытые источники, нельзя сказать, была ли готова система управления к тому, что азимут окажется с непривычной стороны.
 

Заключение

По свежим слухам новые результаты работы комиссии появятся буквально сегодня, но, даже если это не подтвердится, комиссия должна закончить работу 15 декабря, осталось ждать немного. В случае же, если действительно верна гипотеза о некорректной работе системы управления из-за азимута оси старта, то ее правильно назвать не «перепутали космодромы», а проблемами с интеграционным тестированием. По отдельности системы управления ракеты и разгонного блока работают отлично, но вот что происходит, если ракета поворачивает разгонный блок больше, чем на 180°, могли и не проверить. Увы, подобных ошибок в космонавтике хватало и раньше, в самом известном случае на аппарате NASA Mars Climate Orbiter одна система измеряла импульс в футах в секунду, а другая — в ньютонах в секунду. В результате станция сгорела в атмосфере Марса, думая, что выполняет нормальный маневр.

Исправить ошибку такого типа очень просто, но это слабое утешение. Авария «Метеора» похоронила надежду на первый за долгое время безаварийный год, что могло бы стать светлым пятном на фоне падения количества запусков и других проблем отечественной космической отрасли. В космонавтике необходимо везде поддерживать некий минимальный уровень качества работы, а пока что положение дел все еще не может избавиться от состояния «тришкиного кафтана», когда исправления в одном месте нивелируются аварией из-за просадки в другом.