МАГИОН-5 на выставке в Праге. Январь 1996г.

КА МАГИОН-5 был выведен на орбиту в составе КА ИНТЕРБОЛ-2 29 августа 1996 года. После построения солнечной ориентации основного КА было произведено отделение субспутника, после чего управление субспутником перешло к Чешской стороне (Институт физики атмосферы Академии наук Чешской Республики, станция Панска Вес, Чешская республика). Связь с субспутником МАГИОН-5 прервалась 30 августа 1996г. и впоследствии не восстановилась.

Ниже представлена краткая выдержка из отчета, подготовленного совместно Чешской и Российской сторонами, по анализу причин потери КА МАГИОН-5.

В соответствии с техническими требованиями проекта ИНТЕРБОЛ и основной аппарат, и субспутник имеют солнечную ориентацию и должны двигаться в полете на небольшом расстоянии друг от друга. Поэтому отделение субспутника возможно только после выхода основного аппарата на заданную орбиту, построения им солнечной ориентации и проведения проверок собственного состояния. Таким образом, на несколько часов субспутник автоматически попадает в абсолютную тень и интенсивно охлаждается. Чтобы охлаждение шло не так быстро, включаются нагреватели, питающиеся током основного аппарата по кабелю. При отделении субспутника сначала этот кабель перерубается, а затем подается команда на включение собственно системы отделения.

29.08.96г.
08:22 МСК - старт КА ИНТЕРБОЛ-2.
10:15 МСК - первые телеметрические данные с температурных датчиков: -8 град.С на химической батарее КА МАГИОН-5.

10:29 МСК - нагреватели субспутника включены.
12:12 МСК - включение передатчика - маяка на основном аппарате и получение подтверждения его приема из Панской Вес.

12:38 МСК - после подачи команды на срабатывание пироножей и получения подтверждения о прохождении этой команды была подана команда на отделение субспутника с расчетной скоростью первичного расхождения аппаратов 0.2 м/с.На момент отделения температура химической батареи субспутника по данным телеметрии основного аппарата была +9 град. С.

Далее происходили следующие события.

После подачи команды отделения субспутника на основном аппарате не было зафиксировано срабатывание концевых выключателей. Российская сторона в рабочем порядке обратилась с просьбой к Чешской стороне проверить факт отделения субспутника, так как на субспутнике были установлены свои концевые выключатели.

В это время на станции Панска Вес был зафиксирован сигнал дежурного передатчика МАГИОНа-5, что говорило о том, что его контактные датчики сработали и пошла автоматическая циклограмма раскрытия. Однако, этот сигнал оказался слишком слабым чтобы расшифровать телеметрию, поэтому ушло некоторое время на включение дежурной служебной телеметрии через другой передатчик. Полученные в конце этого сеанса данные показали, что командная система субспутника работает, бортовое напряжение с буферных химических батарей, заряженных еще на Земле, поступает на основные служебные системы, но нет тока солнечных панелей, а следовательно, и тока подзаряда бортовых аккумуляторов, и температура внутри субспутника понижается.

С учетом сообщения Российской стороны и исходя из некоторых конструктивных особенностей узла отделения был (к сожалению) сделан вывод о том, что МАГИОН-5 отошел от посадочного места на 1-5 мм (разница срабатывания контактных датчиков двух аппаратов), но остался в составе основного аппарата на теневой его стороне - вот почему, как казалось тогда, не было тока солнечных панелей, температура падала, а сигнал дежурного передатчика был слаб потому, что экранировался основным аппаратом. В предположении, что МАГИОН-5 не отделился, с целью предотвратить дальнейшее разворачивание систем субспутника (всех солнечных панелей и штанг с датчиками научной аппаратуры), со станции Панска Вес в автомате стали подаваться команды, блокирующие раскрытие штанг и солнечных панелей субспутника (это, как оказалось впоследствии, было роковым решением, так как при этом расходовался запас химических батарей, а вместе с ним и время на обдумывание). Полную телеметрию не удалось включить, так как внутри МАГИОНа-5 температура была ниже -20град.С. Так закончился первый сеанс связи.

В начале радиовидимости второго витка была подана команда включения цифровой телеметрии STS, которая штатно прошла. Передача велась на скоростях 40, 20, 5 кбит/с.

Были проверены на работоспособность следующие системы:

- приемники и дешифраторы команд в диапазоне 149 МГц;

- телеметрические передатчики в диапазонах 137 и 400 МГц;

- системы переключения модуляционных фильтров и модуляторы отдельных передатчиков;

- система вторичных преобразователей энергии для питания бортовых систем;

- система малой (дежурной служебной) телеметрии SMT;

- система цифровой телеметрии STS;

- система солнечных датчиков;

- блок служебных измерений.

Были проведены проверочные включения КДУ (газореактивная двигательная установка на холодном газе) и части приборов комплекса научной аппаратуры: SAS, KEM (для проверки наличия аналоговой модуляции передатчиков), видеокамеры VIM (для проверки факта отделения: прибор показал наличие какого-то предмета вблизи объектива (фокусное расстояние объектива не позволяло разглядеть этот предмет подробно), что было интерпретировано как доказательство неотделения, но впоследствии выяснилось, что это нераскрывшаяся антенна самого субспутника); магнитометр SG-R8 работал продолжительное время в качестве датчика скорости вращения и ориентации субспутника по магнитному полю.

Данные прибора КЕМ (Россия, Чехия), полученные с борта КА МАГИОН-5.

После согласования с Российским центром управления полетом в 18:32 МСК была подана команда включить сопло закрутки КДУ (1 импульс на 16с) для проверки наличия жесткой связи между аппаратами. В результате проведенного маневра период закрутки основного аппарата не изменился (с точностью до 5 знаков), а период вращения субспутника после закрутки уменьшился на 16.5 с, что отвечало штатной работе системы КДУ в условиях полного разделения основного аппарата и субспутника. С учетом, помимо этого факта, того, что солнечные датчики показывали нормальное Солнце и тенденция распределения температуры субспутника приближалась к нормальной, был сделан вывод о том, что субспутник отделился, а на борту имеется нештатная ситуация с системой энергопитания, и именно поэтому отсутствовал ток солнечных батарей. К сожалению, к этому моменту на проверку факта отделения и работоспособности систем и приборов субспутника был истрачен почти весь запас энергии аккумуляторов. После подачи команды на полное раскрытие, которая все же прошла, стало ясно, что ток солнечных батарей не появился, энергия на пределе, скорее всего по причине аварии первичного преобразователя, как тогда предполагалось, и к тому же подошел конец радиовидимости.

Короткий по условиям радиовидимости сеанс, в течение которого подавались команды на отключение энергопотребляющих систем субспутника.

Данные магнитометра SGR (Румыния). Стрелкой обозначен момент включения двигательной установки на закрутку МАГИОНа, проведенную с целью обнаружить степень связи двух аппаратов.

30.08.96г. на четвертом витке с 03:25 начали подавать команды на переход на запасной преобразователь, подключенный к своим отдельным соленечным панелям. Из-за недостаточного энергопитания эта команда прошла только через полчаса. В 03:57:38 был наконец-то зарегистрирован ток заряда, превышающий ток разряда; сразу же были поданы команды на выключение телеметрических передатчиков и остальных энергоемких систем с целью максимального подзаряда аккумуляторов, но, однако, прохождение этих команд не было зафиксировано из-за потери связи с субспутником по причине понижения бортового напряжения ниже минимального допустимого уровня (для того, чтобы иметь возможность работать с субспутником дольше, чешские специалисты отключили бортовую систему защиты от переразряда химических батарей).

Примечание. При анализе управления субспутником следует иметь ввиду, что минимальный ток, потребляемый дежурными системами субспутника, составляет 200 мА, и, в лучшем случае, при отсутствии тока подзаряда химических аккумуляторов запас их энергии должен был иссякнуть через сутки (тем более, что на момент отделения химическая батарея уже потеряла 28% первоначальной емкости, частью за счет естественного саморазряда за те 7 суток, что прошли со времени монтажа субспутника, а частью из-за низкой температуры). Именно с этим связано решение чешских специалистов начать включения основных систем субспутника, чтобы определить состояние аппарата, несмотря на ускорение разряда в этом случае химических батарей.

Субспутник МАГИОН-5 не откликнулся.

Тепловой режим.

По данным с термодатчиков МАГИОНа-5 была проведена аппроксимация поля температур на момент отделения субспутника. Она показала примерное соответствие аппроксимированных температур их ожидаемым значениям с поправкой на естественную неточность самих значений температур и числа обрабатываемых точек. Можно определенно сказать, что температуры корпуса субспутника с момента отделения росли в связи с прогревом солнечным излучением и последующим перераспределением тепла по специальным теплоносителям, а температура химической батареи после отключения нагревателя перед отделением понижалась в результате теплообмена с массивным по сравнению с самой батареей и захоложенным корпусом субспутника. Таким образом, основная работа с аккумуляторной батареей проводилась при заниженных значениях температуры, но с учетом скорости естественного убывания запаса энергии это было правильным решением.

Система энергопитания.

В результате проведенного в ИФА АН ЧР поэтапного моделирования ситуации с системой энергопитания была отвергнута более ранняя версия о нештатной работе первичного преобразователя и сделан вывод о том, что причиной нештатной работы СЭП субспутника на борту явилось короткое замыкание токонесущих проводов второго и третьего элементов солнечной панели N3 на "землю", произошедшее уже после монтажа субспутника на основном аппарате, что могло явиться следствием механического повреждения солнечной панели.

Химическая батарея.

В результате обработки полного массива телеметрических данных, полученных с борта КА МАГИОН-5, был сделан вывод о том, что падение запаса энергии химических аккумуляторов проходило в полном соответствии с их нагрузкой. Химические батареи субспутника работали штатно.

Запасной первичный преобразователь.

Запасной бортовой комплект первичного преобразователя со своими солнечными панелями работал штатно и мог бы обеспечивать до 1/3 необходимой мощности энергопитания и, таким образом, обеспечивать функционирование субспутника на орбите в составе комплекса спутник - субспутник по сокращенной научной программе в режиме чередования периодов подзаряда химических батарей и работы комплекса научной аппаратуры.

Повторная инициализация субспутника.

Поскольку существовала вероятность "оживления" системы энергопитания в результате разогрева субспутника на бестеневой орбите, чешскими специалистами была разработана программа повторной инициализации субспутника. Суть ее состояла в непрерывной подаче на борт пакета команд, отключающих все энергоемкие системы субспутника и ставящих химические аккумуляторы в режим прямого подзаряда от солнечных панелей. Работы проводились с 29 октября по 11 ноября 1996г. Пакет команд подавался на всех трех частотных диапазонах командной радиолинии (в диапазоне 149 Мгц - две частоты и 450 Мгц). Однако, несмотря на проведенную работу, сигнал с субспутника получен не был.

Причинами потери субспутника МАГИОН-5 на вторые сутки после запуска были:

- короткое замыкание в цепи одной из солнечных панелей (возможно, из-за механического повреждения после последней наземной проверки при подстыковке субспутника к узлу отделения), что привело к невозможности заряда аккумуляторов от основного комплекта первичных преобразователей;

- ошибки в действиях персонала управления, вызванные сообщением Российской стороны об отсутствии сигнала срабатывания концевых выключателей системы отделения субспутника со стороны основного аппарата и не позволившие во-время оценить обстановку и осуществить переход на питание субспутника от запасного первичного преобразователя.

Функционирование субспутника МАГИОН-5 в нештатном режиме показало, что, в принципе, у него имелись высокие возможности по переключению на дублирующие системы жизнеобеспечения и по обеспечению возможности получения с него полной информации и управления им в аварийном режиме. Однако, эти возможности не были правильно использованы.

По причине аварии системы электропитания субспутник мог бы выполнять свою роль примерно на 1/3 по энергопитанию (впоследствии в результате маневра можно было бы попробовать исправить короткое замыкание в солнечных панелях). Однако, неправильная интерпретация на первых двух витках шедшей с разных сторон информации не позволила этого сделать. Очевидно, что в будущем при подобных запусках имеет смысл совместно отрабатывать и штатное, и нештатное разделение аппаратов, особенно если они управляются из разных наземных пунктов разных стран.

В настоящее время доработана (изменена концепция) бортовой системы автодиагностики состояния служебных систем и научных приборов, позволяющая сообщать на Землю о наличии неисправности на борту КА и автоматически переключать системы микроспутника в наиболее благоприятный режим.

Научный руководитель по субспутникам от Чехии П.Триска ptr@ufa.cas.cz
Технический руководитель по субспутникам от Чехии Я.Войта jvo@ufa.cas.cz
Институт физики атмосферы, Чешская Академия Наук, Прага, Чехия.