← Zur Forschung

FORSCHUNG / REALE MISSIONEN · DISSERTATION § 1.2

Wenn ein Ausfall die Mission nicht beendet.

Vier dokumentierte technische Fälle: Ein System verliert eine Ressource, ändert seine Konfiguration oder Betriebsart und bewahrt einen Teil seiner Missionsfähigkeit.

Diese historischen Fälle dienen in der Dissertation zur Herleitung der Forschungsfrage. Sie sind keine experimentelle Validierung der Algorithmen von Væringjar II.

01 / Jahrzehnte der Rekonfiguration

Voyager 1

Eine Mission. Mehrere geeignete Konfigurationen.

Ablagerungen in den Treibstoffleitungen erforderten den Wechsel zwischen verschiedenen Triebwerkszweigen. Die Dissertation zeichnet wichtige Übergänge aus den Jahren 2002, 2004, 2017, 2024 und 2025 nach.

Im Mai 2025 reaktivierten Ingenieure Triebwerke, die seit 2004 als unbrauchbar galten, um eine Reserve für die Lagekontrolle zu schaffen [145].

Dissertationsauszug · ukrainisches Original §1.2.1

Апарати Voyager 1 і Voyager 2, запущені 1977 року, є найтривалішим в історії прикладом системи, що зберігає працездатність через послідовність реконфігурацій. Орієнтація апарата на Землю забезпечується рушійною підсистемою, що має три незалежні гілки: дві гілки орієнтації та гілку корекції траєкторії [145].

Механізм деградації є фізичним і незворотним: гумова діафрагма паливного бака з часом виділяє діоксид кремнію, який осідає в паливних трубках і поступово зменшує їх переріз. Первинний діаметр трубки становив 0,25 мм; до 2024 року засмічення зменшило його до 0,035 мм — приблизно половина товщини людської волосини [146].

Послідовність прийнятих рішень утворює траєкторію в просторі конфігурацій. У 2002 році, виявивши засмічення першої гілки орієнтації, інженери перейшли на другу. У 2004 році через втрату живлення двох нагрівачів припинили працювати основні кренові рушії, і апарат перейшов на резервні. У 2017 році ознаки засмічення з’явилися у другої гілки, і керування було передано гілці корекції траєкторії. У 2024 році, коли остання засмітилася сильніше за попередні, було ухвалено рішення повернутися на гілку орієнтації. У травні 2025 року інженери відновили роботу гілки, яку з 2004 року вважали непридатною, щоб мати резерв на випадок повної відмови діючої [145].

Паралельно з реконфігурацією рушійної підсистеми виконується деградація функціональної: за браком потужності наукові прилади вимикаються послідовно. У жовтні 2024 року вимкнено плазмовий прилад Voyager 2, у лютому 2025 року — систему дослідження космічних променів Voyager 1, у березні 2025 року — прилад реєстрації низькоенергетичних заряджених частинок Voyager 2. Заявлена мета — зберегти роботу щонайменше одного приладу до наступного десятиліття [145].

Окремо показовим є випадок 2024 року, коли Voyager 1 самостійно перейшов на резервний радіопередавач, не використовуваний понад сорок років, після вимкнення основного через брак потужності. Це є прикладом реконфігурації, виконаної бортовою логікою без участі оператора за умов, коли затримка сигналу унеможливлює оперативне втручання.

З погляду задачі, що розв’язується в дисертації, випадок Voyager демонструє три властивості одночасно: скінченний каталог наперед спроєктованих конфігурацій, послідовність переходів між ними за роки експлуатації та відмову від частини функцій заради збереження місії. Саме ці властивості формалізуються в розділах 2 і 3.

Künstlerische Darstellung von Voyager 1 im interstellaren Raum, NASA/JPL-Caltech, Abb. 1.2
Abb. 1.2 — Voyager im interstellaren Raum. Künstlerische Darstellung: NASA/JPL-Caltech. Quelle aus der Dissertation ↗
Zeitachse der Voyager-1-Antriebskonfigurationen aus der Dissertation, Abb. 1.3
Abb. 1.3 — Rekonfigurationen der Voyager-1-Antriebe (nach [145, 146]).

02 / Ungeplante Rekonfiguration

Apollo 13

Die Mondlandefähre wurde zum Rettungsboot.

Nach der Explosion eines Sauerstofftanks verlor Odyssey Strom und Sauerstoff. Aquarius, ursprünglich für die Mondlandung konzipiert, übernahm die Lebenserhaltung der Besatzung und ermöglichte die Rückkehr zur Erde [149].

Die Landung wurde aufgegeben; Energieverteilung und Kurskorrektur wurden zugunsten der wesentlichen Missionsziele grundlegend verändert.

Dissertationsauszug · ukrainisches Original §1.2.2

Політ Apollo 13 у квітні 1970 року є хрестоматійним прикладом реконфігурації, виконаної під час місії за кілька годин, причому ресурс було використано в ролі, для якої він не проєктувався.

Через вибух кисневого бака командно-службовий модуль Odyssey втратив живлення та кисень. Посадковий модуль Aquarius, призначений для висадки на Місяць, було перепризначено на роль рятувального засобу: він забезпечував екіпаж киснем, живленням і охолодженням, а його двигун використали для прискорення повернення замість посадки. У такій конфігурації екіпаж перебував чотири доби [149].

Показовими є три рішення. Перше — часткове знеструмлення Aquarius, що істотно збільшило запас за живленням і охолоджувальною водою; це є прямим аналогом вимкнення функцій нижчого пріоритету заради збереження критичних. Друге — заряджання двох із трьох батарей Odyssey від Aquarius, процедура, яка ніколи раніше не виконувалася і була, по суті, оберненням штатної, у якій командний модуль живить посадковий. Третє — виконання останньої корекції траєкторії двигунами реактивної системи керування посадкового модуля: 23-секундний імпульс за п’ять годин до входу в атмосферу на відстані 44 000 миль від Землі [149].

Ціна конфігурації була відчутною: температура в Aquarius становила близько 11 °C, у Odyssey опускалася до 3 °C, основну мету місії — висадку в районі Fra Mauro — було скасовано. Проте місія в її головній частині, поверненні екіпажу, завершилася успішно: приводнення відбулося через 142 години 54 хвилини 41 секунду польоту, за милю від розрахункової точки [149].

Після відокремлення службового модуля екіпаж уперше побачив наслідки аварії. Дж. Ловелл описав побачене так: цілої панелі корпусу бракувало — від основи майже до двигуна.

Для цієї роботи випадок Apollo 13 важливий тим, що показує межу можливостей наперед спроєктованого каталогу. Конфігурація «посадковий модуль як рятувальний засіб» не була передбачена проєктом; її склали під час польоту із наявних ресурсів. Формалізація такої задачі — синтез конфігурації, якої немає в каталозі, — виходить за межі припущення A1 (2.174) і окреслює напрям подальших досліджень.

Beschädigtes Servicemodul von Apollo 13 nach der Abtrennung, NASA-Foto vom 17. April 1970, Abb. 1.4
Abb. 1.4 — beschädigtes Servicemodul von Apollo 13, 17. April 1970. Foto: NASA. Quelle aus der Dissertation ↗

03 / Schrittweiser Mobilitätsverlust

Spirit

Ein Rover fuhr mit einem blockierten Rad weiter.

2006 fiel bei Spirit der Antrieb des rechten Vorderrads aus. Statt die Mission zu beenden, fuhr der Rover überwiegend rückwärts und zog das blockierte Rad hinter sich her [147].

Nach einer weiteren Verschlechterung diente das Fahrzeug als stationäre Forschungsplattform: Die Fortbewegung war verloren, wissenschaftliche Beobachtungen blieben möglich.

Dissertationsauszug · ukrainisches Original §1.2.3

Марсохід Spirit, що працював на поверхні Марса з січня 2004 року, ілюструє деградацію механічної підсистеми та вимушену зміну режиму функціонування.

13 березня 2006 року переднє праве колесо перестало обертатися через обрив кола. Шість ведучих коліс скоротилися до п’яти. Замість припинення місії було змінено режим руху: апарат почав рухатися переважно заднім ходом, тягнучи нерухоме колесо за собою, оскільки тягнути заблоковане колесо виявилося легше, ніж штовхати його в ґрунт. Уже до квітня 2006 року в такому режимі було подолано близько 80 метрів [147].

Зміна режиму мала ціну: знизилася швидкість, ускладнилося подолання схилів, звузився набір допустимих маршрутів, а планування кожного переїзду потребувало окремого опрацювання з використанням задніх камер уникнення перешкод. У термінах моделі, що будується далі, це є переходом до конфігурації з нижчою номінальною спроможністю, але збереженою допустимістю.

У листопаді 2009 року почало збоїти заднє праве колесо, і кількість ведучих скоротилася до чотирьох. Спроби вивільнити апарат із піску, в якому він застряг у травні 2009 року, успіху не мали, і місію було переведено в режим стаціонарної наукової платформи — тобто до найглибшої деградованої конфігурації, у якій функція пересування відсутня повністю, а функція наукових спостережень збережена.

Показовим є побічний наслідок деградації. Заблоковане колесо, яке тягли ґрунтом, діяло як інструмент розкопування. У березні 2007 року поблизу плато Home Plate воно розкрило ділянку світлого ґрунту, вміст кремнезему в якій сягав близько 90 %, що стало свідченням давнього гідротермального середовища. Науковий результат було одержано саме завдяки деградованому стану апарата, а не всупереч йому.

Diagramm zur Raddegradation von Spirit aus der Dissertation, Abb. 1.5
Abb. 1.5 — schrittweise Degradation des Spirit-Fahrwerks (nach [147]).

04 / Eingreifen vor dem Ausfall

Curiosity

Schäden vermeiden, statt auf den Stillstand zu warten.

Ende 2013 wurden Einstiche und Risse an Curiositys Aluminiumrädern entdeckt. Das Team änderte die Routenwahl, verkürzte Fahrabschnitte auf schädlichem Terrain und setzte Rückwärtsfahrten ein, um weiteren Verschleiß zu begrenzen [148].

Die Betriebsart wurde anhand einer Prognose des Ressourcenverschleißes geändert – noch bevor die Bewegungsfähigkeit verloren ging.

Dissertationsauszug · ukrainisches Original §1.2.4

Марсохід Curiosity, що працює з серпня 2012 року, ілюструє випадок, коли реконфігурація виконується не після відмови, а за прогнозом деградації.

Наприкінці 2013 року виявлено пошкодження алюмінієвих коліс — проколи та розриви, інтенсивність яких істотно перевищила очікувану. Причиною виявилися міцно зцементовані вентифакти, тобто вітрові гострокутні камені, з якими попередні апарати не стикалися [148].

Заміна коліс на Марсі неможлива, тому було застосовано набір заходів зі зниження швидкості накопичення пошкоджень: обережніше водіння з обходом гострих каменів, скорочення довжини окремих переїздів на небезпечному ґрунті та, що є найпоказовішим, рух заднім ходом. При розвороті апарата середні та передні колеса тягнуться за підтримувальними важелями, а не штовхаються вперед, що істотно зменшує навантаження [148].

Цей випадок відрізняється від попередніх тим, що зміна конфігурації виконана до настання відмови, на підставі оцінки швидкості деградації ресурсу. Саме така постановка — керування конфігурацією за прогнозом стану, а не за фактом відмови — розглядається в підрозділі 3.6.

2013 →VERSCHLEISS SCHÄTZEN↓ROUTE ANPASSEN↓MISSION FORTSETZEN

Weitere Missionen · Lehrstuhlsitzung, 27.10.2026

Sieben weitere Missionen: wenn Degradation gesteuert wurde — und wenn nicht.

Diese Beispiele wurden in der Lehrstuhlsitzung vorgestellt, in der das Thema der Doktordissertation bestätigt wurde. In vier Fällen hielten Ingenieure eine Mission am Leben, indem sie das System von Hand umbauten. In drei Fällen beendete der Ausfall eines einzelnen Elements die Mission. Die Fakten sind mit den Quellen der Agenturen und Unternehmen abgeglichen, die unter jedem Fall verlinkt sind.

Gesteuerte Degradation

Vier Missionen, die Ingenieure durch manuellen Umbau des Systems am Leben hielten.

NASA · 2023–2024

Voyager 1

Mission erhalten

Der Code wurde in intakten Speicher verlegt.

Am 14. November 2023 lieferte Voyager 1 keine verwertbaren Daten mehr: Ein Chip mit einem Teil des Speichers und Codes des Flugdatensystems (FDS) war ausgefallen. Da er nicht zu reparieren war, teilten die Ingenieure den betroffenen Code auf, legten die Teile an anderen Stellen des FDS-Speichers ab und passten die Verweise an. Am 20. April 2024 sendete die Sonde wieder technische Daten.

Für die Forschung. Eine Softwareressource wurde ohne Hardwaretausch umkonfiguriert: Die Funktion blieb erhalten, nur ihr Ort änderte sich.

NASA · 2016–2018

Curiosity

Mission erhalten

Der Arm übernahm die Aufgabe des Bohrvorschubs.

Im Dezember 2016 blieb der Vorschubmechanismus des Bohrers stehen, der den Bohrkopf in das Gestein und zurück bewegt. Das Team entwickelte das „Feed Extended Drilling“: Der Bohrer bleibt über die nicht mehr genutzten Stabilisatoren hinaus ausgefahren, und der Roboterarm selbst schiebt ihn vor; ein Kraftsensor im Arm gibt dem Rover einen Tastsinn. Auf dem Mars wurde die Technik erstmals im Februar 2018 erprobt.

Für die Forschung. Die Funktion eines ausgefallenen Mechanismus ging auf eine Ressource über, die dafür nicht ausgelegt war — um den Preis eines neuen Verfahrens und neuer Grenzen.

ESA · 2011–2012

Mars Express

Mission erhalten

Die Kommandierung zog in einen kleineren Speicher um.

Ab Mitte August 2011 zwangen Fehler im Festkörper-Massenspeicher, der die Kommandozeitleiste der Mission enthielt, die Sonde wiederholt in den Safe Mode; der redundante Speichercontroller half nicht. Am 16. Oktober wurde der Wissenschaftsbetrieb ausgesetzt, um Treibstoff zu sparen. Das Team verlegte die Routinekommandierung in die kurze Hardware-Zeitleiste des Datenmanagementsystems — nur 117 Kommandos — und verdichtete die Folgen mit Bordprozeduren. Bis Februar 2012 lief der volle Wissenschaftsbetrieb wieder.

Für die Forschung. Die Funktion blieb durch Verlagerung in eine Ressource geringerer Kapazität erhalten; der Preis war die Autonomie, die auf wenige Tage schrumpfte.

JAXA · 2009–2010

Hayabusa

Mission erhalten

Ein Triebwerk aus zweien.

Im November 2009 wurde auf dem Rückweg vom Asteroiden Itokawa eine Anomalie an einem der Ionentriebwerke festgestellt. JAXA kombinierte den Neutralisator von Triebwerk A mit der Ionenquelle von Triebwerk B — eine Paarung, die der Nominalbetrieb nicht vorsah — und erhielt genug Schub für den Rest der Reise. Am 13. Juni 2010 trat Hayabusa in die Atmosphäre ein, die Probenkapsel kehrte zur Erde zurück.

Für die Forschung. Eine funktionsfähige Konfiguration entstand aus Teilen zweier degradierter Einheiten — eine Konfiguration, die nicht im Katalog stand.

Ein Ausfall beendete die Mission

Drei Missionen, die durch den Ausfall eines einzelnen Elements endeten.

ispace · 2023 und 2025

Hakuto-R

Beide Missionen verloren

Der Filter verwarf die richtige Messung.

Mission 1, 26. April 2023: Über einem Kraterrand zeigte der Höhenmesser einen sprunghaften Anstieg; die Schätzsoftware hielt das für einen Sensorfehler und verwarf die richtigen Daten. Der Lander glaubte, auf der Oberfläche zu stehen, während er noch etwa 5 km hoch war, sank weiter, bis der Treibstoff aufgebraucht war, und stürzte ab. Mission 2, RESILIENCE, 6. Juni 2025: In der Endphase lieferte der Laser-Entfernungsmesser zu spät gültige Messwerte, der Lander konnte nicht rechtzeitig abbremsen; ispace nennt eine verschlechterte oder geringer als erwartete Leistung des Entfernungsmessers als wahrscheinlichste Ursache.

Für die Forschung. Ein Filter zum Schutz vor Sensorfehlern verursachte selbst den Ausfall: Das Umgebungsmodell verlor seine Gültigkeit, und das System bemerkte es nicht. Genau das motiviert, Modelle als epistemische Ressourcen zu behandeln.

JAXA · 2016

Hitomi

Mission verloren

Der Safe Mode machte es schlimmer.

Das Röntgenobservatorium startete am 17. Februar 2016. Am 26. März lieferte ein Sternsensorproblem der Lageregelung eine falsche Drehratenschätzung, und sie begann, den Satelliten tatsächlich zu drehen. Die Reaktionsräder sättigten, der Satellit wechselte in den triebwerksgestützten Safe Hold, doch nach einem Auslegerausfahren falsch eingegebene Triebwerksparameter beschleunigten die Drehung. Beide Solarpaneele brachen ab. Die Mission ging 38 Tage nach dem Start verloren; am 28. April 2016 erklärte JAXA die Funktionen für nicht wiederherstellbar.

Für die Forschung. Die Kette lief über mehrere Ebenen: Zustandsschätzung, automatischer Wechsel in den „sicheren“ Modus und ungeprüfte Parameter dieses Modus. Ein Safe Mode ohne Zulässigkeitsprüfung wurde selbst zur Gefahr.

RESEARCH / SYSTEM BEHAVIOUR

Was verbindet diese Fälle?

Ausfall oder prognostizierte Degradation → Zustandsbewertung → Wahl einer zulässigen Betriebsart → Fortsetzung der Mission mit verringerter Fähigkeit. Die Dissertation leitet daraus eine quantitative Überlebensfähigkeitsmetrik, die Planung von Übergängen und Stabilitätsbedingungen ab.

Zum mathematischen Modell ↗
Allgemeiner Ablauf der Systemrekonfiguration aus der Dissertation, Abbildung 1.6
Abb. 1.6 — Was verbindet diese Fälle?

Dokumentierte Quellen

Die Nachweise [145–149] entsprechen dem Literaturverzeichnis der Dissertation. Die Abbildungen 1.3, 1.5 und 1.6 behalten die ukrainischen Beschriftungen des Originals.

  1. [145] NASA / JPL · Voyager 1 backup thrusters (2025) ↗
  2. [146] NASA / JPL · Voyager 1 telemetry (2022) ↗
  3. [147] NASA Science · Spirit: After a Drive West of Home Plate (PIA11990) ↗
  4. [148] E. Lakdawalla · Curiosity wheel damage (2014) ↗
  5. [149] NASA · Apollo 13 crew returns safely (2020) ↗

Die Quellen der sieben weiteren Fälle sind direkt unter jedem Fall verlinkt.

Die Abbildungen von NASA und NASA/JPL-Caltech stammen aus der bereitgestellten Dissertation; die Quellenangaben bleiben erhalten. NASA ist an Væringjar II weder beteiligt noch unterstützt die Agentur das Projekt. Die Medienlinks führen zu den Originalveröffentlichungen von NASA, ESA, JAXA, ispace, Katalyst und weiteren Quellen; nichts davon wird auf dieser Website gehostet.