Полёты во сне и наявуSpace flights in dreams and in reality
Предисловие
2-го июля 2013-го года российская космическая программа в очередной раз дала сбой: ракета Протон-М с тремя спутниками системы ГЛОНАСС на борту потеряла ориентацию в пространстве вскоре после взлёта, перевернулась, загорелась и взорвалась, ударившись о землю в 2.5 км от стартовой площадки. Причиной крушения стала неправильная установка датчиков угловой скорости при сборке ракеты. Причём, уточняется, что датчики были повёрнуты на 180 градусов относительно своей нормальной ориентации и для этого монтажнику пришлось применить к ним «силовое воздействие». Если вы уже подзабыли, как это выглядело, вот пара видюшек:
Авария в прямом эфире России 24.
Авария глазами очевидцев.
Ущерб от аварии составил 4.4 млрд. рублей (101 млн. евро). С учётом того, что в последнее время разработчики ГЛОНАССа многократно обвинялись в коррупции, и это уже не первый провальный пуск спутников ГЛОНАСС, можно даже подумать, что кто-то так заметает следы: повернул датчики на 180 градусов и можно уже вместо нормальных спутников запускать неработающий металлолом, ведь после крушения доказать что-то будет сложно. Однако, речь в этом посте пойдёт не о теориях заговора, а об обсуждениях аварии в Интернете. Как всегда разгорелись бурные дискуссии. Часть людей утверждали, что всё это закономерно свидетельствует о неспособности правительства справиться с умиранием российской космической отрасли, не смотря на пафосные заявления первых лиц государства о приоритете программы ГЛОНАСС и других космических инициатив для страны. Другие, стоящие на патриотической стороне, слепо защищали работников отрасли. Что характерно, поднять для доказательства статистику особо никто не пробовал, а кто и пытался проанализировать какие-то цифры, делал это совершенно нелепо (если я просто не нашёл какого-то хорошего анализа проблемы, буду рад получить на него ссылку). Встряв в одну из таких дискуссий, где аргументы противостоящей мне стороны сводились, по большей части, к искажению моих утверждений (типа я говорю «космическая программа становится всё более аварийной», а мне отвечают «как это мы не можем запустить ни одного спутника, вон мы их много успешно запускаем, аварийность меньше, чем у каких-либо ещё стран»), я решил сам поднять статистику и сделать правильный анализ доступных данных.
Анализ
Начать стоит с того, что статистика успешности запусков, приведённая на сайте Роскосмоса, совершенно не верна (по-крайней мере для периода СССР). Правильной статистикой в Интернете считают вот эту базу данных. В ней, по утверждению автора, самая полная информация по всем космическим запускам в мире за всю историю, с указанием дат, названий аппаратов, стартовых площадок, результатов пуска и т.д. К сожалению, страны в ней явно не указаны, так что пришлось сначала вручную рассортировать по странам стартовые площадки, а потом использовать это для сортировки по странам самих пусков. Для анализа я выбрал пять первых стран, самостоятельно попробовавших запустить спутники в космос: СССР (1957), США (1957, но первый успешный пуск в 1958-ом), Франция (1965). Япония (1966, но первый успешный в 1970-ом) и Китай (1970). Да, статистика обновлена на май 2013, так что, например, последняя авария Протона в неё ещё не вошла.
Для начала посмотрим динамику доли аварийных пусков в СССР/России за один год:
Рис. 1. Аварийность космических запусков в СССР/России. Вертикальная ось — доля аварийных пусков в году, горизонтальная ось — года.
Рис. 2. Аварийность космических запусков в СССР/России. То же самое, что и на Рис. 1, но по вертикали показан только интервал 0.00-0.15.
Рис. 3. Аварийность космических запусков в СССР/России. На этом графике на вертикальной оси использован логарифмический масштаб. Ниже таких графиков будет много, так что если вы не помните, что это такое, стоит освежить память.
Что видно по этим графикам? Видно, что число аварий точно снижалось с начала космической программы в 1957-ом до 1970-го года. Дальше, вроде бы, видно что аварийность растёт, но насколько это правильный вывод при таком разбросе точек, конечно, без более серьёзного анализа не понятно. Что ж, давайте построим тот же график с применением скользящего среднего: аварийность 
Рис. 4. Аварийность космических запусков в СССР/России, рассчитанная с применением скользящего среднего с интервалом 11 лет. На вертикальной оси использован логарифмический масштаб. Линия показывает результат приближения точек двумя экспонентами на интервалах до и после 1980-го года.
Рис. 5. Экспоненциальные кривые с Рис. 4 наложены на Рис. 3.
По Рис. 4 видно, что данные по аварийности следуют двум экспоненциальным трендам: на уменьшение аварийности до 1980-го года и на последующий рост аварийности после 1980-го, вплоть до настоящего времени. В 1980-ом 3.0% пусков были аварийными, к развалу совка, в 1990-ом, уже 3.8%, к моменту прихода Путина к власти в 2000-ом было уже 4.8% аварийных пусков. Тут, согласно официальной российской историографии в России началась эпоха процветания, когда Путин молча поправил всё, однако, к 2010-му году аварийность космических пусков достигла уже 5.9%. Кто-то может сказать, что 3.0% аварийности и 5.9% аварийности это не такая большая разница, всего-то 2.9%, однако, при цене одного пуска Протона-М, например, равной 2.4 млрд. рублей на 2011 год (55 млн. евро), лишние 2.9% аварийности стоят 70 млн. рублей (1.6 млн. евро), что, согласитесь, не мало.
Тут, надо сказать, мне в одной дискуссии сказали, что весь мой анализ фуфло, ибо без расчёта 
Во-первых, оценим утверждение, что в 1979-81 годах аварийность была на уровне 3.0%. Статистика нам говорит, что за те три года было выполнено 278 пусков: 272 успешных, 6 аварийных. При оценке аварийности 3.0% мы должны ожидать 269.5 успешных и 8.5 аварийных. Получаем значение 
Давайте теперь сделаем такой же анализ для США, Франции, Японии и Китая:
Рис. 6. Аварийность космических пусков США. Использовано скользящее среднее с интервалом 11 лет, логарифмический масштаб по вертикали. Данные аппроксимированы двумя экспонентами на интервалах до 1973-го и после.
Рис. 7. Аварийность космических пусков Франции. Использовано скользящее среднее с интервалом 11 лет, логарифмический масштаб по вертикали. Аппроксимировано экспонентой построенной для данных после 1972-го года.
Рис. 8. Аварийность космических пусков Японии. Использовано скользящее среднее с интервалом 21 год, логарифмический масштаб по вертикали. Данные аппроксимированы двумя экспонентами на интервалах до 1980-го и после 1994-го.
Рис. 9. Аварийность космических пусков Китая. Использовано скользящее среднее с интервалом 11 лет, логарифмический масштаб по вертикали. Аппроксимировано экспонентой построенной на основании всех данных.
Видим, что аварийность космических пусков США (Рис. 6) похожа на советскую/российскую: сперва довольно быстрое экспоненциальное падение аварийности, потом уже более медленное уменьшение (но всё же уменьшение) аварийности до настоящего времени. В случае Франции (Рис. 7) аварийность падала экспоненциально всё время по одной и той же экспоненте. В случае Японии (Рис. 8) и Китая (Рис. 9), из-за меньшей интенсивности пусков, красивых трендов не получается: слишком маленькая статистика. Однако, предполагая, что поведение аварийности, в принципе, должно быть похоже на поведение аварийностей уже рассмотренных выше, тоже можно построить кое-какие линии (для Японии, конечно, не смотря на увеличение интервала усреднения до 21 года, часть точек всё равно лежит явно не на кривых трендов, так что я им сам не очень доверяю, а вот в случае Китая проведённому тренду явно можно верить).
Давайте, наконец, сравним аварийности разных стран друг с другом:
Рис. 10. Оценка аварийности космических пусков по странам. Использован логарифмический масштаб вертикальной оси.
Рис. 11. Оценка аварийности космических пусков по странам. Здесь использован обычный линейный масштаб вертикальной оси, показан только интервал аварийности 0.00-0.15.
Заодно сравним интенсивность пусков:
Рис. 12. Интенсивность космических пусков (число пусков за год) СССР/России, США, Франции, Японии и Китая. Использовано скользящее среднее с интервалом 11 лет.
Рис. 13. То же самое, что на Рис. 12, но показан лишь интервал 0-30 по вертикали.
Что видим? Когда СССР и США запустили свои космические программы, США до начала 1970-х лидировала по безаварийности, несмотря на легенды, что советская программа всегда по всем параметрам была круче. Ну да, спутник и первого человека советы первыми запустить успели, но в целом пуски у американцев были более надёжными. В 1973-м году что-то случилось и дальше аварийность программы США снижалась гораздо медленнее (но снижалась же!). Глубокий анализ причин выходит за рамки этого поста, но логично предположить, что в 1973-м году приоритет покорению космоса в США понизился, поэтому стремительное развитие резко замедлилось. Через несколько лет надёжность космических пусков в СССР обгоняет американскую и достигает пика в 1980-ом: аварийность 3.0%. Дальше аварийность, как было сказано выше, начала расти и растёт до сих пор. Почему? Ну мы знаем, что мудрая политика партии обернулась в 1980-х множеством проблем в стране, которые привели к краху империи в 1990-ом. Логично, что эта ситуация отразилась и на космической программе. Видно, что и современная власть в России этот тренд переломить не может, не смотря на все заявления, что давно уже у нас всё стало в космосе снова хорошо.
Любопытно, что надёжность космических пусков Франции и Китая следует одному и тому же тренду, хотя исходные данные заметно отличаются. О чём это может говорить? Я могу предположить, это говорит о том что обе страны охотно использовали опыт пионеров космоса: французы заимствовали у американцев, китайцы заимствовали у русских. Обе страны успешно развивали свои программы и на настоящий момент их пуски стали самыми надёжными среди исследованных стран (1.3% аварийности на данный момент). Японцы же, по всей видимости, решили развивать всё самостоятельно и получается у них это неважно. Впрочем, и приоритет у их программы, в плане самостоятельных пусков, похоже не высокий: интенсивность запусков очень низкая.
Так же хочется отметить, что в 1970-90 годах совки запускали какое-то неимоверное количество спутников, что наводит на вопрос, а действительно ли это было нужно? Ну в свете того, что стало со страной, логично предположить что спутников надо было пускать меньше, а деньги тратить на более важные для страны вещи, которые бы предотвратили коллапс в 1990-х.
Выводы
Ну что же, ещё раз подытожим основные выводы:
Космическая программа России медленно, но верно разваливается. Надёжность пусков, рассмотренная в настоящем анализе, снижалась с 1980-го года, следуя экспоненциальному тренду, и нет никаких оснований, судя по статистике пусков, говорить что тренд этот был изменён мудрой политикой Путина и Ко. Так же является ошибкой говорить, что российские пуски самые надёжные (это не так где-то с 1998-го года). Так же, из анализа следует, что США опережали СССР по надёжности пусков и, предположительно, могли бы всё время опережать, если бы не снизили приоритет своей космической программы.
Кроме того, из анализа следует, что Французы и Китайцы большие молодцы и пример того, как надо делать сложные проекты: что может быть круче планомерного и устойчивого повышения надёжности, вплоть до выхода в лидеры?
З.Ы.: Перепосты и обсуждение приветствуются. Только вот, если вы не согласны, лучше сразу приводите свои вычисления, которые что-то опровергают. Голословные утверждения типа «Сами мы ничего считать не хотим / не можем, но все твои вычисления и анализ неправильные» можете оставить при себе.
Полёты во сне и наявуSpace flights in dreams and in reality
This post is not translated from Russian.
Предисловие
2-го июля 2013-го года российская космическая программа в очередной раз дала сбой: ракета Протон-М с тремя спутниками системы ГЛОНАСС на борту потеряла ориентацию в пространстве вскоре после взлёта, перевернулась, загорелась и взорвалась, ударившись о землю в 2.5 км от стартовой площадки. Причиной крушения стала неправильная установка датчиков угловой скорости при сборке ракеты. Причём, уточняется, что датчики были повёрнуты на 180 градусов относительно своей нормальной ориентации и для этого монтажнику пришлось применить к ним «силовое воздействие». Если вы уже подзабыли, как это выглядело, вот пара видюшек:
Авария в прямом эфире России 24.
Авария глазами очевидцев.
Ущерб от аварии составил 4.4 млрд. рублей (101 млн. евро). С учётом того, что в последнее время разработчики ГЛОНАССа многократно обвинялись в коррупции, и это уже не первый провальный пуск спутников ГЛОНАСС, можно даже подумать, что кто-то так заметает следы: повернул датчики на 180 градусов и можно уже вместо нормальных спутников запускать неработающий металлолом, ведь после крушения доказать что-то будет сложно. Однако, речь в этом посте пойдёт не о теориях заговора, а об обсуждениях аварии в Интернете. Как всегда разгорелись бурные дискуссии. Часть людей утверждали, что всё это закономерно свидетельствует о неспособности правительства справиться с умиранием российской космической отрасли, не смотря на пафосные заявления первых лиц государства о приоритете программы ГЛОНАСС и других космических инициатив для страны. Другие, стоящие на патриотической стороне, слепо защищали работников отрасли. Что характерно, поднять для доказательства статистику особо никто не пробовал, а кто и пытался проанализировать какие-то цифры, делал это совершенно нелепо (если я просто не нашёл какого-то хорошего анализа проблемы, буду рад получить на него ссылку). Встряв в одну из таких дискуссий, где аргументы противостоящей мне стороны сводились, по большей части, к искажению моих утверждений (типа я говорю «космическая программа становится всё более аварийной», а мне отвечают «как это мы не можем запустить ни одного спутника, вон мы их много успешно запускаем, аварийность меньше, чем у каких-либо ещё стран»), я решил сам поднять статистику и сделать правильный анализ доступных данных.
Анализ
Начать стоит с того, что статистика успешности запусков, приведённая на сайте Роскосмоса, совершенно не верна (по-крайней мере для периода СССР). Правильной статистикой в Интернете считают вот эту базу данных. В ней, по утверждению автора, самая полная информация по всем космическим запускам в мире за всю историю, с указанием дат, названий аппаратов, стартовых площадок, результатов пуска и т.д. К сожалению, страны в ней явно не указаны, так что пришлось сначала вручную рассортировать по странам стартовые площадки, а потом использовать это для сортировки по странам самих пусков. Для анализа я выбрал пять первых стран, самостоятельно попробовавших запустить спутники в космос: СССР (1957), США (1957, но первый успешный пуск в 1958-ом), Франция (1965). Япония (1966, но первый успешный в 1970-ом) и Китай (1970). Да, статистика обновлена на май 2013, так что, например, последняя авария Протона в неё ещё не вошла.
Для начала посмотрим динамику доли аварийных пусков в СССР/России за один год:
Рис. 1. Аварийность космических запусков в СССР/России. Вертикальная ось — доля аварийных пусков в году, горизонтальная ось — года.
Рис. 2. Аварийность космических запусков в СССР/России. То же самое, что и на Рис. 1, но по вертикали показан только интервал 0.00-0.15.
Рис. 3. Аварийность космических запусков в СССР/России. На этом графике на вертикальной оси использован логарифмический масштаб. Ниже таких графиков будет много, так что если вы не помните, что это такое, стоит освежить память.
Что видно по этим графикам? Видно, что число аварий точно снижалось с начала космической программы в 1957-ом до 1970-го года. Дальше, вроде бы, видно что аварийность растёт, но насколько это правильный вывод при таком разбросе точек, конечно, без более серьёзного анализа не понятно. Что ж, давайте построим тот же график с применением скользящего среднего: аварийность
Рис. 4. Аварийность космических запусков в СССР/России, рассчитанная с применением скользящего среднего с интервалом 11 лет. На вертикальной оси использован логарифмический масштаб. Линия показывает результат приближения точек двумя экспонентами на интервалах до и после 1980-го года.
Рис. 5. Экспоненциальные кривые с Рис. 4 наложены на Рис. 3.
По Рис. 4 видно, что данные по аварийности следуют двум экспоненциальным трендам: на уменьшение аварийности до 1980-го года и на последующий рост аварийности после 1980-го, вплоть до настоящего времени. В 1980-ом 3.0% пусков были аварийными, к развалу совка, в 1990-ом, уже 3.8%, к моменту прихода Путина к власти в 2000-ом было уже 4.8% аварийных пусков. Тут, согласно официальной российской историографии в России началась эпоха процветания, когда Путин молча поправил всё, однако, к 2010-му году аварийность космических пусков достигла уже 5.9%. Кто-то может сказать, что 3.0% аварийности и 5.9% аварийности это не такая большая разница, всего-то 2.9%, однако, при цене одного пуска Протона-М, например, равной 2.4 млрд. рублей на 2011 год (55 млн. евро), лишние 2.9% аварийности стоят 70 млн. рублей (1.6 млн. евро), что, согласитесь, не мало.
Тут, надо сказать, мне в одной дискуссии сказали, что весь мой анализ фуфло, ибо без расчёта
Во-первых, оценим утверждение, что в 1979-81 годах аварийность была на уровне 3.0%. Статистика нам говорит, что за те три года было выполнено 278 пусков: 272 успешных, 6 аварийных. При оценке аварийности 3.0% мы должны ожидать 269.5 успешных и 8.5 аварийных. Получаем значение
Давайте теперь сделаем такой же анализ для США, Франции, Японии и Китая:
Рис. 6. Аварийность космических пусков США. Использовано скользящее среднее с интервалом 11 лет, логарифмический масштаб по вертикали. Данные аппроксимированы двумя экспонентами на интервалах до 1973-го и после.
Рис. 7. Аварийность космических пусков Франции. Использовано скользящее среднее с интервалом 11 лет, логарифмический масштаб по вертикали. Аппроксимировано экспонентой построенной для данных после 1972-го года.
Рис. 8. Аварийность космических пусков Японии. Использовано скользящее среднее с интервалом 21 год, логарифмический масштаб по вертикали. Данные аппроксимированы двумя экспонентами на интервалах до 1980-го и после 1994-го.
Рис. 9. Аварийность космических пусков Китая. Использовано скользящее среднее с интервалом 11 лет, логарифмический масштаб по вертикали. Аппроксимировано экспонентой построенной на основании всех данных.
Видим, что аварийность космических пусков США (Рис. 6) похожа на советскую/российскую: сперва довольно быстрое экспоненциальное падение аварийности, потом уже более медленное уменьшение (но всё же уменьшение) аварийности до настоящего времени. В случае Франции (Рис. 7) аварийность падала экспоненциально всё время по одной и той же экспоненте. В случае Японии (Рис. 8) и Китая (Рис. 9), из-за меньшей интенсивности пусков, красивых трендов не получается: слишком маленькая статистика. Однако, предполагая, что поведение аварийности, в принципе, должно быть похоже на поведение аварийностей уже рассмотренных выше, тоже можно построить кое-какие линии (для Японии, конечно, не смотря на увеличение интервала усреднения до 21 года, часть точек всё равно лежит явно не на кривых трендов, так что я им сам не очень доверяю, а вот в случае Китая проведённому тренду явно можно верить).
Давайте, наконец, сравним аварийности разных стран друг с другом:
Рис. 10. Оценка аварийности космических пусков по странам. Использован логарифмический масштаб вертикальной оси.
Рис. 11. Оценка аварийности космических пусков по странам. Здесь использован обычный линейный масштаб вертикальной оси, показан только интервал аварийности 0.00-0.15.
Заодно сравним интенсивность пусков:
Рис. 12. Интенсивность космических пусков (число пусков за год) СССР/России, США, Франции, Японии и Китая. Использовано скользящее среднее с интервалом 11 лет.
Рис. 13. То же самое, что на Рис. 12, но показан лишь интервал 0-30 по вертикали.
Что видим? Когда СССР и США запустили свои космические программы, США до начала 1970-х лидировала по безаварийности, несмотря на легенды, что советская программа всегда по всем параметрам была круче. Ну да, спутник и первого человека советы первыми запустить успели, но в целом пуски у американцев были более надёжными. В 1973-м году что-то случилось и дальше аварийность программы США снижалась гораздо медленнее (но снижалась же!). Глубокий анализ причин выходит за рамки этого поста, но логично предположить, что в 1973-м году приоритет покорению космоса в США понизился, поэтому стремительное развитие резко замедлилось. Через несколько лет надёжность космических пусков в СССР обгоняет американскую и достигает пика в 1980-ом: аварийность 3.0%. Дальше аварийность, как было сказано выше, начала расти и растёт до сих пор. Почему? Ну мы знаем, что мудрая политика партии обернулась в 1980-х множеством проблем в стране, которые привели к краху империи в 1990-ом. Логично, что эта ситуация отразилась и на космической программе. Видно, что и современная власть в России этот тренд переломить не может, не смотря на все заявления, что давно уже у нас всё стало в космосе снова хорошо.
Любопытно, что надёжность космических пусков Франции и Китая следует одному и тому же тренду, хотя исходные данные заметно отличаются. О чём это может говорить? Я могу предположить, это говорит о том что обе страны охотно использовали опыт пионеров космоса: французы заимствовали у американцев, китайцы заимствовали у русских. Обе страны успешно развивали свои программы и на настоящий момент их пуски стали самыми надёжными среди исследованных стран (1.3% аварийности на данный момент). Японцы же, по всей видимости, решили развивать всё самостоятельно и получается у них это неважно. Впрочем, и приоритет у их программы, в плане самостоятельных пусков, похоже не высокий: интенсивность запусков очень низкая.
Так же хочется отметить, что в 1970-90 годах совки запускали какое-то неимоверное количество спутников, что наводит на вопрос, а действительно ли это было нужно? Ну в свете того, что стало со страной, логично предположить что спутников надо было пускать меньше, а деньги тратить на более важные для страны вещи, которые бы предотвратили коллапс в 1990-х.
Выводы
Ну что же, ещё раз подытожим основные выводы:
Космическая программа России медленно, но верно разваливается. Надёжность пусков, рассмотренная в настоящем анализе, снижалась с 1980-го года, следуя экспоненциальному тренду, и нет никаких оснований, судя по статистике пусков, говорить что тренд этот был изменён мудрой политикой Путина и Ко. Так же является ошибкой говорить, что российские пуски самые надёжные (это не так где-то с 1998-го года). Так же, из анализа следует, что США опережали СССР по надёжности пусков и, предположительно, могли бы всё время опережать, если бы не снизили приоритет своей космической программы.
Кроме того, из анализа следует, что Французы и Китайцы большие молодцы и пример того, как надо делать сложные проекты: что может быть круче планомерного и устойчивого повышения надёжности, вплоть до выхода в лидеры?
З.Ы.: Перепосты и обсуждение приветствуются. Только вот, если вы не согласны, лучше сразу приводите свои вычисления, которые что-то опровергают. Голословные утверждения типа «Сами мы ничего считать не хотим / не можем, но все твои вычисления и анализ неправильные» можете оставить при себе.