Błędy podczas misji kosmicznych. Niektóre tak głupie, że aż trudno uwierzyć

Na początku marca 2022 na Księżyc spadną szczątki rakiety. Podobno w dniu 4 marca o godzinie 13.25 w okolicy krateru Hertzsprung na niewidocznej z Ziemi stronie Księżyca. To wiadomość, którą ostatnio żyje spora część miłośników eksploracji kosmosu. W praktyce choć mocno prawdopodobna, lokalizacja jak i moment uderzenia w Księżyc mogą się różnić od przewidywanych.

Pierwotnie Bill Gray, który zajmuje się śledzeniem śmieci kosmicznych na orbitach z dala od Ziemi, twierdził, że to fragment rakiety SpaceX Falcon 9 z 2015 roku. Jednak ten wniosek bazował na błędnych założeniach sprzed kilku lat. Teraz uważa on, że w Księżyc uderzą resztki chińskiej rakiety Długi Marsz 3C, której start zapoczątkował wielce udaną misję Chang’e 5 - T1. Dla przypomnienia, był to test pojazdu powrotnego, który przywiózł na Ziemię najświeższe próbki naszego naturalnego satelity.

Ten konkretny błąd astronoma, który pomylił się w identyfikacji, nie będzie miał wielkich konsekwencji. Ostateczny efekt będzie niezbyt bolesny dla branży kosmicznej. Bardziej dla Księżyca, na którym ludzkość po raz kolejny odciśnie, swoje piętno w postaci niewielkiego, około 20 metrowej średnicy, krateru. Prawdopodobnie ta pomyłka zmobilizuje instytucje prowadzące (a raczej nie prowadzące) obserwacje kosmicznych śmieci w odległej przestrzeni kosmicznej do zawalczenia o większe fundusze.

Przekładały się one na kompletną bądź częściową porażkę danego projektu badawczego, zmuszały do podjęcia kosztownych zmian, a czasem oznaczały nawet utratę ludzkiego życia. Oczywiście łatwo oceniać i krytykować po fakcie. Oto kilka ważniejszych takich porażek, za które odpowiada człowiek. Kompletna lista jest dłuższa, bo są też błędy, o których nie informowano publicznie, ze względu na potencjalne konsekwencje polityczne lub wizerunkowe.

Zacznijmy od błędu jakże nam bliskiego. Nawet jeśli nie jesteście programistami, to podczas wpisywania hasła zdarzyło się wam przynajmniej raz pomylić. Wpisać dużą literę zamiast małej, pomylić znaki specjalne, bo klawiatura inna. Taka pomyłka w przypadku komend kontrolnych dla pojazdów kosmicznych może oznaczać niewłaściwą reakcję pojazdu, a jeśli błąd dotyczy korekty trajektorii, konsekwencje będą fatalne.

W czasach, gdy uczyliśmy się dopiero latać w Kosmos, problem był jeszcze większego kalibru, gdyż kod często wprowadzano z zapisków ręcznych na papierze. I tak właśnie stało się w przypadku misji Mariner 1 w kierunku Wenus, gdy ominięto jeden ze znaków w kodzie (lub wpisano pomyłkowo), który wprowadzono do komputera sondy. Ten kod miał być wykonany awaryjnie w sytuacji, gdyby pojawiły się problemy.

W trakcie lotu taka potrzeba zaistniała, ale ze względu na błąd, utracono kontakt z sondą, a badania Wenus nieco się oddaliły. Niewiele, bo NASA jakby zakładając taki obrót spraw, miała już przygotowaną sondę Mariner 2.

Misje marsjańskie choć zaliczane do najbardziej udanych, często kończyły się również porażkami. Najwięcej stracił tu ZSRR i Rosja, które do dziś nie zrealizowały w pełni żadnej misji na Czerwoną Planetę. Lecz i USA miało niejednokrotnie powody do smutku, ale też i wstydu.

O ile awarię Mars Observer, z którym w 1993 roku stracono kontakt w trakcie wchodzenia na orbitę Marsa, można uznać za działanie sił wyższych, to katastrofa Mars Climate Orbitera (MCO) jest ewidentną konsekwencją ludzkiej głupoty i braku dobrej współpracy.

A dokładnie istnienia różnych systemów miar, których nie można używać zamiennie dopóki nie przeliczy się jednostek z jednego na drugi. I tak, gdy MCO zbliżał się do Marsa, ekipa JPL przekazała wyniki swoich obliczeń, które miały być uwzględnione przy odpaleniu silników hamujących w sondzie, której oprogramowanie przygotowali ludzie z Lockheed Martin Astronautics. Tylko, że w JPL posłużono się systemem metrycznym, a oprogramowanie spodziewało się danych w systemie imperialnym.

W efekcie silniki hamujące zadziałały, ale słabiej niż to było konieczne, Mars Climate Orbiter zbyt szybko wszedł na orbitę Marsa, utracono z nim kontakt, a tym samym misja została we wrześniu 1999 roku zakończona. Jakby tego było mało, NASA trzy miesiące później straciła kolejną misję. Lądownik Mars Polar Lander nie odezwał się po wylądowaniu na powierzchni.

Sonda Galileo na zawsze zmieniła sposób w jaki postrzegamy gazowe giganty w Układzie Słonecznym, a także ich księżyce. To Galileo odkrył aktywność wulkaniczną na Io. To dzięki tej misji pojawiła się powszechna dziś koncepcja globalnych oceanów skrytych pod grubą warstwą lodu. Galileo odkrył też pole magnetyczne księżyca Ganimedes, pierwszy księżyc wokół asteroidy, analizował pierścienie Jowisza, a w 1996 obserwował zderzenie z kometą Shoemaker-Levy 9.

Sonda bazowała na wcześniejszej już konstrukcji Voyagera, ale nie była taka sama. Przygotowywano ją do pierwszych w historii długotrwałych obserwacji planety dalszej niż Mars. Wyposażono także w próbnik, który zanurzył się w atmosferze Jowisza, by zbadać jej własności w najlepszy możliwy sposób.

I właśnie w trakcie tych przygotowań popełniono karygodny błąd. Niedopatrzenie na etapie kontroli, które pośrednio było konsekwencją katastrofy wahadłowca Challenger w 1986 roku, ale które nie miało prawa się zdarzyć.

Otóż jednym z najważniejszych elementów Galileo była rozkładana jak parasol antena nadawcza. Sonda miała początkowo polecieć w kosmos już w 1982 roku, ale różne opóźnienia i wspomniana katastrofa odwlekły start o wiele lat. Gdy Galileo umieszczono w ładowni wahadłowca Atlantis nikt nie zastanawiał się, czy sprawdzono mechanizm rozkładania się anteny po trzech latach przechowywania w magazynie i przewożenia z Kalifornii na Florydę i z powrotem. Kluczowe w jego przypadku było dobre nasmarowanie elementów, które w trakcie rozkładania anteny pracowały.

Gdyby sprawdzono ten mechanizm jeszcze raz przed startem, to zauważono by, że smaru w kilku miejscach ubyło. A potem nie trzeba byłoby dokonywać cudów programistycznych, by zoptymalizować transmisję danych z wykorzystaniem otwartej tylko częściowo anteny, o czym kontrola misji przekonała się dopiero w 1991 roku, po dwóch latach od startu misji, gdy sonda przelatywała w pobliżu Ziemi.

Teleskop Hubble to najbardziej chyba znany nam instrument astronomiczny, który znajduje się w kosmosie. I nawet Webb może mieć problem z odebraniem teleskopowi Hubble miana najważniejszego z kosmicznych obserwatoriów. Lecz przez pierwsze trzy lata na orbicie Hubble był powodem do wielkiego wstydu.

Hubble podobnie jak Webb powstawał w wielkich bólach. Na dodatek rozpoczęcie obserwacji opóźniła katastrofa Challengera, która wpłynęła także na losy sondy Galileo. A skoro w tamtej sondzie wysechł smar, to co mogło stać się teleskopowi Hubble? Zawiódł go wzrok, o czym pewnie niejednokrotnie słyszeliście.

Powodem było źle wyprofilowane zwierciadło główne. Winni jednak nie byli tu naukowcy, którzy źle policzyli jego kształt. A niepoprawnie skalibrowana aparatura szlifująca, która wprowadzała błąd rzędu jednej pięćdziesiątej grubości ludzkiego włosa do wartości, które ustawiano przed jej użyciem. Błąd, do którego nie powinno w żadnym wypadku dojść przy tak kosztownym projekcie. Co ciekawe, pomijając ten błąd, szlifowanie zwierciadła Hubble'a wykonano perfekcyjnie.

Efektem były nieostre obrazy, które wyglądały tak jakby Hubble cierpiał na krótkowzroczność. Dawało się to zaakceptować przy obserwacjach prawie punktowych obiektów, w przypadku zdjęć na przykład galaktyk była to wada nieakceptowalna. Teleskop trafił na orbitę w 1990 roku, ale dopiero w 1993 roku w trakcie orbitalnej misji serwisowej usunięto ten błąd instalując korektor toru wiązki światła, by odwrócić wady obrazu wprowadzane przez zwierciadło. Przed 1993 rokiem prowadzono oczywiście obserwacje, ale potem zweryfikowano je już dobrze działającym teleskopem.

Początkowa katastrofa przyniosła w pewnym sensie korzyści, gdyż NASA upewniło się, że dzięki modularności sekcji instrumentalnej teleskopu, można go będzie stale usprawniać. Tak czyniono do 2009 roku, gdy podczas piątej (ale czwartej co do numeru) misji serwisowej wyposażono go w finalny zestaw aparatury, z której korzysta do dziś.

Cofnijmy się w czasie i zadajmy sobie dwa pytania. Czy można skonstruować kapsułę załogową tak, żeby zamknięta załoga nie mogła się z niej łatwo wydostać w przypadku poważnej awarii? A na dodatek wypełnić ją wyłącznie łatwopalnym tlenem? Otóż można, a takie nieodpowiedzialne działanie podjęła NASA w czasie treningów przed misją Apollo 1.

Trójka astronautów, Edward H. White, Virgil Grissom i Roger B. Chafree, pod koniec stycznia 1967 roku, zapakowała się do kapsuły nie świadoma, że znajdował się w niej uszkodzony przewód elektryczny. W trakcie treningu pojawiła się iskra, nastąpił zapłon, a natychmiastowe rozprzestrzenienie się pożaru w niewielkiej przecież kapsule Apollo 1 usmażyło dosłownie załogę.

Astronauci próbowali się wydostać na zewnątrz, ale otworzenie włazu było w panujących warunkach praktycznie niemożliwe. Obsługa na zewnątrz stanowiska startowego rakiety Saturn IB robiła co mogła, ale nie zdążyła na czas. Utrudniona procedura otwierania kapsuły, która miała posłużyć bezpieczeństwu znajdującej się w niej załogi, doprowadziła do jej zguby.

NASA na szczęście wyciągnęła wnioski z tej tragedii. Program Apollo wstrzymano tylko na kilka miesięcy, ale też wprowadzono poważne modyfikacje konstrukcji załogowego modułu. Uproszczono otwieranie drzwi, a atmosferę wewnątrz zamieniono na mieszankę tlenu i azotu. Tylko czy nie można było tak od razu.

Błędy, które prowadza do porażek badawczych misji kosmicznych, dają o sobie znać zwykle na początku lub pod sam koniec. Genesis, czyli oryginalna misja łapacza wiatru słonecznego i materii międzyplanetarnej, wydawała się ogromnym sukcesem do momentu lądowania w 2004 roku. A miało ono zakończyć się podjęciem opadającej kapsuły z próbkami tegoż wiatru, przez przelatujący śmigłowiec. Niestety spadochron hamujący się nie otworzył i kapsuła gruchnęła w ziemię. Część próbek udało się odzyskać, ale większość z nich przepadła.

Powodem nie był źle zaprojektowany i nieprzetestowany spadochron, nie był to także zwykły pech, a po prostu kwintesencja braku wyobraźni. Otóż czujniki przyśpieszenia (i to nie jeden), które miały w odpowiednim momencie wymusić otwarcie się spadochronu zostały zainstalowane w kapsule odwrotnie przez co nie mogły prawidłowo zareagować w trakcie lądowania. A wystarczyło tak skonstruować mechanizm mocowania, by czujnika nie dało się zainstalować inaczej niż we właściwej pozycji. W końcu tak robimy w podstawkach na procesory, slotach na pamięci i karty graficzne, czy w przypadku drukarek, których nie sposób napełnić tuszem nieprawidłowo.

Pomimo porażki udało się z uratowanych próbek uzyskać ciekawe wnioski dotyczące historii powstawania Ziemi. Otóż skład chmury materii, z której wyłoniła się Ziemia i inne planety Układu Słonecznego był inny niż ten, z której powstało Słońce. Mowa tu oczywiście o zawartości tlenu i azotu, a nie ogólnej budowie Słońca i Ziemi.

Gdy oglądamy zdjęcia z tak zwanych czystych pomieszczeń (ang. clean room), gdzie budowane są sondy kosmiczne, często widać na nich ludzi ubranych w kombinezony, z maskami na twarzach. Wszystko po to by nie dopuścić do zanieczyszczenia budowanego pojazdu, ewentualnie innego typu uszkodzeń. Jednak czasem na tych zdjęciach widać luźno zwisające lub leżące swobodnie narzędzia i w głowie rodzi się myśl, co by się wydarzyło, gdyby któreś z nich spadło na budowaną sondę.

W przypadku satelity NOAA-19 nic takiego się nie stało, za to robotnicy w trakcie transportu satelity „przypadkiem” przewrócili go. Nietrudno się domyślić, że uległ on uszkodzeniu. Naprawa kosztowała 135 milionów dolarów, ale misja NOAA-19 w końcu trafiła na orbitę. Jest to satelita pogodowy, przeznaczony do obserwacji ziemskich chmur, pomiarów temperatury i wilgotności w różnych warstwach atmosfery. Dziś działa dobrze, ale początek był kosztowny.

Dlaczego tak się stało? Ktoś zapomniał odpowiednio zabezpieczyć satelitę na specjalnym wózku montażowym (brakowało ponad 20 śrub mocujących), nie odnotował tego w dzienniku działań i sami już wiecie. Przyszła nowa zmiana, ruszyła wózek z miejsca, a satelita klap na podłogę.

Przedostatni przypadek to historia satelity OCO, który miał mierzyć poziomy dwutlenku węgla w ziemskiej atmosferze. Jego drugi identyczny konstrukcyjnie egzemplarz OCO-2 w 2014 roku szczęśliwie dotarł na orbitę i prowadzi obserwacje, a w 2019 roku wyniesiono w kosmos OCO-3, ale resztki pierwszego obserwatorium OCO zatonęły w Oceanie Indyjskim w 2009 roku.

Jako przyczynę podaje się nieoddzielenie się osłony aerodynamicznej, którą jest chroniony satelita w trakcie startu i przedzierania się przez dolne warstwy ziemskiej atmosfery. Satelita wraz z niespodziewanym balastem nie był w stanie osiągnąć docelowej orbity i spadł na Ziemię.

Powód wystarczający, by wyjaśnić dlaczego misja została utracona, ale gdy wgłębić się dokładniej w źródło przyczyny, okazuje się, że jedną z nich mógł być przewód, który zahaczył się o płytkę montażową i uniemożliwił oddzielenie się osłony.

Co ciekawe bardzo niewiele dzieliło OCO od osiągnięcia właściwej orbity. Prędkość wejściowa była jedynie o 300 m/s za mała. To jednak i tak niewiele by dało, gdyż funkcjonowanie OCO z osłoną aerodynamiczną nie wchodziło w rachubę.

Podobny problem spotkał misję NASA Glory, w której utracono z kolei sondę przeznaczoną do badań areozoli w atmosferze ziemskiej i ich wpływu na klimat. Po tym wypadku, NASA zdecydowała się poważniej przyjrzeć problemowi i za winnego uznała podwykonawcę. Zafałszował on wyniki testów dotyczące stali, której użyto do wykonania elementów mechanizmu separacji satelity i górnego członu napędowego rakiety.

Tak to bywa, jak tysiąc firm pracuje nad jednym projektem, wkręt powstaje w Meksyku, płytka z gwintem dla tego wkrętu w Australii, a podwykonawcy w życiu się nie spotkali.

Moduł Nauka to najnowszy element Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, który latem 2021 roku został wysłany i zadokowany do rosyjskiej części MSK. Niestety tuż po dokowaniu nastąpiło niespodziewane uruchomienie silników manewrowych tego modułu, co wprowadziło całą stację w obrót, który trzeba było skontrować za pomocą silników pozostałych jej modułów. To, oprócz zagrożenia ze strony fragmentów niszczonych z Ziemi satelitów, najpoważniejsze niebezpieczeństwo z jakim zetknęli się ostatnio astronauci na pokładzie MSK.

Choć przyczyn takiego zachowania modułu Nauka będzie się dochodzić jeszcze długo, można wziąć pod uwagę wypowiedź Władymira Sołowjowa, który nadzoruje rosyjską część MSK. Uważa on, że awaria była konsekwencją błędu w oprogramowaniu, które niewłaściwie zareagowało na komendy przesłane z Ziemi. Coś w tym jest, bo przecież jeszcze przed dokowaniem do MSK, w trakcie podnoszenia orbity, Nauka miała problem z odpaleniem głównego silnika, ze względu na problem z głównym komputerem.

Źródło: inf. własna, NASA, JPL