Tiedetöppäysjoulukalenteri: 11. Mars-luotaimen kova kohtalo

Ke, 12/11/2019 - 08:55 Jari Mäkinen
Mars Climate Orbiter joulukehyksissä

Tämä, jos mikä, on aika ison luokan töppäys: täysin toimintakuntoinen, 200 miljoonaa dollaria maksanut Mars-luotain menetettiin vuonna 1999 hyvin yksinkertaisen virheen vuoksi.

Tänään 21 vuotta sitten, joulukuun 11. päivänä 1998, laukaistiin Cape Canaveralista matkaan Mars Climate Orbiter -niminen luotain. 640-kiloinen avaruuslaite lähti matkaan iltapäivällä paikallista aikaa ja aloitti 9,5 kuukautta kestäneen lentonsa kohti punaista planeettaa.

Kohtalaisen pienen luotaimen tarkoituksena oli tutkia Marsin kaasukehää, ilmastoa ja säätä. Marsin kaasukehä oli tärkeässä roolissa myös luotaimen saapumisessa perille: tarkoituksena oli käyttää ilmajarrutusta hidastamaan luotaimen nopeutta siten, että se asettuisi kiertämään sopivalle radalle Marsin ympärille.

Ilmajarrutus on hyvin kätevä temppu, mutta vaatii tarkkaa ohjaamista. Siinä luotain suunnataan lentämään kaasukehän yläosien läpi siten, että siellä oleva harva kaasu jarruttaa vastuksellaan luotainta. Mutta jos luotain kulkee liian korkealta, ei ilmanvastusta ole tarpeeksi, ja liian syvälle kaasukehään menevä luotain tuhoutuu kitkakuumennuksessa. 

Koska ilmajarrutus toisella planeetalla oli uusi menetelmä, haluttiin Mars Climate Orbiterin kanssa olla varovaisia. Se oli tarkoitus ohjata  lentämään planeettainvälisestä avaruudesta Marsin ohi 226 kilometrin korkeudelta. Siellä oleva ilmanvastus riittäisi rakettimoottorin polton lisäksi hidastamaan ratanopeutta sen verran, että luotain jäisi kiertämään Marsia. Tämän jälkeen rataa olisi voitu säätää uusien ilmajarrutusten ja rakettimoottorien avulla.

Ainoa MCO:n ottama kuva


Mars Climate Orbiter otti tämän kuvan Marsista sitä lähestyessään. Tämä jäi ainoaksi luotaimen ottamaksi kuvaksi.


 

Luotain – tuttavallisesti MCO – saapui perille 23. syyskuuta 1999. Se kääsi aurinkopaneelinsa suojaan (ettei ilmajarrutus rikkoisi paneelia) ja kääntyi sopivaan asentoon jarrutuspolttoa varten. Rakettimoottori hörähti käyntiin suunnitellusti hieman yli klo 12 Suomen aikaa. Moottori jarrutti menoa 16 minuutin ja 23 sekunnin ajan, minkä kuluttua luotaimen oli tarkoitus osua juuri sopivasti kaasukehään.

Suunniteltu rata kulki Marsin taakse Maasta katsoen siten, että radioyhteyden odotettiin olevan poikki noin 20 minuutin ajan. Yhteys katkesi kuitenkin noin minuuttia laskettua aikaisemmin, mikä herätti jo pientä huolta lennonjohdossa.

Kun yhteys ei sitten palautunutkaan silloin kuin olisi pitänyt, eikä sen jälkeenkään, pieni huoli muuttui suureksi suruksi. Nähtävästi luotain oli menetetty Marsiin saapumisen aikana.

Kaksi päivää myöhemmin 25.9.1999 Mars Climate Orbiter julistettiin virallisesti menetetyksi, eikä siihen enää yritetty ottaa yhteyttä. Onnettomuutta tutkimaan perustettiin työryhmä.

Luotaimen rata Marsiin saapumisen aikana

Työryhmä julkisti karun raporttinsa jo marraskuun 10. päivänä, vain hieman yli kuukauden tutkimusten jälkeen.

Työ sujui nopeasti, koska syy onnettomuuteen oli yksinkertainen ja nolo: luotaimen radan laskelmissa olivat menneet sekaisin angloamerikkalaiset yksiköt ja SI-standardin mukaiset yksiköt. 

Nasa on koettanut käyttää kansainvälisiä SI-yksiköitä, mutta se ei ole helppoa paunojen, mailien ja tuumien kyllästämässä maassa. Tässä tapauksessa luotaimen rakentaneen Lockheed-Martin -yhtiön tekemä tietokoneohjelma, jota käytettiin rakettimoottorien impulssin laskemiseen, antoi tuloksensa paunasekunneissa. Nasan lennonjohdossa luotaimen ratamuutosten laskemiseen käyttämä ohjelma puolestaan oletti saavansa luvun newtonsekunneissa.

Vaikka nämä yksiköt eroavat tosistaan peräti 4,45 -kertaisesti, ei kukaan huomannut lukujen olevan omituisia. Nasan ohjelmaan syötettiin siis vääriä lukuja.

Tämän seurauksena luotain ohjattiin tekemään Marsin ohilento vain 57 kilometrin korkeudella, mikä oli aivan liian vähän. Luotain joko hajosi kitkakuumennukseen ja syöksyi saman tien alas, tai sinkoutui takaisin planeettainväliseen avaruuteen.

Onnettomuutta tutkinut työryhmä huomasi, että jo ennen Marsiin saapumista tehdyt ratakorjaukset olivat vieneet luotainta liian alas. Kaksi lennonjohtajaa oli itse asiassa huomannut luotaimen lasketun ja havaitun radan olleen jo tuolloin toisistaan selvästi eriäviä, mutta heitä ei kuunneltu, koska he eivät raportoineet huomiostaan proseduurin mukaisesti.

Työryhmä myös päätteli, että mikäli ratakorkeus olisi ollut 80 kilometriä tai enemmän, niin luotain olisi voinut selvitä toimintakunnossa, mutta 57 kilometriä oli ehdottomasti liikaa.  

Periaatteessa syyllinen onnettomuuteen oli Lockheed-Martin, joka käytti ohjeistuksen vastaisesti amerikkalaisyksiköitä SI-yksiköiden sijaan, mutta käytännössä vikaa oli myös Nasan lennonjohdossa, missä lukuja ei tarkistettu kunnolla.

Huono onni jatkui vielä samana vuonna, sillä samoihin aikoihin kohti Marsia lentänyt Mars Polar Lander -laskeutuja syöksyi alas liian suurella nopeudella ja tuhoutui joulukuun 3. päivänä. Tässä tapauksessa luotain sammutti rakettimoottorinsa liian aikaisin laskeutuessaan todennäköisesti ohjelmistovirheen vuoksi.

Sittemmin kaikki Nasan Mars-luotaimet ja laskeutujat ovat onnistuneet tehtävissään. Yleensä ne ovat jopa ylittäneet odotukset.

Silti vuosi 1999 kummittelee edelleen Mars-tutkimuksen historiassa katastrofaalisena vuotena. Se on myös eräs noloimmista töppäyksistä avaruuslentojen historiassa.

Tiedetöppäysjoulukalenteri

Tiedetuubin joulukalenteri vuonna 2019 esittelee tieteellisiä töppäyksiä sekä erehdyksiä: tietoisia huijauksia, puhtaita vahinkoja ja myös varsin onnekkaiksi osoittautuneita epäonnistumisia. Ne auttavat myös ymmärtämään miten tiede toimii – ja että tutkijatkin ovat ihmisiä.

Kaikki avautuneet luukut ovat täällä.