Современная космонавтика — разнообразная и динамично развивающаяся сфера, которая из области научных исследований превращается в область коммерческой деятельности. «Космические технологии» на «Больших вызовах» призваны продемонстрировать как прочно и глубоко космос вошел в нашу повседневную жизнь, а, с другой стороны, на какие вызовы еще предстоит ответить человечеству.
Тематически в направлении представлен широкий круг вопросов, актуальных для современной космонавтики. Это задачи по проведению экспериментов на борту МКС, созданию эксперимента по роевому взаимодействию КА, созданию малого космического аппарата нано-класса, проект по усовершенствованию ключевого элемента реального ракетного двигателя, рассматриваются задачи топологической оптимизации элементов несущих конструкций а также ведется работа с данными дистанционного зондирования земли.
Особенность направления — сотрудничество и совместная работа крупнейших государственных космических предприятий, научных институтов, университетов а также небольших инновационных компаний. Генеральный партнер направления — государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос».
Все направления проектной образовательной программы «Большие вызовы»
Участники были определены по результатам проведения Всероссийского конкурса научно-технологических проектов 2018-2019 года.
Директор Космического центра Сколковского института науки и технологий
Начальник отдела мониторинга инноваций и трансфер технологий ПАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П.Королёва», кандидат технических наук
Старший методист по проектной деятельности Лицея «Вторая школа» имени В.Ф. Овчинникова, методист Центра педагогического мастерства (г. Москва), методист направления «Космические технологии» проектной программы, конкурса «Большие вызовы»
Ведущий инженер лаборатории функциональная безопасность космических аппаратов и систем МИЭМ НИУ ВШЭ
Младший научный сотрудник географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, кандидат географических наук
ГИС-аналитик Компания «ГеоВерсум»
Аспирант Космического центра Сколковского института науки и технологий
Главный специалист отдела внедрения цифровых технологий «НПО Энергомаш» им. академика В.П. Глушко
Специалист НПО «Энергомаш»
Инженер Космического центра Сколковского института науки и технологий
Координатор проектов Космического центра Сколковского института науки и технологий, разработчик программ метапредметного образования, руководитель образовательной программы Проектной школы, руководитель проектного офиса школы-интерната при МГУ им. М.В. Ломоносова
Старший методист по проектной деятельности Лицея «Вторая школа» имени В.Ф. Овчинникова, методист Центра педагогического мастерства (г. Москва), методист направления «Космические технологии» проектной программы, конкурса «Большие вызовы»
Ведущий инженер ООО Спутникс
Инженер-конструктор 2 категории НПО «Энергомаш»
Инженер-технолог 2 категории НПО «Энергомаш»
Директор Космического центра Сколковского института науки и технологий
Менеджер проектов Космического центра Сколковского института науки и технологий
Инженер учебно-исследовательской лаборатории функциональной безопасности космических аппаратов и систем национального исследовательского университет Высшая Школа Экономики
Стажер-исследователь лаборатории функциональная безопасность космических аппаратов и систем МИЭМ НИУ ВШЭ
Инженер-конструктор 1 категории НПО «Энергомаш»
Главный специалист (по направлению) НПО «Энергомаш»
Инженер-технолог 3 категории НПО «Энергомаш»
Главный специалист отдела образовательных проектов, молодежной политики и спорта Департамента развития персонала и сопровождения проектов Госкорпорация Роскосмос
Старший научный сотрудник космического центра Сколковского института науки и технологий
Программист ООО Спутникс
Инженер отдела конструирования перспективных изделий ПАО «РКК «Энергия»
Инженер Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» Института Передовых Производственных Технологий СПбПУ
Ведущий инженер РКК «Энергия»
Начальник отдела прототипирования и инспекционных измерений НПО «Энергомаш»
Заведующий лабораторией «Космические системы» отдела проектных лабораторий Образовательного Фонда «Талант и успех», координатор экспертов программы «Большие вызовы» в 2019 году и Всероссийских конкурсов проекта «Дежурный по планете 2019-2020»
Инженер-конструктор ООО «СПУТНИКС»
2. Отработка технологий роевого взаимодействия малых космических аппаратов.
3. Оптимизация рабочего колеса турбины ракетного двигателя.
5. Использование методов ДЗЗ для оценки темпов таяния горных ледников.
Описание проектов
1. Разработка аппаратно-программного комплекса для проведения космических экспериментов на борту РС МКС (проект «КосмоЛаб»)
Руководитель проекта: Сергеев Р.В.
Соруководители проекта: Тулупов А.В.
Аннотация: международная космическая станция – уникальное творение человечества, которое сегодня вносит главный вклад в исследование действия факторов космического пространства на человеческий организм и является площадкой для большого количества научных экспериментов. Для того, чтобы получить от станции максимальную пользу, необходимо проводить на ней как можно больше экспериментов.
Ограничивающим фактором для новых экспериментов является дефицит ресурсов (например, время экипажа). Для того, чтобы проводить новые эксперименты, требующие интеллектуальных возможностей человека, при этом минимально расходуя время экипажа, предлагается разработать прототип для испытаний и отработки аппаратно-программного комплекса для автоматизации проведения космических экспериментов (коротко –«Космолаб»). Комплекс обеспечит удаленное управление подключенной к ней научной аппаратуры самим постановщиком эксперимента с Земли.
Установка будет представлять из себя универсальный автоматизированный лабораторный комплекс для проведения образовательных, физических и химических экспериментов. Специальный манипулятор позволит производить операции с различными образцами. В перспективе такой комплекс должен появиться на МКС. Новизна проекта будет заключаться в автоматизации и унификации экспериментальных работ на РС МКС, в том числе с интерактивным доступом постановщика космического эксперимента к управлению экспериментом в рамках допустимых требований безопасности.
Разработка проекта: ПАО «РКК «Энергия» им. С.П. Королёва».
2. Отработка технологий роевого взаимодействия малых космических аппаратов
Руководитель проекта: Гайков Г.П.
Соруководитель проекта: Биктимиров Ш.Н., Притыкин Д.А.
Аннотация: одной из ключевых технологий для развития спутниковых систем на сегодняшний момент является разработка распределенных космических систем. Они позволяют проводить одновременные пространственно разнесённые измерения и являются более надежными по сравнению с отдельными космическими аппаратами (КА), снабженными большим количеством аппаратуры на борту.
В рамках разработки распределенных спутниковых систем важной проблемой является создание алгоритмов роевого взаимодействия между аппаратами. На сегодняшний день нам не известен ни один проект по созданию автономной работы группировки из малых космических аппаратов на орбите. Проведение экспериментов по отработке задач роевого взаимодействия является перспективным направлением в области микроспутниковых технологий. В ходе реализации проекта должны появиться рабочие алгоритмы синхронной работы трех малых космических аппаратов по различным принципам (ориентация, радиоканалы, оптическая передача информации). Алгоритмы будут отрабатываться на электрических макетах спутников. Найденные решения будут реализовываться в рамках космического эксперимента РКК «Энергия» «Рой МКА».
Партнеры проекта: РКК «Энергия», Томский Политехнический Университет (ТПУ), Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР), Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (НИИЯФ МГУ), Сколковский Институт Науки и Технологий (Сколтех).
Разработка проекта: Космический центр Сколковского института науки и технологий.
3. Оптимизация рабочего колеса турбины ракетного двигателя
Руководитель проекта: Булгаков Д.Г., Кузьмичев А.Ю.
Со-руководитель проекта: Важинская В.В.
Аннотация: одной из важнейших задач при создании ракетного двигателя для перспективных ракет-носителей «Ангара», «Амур», Союз-5, ракет-носителей сверхтяжелого класса, а в перспективе – и многоразовых средств выведения, является обеспечение надежности и эффективной работы турбонасосного агрегата при снижении его себестоимости.
Слушатели программы «Большие вызовы», знакомясь с жизненным циклом создания жидкостных ракетных двигателей, попробуют решить сложную задачу разработки и испытаний элементов турбонасосного агрегата, разработав, подготовив и экспериментально проверив предложения по повышению КПД рабочего колеса турбины турбонасосного агрегата.
На основе изученной теории ребятам предстоит рассчитать параметры рабочего колеса турбины, создать его 3D-модель, изготовить опытный образец с применением аддитивных технологий, а затем провести его испытания на самостоятельно собранном стенде, имитирующем работу турбонасосного агрегата настоящего двигателя. Все применяемые командой технологии и подходы сегодня используются при разработке и изготовлении реальных жидкостных ракетных двигателей. В результате будут определены критерии выбора оптимальной конструкции с учетом жестких требований надежности и высоких нагрузок.
В результате работы будет получена легкая и прочная конструкция, наилучшим образом соответствующая заданным требованиям. Выполнение такого проекта на должном уровне потребует большого объема фундаментальных знаний и серьезных навыков работы в инженерном и программном обеспечении, используемом высокотехнологичными компаниями мирового уровня.
Партнёры проекта: АО «НПО Энергомаш», ОАО «Протон-ПМ».
Разработка проекта: НПО «Энергомаш».
4. Разработка системы дистанционного зондирования Земли для экологического мониторинга на основе наноспутниковой платформы «Орбикрафт-Про»
Руководитель проекта: Шубин М.И.
Соруководитель проекта: Абрамешин Д.А.
Аннотация: в ходе образовательного процесса с Образовательным центром «Сириус» будет проведена теоретическая проработка и созданы два наноспутника формата CubeSat 3U для первой школьной системы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) с целью экологического мониторинга.
В рамках теоретической проработки для участников будут проведены подготовительный образовательный курс и практическая часть, результатом которой станет определение ключевых параметров системы ДЗЗ, таких как: объем и состав получаемых данных, состав и требования к аппаратам орбитальной группировки и наземному сегменту, программа эксперимента.
В рамках создания наноспутников будет проведена расчетная работа по определению режимов работы аппаратов, выполнена сборка двух образцов космических аппаратов, проведена их экспериментальная отработка и пройдены механические испытания. Космические аппараты, сборка которых будет проведена в рамках программы, представляют собой наноспутники формата CubeSat 3U, выполненные с использованием комплектующих наноспутниковой платформы «Орбикрафт-Про» компании «Спутникс» и включающие в себя набор обеспечивающих систем, маховичную систему ориентации и стабилизации, Х-диапазонный передатчик и камеру оптического диапазона на плоских линзах, разработанных Самарским университетом.
По итогам учебной программы школьники на реальных примерах познакомятся с принципами работы бортовой аппаратуры космических аппаратов и основами разработки космических систем ДЗЗ, научатся собирать, программировать и тестировать космическую технику, а также управлять ей из центра управления полетом.
Разработка проекта: ООО «Спутникс» и МИЭМ НИУ ВШЭ.
5. Использование методов ДЗЗ для оценки темпов таяния горных ледников
Руководитель проекта: Басалаева К.Т.
Соруководитель проекта: Алейников А.А.
Аннотация: горные ледники являются природными аккумуляторами выпадающих осадков и регулируют речной сток на значительных территориях. Корректный расчет ледникового стока в горных регионах требует учета экранирующего эффекта поверхностной морены (моренного чехла). На Кавказе до четверти площади горных ледников покрыто моренным чехлом, который согласно разным оценкам снижает величину ледникового стока на 10-15%. В последние годы разрабатывается метод расчета толщины моренного покрова по поверхностной температуре, определяемой по космическим снимкам в соответствующем диапазоне.
Предлагается провести сопоставление данных полевых измерений на леднике Джанкуат (Приэльбрусье, Центральный Кавказ) с расчетами на основе спутниковых наблюдений и, используя полученные результаты, скорректировать метод расчета и использовать его для оценки ледникового стока, формирующегося на других ледниках Кавказа.
Разработка проекта: ГК СКАНЭКС и Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова.
6. Проектирование элемента космического аппарата. Компьютерный инжиниринг, топологическая оптимизация и 3D-печать
Руководитель проекта: Тарасенко Ф.Д.
Аннотация: космическая отрасль одна из самых чувствительных отраслей во всем, что касается массы изделия. При проектировании кораблей и спутников учитывается каждый грамм. Ведь затраты на доставку этого грамма на орбиту очень существенны. Именно поэтому так важно уделять больше внимание конечной массе разрабатываемых изделий.
Экономический эффект от снижения массы конструкции актуализирует использование таких мощных инструментов, как топологическая оптимизация, генеративный дизайн, проектирование под изготовление методами аддитивных технологий. Все это в связке позволяет получить изделия с низкой массой, но при этом соответствующие всем предъявляемым требованиям и ограничениям. Применение такого подхода позволяет, например, взять на борт больше полезного груза (различные датчики, аппаратура корабля) или существенно сэкономить на топливе.
Все технологии и подходы, описанные выше, могут быть и будут применены при выполнении проектов от компаний РКК «Энергия» им. С.П. Королева и OHB Sweden. Задачей команды является проектирование элементов космического аппарата на основе оптимизации. На выходе по каждому проекту будет получена легкая и прочная конструкция, наилучшим образом соответствующая требованиям заказчика. Выполнение такого проекта на должном уровне потребует большого объема фундаментальных знаний и серьезных навыков в работе в инженерном программном обеспечении, используемом высокотехнологичными компаниями мирового уровня.
Разработка проекта: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого.
