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.

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.

Многое могут сделать и школьники, работающие на этом направлении. 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.
 

1. Разработка робототехнических комплексов с возможностью коллективного взаимодействия в обеспечение создания лунной базы

Аннотация: В настоящее время создание робототехнических средств исследования Луны и решение вопросов их взаимодействия особенно актуально с точки зрения создания задела для построения лунной базы в будущем. Зарубежными странами (США, Китая, Индии, Японии и ОАЭ) уже реализованы или проектируются миссии по исследованию Луны с целью поиска ресурсов и отработки ряда технологий. В России также проводятся научно-технические и опытно-конструкторские работы в рамках Федеральной космической программы 2016-2025 гг., предполагающей создание ряда космических аппаратов (КА) для проведения углубленных исследований Луны, а также создание необходимого задела для полномасштабного исследования её поверхности после 2025 года. Первый этап лунной программы России предусматривает запуск автоматических КА, следующим этапом будет создание лунной базы и средств для обеспечения ее функционирования.
Лунная база предполагает наличие различного рода робототехнических средств, взаимодействующих между собой, и одной из ключевых задач, которую предстоит решить при создании такой базы, будет проработка сценариев их взаимодействия. В настоящей работе рассматривается один из возможных сценариев такого взаимодействия, при этом разрабатываемая система должна обеспечивать работу не менее двух роботов.

Партнер: АО «НПО Лавочкина»

2. Сверхлегкая твердотопливная ракета для вывода на орбиту малых космических аппаратов

Аннотация: Потребность в разработке ракет-носителей (РН) сверхлегкого класса обусловлена стремительным ростом числа малых и сверхмалых космических аппаратов. Несмотря на их относительную простоту, такие аппараты способны эффективно решать задачи в области связи, сбора данных о космическом пространстве, наблюдения за объектами и зондирования Земли, а также проведения научных и экспериментальных работ непосредственно на орбите. В Концерне ВКО «Алмаз – Антей» существует ряд актуальных задач, для решения которых необходимо проведение испытаний оборудования в космосе. Однако организовать такие испытания пока сложно из-за высокой стоимости вывода полезной нагрузки на орбиту и сложности самой организации процессов. В связи с этим актуальной для Концерна является разработка концепции создания собственной РН сверхлегкого класса, которая была бы не только экономически эффективной, но и простой в производстве и эксплуатации.

Партнер: АО «Обуховский завод»

3. Макет комплекса планирования выполнения радиолокационной съемки

Аннотация: Радиолокационная съемка является развивающимся направлением дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) для российского космоса. На данный момент на орбите уже действуют 2 аппарата космической системы "Кондор-ФКА", но в дальнейшем планируется активное расширение радиолокационной группировки малыми КА. 
По своей специфике радиолокационная съемка, являясь активным видом зондирования, отлична от пассивной во многом. Важным ограничением является высокое потребление энергии систем, особенно целевой аппаратуры (например: радиолокатор с синтезированной апертурой), которой требуется энергия не только для приема, но и для излучения сигнала. Принципиальным отличием радиолокационного КА бокового обзора является съемка при повороте оси на определенный угол для получения изображения с лучшим разрешением по азимуту. 
Учитывая, что все съемки выполняются по заявкам государственных и частных потребителей необходимо усовершенствовать действующую модель планирования с учетом ограничений, обоснованных характеристиками целевой аппаратуры, баллистического построения, расположения пунктов приема информации и специфики радиолокации.

Партнер: АО «Российские космические системы»

4. Создание бортовой инновационной системы оценки эффективности перовскитных материалов в реальных космических условиях

Аннотация: Проект направлен на создание нового отечественного измерительного модуля и алгоритмов для высокоточного мониторинга параметров перовскитных солнечных панелей и аккумуляторов в условиях реального космического полёта. Важнейшим аспектом данного проекта является именно разработка уникальной отечественной аппаратуры, специализированных алгоритмов обработки и передачи данных, а также интеграция этого решения в макет малого космического аппарата. Наработки, созданные школьниками, создадут базу для реального прототипа полезной нагрузки – ведь в конце 2026 года планируется запуск настоящего малого космического аппарата, оснащенного таким аппаратно-программным комплексом. Данные, полученные с его помощью, ускорят внедрение передовых перовскитных солнечных панелей и высокоемкостных аккумуляторов, что в перспективе позволит существенно увеличить срок активного существования космических аппаратов и станет важным шагом в развитии отечественных технологий мониторинга и управления энергоустановками нового поколения. Этот проект – реальная возможность для школьников окунуться в работу над полезным устройством, которое имеет большие перспективы и действительно будет запущено в космос.
В основе проекта лежит необходимость создания аппаратно-программного комплекса, который позволит учесть особенности перовскитных солнечных элементов: выраженную ионную подвижность и гистерезис вольтамперных характеристик. Традиционные методы измерения, успешно применяемые для кремниевых панелей, не могут обеспечить точность и стабильность данных для нового типа материалов, поскольку рабочие параметры перовскита зависят от предыдущих нагрузок, скорости изменения напряжения и температурных условий эксплуатации. В связи с этим участникам предстоит разработать специализированную электронную схему измерительного модуля, подобрать датчики напряжения, тока, мощности и температуры, а также создать уникальные алгоритмы отслеживания точки максимальной мощности, которые позволят панели работать в оптимальном режиме и избежать деградации при резких изменениях внешних условий.
Результатом проекта станет создание экспериментального образца инновационной системы мониторинга, которая позволит получить детальные и достоверные данные о поведении перовскитных солнечных элементов и аккумуляторов в условиях реального космоса. Подготовленная техническая документация и результаты испытаний заложат основу для дальнейших исследований и разработки измерительной аппаратуры, которая будет запущена в составе малого космического аппарата в конце 2026 года.

Партнер: Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»

5. Орбитальная биолаборатория

Аннотация: В мире проводятся опыты с живыми объектами в околоземном пространстве на МКС и малых космических аппаратах, таких как КА БИОН. Так как появилась возможность проводить быструю разработке космических экспериментов на кубсатах, биологические эксперименты начинают проводиться и на них [1,2]. В НИИЯФ МГУ разрабатывается проект Орбитальной Биолаборатории, которая позволяет проводить исследования биообъектов на в условиях ограниченного пространства, доступного на кубсате, при этом обеспечивается статистическая достоверность получаемых результатов благодаря проведению до 16-ти одновременных экспериментов в различных ампулах переделах одного прибора. 

Партнер: НИИЯФ МГУ

6. Выявление и оценка разливов нефтепродуктов в акваториях по спутниковым снимкам с использованием методов машинного обучения

Аннотация: Задача распознавания на спутниковых снимках нефтяных пятен (в более широком смысле, разливов нефтепродуктов) является одной из стандартных задач, связанных с применением данных спутниковой съёмки. В опубликованных работах отечественных и зарубежных исследователей рассматривается, в том числе, применение методов машинного обучения, включая глубокое обучение, при дешифрировании спутниковых снимков и распознавании на них разливов нефтепродуктов. Вместе с тем, публично доступные материалы исследований освещают либо закрытые коммерческие разработки в данном направлении, либо частные аналитические исследования (case studies) для отдельных территорий и акваторий.
Актуальной задачей является задача разработки свободно распространяемых средств и данных (включая методические рекомендации, программные средства и модели, образцы данных и обучающие выборки), способных стать, своего рода, универсальным “конструктором Лего” для исследователей и аналитиков, перед которыми возникает задача поиска, распознавания и оценки параметров разливов нефтепродуктов с использованием спутниковых снимков. Подобные средства должны стать инструментарием, позволяющим сократить трудозатраты и временные затраты аналитика на изучение интересующего его объекта, а также повысить эффективность мониторинга в контексте скорости обнаружения таких чрезвычайных ситуаций и реагирования на них.
Целью проекта является разработка методики отбора, подготовки и обработки спутниковых снимков для выполнения оценки параметров разливов нефтепродуктов в акваториях с использованием методов машинного обучения, на примере разливов мазута в Чёрном море в декабре 2024 года.

Партнер: Санкт-Петербургский государственный университет