Lithobraking, или Высота под уровнем моря

[fixik-papus.livejournal.com]

Оригинал взят у fixik_papus в Lithobraking, или Высота под уровнем моря
Оно же на dreamwidth.

Эпиграф.
- Как правильно тормозить двигателем?
- Сначала нужно тормозить бампером, затем радиатором и только после этого - двигателем.
(с) анекдот

На днях выложен официальный отчет о причинах жесткой посадки спускаемого аппарата "Скиапарелли" Европейского космического агентства на Марс.
Подобные отчеты хороши тем, что доступны публично - и дают редкую возможность заглянуть в поведение и причины отказов сложных систем автоматики.
И в большинстве случаев убедиться, из-за какой же ерунды оно не работает.

Фото отсюда. Все фото крупно по клику



Нельзя не отметить, что мягко приземлиться на Марсе (да и хотя бы просто долететь до Марса) - задача, мягко говоря, нетривиальная.
Исторически - примерно половина миссий вообще в район Марса не добралась.


инфографика отсюда

Итак, 16 октября 2016 года в 14:42:22 UTC спускаемый аппарат "Скиапарелли" (дальше - СА) вошел в марсианскую атмосферу.
Что было дальше - проще понять на картинке из вышеозначенного отчета.



Собственно, так оно все и сработало. За маленьким исключением:

Верхняя крышка вместе с парашютом отделилась намного раньше, чем нужно. А реактивный двигатель мягкой посадки был выключен через 3 секунды вместо расчетных 30. В результате "Скиапарелли" врубился в поверхность Марса на скорости примерно 150 метров в секунду.

Причины бОльшей части проваленных миссий к Марсу точно не установлены и поныне. Но в данном случае телеметрия со спускаемого аппарата была прямо в процессе спуска передана на спутник Trace Gas Orbiter - и оттуда в центр управления, что позволило произвести "разбор полетов".

Чтобы сложная цепочка событий выполнилась как нужно - СА должен знать, где он находится и далеко ли еще до земли (то бишь, до Марса).
Для этого на борту имеются инерциальная навигационная система (ИНС, суть гироскопы+акселерометры) и радарный высотомер.

ИНС рассчитана на определенный предел угловых скоростей. Если предел превышен - выдается сигнал "зашкал", данные соответственно недостоверны.
Чтобы нужный предел определить - провели некие расчеты по некой модели сверхзвукового парашюта и взяли предельный получившийся случай. На деле поведение парашюта оказалось несколько отличным от расчетного, а про неравномерное выгорание теплоизоляции вовсе забыли.
В результате ИНС первый раз ушла в "зашкал" еще при вводе парашюта. Проще говоря, СА как следует помотался на стропах, но затем стабилизировался.
Через небольшое время СА начал вращаться вокруг своей оси со скоростью, снова загнавшей ИНС в "зашкал".

Неправильно подобранные пределы измерения ИНС - это первая, но не последняя ошибка.
Когда при расследовании обратились к Jet Propulsion Laboratory - единственной в мире на сегодня конторе, умеющей сажать что-либо на Марс (и то не всегда) - ответ был прост и немного предсказуем:
"А чего вы хотели? Сверхзвуковой парашют в атмосфере Марса - штука плохо предсказуемая и на Земле толком не тестируемая, фиг смоделируешь. Посему рассчитывайте на все, что угодно, причем с запасом. Вон, у нас при посадке Opportunity та же фигня с закруткой была - и ничего, тринадцатый год по Марсу катается".

Надо было до старта спецов спрашивать, а не при разборе полетов, однако.

Кстати, мало кто знает, что обычный спускаемый на Землю аппарат корабля "Союз" при спуске так же закручивается со скоростью до 12 оборотов в минуту - и это считается штатным.

"Если предел превышен - выдается сигнал "зашкал", данные соответственно недостоверны"
Логика правильная, но вот уставка этого предела - оказалась неправильной. В результате некоторое время ИНС выдавала неправильные данные, не ставя флага переполнения.
В теории должно быть 15 мс. По факту все в эту цифру верили, но никто никогда не проверял.
(а будь там реально 15мс - при все при остальном посадка, вероятно, была бы мягкой).

Эти неправильные данные угловой скорости были успешно проинтегрированы бортовым компьютером при расчете угловых координат СА.
Результат интегрирования оказался настолько неправильным, что СА якобы "перевернут кверх ногами".
К сожалению, никому в голову не пришло подумать: а каким образом вообще аппарат, подвешенный под парашютом, может перевернуться кверх ногами и так лететь?

При дальнейшем расчете высоты (через угловые координаты = вектор направления движения и скорость) - рассчитанная высота оказалась отрицательной (косинус угла >90град отрицательный). То бишь - СА летит "где-то внутри Марса."
Никого из программистов не смутил ни сам факт отрицательной высоты летящего СА, ни мгновенное ее изменение на несколько километров.

Но не стОит считать программистов миссии "Экзомарс" совсем тупыми. Разумеется, там предусмотрена проверка: если ИНС выдает сигнал "зашкал" 5 секунд и дольше - он считается неисправным и управление передается радиовысотомеру (работавшему штатно).
Все замечательно. Но есть нюанс! Там не просто радиовысотомер, а допплеровский. Что означает: высотомер выдает не абсолютное значение высоты, а ее изменение.
Соответственно, чтобы работать по высотомеру - нужно знать "точку отсчета".
В качестве которой было взято... правильно, вышеупомянутое отрицательное значение высоты. Полученное о неисправной ИНС.
Которое теперь еще и уходило дальше "в минус" по мере реального снижения над Марсом!

Логика управления парашютом, получив информацию "СА находится под поверхностью Марса" - решила "парашют под землей не нужен" и отстрелила его нафих. И включила посадочный двигатель. (он, судя по логике, и под землей нужен).

Расчет времени отключения посадочного двигателя - это отдельный алгоритм. Выключение происходит, когда и кинетическая энергия летящего СА, и потенциальная энергия его в гравитационном поле Марса - равны нулю. Что есть совершенно корректное терминальное условие мягкой посадки.
Как его проверить? Сложили оба значения и проверили сумму на ноль.
Кинетическая энергия была посчитана правильно и была положительной. А вот потенциальная "под поверхностью Марса" оказалась настолько отрицательной, что условие отключения двигателя было выполнено еще до того, как он включился. В результате двигатель отключился так быстро, как только мог - через 3 секунды.

Отделение парашюта и отключение двигателя произошли в нескольких километрах над поверхностью Марса и на сверхзвуковой скорости.
Через несколько секунд высота СА - реально стала отрицательной!
Потому что от "торможения о поверхность" (lithobraking, ага) образовался кратер диаметром 2,4м и глубиной 0,5м.
Который нужно заслуженно назвать в честь главного программиста проекта.
(В отчете фамилии не упоминаются. А жаль! страна должна знать своих героев в лицо).


Фото со спутника Mars Recoinassance Orbiter

Кусочек выводов комиссии о непосредственных причинах аварии я позволю себе перевести дословно.
Всем коллегам рекомендуется распечатать и повесить рядом с монитором.

"Рекомендация 5:

Бортовое программное обеспечение должно содержать адекватные и достоверные проверки разумности всех входных данных и результатов расчетов.
Включая, но не ограничиваясь:
Проверка ориентации (не может быть кверх ногами под парашютом)
Проверка высоты (не может быть отрицательной)
Проверка ускорения падения (не может превышать ускорения свободного падения)
Проверка производной высоты (не может уходить в минус от 3,7км за 1 секунду)
Сравнение актуального профиля высоты и ускорения с расчетным, чтобы заранее понять недостоверность измерений.

А я бы добавил от себя к отчету еще одну рекомендацию:
Установить высотомер, который выдает абсолютное значение высоты. А не производную.

P.S. Следующий раздел отчета заставил меня криво улыбнуться.

После двух неудачных попыток мягкой посадки на Марс (первой был Бигль-2) Европейское космическое агентство сделало жест "лапки кверху", отказалось от дальнейших разработок СА... и подрядило для создания СА для своего марсохода - российское НПО им.Лавочкина. Которое тоже на сей день не добилось ни одной успешной посадки на Марс Но за европейские деньги попытаться еще разок - да пожалуйста.

Так вот, раздел 8 я бы назвал так:
Рекомендации от одной конторы, не умеющей мягкую посадку на Марс - другой конторе, не умеющей мягкую посадку на Марс: "Как надо делать мягкую посадку на Марс".

Сдается мне, что году так в 2021, а то и в 2023 - будем примерно так же разбирать официальный доклад "О причинах появления очередного российско-европейского рукотворного кратера на Марсе", ага.

Comments

[chapai67.livejournal.com]

причем здесь геи - вы бы еще украину приеплели.

объем рынка интернет рекламы европы , для всех компаний - незначителен. то есть денег оттуда нет и объемы мизерные.
Их окучивают только стратегически и чтоб красивей выглядеть перед инвесторами. 80% трафика и отдачи сосредоточено в америке на ~10 сайтах. остальное - тоже в америке на ~50 сайтах далее мелочи, хотя их и много.
Точно так же это касается почти всех продаж. до 60 миллионов в час заходят на волмарт из штатов, немного - канада. европеы китайцы (там купили аналогичные бизнесы) - так, копейки. На китайцев вся надежда, они активней пользуются интернетом в части покупать.

Я понимаю, это сложно понять, когда весь мир мелочь по сравнению.

[atelman.livejournal.com]

Простите, но связывать рынок интернет рекламы с уровнем инженеров и программистов в Европе - это слишком смело для меня. И да, это практически невозможно понять.

[chapai67.livejournal.com]

понять просто - все интернетное живет за счет рекламы, по большей части. и из этого растет програмирование оного. нет рекламы и оборота пользователей (а интеренет реклама это не только баннеры но и учет и аналитика) - нет вебного программирования и связанного с ним (а это много чего, вплоть до железа и контроллеров). Оно наиболее динамично. Сие отличный индикатор.
Софт к станкам можно и годами писать , вымучивая, и много народу не надо.

Нет значимых софто-продуктов и массового сбыта - нет рынка программирования. Как результат нет технологий и зарплат для программистов. Что и имеет место быть - там получают копейки и маются дурью. У меня в отделе несколько контракторов - европейцы, и как там у них живется, я знаю не только из наших офисов, но и прям от инсайдеров. Впрочем и внутренних отчетов хватает.

Надо заметить, что образование у всех отличное, во всяком случае у нас такие, - а работы там нет. И зарплаты в разы меньше американских денег.
Речь не об уровне отдельного человека но состоянии дел в индустрии.

[atelman.livejournal.com]

Еще раз. Вы берете рынок интернет рекламы и крайне узкий сектор веб программирования. Потому что, вероятно имеете статистику по этим областям. После чего, делаете совершенно удивительный вывод об уровне программистов Европы и об инженерных подходах. Но при этом, вы не знаете, что такое VAG, какие подходы используются к разработке используются в немецких компаниях и не в курсе о мировых лидерах рынка электроники, управляющих систем, робототехники, ресечинга.
А теперь вопрос. Насколько ваше мнение обосновано? Например, те же роботы KUKA ставят практически НА ВСЕХ автомобильных заводах МИРА, но я не уверен, что через число запросов гугла или капиталовложения в вебпрогроммирование сайта корпорации KUKA можно понять уровень их продукции.
Ровно точно так же, я не представляю, как можно рассуждать о софте для "встроенных систем" и его разработке, если не иметь даже начального инженерного образования и представления об этих системах. Написать софт управления ДВС это проще, чем наклепать front и back endы какого нить крупного портала? Или отладить управленческий софт для линии сборки какого либо конвейера это "и много народу не надо"? При этом, в этом софте может вообще не быть веб-технологий от слова совсем (разве что какой нить простенький портальчик для боссов).

Я повторюсь, для меня дико по одной, причем весьма узкой и далеко не самой крупной области программирования, делать выводы об уровне инженеров и программистов той или иной страны. Разумеется, глупо спорить о том, что в США экономика ведущая в мире, а население самое покупательное (да простят мне это слово). Но об уровне их инженеров и программистов можно и нужно судить по другим параметрам.

[chapai67.livejournal.com]

зачем знать кто такой VAG если он сделать не сумел?

что до исследований - то фарма свою сфот-разаработку держит на другой стороны залива и в сандиего. у них там митинги в неведомую рань, ибо из швейцарии звонят.
Но давайте возьмем эту куку для примеру.
> сайта корпорации KUKA можно понять уровень их продукции.
нас интересует софтвер как индустрия. уровень их продуктов покамест пофигу, тем более что они далеко не на первом мете - ни по объемам, ни по новым технологиям ни по росту и баблу.
я буду брать с округлением для простоты.
занятых всего - 12k, в роботиксе и системах где что т ософтверное делают - 10k, в европе по этим двум - 8.5k.
инженеров - процентов 20-25 от общего числа. около 2k. программированием занимается около трети.
то есть где-то 850 человек. из них не все программисты но и часть обслуги в это входит. То есть коло 5 сотен человек на всю компанию пишут софт.
Не знаю распределение между странами но какое то есть наверняка.
пусть в европе останутся три четверти значит чуть меньше 400 человек.
обычно самое вкусное осталяют себе - значить часть пишет фирмварь процентов 5, на си и ассемблере и чем то специализированном, остальные ядро и фенечки и всякие базы данных и интерфейсы - 350 человек.
Это на _всю_ европу. размер небольшого офисного здания этаж, ну два. Это ниочем.
рост найма - 7%, пусть у программистов так же, 30 человек новых взяли. Пишут что низкая текучка - значит уходит мало народу. то есть обмена публики нет. Средний возраст работника 40.7 лет.
Для справки, майкрософт, в _день_ в редмонде нанимает 100 человек.


Взять первое попавшееся - salesforce, ибо они теперь как зуб торчат - 25k народу, более половины программисты . Здание которое они себе отгрохали в центре города, стоит сопоставимо с третью market cap этой Куки. Разница в капитализации - больше порядка. Работы она дает на два порядка больше.
И это не самая софтверно крутая компания. А еще в 50 мильном радиусе - их десятки крупных и сотни мельче.

> Написать софт управления ДВС это проще, чем наклепать front и back endы какого нить крупного портала?
возможно что легче. По крайней мере нужно много меньше инженеров программистов (разница на порядки), много проще организация труда, и они намного дешевле. обслуги тоже нужно меньше.

Опять таки крупных порталов что всерьез - раз два и обчелся, а двигателей сколько угодно и кто то к ним писал этот софт. Когда то давно в советском нии - этим занималось по контракту с заводом человека три (как то оно тогда спефицически называлось не контракт, забыл то слово).

>Или отладить управленческий софт для линии сборки какого либо конвейера это "и много народу не надо"?
не знаю, думаю не так много людей - десятки.

>При этом, в этом софте может вообще не быть веб-технологий от слова совсем (разве что какой нить простенький портальчик для боссов).

я понял - вы когда думаете о веб технологиях - подразумеваете что то вроде html/php и студента.

Я разумеется смотрел шире - от специализированных серверов и высоконагруженных баз (часто разработанных с нуля специально для этого), до букета языков программирования включая разработку новых по необходимости - что языков что фреймворков, и скажем анализа работы процов, для оптимизации софта, нетворка и просто системы для реалтаймового ответа по большим, многотерабатным базам) и прочий дайтамайнинг.
И это все довольно раскидистые системы из софта и железа и нетворка плюс обеспечение кастомеров - а это тоже софт только другой.

Сам по себе веб сайт как фронтэнд- хня которая требует сотен людей для программирования тестирования и аналитики, плюс обслуга в виде саппорта.


> Но об уровне их инженеров и программистов можно и нужно судить по другим параметрам.
так я об этом и толкую.
по продуктам.
софтверных продуктов в европе нет. По марсу не ползают.
электронных - ну мы видели как на глазах появились смартфоны - и через какой срок нокия пошла в утиль как и все именитые европейские производители годами клепавшие навоз.
которая нокия, разрабатывала свою операционку для телефонов - годами и ничего не разработала. а ее съели только привстав.

[atelman.livejournal.com]

Давайте отделять мух от котлет в этом вашем потоке сознания.
Для начала, программирование под СУБД и прочие фреймворки - это далеко не веб программирование. Приставка web говорит о том. что эти системы и технологии должны применяться исключительно для web, тогда как те же СУБД и фреймворки могут и чаще всего применяются для совсем других задач.
Второе. Экономика, по которой вы так упорно пытаетесь мерить уровень инженеров и программистов. То, что сейчас надувают кучу мелких и крупных софт-пузырей - очевидно. И да, иногда какая то софтверная компания, которая не приносит никакой пользы кроме написания какого то софта, может по капитализации превышать инженерную компанию. Программист может иметь ЗП существенно выше, чем инженер. На данном витке развития человечества. Но это происходит только потому что людям в массе своей интересней смотреть на свистелки-перделки, чем на полет на Марс. И масс-маркет диктует, что полудурок может зарабатывать больше денег, чем профессионал, но в другой области. Потому что миллиарды мух не могут ошибаться и те, кто делает говно - восстребованы. Именно по этому, делать вывод об уровне профессионализма по данному параметру ну совсем тупо. Это серьезный изъян капиталистической экономической модели, о которой уже много кто говорил и этот изъян постоянно мешает развитию (правда, должен оговориться, что более эффективной модели нами пока не придумано, вернее не осознано). Таким образом, делать выводы об уровне по кол-ву работников и уж тем более по вложениям в интернет рекламу - ну совсем неправильно.
И кстати, тот же самый Элон Маск, вернее компания Тесла, не смогла с нуля построить завод по производству автомобилей. Более того, не смогла даже в столь продвинутой, по вашей версии, Америке, разыскать специалистов для того, чтобы этот завод построить, оснастить и запустить. И пришлось обращаться в VAG, этот тот "который не смог".

Американский подход "если ты такой умный, то почему такой бедный", когда все измеряется баблом, уже далеко не первый десяток раз играет с теми же американцами весьма жесткие шутки. Великая Депрессия, ДотКом пузыри, РаилЭстейт кризис 2008 - только самые знаменитые из них. Тогда как японский и немецкий подходы несколько иные, они основаны на более существенных вещах: технологиях и знаниях. Именно по этому, в США периодически лопаются очередные компании, а новые стартапы часто обращаются за помощью к немецким или японским технологиям. Разные философии, разные подходы.

[chapai67.livejournal.com]

> На данном витке развития человечества. Но это происходит только потому что людям в массе своей интересней смотреть на свистелки-перделки, чем на полет на Марс

я так понимаю - это ключевая посылка. Все должны дрочить на марс и лебединое озеро а иначе изъян мешающий развитию, как вы элегантно выразились. Что жизнь за окном демонстрирует иное - нельзя позволять проклятым фактам себя обманывать. :-)

И еще капиталисты платят полудуркам деньги - аки сеятели, забывая истинных профессионалов. По глупости, им присущей. Отчего то у глупых капиталистов что то ползает по марсу, лучшие машины и все прочее - тоже не должно смущать, ибо случайность.:-)))

и " те, кто делает говно - восстребованы.". Крепкая пятерка по научному коммунизму.

> Тогда как японский и немецкий подходы несколько иные, они основаны на более существенных вещах: технологиях и знаниях.
а вот тут незачет по истории.

Что до вебной - применения базам данных кроме как для около-вебных дел, попросту нет. Объемы и вложенные средства несравнимы. Средняя интернет-рекламная компания оперирует объемами, на порядки превышающих все остальные. Веб сайт (если целокупно а не только фронтэнд) гугла или майкрософта - наверно самое сложное и большое программное обеспечение на планете. Размер имеет значение.
И это дает старт и возможность развиваться всем остальным, кто подле этого.

Что до завода - завод он помог оснастить, а автопилота не потянул. Точно так же как японцы не родили смартфон и немцы не родили бытового компьютера и фейсбука.

>Экономика, по которой вы так упорно пытаетесь мерить уровень инженеров и программистов.
а чем их еще мерять?в жюльвернах?

> компания Тесла, не смогла с нуля построить завод по производству автомобилей.
вообще то она именно так и сделала, скупив старые цеха и с нуля спроектировав и построив завод и автомобиль, так же как и экосистему.
Не зря все такие компании, скажем ракетные - это руководители интернет компаний а не из кокаколы или там, кэнона.

То есть с нуля ракеты построили, смартфоны, бегающих роботов - а мехническая рука занимающаяся сваркой и штамповкой им бы не далась. Ну никак.
И построить заводы даже форду не удавалось - видать, к немцам и японцам ходил.

Сколько десятков лет хонда клепала своего робота который все приседал? Бостон дайнемикс по бырому сделал такого ,что бегает и прыгает, а не просто приседает. Гуголь - автопилота. И вместо японской игрушки - завтра у нас почту будут развозить эти автопилотные роботы и класть в почтовый ящик, подтаскивая посылки к дверям.
Кто мешал это сделать японцам и немцам? Ан, не смогли.

Вам все еще не понятно почему?

ну да ладно.
я вам показал на пальцах, что ваша знаменитая компания нанимает от силы 30 человек к год новых. по всей европе. При этом средний возраст почти полтинник, работников. Это ни о чем не говорит? Даже если я ошибся раза в два в подсчетах, мало что меняет.

>И да, иногда какая то софтверная компания, которая не приносит никакой пользы кроме написания какого то софта, может по капитализации превышать инженерную компанию.
внезапно. отчего так? #фсетупые #никакойпользы

> делать вывод об уровне профессионализма по данному параметру ну совсем тупо.
вывод был о наличии индустрии а не профессионализме. есть индустрия и спрос с предложением - есть профессионалы. нет - нет.

> и этот изъян постоянно мешает развитию
кому мешает кому помогает. Это не изъян - а движитель прогресса. его суть.

>Таким образом, делать выводы об уровне по кол-ву работников и уж тем более по вложениям в интернет рекламу - ну совсем неправильно.
предложите другую методу выводов.

> Великая Депрессия, ДотКом пузыри, РаилЭстейт кризис 2008 - только самые знаменитые из них.
это не жестокие шутки - это естественный результат быстрого прогресса, динамического, и когда никто точно не знает "как надо" . Другие были, однако все померли, проиграв.

>Разные философии, разные подходы.
если вы читали ревью по развитию той же немецкой робототехники - она идет вниз. со всей своей философией.
И да, печальное следствие японского подхода, - Тошиба продала свой полупроводниковый бизнес.
Теперь хрен у нас будут низкошумящие транзисторы звукового диапазона.

[lau-de.livejournal.com]

офисный стул на котором вы сидите и корпус компьютера и кофейной машины и много других вещей сделаны станками которые управляются промышленным стандартом придуманными и внедрённым Siemens; когда этот стандарт поменяется на от какой-нибудь General Electric тогда и поговорим об отсталости европейских программистов

[chapai67.livejournal.com]

ну, а базируется это все на цифрах и приемах придуманнах арабскими математиками..
вот когда сименс придумает свою математику - тогда и поговорим.

вообще фраза "управляется стандартом" бессмысленна.

Хотя и я в целом понял, что именно вы попытались сказать. Ну вот их хватило только на это. и более ничего.

[lau-de.livejournal.com]

вы даже тут умудрились перёдернуть и с темы съехать, что уж про ваши потоки сознания говорить...

[chapai67.livejournal.com]

а по существу?