Einblick in den IMU-Fehler von EDM Schiaparelli und die anschließende gescheiterte Landung

Anscheinend bewegte sich der Lander zu viel. Schütteln, unter dem Fallschirm schaukeln oder so. Die IMU hat ihren Messbereich verlassen und für 1 Sekunde falsche Werte gemeldet.

Die falschen Werte führten dazu, dass das Leitsystem eine negative Höhe berechnete, was zu dem Schluss führte, dass Schiaparelli gelandet war, als es tatsächlich noch mehr als 3 km hoch war.

Aus der ESA-Untersuchung :

Als Schiaparelli unter seinem Fallschirm abstieg, funktionierte sein Radar-Doppler-Höhenmesser korrekt und die Messungen wurden in das Leit-, Navigations- und Kontrollsystem aufgenommen. Kurz nach dem Einsatz des Fallschirms war jedoch eine Sättigung – maximale Messung – der Inertial Measurement Unit (IMU) aufgetreten. Die IMU misst die Drehraten des Fahrzeugs. Seine Ausgabe war im Allgemeinen wie vorhergesagt, mit Ausnahme dieses Ereignisses, das etwa eine Sekunde andauerte – länger als erwartet.

Beim Zusammenführen mit dem Navigationssystem erzeugten die fehlerhaften Informationen eine geschätzte Höhe, die negativ war – also unter der Erdoberfläche. Dies wiederum löste sukzessive ein vorzeitiges Auslösen des Fallschirms und der Endhülle, ein kurzes Zünden der Bremsstrahlruder und schließlich die Aktivierung der Bodensysteme aus, als ob Schiaparelli bereits gelandet wäre. In Wirklichkeit befand sich das Fahrzeug noch in einer Höhe von rund 3,7 km.

BEARBEITEN:

Der Abschlussbericht ist erschienen :

DIE UMSTÄNDE DER ANOMALIE

Die Abfolge (Zeitachse) der Ereignisse ist unten in Bezug auf die UTC-Zeit angegeben.

a) Trennung von TGO am 16.10.2016 um 14:42:00.

b) Erwachen aus dem Winterschlaf am 19.10.2016 um 13:29:48.

c) Eintritt in die Marsatmosphäre (EIP), festgestellt um 14:42:22 durch Beschleunigungsmesser.

d) Zwischen EIP und dem Auslösen der Fallschirmauslösung wurde eine unerwartete Entwicklung in der Spinrate des EDM festgestellt.

e) Um 14:45:23 wurde der Fallschirmeinsatz ausgelöst (Auslöser ist die g-Stufe). - Die aus der Telemetrie abgeleiteten dynamischen Bedingungen zum Zeitpunkt des Fallschirmeinsatzes zeigten einen geschätzten Gesamtanstellwinkel (AOA) von etwa 6,5 ​​Grad und eine seitliche Winkelgeschwindigkeit < 3 Grad/s

f) Die Einsatzzeit des Fallschirms (Zeit vom Mörserfeuer bis zum Spitzenlastfaktor) betrug ca. 1 Sekunde (in Übereinstimmung mit den Vorhersagen).
- Der Fallschirm wurde ausgelöst, und das Aufblasen des Fallschirms löste einige Schwingungen von Schiaparelli mit einer Frequenz von ungefähr 2,5 Hz aus.
- Ungefähr 0,2 Sekunden nach der Spitzenlast des Aufblasens des Fallschirms hat die IMU eine Nickwinkelgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit um die Z-EDM-Achse) gemessen, die größer als erwartet war.
- Die IMU hat eine Sättigungsflagge gesetzt.
- Während des Zeitraums, in dem das IMU-Sättigungs-Flag gesetzt war, integrierte die GNC-Software eine Winkelgeschwindigkeit, von der angenommen wurde, dass sie gleich der Sättigungsschwellengeschwindigkeit ist. Die Integration dieser konstanten Winkelgeschwindigkeit, während der das EDM in Wirklichkeit oszillierte, führte zu einem Fehler in der GNC-geschätzten Lage des EDM von etwa 165 Grad. Dies würde einem EDM entsprechen, der fast auf den Kopf gestellt ist, wobei die vordere Schildseite quasi zum Zenit zeigt.
- Nach dem Aufblasen des Fallschirms war die Schwingungsbewegung von Schiaparelli unter seinem Fallschirm größtenteils gedämpft und Schiaparelli sank mit einer nominellen Sinkgeschwindigkeit mit sehr kleinen Schwingungen (< 3 Grad) um die Nick- und Gierachse.
- Nach dem Aufblasen des Fallschirms änderte sich die Winkelbeschleunigung um die Drehachse erneut

g) Das Frontschild wurde wie geplant 40 Sekunden nach dem Fallschirmeinsatz (zeitgesteuerter Befehl) um 14:46:03 abgeworfen

h) Der RDA wurde um 14:46:19 (15 s nach der Bestätigung der Frontschildtrennung) eingeschaltet und lieferte kohärente Neigungsbereiche ohne Anzeichen von Anomalien;
- Sobald der RDA eingeschaltet ist, werden im RIL-Modus „Konsistenzprüfungen“ zwischen IMU- und RDA-Messungen durchgeführt. Die überprüften Parameter sind: Delta-Geschwindigkeit und Delta-Höhe. Die Höhe wird unter Verwendung der geschätzten GNC-Lage erhalten, um die RDA-Neigungsbereiche auf die Vertikale zu projizieren.
- Aufgrund des Fehlers in der geschätzten Lage, der beim Aufblasen des Fallschirms auftrat, projizierte die GNC-Software die RDA-Entfernungsmessungen mit einem fehlerhaften Winkel außerhalb der Vertikalen und leitete eine negative Höhe ab (Kosinus von Winkeln > 90 Grad sind negativ). Die Plausibilität dieser Höhenberechnung wurde an Bord nicht überprüft

i) Folglich ist die „Konsistenzprüfung“ länger als 5 Sekunden fehlgeschlagen. Danach wurde der RDA sowieso in die Schleife gezwungen, basierend auf der Logik, dass eine Landung ohne den RDA unmöglich war. Die Korrektheit des anderen Beitragenden zur Höhenschätzung, also der Lageschätzung, wurde nicht in Frage gestellt. Der RDA wurde in die Schleife gebracht (Ereignis, das um 14:46:46 Uhr durch das RIL-Timeout-Flag signalisiert wurde).
- Der eingegebene GNC-Modus war TERMINAL DESCENT, bei dem die Höhe überprüft wird, um die Back-Shell und den Fallschirm freizugeben, wenn die Höhe unter einer an Bord berechneten Grenze liegt. EXOMARS 2016 – Schiaparelli-Anomalie-Untersuchungsreferenz: DG-I/2017/546/TTN Datum 18.05.2017 Ausgabe 1 Rev 0 Seite 13 – Aufgrund der falschen Lageschätzung, die zu einer geschätzten negativen Höhe führte, validierte die GNC-Software die Bedingungen für Trennen der Rückenschale und des Fallschirms

j) Trennung der hinteren Hülle um 14:46:49.

k) Einschalten des Reaction Control System (RCS). - Der erste RCS-Triebwerksbetrieb war um 14:46:51 Uhr (kein Ausweichmanöver für die Außenhülle)

l) Abschaltung des RCS 3 Sekunden später um 14:46:54.
- Das Kriterium für die RCS-Abschaltung basierte auf der Schätzung der EDM-Energie (als Kombination aus Höhe und Vertikalgeschwindigkeit), die niedriger als ein voreingestellter Schwellenwert war. Da die Schätzung der Höhe negativ und sehr groß war, die negative potenzielle Energie viel höher war als die positive kinetische Energie (Quadrat der Geschwindigkeit) und dieses Kriterium sofort erfüllt war, wurde das RCS befohlen, sobald es die Modulationslogik des Triebwerks zuließ . Dies geschah nur 3 Sekunden nach dem RCS-Einschaltbefehl, als sich die Kapsel in einer Höhe von etwa 3,7 km befand, was zu einem freien Fall von Schiaparelli und etwa 34 Sekunden später zum Aufprall auf der Marsoberfläche führte. m) Die Landung erfolgte um 14:47:28 Uhr entsprechend dem Absturz der Oberflächenplattform auf der Marsoberfläche mit einer geschätzten Geschwindigkeit von ≈150 m/s.