Скопление (космический корабль)

Европейская спутниковая группировка, изучающая магнитосферу Земли; краеугольный камень научной программы ЕКА; сбой при запуске

Кластер

Тип миссии	Магнитосфера
Оператор	ESA
COSPAR ID	2000-045A
SATCAT №	26463
Характеристики космического корабля
Стартовая масса	1200 килограммов (2600 фунтов)
Начало миссии
Дата запуска	12:34:06, 4 июня 1996 г. (UTC) (1996-06-04T12: 34: 06Z)
Ракета	Ariane 5G
Место запуска	Куру ELA-3
Конец миссии
Утилизация	неудачный запуск
Разрушен	4 июня 1996 г. (1996-06-04)
. Знак различия четырехугольника ESA для кластера Horizon 2000 ← SOHO Huygens →

Кластер представлял собой созвездие из четырех космических кораблей Европейского космического агентства, которые были запущены во время первого полета ракеты Ariane 5, рейс 501, и впоследствии были потеряны, когда эта ракета потерпела неудачу. для достижения орбиты. Запуск, состоявшийся во вторник, 4 июня 1996 г., закончился неудачей из-за нескольких ошибок в разработке программного обеспечения: Мертвый код (выполняется, но намеренно только для Ariane 4 ) с неадекватной защитой от целочисленного переполнения привело к исключительной ситуации, обработанной ненадлежащим образом - остановке всей инерциальной навигационной системы , на которую в противном случае это не повлияло бы. Это привело к тому, что ракета отклонилась от траектории полета через 37 секунд после запуска, начала распадаться под воздействием высоких аэродинамических сил и, наконец, самоликвидировалась из-за ее автоматической системы прекращения полета. Эта ошибка стала известна как одна из самых печально известных и дорогостоящих программных ошибок в истории. Авария привела к потере более 370 миллионов долларов США.

• 1 Космический корабль
• 2 Неудачный запуск
• 3 Последствия
• 4 См. Также
• 5 Ссылки
• 6 Дополнительная литература
• 7 Внешние ссылки

Кластер состоял из четырех цилиндрических, стабилизированных по вращению космических аппаратов массой 1200 кг (2600 фунтов), питаемых солнечными элементами мощностью 224 Вт. Космический корабль должен был лететь в форме тетраэдра и предназначался для проведения исследований магнитосферы Земли. Спутники должны были быть выведены на высокоэллиптические орбиты; 17 200 на 120 600 километров (10700 на 74 900 миль), наклон под углом 90 градусов к экватору.

Схема Ariane 501 с четырьмя спутниками Cluster Фрагмент зона последствий неудачного запуска Ariane 501

В Ariane 5 повторно использовалась инерциальная эталонная платформа от Ariane 4, но траектория полета Ariane 5 значительно отличалась от предыдущих моделей.

Большее горизонтальное ускорение вызвало преобразование данных из 64-битного числа с плавающей запятой в 16-битное подписанное целочисленное значение до переполнения и вызывает аппаратное исключение. Из соображений эффективности не учитывались проверки диапазона для этой конкретной переменной, хотя преобразования других переменных в коде были защищены. Исключение привело к остановке опорных платформ, что привело к разрушению полета.

Восстановлена ​​опорная стойка конструкции спутника

Хотя программная ошибка была определена как прямая причина, это было сочтено возможным из-за ошибок конструкции системы и вопросы управления:

1. На основе этих расчетов главный компьютер дал команду форсункам ускорителей, а несколько позже и форсункам главного двигателя, сделать большую поправку на отклонение положения, которое не произошло.
2. Произошло быстрое изменение положения, в результате чего пусковая установка развалилась через 39 секунд после H0 из-за аэродинамических сил.
3. Инерциальная система отсчета Ariane 5 по существу такая же, как система, используемая Ariane 4. Часть программного обеспечения, которая вызвала прерывание работы компьютеров инерциальной системы, используется перед запуском для выравнивания инерциальной системы отсчета и, в Ariane 4, также для обеспечения быстрой перестройки системы в случае позднего удержания в обратный отсчет. Эта функция перенастройки, которая не служит какой-либо цели на Ariane 5, тем не менее была сохранена по причинам общности и позволяла, как и в Ariane 4, работать в течение примерно 40 секунд с момента взлета.
4. Во время разработки программного обеспечения. инерциальной системы отсчета, используемой для Ariane 4 и Ariane 5, было принято решение о том, что нет необходимости защищать компьютер инерциальной системы от выхода из строя из-за чрезмерного значения переменной, связанной с горизонтальной скоростью, защита предусматривала несколько другие переменные программного обеспечения для центровки. При принятии этого проектного решения не было проанализировано или полностью понято, какие значения может принимать эта конкретная переменная, когда программное обеспечение для выравнивания было разрешено работать после отрыва.
5. В полетах Ariane 4 с использованием того же типа инерциальной привязки системы не было такого отказа, потому что траектория в течение первых 40 секунд полета такова, что конкретная переменная, связанная с горизонтальной скоростью, не может достичь, с адекватным рабочим запасом, значения, превышающего предел, установленный в программном обеспечении.
6. Ariane 5 имеет высокое начальное ускорение и траекторию, что приводит к нарастанию горизонтальной скорости в пять раз быстрее, чем у Ariane 4. Более высокая горизонтальная скорость Ariane 5 сгенерировала в течение 40-секундного периода чрезмерное значение это привело к прекращению работы компьютеров инерциальной системы.
7. Целью процесса проверки, в котором участвуют все основные партнеры программы Ariane 5, является проверка проектных решений и получение летная квалификация. В этом процессе ограничения программного обеспечения для центровки не были полностью проанализированы, и не были реализованы возможные последствия продолжения его работы во время полета.
8. Спецификация инерциальной системы отсчета и испытания, проведенные на оборудовании Уровень не включал специально данные о траектории Ariane 5. Следовательно, функция перенастройки не тестировалась в смоделированных условиях полета Ariane 5, и ошибка конструкции не была обнаружена.
9. Было бы технически возможным включить почти всю инерциальную систему отсчета в общие модели системы, которые были выполнено. По ряду причин было решено использовать смоделированные выходные данные инерциальной системы отсчета, а не реальную систему или ее подробное моделирование. Если бы система была включена, то отказ мог бы быть обнаружен.
10. Постполетное моделирование проводилось на компьютере с программным обеспечением инерциальной системы отсчета и с моделируемой средой, включая фактические данные о траектории от Рейс Ariane 501. Это моделирование точно воспроизвело цепочку событий, ведущих к отказу инерциальных систем отсчета.

После отказа были построены четыре заменяющих спутника Cluster II. Они были запущены парами на ракетах Союз-У / Фрегат в 2000 году.

Неудача при запуске привлекла внимание к высоким рискам, связанным со сложными вычислительными системами. общественность, политики и руководители, что привело к усилению поддержки исследований по обеспечению надежности систем, критически важных для безопасности. Последующий автоматический анализ кода Ariane (написанного на Ada ) был первым примером крупномасштабного статического анализа кода с помощью абстрактной интерпретации.

Неудача также нанесла ущерб отличному успеху семейства ракет Европейского космического агентства, установленному высокой долей успеха модели Ariane 4. Лишь в 2007 году запуски Ariane 5 были признаны столь же надежными, как запуски предыдущей модели.

• Программное обеспечение Mars Climate Orbiter, которое было адаптировано из более раннего Mars Climate Orbiter не прошел надлежащих испытаний перед запуском
• Компьютер наведения Apollo - проблема с PGNCS, еще один случай, когда компьютер наведения космического корабля пострадал из-за того, что подсистема была неправильно оставлена ​​работающей
• Список ошибок программного обеспечения

• Thomas, LD (2007) Избранные недостатки процессов системного проектирования и их последствия. Acta Astronautica, 61, 406–415.

• Жак-Луи Лионс и др., Отчет комиссии по расследованию Ariane 501 ()
• Spaceflight Now - Cluster II - Ariane 501 взрывается на Wayback Machine (архивировано 25 марта 2015 г.), прямая ссылка на видеофайл - кадры последних секунд полета ракеты.
• Проводная связь - худшие ошибки программного обеспечения в истории - статья о 10 основных ошибках программного обеспечения. Ошибка программного обеспечения Ariane 5 Flight 501.
• (на немецком языке) Ariane 5 - 501 (1–3) - хорошая статья (на немецком языке), где дается фактический рассматриваемый код.