Bugün öğrendim ki: 1962'de NASA'nın Mariner 1 uzay aracını Venüs'e fırlattığını, ancak hedefini 100.000 milden fazla ıskaladığını. Başarısızlığın kökeninin uzay aracının yazılım kodundaki tek bir yanlış yerleştirilmiş tireye dayandığını ve en küçük hataların bile uzay görevlerinde muazzam sonuçlara yol açabileceğini gösterdi.
Venüs'e başarısız NASA görevi (1962)
Mariner 1
Görev tipiVenüs geçişi
İşletmenNASA / JPL
Görev süresi4 dakika ve 54 saniye
Yörüngeye giremedi
Uzay aracı özellikleri
Uzay aracı tipiRanger Blok I
ÜreticiJet Propulsion Laboratory
Başlangıç kütlesi202,8 kilogram (447 lb)
Görevin başlangıcı
Başlangıç tarihi22 Temmuz 1962, 09:21:23 (1962-07-22UTC09:21:23Z) GMT
RoketAtlas LV-3 Agena-B
Başlangıç yeriCape Canaveral, LC-12
Görevin sonu
Bertaraf etme
Başlangıç başarısızlığı
Yok edildi
22 Temmuz 1962, 09:26:17.5 (1962-07-22UTC09:26:18Z) GMT
Mariner 2 →
Mariner 1, Venüs'ün ilk Amerikan gezegen geçişini gerçekleştirmek üzere inşa edilmiş, NASA'nın gezegenlerarası Mariner programının ilk uzay aracıydı. Jet Propulsion Laboratory tarafından geliştirilen ve başlangıçta 1962 yazında fırlatılması planlanan Mariner 1'in tasarımı, Centaur'un o erken tarihte kullanılamamasıyla değiştirildi. Mariner 1 (ve kardeş uzay aracı Mariner 2), daha hafif Ranger Ay uzay aracı modellerinden uyarlanmıştı. Mariner 1, Venüs'ün sıcaklığını, gezegenin yakınında ve gezegenlerarası uzayda manyetik alanları ve yüklü parçacıkları ölçmek için bir dizi deney taşıyordu.
Mariner 1, 22 Temmuz 1962'de Cape Canaveral'ın 12. Platformundan bir Atlas-Agena roketiyle fırlatıldı. Kalkıştan kısa süre sonra roket ve yer tabanlı rehberlik sistemleri arasındaki iletişim hataları, roketin rotasından sapmasına neden oldu ve menzil güvenliği tarafından imha edilmek zorunda kaldı. Hatalar, daha sonra bilgisayar programına kodlanan elle yazılan rehberlik denklemlerinde yapılan bir hataya bağlandı.
Arka Plan
[düzenle]
Soğuk Savaş'ın başlamasıyla, o zamanki iki süper güç olan Amerika Birleşik Devletleri ve Sovyetler Birliği, askeri, teknolojik ve siyasi üstünlüklerini göstermek amacıyla iddialı uzay programları başlattı. Sovyetler Birliği, 4 Ekim 1957'de ilk Dünya yörüngesindeki uydu Sputnik 1'i fırlattı. Amerikalılar, Sovyetler Birliği 2'de ilk yörünge hayvanı Laika'yı fırlattıktan sonra, 1 Şubat 1958'de Explorer 1 ile aynı şeyi yaptı. Dünya yörüngesine ulaşıldıktan sonra, Ay'a ilk giden olmak amacı öne çıktı. Pioneer uyduları programı, 1958'de üç başarısız Ay girişimi içeriyordu. 1959'un başlarında, Sovyetler Birliği'nin Luna 1'i Ay'ın yakınından geçen ilk sonda oldu, ardından Ay'a çarpan ilk yapay nesne olan Luna 2 geldi.
Ay başarıya ulaştıktan sonra, süper güçler gözlerini gezegenlere çevirdi. Dünya'ya en yakın gezegen olarak Venüs, gezegenlerarası uzay uçuşu için cazip bir hedef sundu. Her 19 ayda bir Venüs ve Dünya, Güneş etrafındaki yörüngelerinde, birbirlerine Hohmann Transfer Yörüngesi aracılığıyla seyahat etmek için minimum yakıt gerektiren göreli konumlara ulaşırlar. Bu fırsatlar, keşif uzay araçlarını fırlatmak için en iyi zamanı işaret eder, çünkü yolculuk için en az yakıt gerektirir.
Uzay Yarışı'nın ilk fırsatı, hiçbir süper gücün bunu kullanacak teknolojiye sahip olmadığı 1957 sonlarında gerçekleşti. İkinci fırsat, yaklaşık Haziran 1959'da, teknolojik uygulanabilirlik sınırında kaldı ve ABD Hava Kuvvetleri alt yüklenicisi Space Technology Laboratory (STL), bu fırsatı değerlendirmeyi amaçladı. Ocak 1959'da hazırlanan bir plan, ilk Pioneer sondalarından evrilmiş iki uzay aracı içeriyordu; biri Thor-Able roketiyle, diğeri henüz test edilmemiş Atlas-Able roketiyle fırlatılacaktı. STL, Haziran'dan önce sondaları tamamlayamadı ve fırlatma penceresi kaçırıldı. Thor-Able sondası, 11 Mart 1960'ta fırlatılan ve Dünya ile 20.000.000 mil (32.000.000 km) mesafeye kadar iletişim kurmayı tasarlayan derin uzay keşif sondası Pioneer 5 olarak yeniden kullanıldı. (Atlas Able sonda konsepti, başarısız Pioneer Atlas Ay sondaları olarak yeniden kullanıldı.) 1961'in başlarında hiçbir Amerikan görevi gönderilmedi. Sovyetler Birliği, 12 Şubat 1961'de Venera 1'i fırlattı ve 19-20 Mayıs tarihlerinde Venüs'ün yakınından geçen ilk sonda oldu; ancak 26 Şubat'ta iletimi durdurdu.
1962 yazındaki fırlatma fırsatı için NASA, Temmuz 1960'da [3]: 172 henüz gelişmemiş Atlas-Centaur kullanılarak fırlatılacak 1.250 lb (570 kg) ağırlığında "Mariner A" uzay aracını geliştirmek üzere Jet Propulsion Laboratory (JPL) ile anlaştı. Ağustos 1961'e gelindiğinde, Centaur'un zamanında hazır olmayacağı anlaşılmıştı. JPL, daha az güçlü ancak çalışır durumda olan Atlas-Agena'yı kullanarak daha hafif bir uzay aracının görevi yerine getirebileceğini NASA'ya önerdi. Zaten geliştirilmekte olan daha hafif Mariner A ve JPL'nin Blok 1 Ranger Ay keşif aracı hibridi önerildi. NASA teklifi kabul etti ve JPL, "Mariner R" (Ranger türevi olduğu için bu şekilde adlandırıldı) geliştirmek için 11 aylık bir hızlandırılmış program başlattı. Mariner 1, fırlatılan ilk Mariner R'ydi.
Uzay aracı
[düzenle]
Üç Mariner R uzay aracı inşa edildi: fırlatmak üzere iki tane ve testler yapmak ve yedek olarak kullanılmak üzere bir tane. Bilimsel yeteneklerinin yanı sıra, Mariner aynı zamanda 26.000.000 mil'den (42.000.000 km'den) fazla uzaklıkta Dünya'ya veri iletmek ve Dünya yörüngesinde karşılaşılandan iki kat daha yoğun güneş radyasyonuna dayanmak zorundaydı. [3]: 176
Yapı
[düzenle]
Mariner 1 dahil olmak üzere, tüm üç Mariner R uzay aracı tasarım ağırlığı olan 447 lb (203 kg)'nin 3 lb (1,4 kg)'si içinde ağırlık taşıyordu. 406 lb (184 kg)'si deneysel olmayan sistemlere ayrılmıştı: manevra sistemleri, yakıt ve komutları alma ve verileri iletme için haberleşme ekipmanı. İki güneş paneli "kanadı" uzatıldığında uzayda tam olarak konuşlandırıldığında, Mariner R 12 ft (3,7 m) yüksekliğinde ve 16,5 ft (5,0 m) genişliğindeydi. Aracın ana gövdesi altı ayrı elektronik ve elektromekanik ekipman kutusu ile altıgendi:
İki kutu güç sistemini içeriyordu: 9800 güneş hücresinden 33.3 lb (15.1 kg) şarj edilebilir 1000 watt [11] gümüş-çinko depolama bataryasına güç düzenleyen ve ileten anahtarlar.
İki kutu daha Mariner'ın deneyleri için radyo alıcısını, üç watt'lık vericisini ve kontrol sistemlerini içeriyordu.
Beşinci kutu, deneyler tarafından alınan analog verileri iletim için dijitalleştirmek için elektronikleri içeriyordu.
Altıncı kutu, Mariner'ın uzaydaki yönünü belirleyen üç jiroskopu içeriyordu. Ayrıca tüm aktivitelerini hafıza bankalarındaki kodlara ve Dünya'daki ekipmanlara ayarlanmış elektronik bir saat tarafından sürdürülen bir zaman çizelgesine göre koordine eden uzay aracının "beynini" oluşturan merkezi bilgisayar ve diziyi de içeriyordu. [3]: 175
Uzay aracının arkasında, kurs düzeltmeleri için 225 N [11] roket motoru monte edilmişti. On jet nozuldan oluşan ve yerleşik jiroskoplar, güneş sensörleri ve Dünya sensörleri tarafından kontrol edilen azot gazı ile çalışan stabilizasyon sistemi, Mariner'ın Dünya'ya veri alıp göndermesi için uygun bir şekilde hizalanmasını sağlıyordu. [3]: 175
Ana yüksek kazançlı parabolik anten de Mariner'ın alt tarafına monte edildi ve Dünya'ya doğru tutuldu. Uzay aracı kendi yönünden kaydığında veya döndüğünde, Dünya ile temas kurmayı sürdürmek için, uzay aracının tepesindeki yönlü olmayan bir anten yayacaktı; odaklanmamış bir anten olarak sinyali, ana anteninkinden çok daha zayıf olurdu. Mariner, yer istasyonlarından komutlar almak için kanatlarının her birinde küçük antenler de taşıyordu. [3]: 175–176
Sıcaklık kontrolü hem izolasyonlu ve yüksek yansıtıcı bileşenleri içeren pasif, hem de yerleşik bilgisayarı taşıyan kutuyu korumak için kanatları içeren aktif yöntemlerdi. İlk Mariner'lar inşa edildiğinde, Venüs yakınındaki güneş ortamını simüle etmek için hiçbir test odası yoktu, bu nedenle bu soğutma tekniklerinin etkinliği, canlı göreve kadar test edilemedi. [3]: 176
Bilimsel paket
[düzenle]
Arka Plan
[düzenle]
Mariner projesi başladığında, Venüs'ün özelliklerinin azı kesin olarak bilinmekteydi. Yoğun atmosferi, yerin teleskopik incelenmesini engelliyordu. Bulutların altında su olup olmadığı bilinmiyordu, ancak üzerlerinde küçük miktarda su buharı tespit edilmişti. Gezegenin dönüş hızı belirsizdi, ancak JPL bilim insanları, Venüs'ün Dünya'ya kıyasla çok yavaş döndüğünü radar gözlemlerinden çıkararak, gezegenin Güneş'e (Ay'ın Dünya'ya göre olduğu gibi) uydu hareketiyle kilitlenmiş olduğu uzun süredir var olan (ancak sonunda çürütülen) hipotezi ileri sürdüler. [12] Venüs atmosferinde oksijen tespit edilmemişti, bu da Dünya'da var olan yaşamın orada olmadığını gösteriyordu. Venüs atmosferinde Dünya'nın atmosferinden en az 500 kat daha fazla karbon dioksit olduğu belirlenmişti. Bu nispeten yüksek seviyeler, gezegenin yüzey sıcaklıkları 600 K (327 °C; 620 °F) kadar yüksek olabilen bir sera etkisine maruz kalabileceğini gösteriyordu, ancak henüz kesin olarak belirlenmemişti. [10]: 7–8
Mariner uzay aracı, Venüs'ün sıcaklığını yakından ölçerek bu hipotezi doğrulayabilir; [15] aynı zamanda, gece ve gündüz sıcaklıkları arasında önemli bir farklılık olup olmadığını da belirleyebilirdi. [10]: 331 Yerleşik bir manyetometre ve yüklü parçacık dedektörleri paketi, Venüs'ün önemli bir manyetik alana ve Dünya'nın Van Allen Kuşakları'nın bir benzerine sahip olup olmadığını belirleyebilirdi. [15]
Mariner uzay aracı Venüs'e olan yolculuğunun çoğunu gezegenlerarası uzayda geçireceğinden, görev aynı zamanda yüklü parçacıkların güneş rüzgarının uzun süreli ölçümü ve Güneş'in manyetosferindeki değişikliklerin haritalanması için bir fırsat sundu. Dünya yakınlarındaki kozmik toz yoğunluğu da incelenebilirdi. [3]: 176
Deneyler
[düzenle]
Venüs ve gezegenlerarası uzayın ölçülmesi için deneyler şunları içeriyordu:
Kozmik toz yoğunluğunu ölçmek için merkezi çerçeveye monte edilmiş bir kristal mikrofon.
Güneş rüzgarında düşük enerjili protonları saymak için, merkezi çerçeveye monte edilmiş bir proton dedektörü.
Gezegenlerarası uzayda ve Dünya'nın Van Allen Kuşakları'nın (daha sonra var olmadığı gösterildi) Venüs eşdeğeri için yüksek enerjili yüklü parçacıkları ölçmek için iki Geiger-Müller (GM) tüpü ve bir iyon odası. Bunlar, kontrol ekipmanının ve kozmik ışınların uzay aracının metal yapısına çarpması sonucu oluşan ikincil radyasyonun manyetik alanlarından kaçınmak için Mariner'ın uzun ekseni üzerine monte edildi.
Özel bir amaçlı GM tüpü, özellikle Venüs yakınında olmak üzere düşük enerjili radyasyonu ölçmek için, ayrıca merkezi çerçeveden uzakta monte edildi.
Güneş'in ve Venüs'ün manyetik alanlarını ölçmek için üç eksenli bir fluxgate manyetometre [11], ayrıca merkezi çerçeveden uzakta monte edildi.
Venüs'ü yukarı ve aşağı tarayacak şekilde tasarlanmış, iki mikrodalga dalga boyunda (19 mm ve 13,5 mm) çalışan 20 inç (510 mm) çapında, 3 inç (76 mm) derinliğinde parabolik bir anten olan bir mikrodalga radyometre. Sıcak nokta bulduğunda yavaşlatarak ve tersine çevirecekti. 19 mm dalgaboyu, gezegenin yüzey sıcaklığını ölçmek için kullanılırken, 13,5 mm dalgaboyu Venüs bulutlarının sıcaklığını ölçtü. Cihaz, merkezi çerçeve hemen üstünde monte edildi.
Venüs'ün sıcaklığının paralel olarak ölçülmesi için iki kızılötesi optik sensör, biri 8 ila 9 mikron arasında, diğeri 10-10,8 mikron arasında, merkezi çerçeve üzerinde monte edildi. [3] [10]: 9 [15]
Mariner R uzay araçlarının hiç birinde görsel fotoğraflar için bir kamera yer almıyordu. Ödeme alanında sınırlılık nedeniyle, proje bilim insanları, yararlı bilimsel sonuçlar döndüremeyecekleri bir kamera olarak görüyordu. Mariner R bilim insanlarından biri olan Carl Sagan, bunların dahil edilmesi için başarısız bir şekilde mücadele etti ve bunun Venüs'ün bulut tabakasında boşluklar olabileceğini ve "kameraların biz sorgulamadan çok daha iyi bir şekilde nasıl çözümlenebileceği sorularına yanıt bulabileceklerini belirtti". [16]
Uçuş planı ve yer operasyonları
[düzenle]
Hem Dünya ile Venüs'ün yörünge ilişkisi hem de Atlas Agena'nın sınırlamaları nedeniyle Mariner için fırlatma penceresi 22 Temmuz ile 10 Eylül arasındaki 51 günlük bir dönem olarak belirlendi. [3]: 174 Mariner uçuş planı, iki işlevsel uzay aracının bu pencere içindeki 30 günlük bir süre içinde Venüs'e doğru farklı yollar izleyerek fırlatılacağı, bu sayede hedef gezegene birbirinden dokuz gün içinde, 8 ile 16 Aralık tarihleri arasında ulaşacakları şekilde tasarlandı. Sadece Cape Canaveral'daki 12. Fırlatma Kompleksi Atlas-Agena roketlerini fırlatmak için kullanılabiliyordu ve bir Atlas-Agena'yı fırlatmaya hazırlamak 24 gün sürüyordu. Bu, iki fırlatma programı için sadece 27 günlük bir hata payı anlamına geliyordu. [3]: 174
Her Mariner, park yörüngesine fırlatılacak, ardından yeniden kullanılabilir Agena ikinci kez ateşlenecek ve Mariner'ı Venüs yolculuğuna çıkaracak (yörünge hataları, Mariner'ın yerleşik motorlarının orta-kurs yakıtı ile düzeltilecekti). [10]: 66–67 Mariner uzay aracının park yörüngesindeyken ve Atlantik Füze Aralığı'ndan ayrılışından sonra gerçek zamanlı radar izleme, Ascension ve Pretoria'daki istasyonlar tarafından gerçek zamanlı radar izleme sağlanırken, Palomar Gözlemevi optik izleme yaptı. Derin uzay desteği, sürekli kapsama için küre üzerinde yaklaşık 120° aralıklarla California'daki Goldstone, Avustralya'daki Woomera ve Güney Afrika'daki Johannesburg'daki üç izleme ve iletişim istasyonundan sağlandı. [10]: 231–233
Başlangıç başarısızlığı
[düzenle]
Mariner 1'in fırlatılması 21 Temmuz 1962 erken saatleri için planlanmıştı. Mükemmel bir şekilde çalışan menzil güvenliği komuta sistemi ile ilgili sorunlar nedeniyle sayısız gecikme, başlangıç sayımının bir gece önce EST saat 23:33'e kadar ertelenmesine neden oldu. Kalkıştan sadece 79 dakika önce, saat 02:20'de, menzil güvenliği devrelerindeki bir ampulün yanması fırlatmanın iptal edilmesine neden oldu. O gece sayım yeniden başlatıldı ve sonraki günün erken saatlerine kadar planlanan ve planlanmamış çeşitli duruşlarla gece 23:08'den itibaren ilerledi.
22 Temmuz 1962'de saat 09:21:23'te Mariner 1'in Atlas-Agena roketi LC-12'den kalktı. Fırlatma, takviye aşaması kadar planlandığı gibi gerçekleşti. Sürdürücü aşamasında, rehberlik sistemi yanlış yönlendirme talimatları vermeye başladı, Atlas'ın sağa ve sola sallanmasına neden oldu. Uçuş yolu, kalması gereken yerin aşağısında ve solunda bir noktaya doğru hareket etmeye başladı, bu da kalabalık Atlantik ticaret yollarında çarpışma tehlikesi yaratıyordu. Saat 09:26:16'da, Agena ikinci aşaması Atlas'tan ayrılmasının planlandığı andan sadece altı saniye önce, menzil güvenliği görevlisi roketin kendini imha etmesini emretti, bunu da yaptı - Atlas Uçuş Sonlandırma Sistemi, etkinleştirildiğinde Agena'yı da imha etmek üzere tasarlanmıştı ancak Agena'nın kendi Uçuş Sonlandırma Sistemi yoktu ve Atlas SECO'dan sonra imha edilemedi. Sondadan yaklaşık 1,5 dakika daha telemetri sinyalleri alındı. Mariner program müdürü Jack James, roketin imhasının gereksiz olduğunu ve herhangi bir şeye değil okyanusun ortasına düşeceğini düşündü. [10]: 87
Arızanın nedeni
[düzenle]
Rotasından kademeli bir sapma yerine ani bir sapma olması, JPL mühendislerinin hatanın, Atlas-Agena'yı yükselişi sırasında yönlendiren bilgisayarın yüklediği uçuş denklemlerinde yatmış olabileceğini düşünmesine neden oldu. Uçuş sonrası analizinin beş gününden sonra, JPL mühendisleri Mariner 1'deki arızanın nedenini tespit etti: rehberlik bilgisayar mantığında bir hata ve donanım arızası. [18]
Burroughs rehberlik bilgisayarı, Atlas'taki hız işaretçisinden ona iletilen verileri kullandı ve bu bilgileri yönlendirme komutları vermek için kullandı. Rehberlik programında, uçuşta arıza meydana gelirse bilgisayarı Atlas'ın hız işaretçisinden gelen verileri görmezden gelme komutunu içermesi gerekiyordu, böylece yanlış komutların gönderilmesini önleyebilirdi, ancak programdan yanlışlıkla çıkarılmıştı, Cape Canaveral'daki bir teknisyen programa ekleyerek onu fark etmemişti. [18] [19]
Yükselişi sırasında, Mariner 1'in roketi kısa bir süre için yerle rehberlik bağlantısını kaybetti. Bu, Atlas-Agena'nın rehberlik bağlantısı yerle yeniden kurulana kadar önceden programlanmış bir yolda ilerlemesi için tasarlanmış oldukça yaygın bir olaydı. Ancak bağlantı tekrar sağlandığında, hatalı rehberlik mantığı programın "hızın düzensiz ve tahmin edilemez bir şekilde dalgalandığını" yanlış raporlamasına neden oldu ve program bununla ilgili düzeltme yapmaya çalıştı. Bu, gerçek düzensiz davranışa neden oldu ve menzil güvenliği görevlisinin roketi imha etmesini sağladı. [18]
Yanlış mantık, önceki Ranger fırlatmalarında başarıyla kullanılmıştı, ancak hız işaretçisi o fırlatmalarda bozulmamıştı; bu yüzden sorun orada ortaya çıkmamıştı. Atlas-Agena aracında kullanılan Mod III-G rehberlik sistemi, 1960'tan beri Atlas-Agena uçmaya başladıktan sonra birçok fırlatmada sorun ve arızanın sürekli kaynağıydı. Orijinal vakum tüpü elektroniğinin transistörlere dönüştürülmesi olan Atlas B, C ve D füzelerinde kullanılan Mod III rehberlik sisteminin bir uyarlamasıydı, ancak değişiklik aceleyle yapılmış ve güvenilmezdi. Tekrarlanan Atlas-Agena rehberlik arızaları sonrasında, Mod III-G, 1963 yılında transistör elektroniğini doğru bir şekilde entegre edecek şekilde yeniden tasarlandı. [18]
Küçük bir hatanın felaket etkileri "yazılım güvenilirliği sorununu bütünleştirdi" ve yazılım mühendisliği disiplininin gelişimine katkıda bulundu. [18]
Kazanın popüler hesaplamaları genellikle, yanlış karakteri "tire" olarak (sembolün eksik bileşenini açıklayan) yerine "R-çubuğu" olarak ifade etti; bu yanlış açıklama, Arthur C. Clarke'ın arızayı "tarihteki en pahalı tire" olarak tanımlamasıyla desteklendi. [19]
Miras
[düzenle]
Amerika'nın ilk gezegenlerarası uzay aracının kaybı, NASA için 18,5 milyon dolar (bugünkü değerle 186 milyon dolar) bir geri çekilme anlamına geliyordu. Olay, yazılımın fırlatmadan önce dikkatlice hata ayıklanmasının ve küçük hataların felaket arızalara neden olmayacak şekilde programlanmasının önemini vurguladı. Sonuç olarak uygulanan prosedürler NASA için yararlı oldu ve nihayetinde Apollo Ay inişlerini kurtardı; ancak Ay iniş modülü yazılımında iniş sırasında program hataları vardı, ancak bunlar görevin başarısız olmasına neden olmadı. [22]
Mantık hatası hızla keşfedildikten sonra [23], gereksiz bir gecikme yaşanmadı. Aynı Mariner 2 zaten mevcuttu ve aynı platformdan ikinci bir fırlatma Ağustos ayı sonunda gerçekleştirilebilirdi. [24] 27 Ağustos 1962'de, Mariner 1'in kardeş uzay aracı başarıyla fırlatıldı ve 14 Aralık 1962'de Venüs çevresinden gelen verileri döndüren ilk uzay aracı oldu. [3]: 171, 177
Ayrıca bkz.
[düzenle]
Uzay uçuşu portalı
Venüs'e yapılan görevler listesi
Yazılım hataları listesi
Referanslar
[düzenle]