화성 기후 궤도선

Mars Climate Orbiter
화성 기후 궤도선
Mars Climate Orbiter 2.jpg
화성의 기후 궤도선에 대한 예술가의 개념
미션 타입화성 궤도선
교환입니다.NASA/JPL
COSPAR ID1998-073a Edit this at Wikidata
새캣25571Edit this on Wikidata
웹 사이트mars.jpl.nasa.gov/msp98/orbiter/
미션 기간286일
미션 실패
우주선 속성
제조원록히드 마틴
발사 질량638kg(1407파운드)[1]
힘500와트
임무 개시
발매일1998년 12월 11일 18:45:51 (1998-12-11)UTC 18:45:51Z) UTC
로켓델타 II 7425
발사장소케이프 커내버럴 SLC-17A
임무 종료
마지막 연락처1999년 9월 23일 09:06:00 (1999-09-23)UTC09:07Z) UTC
붕괴일자1999년 9월 23일
의도하지 않은 탈착
궤도 파라미터
레퍼런스 시스템지역 중심
에폭계획된

화성 기후 탐사선 98 Orbiter (이전의 화성 탐사선 '98 Orbiter)는 1998년 12월 11일 화성 기후, 화성 대기, 표면 변화를 연구하고 화성 탐사선 '98 화성 극지 착륙선'의 통신 중계기 역할을 하기 위해 NASA에 의해 발사된 638 킬로그램 (1407파운드)[1]의 로봇 우주 탐사선이다.그러나 1999년 9월 23일 우주선이 궤도 삽입에 들어가면서 우주선과 통신이 영구적으로 두절되었다.이 우주선은 화성에 너무 가까이 접근한 궤도에서 화성과 마주쳤고, 화성은 대기권에서 파괴되거나 행성 근처를 벗어나 [2]태양 주위를 도는 궤도에 진입했다.한 조사는 두 소프트웨어 시스템 간의 측정 불일치 때문인 것으로 보고 있다: NASA의 미터법 단위와 우주선 제작자인 록히드 [3]마틴의 미국 관습 단위.

미션 배경

역사

화성 관찰자의 상실과 미래의 국제 우주 정거장과 관련된 비용 상승이 시작된 후, 나사는 과학적 행성 간 임무를 위해 더 저렴하고 더 작은 탐사선을 찾기 시작했다.1994년, 소형 우주선에 관한 패널은 미래의 소형 우주선에 대한 지침을 정하기 위해 설립되었습니다.위원회는 새로운 미니어처 우주선 라인이 고도로 초점을 맞춘 [4]기구로 1000kg (2200파운드) 미만이 되어야 한다고 결정했다.1995년, 새로운 화성 탐사선 프로그램은 제한된 목표, 낮은 비용, 잦은 발사 등으로 설계된 일련의 임무로 시작되었습니다.새로운 프로그램의 첫 번째 임무는 화성 관측자를 [5]위한 장비를 사용하여 화성의 지도를 만들고 지질 데이터를 제공하기 위해 1996년에 발사된 화성 글로벌 서베이어였다.Mars Global Surveyer에 이어, Mars Climate Orbiter는 화성의 기후와 날씨를 연구하기 위해 원래 화성 관찰자를 위한 두 개의 기구를 운반했다.

이 임무의 주요 과학 목표는 다음과 같다.[6]

  • 화성에 물의 분포를 측정하다
  • 매일의 날씨와 대기 상태를 감시하다
  • 바람과 다른 대기 영향 때문에 화성 표면의 변화를 기록하다
  • 대기 온도 프로파일을 결정하다
  • 대기 중의 수증기와 먼지 함량을 감시하다
  • 과거의 기후 변화의 증거를 찾다

우주선 설계

화성기후궤도선 버스는 높이 2.1m, 폭 1.6m, 깊이 2m로 측정됐다.내부 구조는 대부분 흑연 복합/알루미늄 벌집 지지대로 구성되었으며, 이는 많은 상업용 비행기에서 볼 수 있는 설계입니다.과학 장비, 배터리, 주 엔진을 제외하고, 우주선은 가장 중요한 [6][7]시스템에 이중 이중화를 포함시켰다.

이 우주선은 3축으로 안정화되었고 8개의 히드라진 단연체 추진기를 포함했는데, 이는 궤적을 보정하기 위한 4개의 22N(4.9lbf) 추진기와 자세를 제어하기 위한 4개의 0.9N(3.2ozf) 추진기를 포함한다.우주선의 방향은 스타 트래커 1개, 태양 센서 2개, 관성 측정 장치 2개로 측정되었다.방향은 스러스터를 발사하거나 3개의 반작용 휠을 사용하여 제어되었습니다.화성 궤도 삽입 기동을 수행하기 위해, 우주선은 또한 LEROS 1B 주 [8]엔진 로켓을 포함했는데, 이것은 질소 사산화물(NTO) [6][7]산화제로 히드라진 연료를 연소시킴으로써 640 N (140f lb)의 추력을 제공한다.

이 우주선에는 X대역을 통해 딥 스페이스 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있는 1.3미터(4피트 3인치)의 고이득 안테나가 포함되어 있었다.카시니호를 위해 설계된 무선 트랜스폰더-Huygens 미션은 비용 절감책으로 사용되었습니다.또한 1999년 [6][7][9]12월 3일 착륙 예정 시 화성 폴라 랜더와의 통신을 중계하기 위한 양방향 UHF 무선 주파수 시스템도 포함되어 있다.

이 우주 탐사선은 화성에서 평균 500W(0.67hp)의 전력을 공급하는 3개의 패널 태양 어레이로 작동되었다.태양열을 배치했을 때, 길이는 5.5미터(18피트 1인치)였습니다.전력은 12셀, 16암페어의 니켈 수소 배터리에 저장되었다.이 배터리는 태양열이 태양빛을 받으면 재충전되고 화성의 그늘을 통과할 때 우주선에 전력을 공급하도록 만들어졌다.화성의 궤도에 진입할 때, 태양 어레이는 원형 궤도에 도달할 때까지 우주선을 느리게 하기 위해 항공 제동 기동에 이용될 예정이었다.이 디자인은 주로 "소형 우주선을 [6][7][10]위한 기술"이라는 책에 요약되어 있는 소형 우주선 기술 구상의 가이드라인에서 수정되었다.

Mars Climate Orbiter는 이전 우주선 컴퓨터 구현을 단순화하기 위해 5, 10, 또는 20 MHz 작동이 가능한 POWER1 ISA를 사용하는 IBM RAD6000 프로세서를 사용하는 단일 컴퓨터를 특징으로 했습니다.데이터 스토리지는 128MB의 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 18MB의 플래시 메모리로 유지된다.플래시 메모리는 비행 시스템 [6]소프트웨어의 복사본 3개를 포함하여 매우 중요한 데이터에 사용하도록 설계되었습니다.

과학 기구

PMIRR diagram
MARCI
MARCI diagram

PMIR(Pressure Modulated 적외선 방사계)는 협대역 방사선 측정 채널과 2개의 압력 변조 셀을 사용하여 열적외선의 대기 및 표면 방출을 측정하고 가시적인 채널을 사용하여 대기 및 표면의 먼지 입자와 응축물을 다양한 경도와 [11]계절로 측정합니다.JPL/CALTECH의 Daniel McCleese 수석 조사원이었다.비슷한 목표는 나중에 화성 정찰 궤도선에 탑재된 화성 기후 경보 발생기로 달성되었다.목적:[12]

  • 지표면에서 80km 고도에 이르는 대기의 3차원 및 시간 가변 열 구조를 매핑합니다.
  • 대기 먼지 하중과 그 전역, 수직 및 시간적 변동을 매핑합니다.
  • 대기 수증기의 수직 분포의 계절적 및 공간적 변화를 35km 이상의 고도에 매핑한다.
  • 대기 응축수를 구별하고 공간 및 시간적 변화를 매핑합니다.
  • 기압의 계절적 및 공간적 변동성을 매핑합니다.
  • 극성 방사선 균형을 모니터링합니다.

Mars Color Imager(MARCI)는 화성의 표면과 대기의 사진을 얻기 위해 설계된 2개의 카메라(중각/광각) 이미징 시스템입니다.적절한 조건하에서 해상도는 최대 1km(3300피트)까지 가능합니다.[13][14]이 프로젝트의 주 연구자는 말린 우주 과학 시스템의 마이클 말린이었고 이 프로젝트는 화성 정찰 궤도선에 재합병되었다.목적:[13]

  • 화성 대기의 전지구적 규모와 동시관측 과정을 관찰합니다.
  • 공간과 시간 모두에서 다양한 척도로 대기와 지표면의 상호작용에 대한 세부사항을 연구한다.
  • 시간에 따른 화성 기후의 진화의 특징인 지표면 특징을 조사합니다.
카메라[13] 필터
필터
이름.		 카메라
각		 파장
(nm) 색.
UV1 넓은 0280 없음
UV2 넓은 0315 없음
MA1 중간의 0445
WA1 넓은 0453
MA2 중간의 0501
WA2 넓은 0561
MA3 중간의 0562
WA3 넓은 0614
WA4 넓은 0636
MA4 중간의 0639
WA5 넓은 0765
MA5 중간의 0767
MA6 중간의 0829 없음
MA7 중간의 0903 없음
MA8 중간의 1002 없음
우주선 이미지
  • Diagram of Mars Climate Orbiter

    화성 기후 궤도선 다이어그램.

  • Mars Climate Orbiter during assembly

    화성 기후 궤도선 조립 중

  • Mars Climate Orbiter undergoing acoustic testing

    화성 기후 궤도선이 음향 테스트 중입니다.

  • Mars Climate Orbiter awaiting a spin test in November 1998

    1998년 11월, 화성 기후 궤도선이 스핀 테스트를 기다리고 있다.

미션 프로파일

여행 일정
날짜. 시간을
(UTC)		 이벤트
12월 11일
1998		 18:45:51 우주선 발사
9월 23일
1999		 08:41:00 삽입이 시작됩니다.궤도선은 태양열을 저장한다.
08:50:00 궤도선이 올바른 방향으로 회전하여 주 엔진 연소를 시작합니다.
08:56:00 오비터는 밸브를 열어 연료 및 산화제 탱크에 압력을 가하는 폭약식 장치를 점화합니다.
09:00:46 주 엔진 연소가 시작됩니다. 16분 23초 동안 점화될 것으로 예상됩니다.
09:04:52 우주선과의 통신이 두절되었습니다.
09:06:00 궤도선은 지구와 [n 1]무선으로 접촉하지 않고 화성 엄폐에 들어갈 것으로 예상된다.
09:27:00 화성 [n 1]엄폐에서 탈출할 예정입니다.
9월 25일
1999		 임무가 패배를 선언했다.손실의 원인을 알 수 있습니다.더 이상 연락을 시도하지 않습니다.

발사 및 궤적

화성기후궤도탐사선은 1998년 12월 11일 18시 45분 51초(UTC) 미국항공우주국에 의해 델타 II 7425 발사체를 타고 플로리다 케이프 커내버럴 우주기지 17A 우주발사단지에서 발사됐다.완전한 연소 과정은 우주선을 호만 이동 궤도에 진입시키는 데 42분 동안 지속되어 탐사선을 9.5개월, 6억6천900만 km의 [6][9]궤도로 보냈다.발사 당시 화성기후궤도선은 [1]추진체를 포함해 638kg(1407파운드)이었다.

  • Wireframe diagram of the rocket and orbiter

    화성기후궤도 탑재 델타II 발사체 폭발도

  • Rocket during launch

    NASA가 델타II 7425 발사체로 화성기후궤도선 발사

  • Diagram of the interplanetary trajectory

    화성 기후 궤도선의 행성간 궤도

  • Diagram of aerobraking approach with periods of 2, 5, 9, and 15 hours

    화성 기후 궤도선을 화성 궤도에 진입시키기 위한 에어로브레이크 절차

화성과의 만남

  • "Half moon" image of Mars

    이 1999년 9월 7일 화성의 이미지는 오비터가 획득한 유일한 이미지이다.

  • Comparative diagram of the two trajectories

    궤도선의 의도된 궤도와 실제 궤적을 비교하는 다이어그램

다음 항목도 참조하십시오.화성 탐사

화성기후궤도선은 1999년 9월 23일 09시 46분 UTC에 궤도 삽입 작전을 개시했다.화성기후궤도선은 예상보다 49초 빠른 09시 4분 52초에 화성 뒤를 통과해 통신이 두절됐다.인간의 실수로 인한 합병증으로 우주선은 예상보다 낮은 고도에서 화성과 조우해 대기권에서 파괴되거나 화성 [2]대기권을 벗어나 태양중심 우주로 재진입했다.화성 정찰 위성은 그 이후로 이 임무에 대한 대부분의 목표들을 완수했다.

실패 원인

여기서의 문제는 오류가 아니라 NASA의 시스템 엔지니어링의 실패였습니다.또한 이 오류를 검출하기 위한 프로세스에서의 견제와 균형도 문제였습니다.그게 우리가 우주선을 잃어버린 이유야.

—Edward Weiler, NASA associate administrator for space science, IEEE Spectrum: Why the Mars Probe went off course

1999년 11월 10일, 화성 기후 궤도 탐사선 미샤프 조사 위원회는 우주선 분실과 관련된 의심되는 문제들을 상세히 설명하는 1단계 보고서를 발표했다.

이전에는 1999년 9월 8일에 궤도 보정 기동-4(TCM-4)가 계산되었고, 1999년 9월 15일에 실행되었다.그것은 1999년 9월 23일 화성 주위를 226km(140마일)의 고도에서 우주선을 화성 궤도에 진입시키는 궤도 삽입 기동을 위한 최적의 위치에 놓기 위한 것이었다.

하지만, TCM-4와 궤도 삽입 기동 사이의 일주일 동안, 항법팀은 삽입 고도가 계획보다 훨씬 낮은 150에서 170 km (93에서 106 마일)로 보일 수 있다고 보고했다.궤도 삽입 24시간 전, 계산 결과 궤도선은 110km(68마일)의 고도에 도달했다.80km(50마일)는 화성 기후 궤도선이 이 기동 중에 생존할 수 있을 것으로 생각되는 최소 고도였다.

삽입하는 동안, 이 궤도선은 화성의 상층 대기를 통과하여 몇 주 동안 서서히 공중제동을 일으키도록 의도되었지만, 고장 후 계산 결과 우주선의 궤적이 지표면으로부터 57 킬로미터(35 마일) 이내에 도달했을 것이라는 것을 보여주었다.이 고도에서 우주선은 예상보다 밀도가 높은 [citation needed]대기권을 거칠게 벗어나 대기권에서 파괴되거나 태양중심 [2]우주로 재진입했을 가능성이 높다.

이러한 불일치의 주된 원인은 록히드 마틴이 공급한 지상 소프트웨어 1개가 소프트웨어 인터페이스 사양(SIS)과 달리 미국 관습 단위에서 결과를 생성하는 반면, NASA가 공급한 다른 시스템은 SIS에 따라 SI 단위로 결과를 예상했기 때문입니다.구체적으로는, 스러스터의 발화에 의해서 발생하는 총 임펄스를 계산하는 소프트웨어에 의해서, 파운드힘의 초단위가 산출됩니다.궤적 계산 소프트웨어는 이 결과를 뉴턴 초 단위로 예상(4.45배)[15]하여 우주선의 [16]예측 위치를 업데이트했습니다.

그럼에도 불구하고, NASA는 이번 임무 손실에 대한 책임을 록히드에게 전가하지 않고 있다; 대신,[17] NASA의 여러 관계자들은 불일치를 포착할 수 있는 적절한 점검과 테스트를 하지 못한 것에 대해 NASA가 책임이 있다고 말했다.

계산된 위치와 측정된 위치 사이의 불일치로 인해 원하는 궤도 삽입 고도와 실제 궤도 삽입 고도 간의 불일치가 이미 두 명의 항법자에 의해 발견되었으며, 항법자의 우려는 "관심을 문서화하기 위해 [형식] 작성 규칙을 준수하지 않았기 때문에" 무시되었다.스케줄에 포함되어 있던 궤도 보정 기동-5의 실행 가능성을 검토하기 위해 궤도 소프트웨어 엔지니어, 궤도 소프트웨어 오퍼레이터(내비게이터), 추진 엔지니어 및 관리자 회의가 소집되었다.회의 참석자들은 TCM-5를 실시하기로 한 합의를 떠올렸지만 결국 [17]성사되지 않았다.

프로젝트 비용

NASA에 따르면, 이 임무의 비용은 우주선 개발에 1억9천310만 달러 (2020년 2억9천168만 달러), 발사 [19]활동에 9천170만 달러 [18][18]([18]2020년 1억3천851만 달러), 그리고 [18]2020년 4천280만 달러 (2020년 1억3천865만 달러)로 구성되어 있다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ a b 계획되었지만 이벤트에 대해 설명되지 않았습니다.

레퍼런스

  1. ^ a b c "1998 MARS CLIMATE ORBITER ARRIVES AT NASA'S KENNEDY SPACE CENTER FOR FINAL LAUNCH PREPARATIONS" (Press release). NASA MEDIA RELATIONS OFFICE. September 14, 1998. Archived from the original on October 8, 1999. Retrieved January 3, 2011.
  2. ^ a b c Stephenson, Arthur G.; LaPiana, Lia S.; Mulville, Daniel R.; Rutledge, Peter J.; Bauer, Frank H.; Folta, David; Dukeman, Greg A.; Sackheim, Robert; Norvig, Peter (November 10, 1999). Mars Climate Orbiter Mishap Investigation Board Phase I Report (PDF). NASA.
  3. ^ "Metric mishap caused loss of NASA orbiter". CNN. September 30, 1999. Retrieved March 21, 2016.
  4. ^ Panel on Small Spacecraft Technology, National Research Council (1994). Technology for Small Spacecraft. Washington D.C.: National Academy Press. ISBN 0-309-05075-8. Retrieved January 13, 2011.
  5. ^ Committee on Planetary and Lunar Exploration, Commission on Physical Sciences, Mathematics, and Applications, National Research Council (1995). The Role of Small Missions in Planetary and Lunar Exploration. Washington D.C.: National Academies Press. doi:10.17226/12285. hdl:2060/19960002222. ISBN 978-0-309-12250-4. S2CID 219866579. Retrieved January 13, 2011.
  6. ^ a b c d e f g "Mars Climate Orbiter Arrival Press Kit" (PDF) (Press release). NASA / JPL. September 1999. Retrieved January 13, 2011.
  7. ^ a b c d "Mars Climate Orbiter Flight System Description". NASA / JPL. 1998. Retrieved January 13, 2011.
  8. ^ LEROS 1B는 2011년 9월 3일 Wayback Machine에서 아카이브 완료
  9. ^ a b "1998 Mars Missions Press Kit" (PDF) (Press release). NASA / JPL. December 1998. Retrieved January 13, 2011.
  10. ^ Panel on Small Spacecraft Technology, National Research Council (1994). Technology for Small Spacecraft. Washington D.C.: National Academy Press. pp. 121–123. ISBN 0-309-05075-8. Retrieved January 13, 2011.
  11. ^ "Pressure Modulated Infrared Radiometer (PMIRR)". NASA / National Space Science Data Center. Retrieved February 19, 2011.
  12. ^ Albee, Arden L. (1988). "Workshop on Mars Sample Return Science". Mars Sample Return Science. Lunar and Planetary Inst.: 25–29. Bibcode:1988msrs.work...25A.
  13. ^ a b c Malin, M.C.; Bell (III), J.F.; Calvin, W.M.; Caplinger, M.A.; Clancy, R.T.; Harberle, R.M.; James, P.B.; Lee, S.W.; Ravine, M.A.; Thomas, P.; Wolff, M.J. (2001). "Mars Color Imager (MARCI) on the Mars Climate Orbiter" (PDF). Journal of Geophysical Research. 106 (E8): 17, 651–17, 672. Bibcode:2001JGR...10617651M. doi:10.1029/1999JE001145. Retrieved January 13, 2011.
  14. ^ "Mars Color Imager (MARCI)". NASA / National Space Science Data Center. Retrieved February 19, 2011.
  15. ^ 화성기후궤도탐사위원회 제1단계 보고서, 페이지 13
  16. ^ "Mars Climate Orbiter Mishap Investigation Board Phase I Report" (PDF) (Press release). NASA. November 10, 1999. Archived from the original (PDF) on September 20, 2001. Retrieved May 11, 2021.
  17. ^ a b Oberg, James (December 1, 1999). "Why the Mars Probe went off course". IEEE Spectrum. IEEE. Retrieved July 13, 2016.
  18. ^ a b c d Johnston, Louis; Williamson, Samuel H. (2022). "What Was the U.S. GDP Then?". MeasuringWorth. Retrieved February 12, 2022. 미국 국내 총생산 디플레이터 수치는 Measuring Worth 시리즈를 따릅니다.
  19. ^ "Mars Climate Orbiter Fact Sheet". mars.nasa.gov. NASA-JPL. Archived from the original on October 3, 2012. Retrieved August 3, 2020.

외부 링크

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