Informe final del accidente de la sonda marciana Schiaparelli

El 19 de octubre de 2016 la sonda europea Schiaparelli se estrellaba contra la superficie de Marte dejando un bonito cráter en Meridiani Planum. Terminaba así el primer intento de la agencia espacial europea (ESA) para aterrizar suavemente en la superficie de Marte (la sonda Beagle 2 que llevaba Mars Express no fue un proyecto de la ESA). Tras una investigación preliminar en la que distintos subcontratistas se echaron la culpa unos a otros de forma un tanto bochornosa, se decidió que la causa fue un fallo en las unidad de medida inercial (IMU), de fabricación estadounidense. En concreto se dijo que la IMU (un giroscopio, hablando mal y pronto) había sufrido una saturación momentánea durante el despliegue del paracaídas, lo que provocó que el ordenador de a bordo pensase que la posición de la nave no era la prevista. Ahora, siete meses después ha aparecido el informe final de la ‘anomalía Schiaparelli’, como la denomina la ESA. ¿Y cuáles son las conclusiones?

ESA Exomars 2016
ESA ExoMars 2016 (ESA).

Pues, efectivamente, al final resulta que el culpable directo del incidente escacharreli fue la IMU, aunque, como siempre ocurre en estos casos, el asunto es un poco más complicado. Veamos la secuencia de los hechos. Schiaparelli despertó de la hibernación a las 13:29:48 UTC del 19 de octubre mientras se dirigía hacía el planeta rojo tras separarse del orbitador ExoMars 2016 TGO. Los acelerómetros detectaron la entrada en la atmósfera marciana a las 14:22:22 y pocos minutos después se comprobó que la sonda estaba girando de forma inesperada.

A las 14:45:23 se desplegó el paracaídas cuando la aceleración experimentada por la sonda llegó a cierto nivel preprogramado. En ese momento la cápsula estaba girando a una velocidad angular de 3 grados por segundo. El paracaídas, con un diámetro de 12 metros, se abrió a unos 11 kilómetros de altura y cuando Schiaparelli viajaba a 1700 km/h. El despliegue del paracaídas se produjo en menos de un segundo, pero generó varias oscilaciones en el vehículo con una frecuencia de 2,5 herzios. Unos 0,2 segundos después del inicio del despliegue la IMU detectó una velocidad angular de cabeceo superior a la prevista en las simulaciones. Como consecuencia la IMU se saturó y dejó de proporcionar datos útiles. El software de guiado y navegación (GNC) supuso durante este periodo de saturación que la velocidad angular de la sonda era la última detectada por la IMU, pero en realidad Schiaparelli estaba oscilando fuertemente y durante una fracción de segundo el software creyó que la nave estaba cabeza abajo (160º). Finalmente el paracaídas se infló y terminaron las oscilaciones bruscas.

Elementos del EDM Schiaparelli (ESA).
Elementos del EDM Schiaparelli (ESA).
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Los restos de Schiaparelli en la superficie de Marte vistos por la cámara HiRISE de la sonda MRO (ESA).

La sonda continuó su descenso y liberó el escudo térmico frontal 40 segundos después del despliegue del paracaídas. A las 14:46:19, quince segundos después de la separación del escudo térmico, se conectó el radar altímetro Doppler, elemento clave para determinar la altura y velocidad precisas de la nave. Sin embargo el sistema de navegación y guiado usó la estimación errónea de orientación de la sonda generada durante la saturación de la IMU para proyectar los datos del radar. Debido a esta discrepancia entre los datos reales del radar y la orientación —incorrecta— de la sonda calculada por el GNC el ordenador de la sonda pensó que estaba bajo la superficie (como lo oyen). Al mantenerse esta inconsistencia en los datos durante cinco segundos sin que el ordenador cuestionase en ningún momento los datos erróneos de la orientación de la sonda, el sistema GNC ordenó la separación del paracaídas y el escudo trasero a las 14:46:49. Justo dos segundos más tarde entraron en acción los nueve propulsores de hidracina que debían frenar el descenso final de la sonda hasta la superficie.

Pero, puesto que el ordenador pensaba que la sonda estaba bajo la superficie, los propulsores se apagaron solamente tres segundos después de encenderse, cuando Schiaparelli todavía estaba a 3,7 kilómetros de altura. En la débil gravedad marciana la sonda tardó 34 segundos en caer a plomo hasta la superficie y resultó destruida a las 14:47:28 UTC cuando impactó contra el suelo a 540 km/h. Fin de la historia.

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Fases en el descenso de Schiaparelli y los diversos sistemas involucrados. En naranja los algoritmos del sistema GNC que se usaban para ejecutar secuencias determinadas. En azul las funciones del GNC y en rojo las fases del descenso de Schiaparelli (ESA).
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Elementos de la sonda EDM Schiaparelli (ESA).

En su momento se discutió que el paracaídas italiano pudo ser el causante de las oscilaciones que dejaron fuera de juego a la IMU y que, por tanto, fue este elemento el culpable del accidente. Pues no. La investigación exonera al paracaídas de cualquier culpa y declara que las oscilaciones experimentadas no fueron causadas por ningún problema con este sistema. De hecho, las simulaciones efectuadas por el JPL de la NASA mostraron que en un elevado número de casos la velocidad angular durante la entrada atmosférica podía superar los valores de saturación de la IMU. Del mismo modo, los experimentos de paracaídas en túneles de viento demostraron que el anómalo comportamiento del paracaídas de Schiaparelli entra dentro del rango de lo esperado en la atmósfera de Marte.

Modelo del paracaídas de Schiaparelli en 2015 durante las pruebas en el Ames Research Center de la NASA (ESA).
Modelo del paracaídas de Schiaparelli en 2015 durante las pruebas en el Ames Research Center de la NASA (ESA).

Entonces, ¿qué causó las violentas oscilaciones del paracaídas que dieron lugar a la saturación de la IMU? No se sabe, pero la investigación indica que pudo ser debido a la presencia de fuertes vientos en la atmósfera marciana, a un inflado asimétrico o a un comportamiento imprevisto de las bridas del paracaídas. Por otro lado, Schiaparelli también experimentó una velocidad de giro excepcional entre la entrada atmosférica y el despliegue del paracaídas (hasta 18 grados por segundo). ¿Pudo ser esta la causa del desastre? La investigación nos dice categóricamente que no y que estas velocidades de giro inesperadas ya se habían visto previamente en otras misiones, como es el caso de Opportunity. Es posible que una distribución no uniforme del material del escudo de ablación fuera la causante de esta excesiva velocidad de giro.

Por lo tanto, concluye el informe, Schiaparelli se estrelló porque no se modeló adecuadamente el despliegue del paracaídas. De haberlo hecho las oscilaciones que causaron la saturación de la IMU y la posterior cadena de sucesos que culminaron en el impacto del vehículo a 540 km/h no habrían tenido lugar. En todo caso, la investigación destaca que si la IMU no hubiera permanecido bloqueada tanto tiempo o si el GNC hubiese tratado los datos de la IMU de otra manera el accidente tampoco se habría producido, pero hay que destacar que los contratistas se ciñeron a los parámetros —erróneos— suministrados por la ESA u otros contratistas. Por ejemplo, se suponía que el tiempo que la IMU podía estar bloqueada era de tan solo 15 milisegundos, cuando en realidad fue de más de 5 segundos. La investigación afirma que si el tiempo de bloqueo de la IMU hubiese sido el previsto Schiaparelli habría aterrizado sin problemas.

Y de esta forma concluye la investigación, echando casi toda la culpa a un componente de fabricación estadounidense, lo que permite en cierto modo que la ESA se lave las manos en el asunto. Otra cosa distinta es la interpretación de los hechos, que es más subjetiva. Evidentemente Schiaparelli no se estrelló porque la IMU norteamericana fuese mejor o peor, sino por un modelado incorrecto del despliegue de paracaídas y una falta de comunicación entre los gestores del proyecto y los contratistas.

¿Cómo es posible que nadie comprobase que el tiempo de bloqueo de la IMU era en realidad muy superior a esos 15 milisegundos usados como referencia?¿Cómo es posible que nadie se preguntase qué pasaría si la IMU se saturaba justo durante el despliegue del paracaídas, precisamente la fase de la misión en la que la sonda era más susceptible a sufrir oscilaciones bruscas?¿Cómo es posible que el sistema GNC fuese programado para aceptar unos datos de la IMU claramente erróneos a pesar de que el radar Doppler indicaba otra cosa completamente distinta (resulta físicamente imposible que la sonda esté bajo tierra y al mismo tiempo reciba ecos de radar de la superficie, pero el sistema GNC no fue programado para darse cuenta de esta contradicción)?¿Cómo es posible que se pusiese como velocidad angular límite del sistema unos 150 grados por segundo si había otras simulaciones que demostraban que esta velocidad angular podía superarse fácilmente?

Resumiendo, Schiaparelli no se estrelló por culpa de una IMU deficiente, sino por culpa de un presupuesto insuficiente. La cadena de errores de Schiaparelli recuerda a los fallos que se saldaron con la pérdida de la sonda británica Beagle 2 o de la Mars Polar Lander de la NASA. En ambos casos las naves fueron víctimas de un programa de pruebas muy limitado como resultado de disponer de muy poco dinero para desarrollar el proyecto con las mínimas condiciones de seguridad.

Módulo de descenso de ExoMars 2020, fabricado en colaboración con Rusia (ESA).
Módulo de descenso de ExoMars 2020, fabricado en colaboración con Rusia (ESA).

Por supuesto, el informe deja claro, por si acaso alguien tuviera alguna duda, que la misión Schiaparelli fue casi un completo éxito a pesar de su litofrenado involuntario y que nada de esto va a ocurrir con el módulo de descenso de la misión ExoMars 2020, desarrollada conjuntamente con Rusia (recordemos que esta misión debe depositar en la superficie un rover para buscar biomarcadores en el subsuelo marciano). El radar Doppler, el sistema GNC y los modelos atmosféricos y dinámicos de ExoMars 2020 estarán basados en los de Schiaparelli, pero la IMU será diferente, al igual que los paracaídas (aunque el fabricante es el mismo). Confiemos en que hayan aprendido la lección.

Referencias:

  • http://www.esa.int/esl/ESA_in_your_country/Spain/Finalizada_la_investigacion_sobre_el_aterrizaje_de_Schiaparelli
  • http://exploration.esa.int/mars/59176-exomars-2016-schiaparelli-anomaly-inquiry/


63 Comentarios

    1. ….Ni tampoco : Fueron los «cuernos de la vaca», que se enredaron…!!!, he ahí el problema…!!!

      Señores de la ESA, les dejo esta frase que observo les cabe entera:
      ….» La culpa es MÍA , y se la hecho a quien me da la gana »

      ….no hay Capitán mas pésimo que el que le hecha la culpa a un marinero….

      Saludos…!!!

      1. Por favor, no maltraten el idioma «No hay peor capitán», no «no hay capitán más pésimo», vamos que por algo se supone que somos gente educada.

    2. El Meridiani no es más Planum porque ahora tiene un negro chichonun.
      Para mi que Estamparelli no es europeo. Es japones y en el fondo tenía una vocación suicida que no fué lo suficientemente bien evaluada por el departamento de Psicología Aplicada a Maquinas y otros Vegetales. Lo importante es que la humanidad ha dejado su huella particular e inimitable en el planeta Marte. Cuando los extraterrestres llegue allí van a decir: esto solo lo pudieron hacer los terrícolas.

  1. Cualquiera que trabaje en un proyecto medianamente grande se da cuenta de que algo así es perfectamente posible. Seguro que alguien en algún punto se dio cuenta de que esto podría pasar pero no estaba en posición de forzar a los demás a revisar el caso, todo el mundo cumplió, cada uno a su casa y una sonda que se estrella 🙂 Sin un liderazgo fuerte en un proyecto no se puede esperar más.

    1. Inclusive en un proyecto chico hay problemas de comunicación. Yo no consigo encontrarme a tiempo con mi mujer para llegar antes que comience la película.

  2. Gracias Daniel por esta entrada. Hay que agradecer a la gente que: no da rápido una noticia puntual para que hayan muchos clicks y ahí se queda todo, sino a los que siguen las noticias hasta el final.
    Desde hace muchos meses yo ya sabía al 99% los resultados de este informe.
    En contra de la tesis de Daniel, no creo que la clave de todo este asunto esté en una infrafinanciación; sino en la falta de un departamento central que revise todas las subcontratas.
    El aterrizaje ExoMars2020 será distinto porque para empezar habrán dos paracaídas en vez de uno sólo. Pero aún así habrá que ver qué pasa: si hubiera otro fallo de coordinación, los europeos deberíamos pedir seriamente que la ESA fuese desmantelando su programa espacial.

      1. Cada uno tiene su opinión. Para mí, el enorme presupuesto de la ESA sólo se justifica: por los satélites que desarrollan la capacidad industrial europea y por las sondas de exploración del sistema solar (los miles de millones gastados en monitorizar la Tierra es, en mi opinión, algo absolutamente prescindible). Si falla ExoMars, hay que ir pensando en cerrar el grifo: esta generación de la ESA tuvo su oportunidad y falló. Hay muchísimos otros retos europeos de la ciencia y la tecnología que necesitarán un presupuesto extra (Iter, HBP, etc). Y los contribuyentes europeos no pueden pagar (la astronáutica) y pagar (estos retos) y pagar (el estado de bienestar) y pagar (las corruptelas del cambio climático) y pagar (la ideacas eco-progres) y pagar y pagar y pagar … pero lo dicho, cada uno tiene su opinión. Y yo sé lo que voy a defender en estos años en cualquier foro.

        1. Mira el otro día en la «contra» de La Vanguardia entrevistaron a Luca Parmittano, y aunque es parte interesada en la exploración espacial dijo algo, que seguro que tu ya sabes; que por cada euro invertido en el espacio se recuperan o retornan 8. Yo creo que la industria espacial sigue siendo necesaria y vital…otra cosa es que digan:
          «Habia tres ingenieros trabajando en la sonda schiaparelli, Yo, el Otro y Nadie. Tras el incidente escacharreli hemos investigado de quien es la culpa y la conclusión es la siguiente: Yo vi que algo no iba bien, el Otro pensó que el siguiente ingeniero se daría cuenta y Nadie fue el culpable.» porque

        2. Lo que si hacen los contribuyentes europeos una y otra vez, incansable y sacrificadamente, sin discutir y con sumisa obediencia, es pagar y pagar y pagar y pagar toda la plata que quieran y cuando quieran los bancos. No son empresas de servicios; son dioses y todos se sacrifican por ellos. Y Cristo no había traido la noticia de que no existirían más sacrificios humanos?. Quien cree en esa pavada?

          1. Será porque el nivel de vida en Europa está varios órdenes de magnitud por encima del resto del mundo (USA incluida), y lo digo con conocimiento de causa.

        3. Totalmente en desacuerdo.

          Si desmantelas la ESA mucho conocimiento se perderá, y es un conocimiento estratégico para el futuro. Europa no se puede permitir renunciar al espacio.

          Es curioso que digas que los satélites empleados en monitorizar la Tierra son prescindibles cuando precisamente son los más importantes a nivel práctico!!!

          El hecho de que la exploración espacial vaya tan lenta es precisamente porque es prescindible a corto plazo, pero es inevitable a largo.

          Como dices cada uno tiene su opinión, ejemplo: para mi ITER no tiene ningún futuro y veo mucho más justificable cerrar ITER que la ESA.

  3. Esto me recuerda a un chiste militar. Hacen un examen para ascenso un soldado y le ponen una pregunta:

    Gramática. Corregir el error en la siguiente frase frase:

    Yo fue el culpable

    Y el soldado pone:

    Yo NO fue el culpable

    Y se lo dieron por bueno.

  4. Para mi el fallo es el origen de una programación chapucera, esto no debería haber sucedido, y si, se corregirá, pero quizás cuando llegue el rover en 2020 haya otro fallo esperándoles que no pudieron ver por que su demostrador tecnológico fue una chapuza.

    Yo me replantearía seriamente darles 1000 o 2000 millones a esta gente.

  5. Lo mejor es que se busca un cabeza de turco al que cargar con las culpas. A ser posible ajeno a la ESA y todos contentos. ¿Que el paracaidas no se sepa porque fallo, pues es lo de menos? … ¿en 2020 a obtener un éxito mayor de cuantos metros sera el crater?

    1. Qué no has entendido la noticia vamos.

      La culpa es del IMU y de la programación alrededor de la misma que no tuvo en cuenta sus características reales.

  6. «En ambos casos las naves fueron víctimas de un programa de pruebas muy limitado como resultado de disponer de muy poco dinero para desarrollar el proyecto con las mínimas condiciones de seguridad.»

    Y digo yo, ¿hace falta mucho más dinero para hacer simulaciones más extremas para poder comprobar hasta donde podrían llegar los diferentes escenarios por muy extremos que fuesen estos?

    Porque parece que aunque estuviese todo «bien construido», no sabían que en determinadas circunstancias podría salir mal casi todo.

    1. Tampoco hay que gastarse más dinero en simulaciones caras y extrañas. Solamente con poner en el código unos flags condicionales para eliminar cualquier alimentación que esté fuera de los valores físicos razonables basta. Que un valor de «altura negativa» haya podido pasar por todo el código y activado una orden vital es inaceptable.

      1. A eso me refiero, que no es necesario gastarse mucho más, tan solo saber simular condiciones extremas, e ir intentando controlar esas situaciones. Y parece que solo se limitaron a opciones creibles, nada fuera de lo común.

        1. Es que me he leído dos veces el artículo, que no cambia mucho de los primeros informes que nos pasó Daniel, y no puedo creer que no se contemplasen esos posibles fallos y discrepancias de medidas. Porque lo de la altura negativa no tiene nombre.

  7. Por suerte para Exomars la ESA disponía de un tiro de prueba, que ha servido para demostrar que la tecnología no estaba a punto. Bienvenido sea este lamentable fracaso si significa que Exomars tendrá muchas más posibilidades de aterrizar sana y salva!

  8. Me sorprende la dureza de las críticas a la ESA en los comentarios por este tema que incluso sugieren su desmantelamiento. Es un terrible fallo, sí, pero es que esto es complicado. Muy complicado. Y encima las delegaciones recortando presupuesto. Rápido hemos olvidado el descenso de Huygens o el rendezvous de Rosetta con Churi. La ESA tiene muchas ineficiencias, muchas, y debe seguir mejorando, en cantidad de temas, pero no es ni mucho menos un desastre.

  9. .. y si Exomars 2020 fracasa ¿a quien le van a echar la culpa?,
    la misión de 2020 ya no sera un demostrador,
    aunque entonces no faltara el que salga a decir que la “misión fue un éxito” porque no falta que digan “es que de los fracasos se aprende”.

    1. A Rusia, obviamente 😐
      Aunque el todoterreno, que es lo más complejo, es responsabilidad de la ESA, Rusia la lanza y la hace aterrizar. Y se trata de las dos partes más arriesgadas.
      Saludos

    2. La culpa no se le echa a nadie.
      La culpa es de quien es. El artículo lo deja bien claro.

      Hay un informe y os lo pasáis por el forro. No me esperaba tanto cuñao en este blog.

  10. Gracias Daniel por esta entrada, mucho más seria y mejor explicada que lo que leí en los últimos días.

    En resumidas cuentas, 2 grandes errores:

    1ro: los programadores asumieron que todo iría bien y no previnieron que todo iría mal.

    2do: La integración de sistemas falló miserablemente (densela a Boeing, sale carísimo, pero funciona).

    Por otro lado si ya desde el principio del ingreso a la atmósfera presentaba giros, habría que reveer toda la aerodinámica del tipo de sondas (por más q han funcionado antes, capaz q solo por suerte) un poquito de viento en la capas altas y se les da vuelta el trasto.

  11. Creo que no soy el único que prefiere los 4500 +- 1000 millones de euros que se le da a la ESA en otros proyectos como el ITER.
    Cuando alguien no es bueno en algo debe dejarlo y ya, y la ESA… O eres una agencia espacial bien consolidada con un buen presupuesto o no lo eres, porque ser una agencia espacial a medias no sirve, y aquí se demuestra.
    Europa tiene otras áreas en ciencia y tecnología donde son buenos y deberían priorizar esta; Europa debe centrarse en la energía nuclear: mejores reactores de fisión y el desarrollo de reactores de fusión.

    1. Por si acaso es bueno recordar que la ESA es mas que esta misión…. Te suenan las misiones Herschel? Planck? Rosetta? Giotto? Ambas Express? Huygens? Etcerera etcetera. Son misiones de amateurs?

      La ESA tiene sus problemas, como todas, y aqui alguno solo ve los fracasos contra los grandes exitos.

      1. No puedo estar más de acuerdo contigo, Ciudadano X. Además, no se puede dejar a los americanos el monopolio de la exploración del espacio en Occidente, porque sino siempre estaremos en sus manos. Lo que hay que hacer es invertir más en ciencia en general, que además crea puestos de trabajo. Un saludo a todos

  12. OHHHH una misión ha fracasado parcialmente OHHHHH!!!!!!! Cerremos la ESA!!
    Menuda panda de ventajistas ignorantes, ¿dónde estabais antes de que la sonda fracasase? Pues algunos de los que mantenéis ahora esa opinión (revisad comentarios de entradas… revisad) estabais emocionadísimos con este gran avance, pero claro… es que ni en este blog estamos a salvo del cuñadismo extremo de los que queréis tener razón a todas costa. Anda que lo que hay que oir… en serio ¿no tenéis un filtro de chorradas? ¿vuestro lóbulo frontal no funciona cuando escribís comentarios?

  13. Cerrar la ESA me parece una estupidez. Si Europa quire tener desarrollo científico y tecnológico no puede acabar con la investigación en ciencia pura y en tecnología de alto nivel. De lo contrario nos convertiremos en un lugar que malvive del turismo. Por favor!!!

  14. «…. ¿y a cambio los romanos que nos han dado?
    ¡el acueducto!
    … oh si… si eso si nos lo han dado…
    ¡Y el acantarillado!
    Si bueno reconozco que ,,,,
    ¡ y las carreteras!… »
    La vida de Brian. ¡Joder que tropa! (como dijo aquél).
    Mil gracias Daniel. Y ¡Ánimo a la ESA! (que es la mía también) a triunfar la próxima vez.

  15. Buenas…
    Leyendo el informe, no veo que diga que la sonda estuviera realmente nunca con 160º de cabeceo. Lo que dice el informe es que debido al error al integrar la velocidad angular saturada, el software embarcado creia estar con un cabeceo de 160
    ¿O lo sabes de otra fuente?

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 27 mayo, 2017
Categoría(s): ✓ Astronáutica • ESA • ExoMars • Marte