Космические технологии

Современная космонавтика решает в основном прикладные задачи: фотографирует Землю из космоса, обеспечивает навигацию и связь. Однако и романтика освоения других планет, на время отошедшая на второй план, сегодня вновь будоражит умы и становится мощным трендом, объединяющим человечество.

Пилотируемые экспедиции на Луну и на Марс — дела уже ближайшего будущего. Космос становится все ближе к нам благодаря уникальным исследованиям и новым технологиям. Огромное количество исследователей и инженеров работают над созданием новых материалов для космоса, производством компонентов спутников на орбите, разрабатывают интеллектуальные алгоритмы управления группами космических аппаратов и их автоматического обслуживания, ищут методы борьбы с космическим мусором, предлагают новые сервисы на основе результатов космической деятельности — космических снимков, навигации и связи.

Что же могут сделать школьники в этой высокотехнологичной области? На самом деле многое. Создать небольшую спутниковую систему сегодня довольно просто. Школьники и студенты по всему миру запускают собственные спутники-кубсаты, принимают сигналы из космоса, делают приложения, анализирующие реальные космические снимки, и многое другое.

Отдельным ресурсом для школьных проектов может стать Международная космическая станция, которая регулярно принимает эксперименты от научных и образовательных организаций. На Земле школьники планируют научное исследование, оборудование для которого доставляется на орбиту с одним из грузовых кораблей. Проводят эксперимент уже космонавты.

1. Концепция сверхтяжелой ракеты-носителя BDB-класса
2. Разработка посадочной платформы и мобильных робототехнических средств с целью создания задела для полномасштабного исследования Луны
3. Высокоточная система управления манипулятором Международной космической станции
4. Разработка детектора излучения на основе сенсора матрицы фотокамеры кубсата МОНИТОР-1
5. Прием данных АИС с малого космического аппарата на платформе конструктора наноспутника ОрбиКрафт 3D

Описание проектов
(проекты могут быть изменены и дополнены)

1. Концепция сверхтяжелой ракеты-носителя BDB-класса

Руководители проекта: Щеглов Д.К., Сидоренко Т.В., Фёдоров Д.А.

Аннотация: Проект предполагает решение полного комплекса инженерно-технических задач, позволяющих в результате получить готовое техническое решение и обосновать его работоспособность. Обоснование проекта должно вестись по следующим направлениям:

– техническая реализуемость (конструкторское направление);
– обоснование прочности конструкции и величины выводимой полезной нагрузки (расчетное направление);
– упрощение технических решений и материалов (технологическое направление);
– повышение надежности (эксплуатационное направление);
– упрощение обслуживание и старта (инфраструктурное направление);
– снижение стоимости производства и пуска (экономическое направление).

Общая концепция BDB ракеты-носителя формируется общим мозговым штурмом, после чего основная работа будет вестись по нескольким взаимосвязанным направлениям, предполагающим гибкую и скоординированную работу в коллективе.

Работая по программе проекта, можно выбрать одну из следующих ролей:

1. Инженер-конструктор, который продумает общую схему компоновки ракеты-носителя, сформирует ее облик и создаст подробную 3D-модель;
2. Инженер-расчетчик, который проведет расчеты динамики полета, рассчитает траектории и высоту орбиты, а также проверит прочность конструкции и убедится, что ракета в полете не сломается;
3. Инженер-технолог, который продумает особенности процесса изготовления конструкции, подберет самые лучшие материалы и наиболее оптимальные технические решения, нарисует схемы функционирования и опишет процессы изготовления отдельных элементов ракеты.
4. Инженер-экономист, который вникнет во все особенности процессов производства и эксплуатации ракеты-носителя, определит основные экономические показатели для каждого этапа и сумеет обосновать экономическую эффективность проекта;
5. Инженер по эксплуатации, который продумает облик системы обслуживания и старта ракеты, подберет оборудование и технику для ее эксплуатации, а также сформирует технические задания на разработку того, чего нам будет не хватать.
6. Менеджер проекта, который вникнет во все тонкости работы каждого из своих товарищей, поможет сделать их работу продуктивной и слаженной, выступит экспертом и критиком идей, а также создаст яркие и красивы презентации, которые помогут каждому как можно лучше рассказать о своей работе.

Партнер проекта: АО «Концерн воздушно-космической обороны «Алмаз – Антей»

2. Разработка посадочной платформы и мобильных робототехнических средств с целью создания задела для полномасштабного исследования Луны

Руководитель проекта: Косенкова А.В.

Аннотация: Цель проекта — разработка посадочной платформы и прототипов луноходов с целью создания задела для полномасштабных исследований Луны, включающих развертывание лунной базы и высадку человека на ее поверхности в перспективе.

Задачи:

1. Разработка общей концепции миссии – рассмотрение проекта в рамках ФКП 2015-2025 гг. и в рамках разрабатываемых на данный момент миссий. Рассмотрение аналогов в России и за рубежом, проведение сравнительного анализа.
2. Разработка посадочной платформы:
– разработка проектного облика посадочной платформы, создание ее конструктивно-компоновочной схемы (эскизы, чертежи и т.д.);
– разработка 3д модели и видео-материалов;
– расчет требуемых бюджетов массы, запаса характеристической скорости, топлива, электропотребления для этапа переплёта и для спуска на поверхность Луны;
– -разработка конструкции посадочной платформы при помощи создания конструктивных элементов на 3д принтере, лазерном станке и предоставляемого оборудования, планируется также использовать предоставленный набор электронных компонентов, инструментов и т.д.
3. Разработка робототехнических средств: разработка системы луноходов - не менее 2 шт: отработка алгоритмов их взаимодействия (роевое взаимодействие). Разработка луноходов:
– разработка проектных решений по созданию исследовательских луноходов: создание эскизов, чертежей и 3д моделей;
– проведение требуемых расчётов;
– разработка программных алгоритмов, в том числе применяя нейронные сети для обнаружения препятствий и их объезда;
– разработка элементов конструкции лунохода: манипуляторов, захватов, антенно-фидерных систем, корпусов луноходов.
4. Проведение испытаний – тестирование на условном полигоне с имитацией лунного грунта и проверка разработанных алгоритмов.
5. Доработка конструкции и алгоритмов по результатам испытаний
6. Демонстрация разработанной платформы с системой автономно функционирующих луноходов для создания задела с целью развертывания лунной базы в будущем.

Партнеры проекта: АО «Научно-производственное объединение имени С. А. Лавочкина», Госкорпорация «Роскосмос»

3. Высокоточная система управления манипулятором Международной космической станции

Руководитель проекта: Данин А.А.

Аннотация: Современный промышленный робот - очень точный инструмент, его точность может составлять до одной тысячной миллиметра.

Управление промышленным роботом на МКС сейчас осуществляется с помощью кнопок, которые отвечают за перемещение осей или по координатной оси. С помощью такой системы управления человеку очень сложно контролировать перемещение с достаточной точностью, особенно без должной подготовки, так как у робота есть инерция и требуется большой опыт, чтобы рассчитать, насколько он сместился.  При этом манипулятор может пригодиться в космосе для выполнения каких-то действий за пределами корабля, в котором находится космонавт, когда нет визуального контроля робота.  Поэтому крайне затруднительно (порой невозможно) выполнять какие-либо точные манипуляции, из-за ограничений именно в системе управления роботом, хотя сам манипулятор имеет точность более чем достаточную.

Если управлять манипулятором как своей рукой, то контроль движения будет более точный и интуитивный. Добиться этого поможет специальная инновационная система управления космическим промышленным манипулятором, основанная на оптическом распознавании движений руки.

Партнеры проекта: АО «Научно-производственное объединение «Автоматики» имени академика Н.А.Семихатова, Госкорпорация «Роскосмос»

4. Разработка детектора излучения на основе сенсора матрицы фотокамеры кубсата МОНИТОР-1

Руководитель проекта: Золотарев И.А.

Аннотация: Для решения задачи по измерению радиационного фона с помощью матрицы фотокамеры потребуется разработать программы для Raspberry Pi на языке Python позволяющие снимать информацию с матрицы в формате RAW. Далее потребуется отделить информацию о зарегистрированных частицах от шумов камеры. Для этой цели требуется создать алгоритм выделения линий на изображении. Так как сырая информация с матрицы имеет очень большой объем (>5 Мб каждый кадр), ее нецелесообразно передавать на Землю со спутника, поэтому алгоритм выделения информации о частицах излучения нужно также реализовать в программе на Python для выполнения на борту спутника. 

В процессе работы над проектом школьники получат знания о радиационных условиях в околоземном пространстве. Участники научатся обрабатывать данные измерений со спутника и получать научную информацию. При достаточном навыке работа над программой займет около недели, тогда за время проекта можно успеть загрузить программу на борт спутника и скачать результаты измерений на Землю.

После этого участники произведут объективное сравнение нового метода, который они разработают с образцовыми измерения радиационных условий на реальном спутнике. В случае задержек сеансов связи со спутником участники смогут отработать новый метод измерения радиационного фона на уровне моря и в горах (там где радиационный фон выше).

Партнер проекта: Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова

5. Прием данных АИС с малого космического аппарата на платформе конструктора наноспутника ОрбиКрафт 3D

Руководитель проекта: Гайнутдинов Р.И., Манучарова Е.Э.

Аннотация: В рамках реализации проекта необходимо собрать конструктор ОрибКрафт 3D с платой АИС (автоматическая идентификация судов), наземную станцию по приему  данных с конструктора, запрограммировать ОрбиКрафт 3D и получать с него данные в программу Houston Control Center и принять данные с платы АИС при запуске на шаре на высоту 500-1000 м.

Партнер проекта: ООО «Спутникс»