Основные положения Заключения Межведомственной комиссии по анализу причин нештатной ситуации, возникшей в процессе проведения летных испытаний космического аппарата «Фобос-Грунт», образованной в соответствии с приказом руководителя Роскосмоса от 9 декабря 2011 года № 206
Межведомственная комиссия для анализа причин нештатной ситуации (НШС), возникшей после выведения КА на опорную орбиту Земли, образована в соответствии с приказом руководителя Федерального космического агентства (Роскосмоса) от 9 декабря 2011 года № 206 под председательством Ю.Н.Коптева.
Комиссия образовала рабочие группы:
- группа анализа имеющейся информации по ходу летных испытаний КА. Руководитель группы – В.М.Иванов (ФГУП ЦНИИмаш);
- группа оценки правильности исполнения принятых проектно-конструкторских решений и технологий, обеспечивающих надежность изделия, результатов изготовления КА и его основных составных частей и элементов, испытаний и заключительных операций на предприятии-изготовителе, на техническом и стартовом комплексах космодрома. Руководитель группы – К.С.Ёлкин (ФГУП ЦНИИмаш);
- группа оценки достаточности принятых решений по структуре¸ составу средств и возможностей наземного комплекса управления полетом КА, баллистическому и навигационному обеспечению, организации взаимодействия разнородных НСУ. Руководитель группы – Г.К.Боровин (ИПМ им. М.В.Келдыша РАН);
- группа комплексного анализа и обобщения результатов работы МВК. Руководитель группы – Б.В.Бодин (ФГУП ЦНИИмаш).
К работе групп были привлечены независимые эксперты – специалисты организаций Роскосмоса, РАН, МГУ им. М.В.Ломоносова и Министерства обороны России.
За время работы МВК были рассмотрены более 700 документов по проекту «Фобос-Грунт», имеющих отношение к разработке, изготовлению, наземной экспериментальной отработке и заключительным операциям на техническом и стартовом комплексах космодрома, к анализу полученной с борта КА «Фобос-Грунт» телеметрической информации, к данным наблюдений КА «Фобос-Грунт» в процессе его неуправляемого полёта.
I. Общими выводами анализа полета КА «Фобос-Грунт», который был проведен по оценке телеметрической информации (ТМИ), полученной в режимах непосредственной передачи и воспроизведения запоминающего устройства в зонах видимости наземных станций из состава НИК «РБ «Фрегат», а также по ТМИ, полученной 22-24 ноября 2011 года наземными станциями Х-диапазона, являются:
1. По анализу полета КА до возникновения нештатной ситуации на 1 и 2 витках полета (23:28:41 ДМВ 8 ноября – 01:10:28 ДМВ 9 ноября 2011 г.)
- Бортовые системы функционировали штатно.
- Отклонений от выполнения циклограммы не выявлено.
- Солнечные батареи (СБ) раскрылись, однако зачековка панелей не контролировалась.
2. По анализу полета КА после возникновения нештатной ситуации.
- После возникновения нештатной ситуации КА перешел в режим «постоянной солнечной ориентации» (ПСО) в соответствии с логикой работы аппарата.
- В период с 9 по 24 ноября на КА поддерживался энергобаланс.
- Начиная с 24 ноября, началось нарушение энергобаланса по причине того, что передатчик не был отключен в сеансе связи.
- К 29 ноября резервы АБ и ХИТ ПМ были исчерпаны, на борту ранее прошел режим «минимального напряжения» в СЭС – «Umin2» (предположительно 27 ноября), произошла разгерметизация ХИТ ПМ, последствия в виде отделившихся от КА двух фрагментов, которые наблюдали средства СТРАТКОМ (США).
- Постоянное воздействие на орбиту космического аппарата могло быть из-за работы двигателей ориентации в режиме «ПСО».
- Потеря энергобаланса привела к потере управления КА. Эпизодическая работа БКУ и управление КА было возможным только на отдельных незатененных участках орбиты полета КА, где была засветка СБ.
II. Для определения наиболее вероятной технической причины развития НШС с космическим аппаратом «Фобос-Грунт» МВК были проанализированы два типа вероятных причин развития НШС:
- отказ аппаратуры и её изделий,
- отказ в реализации штатной циклограммы бортового комплекса управления.
2.1. Были рассмотрены следующие системы и агрегаты КА, отказ которых мог послужить причиной развития нештатной ситуации (НШС):
- маршевая двигательная установка (МДУ-Ф),
- система обеспечения запуска (СОЗ),
- система развёртывания солнечных батарей (СБ),
- звёздные датчики (БОКЗ-Ф),
- бесплатформенный инерциальный блок (БИБ),
- китайский микроспутник (КМС),
- система энергоснабжения (СЭС),
- бортовая кабельная сеть (БКС),
- бортовой вычислительный комплекс (БВК),
- бортовой радиокомплекс перелётного модуля (БРК ПМ).
Проведённый экспертами комиссии анализ возможных отказов этих систем и агрегатов показал (с учетом их состояния и ТМИ), что к моменту возникновения НШС они не могли стать её первопричиной.
2.2. Причиной возникновения НШС является перезапуск двух полукомплектов устройства ЦВМ22 БВК (двойной «рестарт»), выполнявших на этом участке полёта управление КА «Фобос-Грунт», после чего в соответствии с логикой работы БКУ произошло прерывание штатной циклограммы полета КА «Фобос-Грунт», и он перешёл в режим поддержания постоянной солнечной ориентации и ожидания команд с Земли в X-диапазоне связи, который был предусмотрен проектными решениями для перелетной траектории. Этот сценарий подтверждается данными контроля орбиты после развития НШС, а также проведёнными сеансами связи с помощью отечественных и зарубежных средств наземного комплекса управления в X-диапазоне.
2.3. Наиболее вероятным фактором, который мог стать первопричиной двойного «рестарта», является локальное воздействие тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) космического пространства, которое привело к сбою в ОЗУ вычислительных модулей комплектов ЦВМ22 во время полёта на втором витке КА «Фобос-Грунт».
Сбой ОЗУ мог быть вызван кратковременной неработоспособностью ЭРИ вследствие воздействия ТЗЧ на ячейки вычислительных модулей ЦВМ22, которые содержат две микросхемы одного типа WS512K32V20G24M (ячейки вычислительных модулей располагаются в едином корпусе параллельно друг другу). Воздействие привело к искажению программного кода и срабатыванию «сторожевого» таймера, что стало причиной «рестарта» обоих полукомплектов ЦВМ22. Модель подобного взаимодействия ТЗЧ с ЭКБ не регламентирована нормативно-техническими документами. Комиссия считает необходимым разработать и внедрить в организациях РКП нормативно-технические документы, содержащие современные модели ионизирующих излучений космического пространства и руководства по их использованию.
МВК рассмотрела другие факторы, способные привести к двойному «рестарту» ЦВМ22:
- электромагнитные помехи в контурах БВК, что могло привести к кратковременному аппаратному отказу и, как следствие, сбоям в работе и невыполнению циклограммы выведения аппарата на отлетную траекторию;
- сбой в программном выполнении задач: превышение допустимого интервала времени выполнения отдельных задач, повторившееся не менее двух раз подряд (задачи логики, межпроцессорного обмена, управления движением (ориентации и стабилизации), управления маршевым двигателем);
- программные некорректности взаимодействия параллельно работающих ЦВМ (ошибка в программном обеспечении).
В ходе исследований во ФГУП «НПО им. СССР САЛавочкина» на комплексном стенде в январе 2012 года в задаче управления ориентацией и стабилизацией проверялась возможность двойного «рестарта» комплекта ЦВМ22 вследствие воздействия электромагнитных помех и изменения условий выполнения программы. Эти версии не получили экспериментального подтверждения.
Анализ указанных факторов с учетом результатов НЭО и дополнительных исследований показал, что возникновение НШС на их основе маловероятно.
Объемы наземной экспериментальной отработки изделий КА, на которые были выданы ТЗ, и КА «Фобос-Грунт», определенные КПЭО на них, с учетом принятых в процессе НЭО технических решений выполнены с положительными результатами, в том числе по отработке комплекса научной аппаратуры (КНА), технологической документации, технологических процессов, включая критичные технологические процессы, что подтверждается заключениями ФГУП ЦНИИмаш и других ГНИО РКП.
В процессе проведения НЭО было выявлено 32 неисправности, 18 дефектов и 48 отступлений от КД (всего – 84), причины которых устранены в установленном порядке, а результаты приведены в итоговом отчете № ИО 22-ФГ-125-11 о технической готовности КК и его изделий к летным испытаниям (ЛИ).
ВЫВОДЫ:
1.
До возникновения нештатной ситуации отклонений от выполнения бортовыми системами и агрегатами своих функций не выявлено. Причиной возникновения НШС является перезапуск двух полукомплектов устройства ЦВМ22 БВК, выполнявших на этом участке полёта управление КА «Фобос-Грунт», после чего в соответствии с логикой работы БКУ произошло прерывание штатной циклограммы полета КА «Фобос-Грунт», и он перешёл в режим поддержания постоянной солнечной ориентации и ожидания команд с Земли в X-диапазоне связи, который был предусмотрен проектными решениями для перелетной траектории.
2.
Наиболее вероятной причиной перезапуска двух полукомплектов устройства ЦВМ22 БВК является локальное воздействие тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ) космического пространства, которое привело к сбою в ОЗУ вычислительных модулей комплектов ЦВМ22 во время полёта КА «Фобос-Грунт» на втором витке. Сбой ОЗУ мог быть вызван кратковременной неработоспособностью ЭРИ вследствие воздействия ТЗЧ на ячейки вычислительных модулей ЦВМ22, которые содержат две микросхемы одного типа WS512K32V20G24M, находящиеся в едином корпусе параллельно друг другу. Воздействие привело к искажению программного кода, что стало причиной «рестарта» двух полукомплектов ЦВМ22.
3.
Объемы наземной экспериментальной отработки изделий КА, на которые были выданы ТЗ, и КА «Фобос-Грунт», определенные КПЭО на них, с учетом принятых в процессе (НЭО) технических решений, выполнены с положительными результатами, в том числе по отработке комплекса научной аппаратуры (КНА), технологической документации, технологических процессов, включая критичные технологические процессы, что подтверждается заключениями ФГУП ЦНИИмаш и других ГНИО РКП.
