Космические технологии

1. GASHOPPER – концепт аппарата для исследования Марса
2. Взгляд с орбиты
3. Разработка технологии автоматической посадки возвращаемой крылатой ступени ракеты-носителя
4. Разработка устройства визуального контроля и анализа космических экспериментов (КЭ)
5. Создание cистемы для локального мониторинга облачного покрова по данным космической съемки
6. Создание солнечного паруса, предназначенного для орбитального маневрирования  спутников формата Кубсат на низкой околоземной орбите

Описание проектов
список и описание проектов предварительные и могут быть изменены и уточнены

1. GASHOPPER – концепт аппарата для исследования Марса

Руководители проекта: Важинская В.В., Кузьмичев С.В.

Аннотация: Грандиозные планы человечества по колонизации Марса неосуществимы без должного исследования красной планеты. На выполнение этой задачи у знакомых всем марсоходов уйдет не менее 20 лет, в то время как человечество как никогда близко подошло к совершению первого управляемого межпланетного полета. Чтобы первые люди смогли ступить на поверхность соседней планеты, необходим технический прорыв в средствах исседования красной планеты.  

GASHOPPER – аппарат для исследования Марса, который перемещается по поверхности планеты за счёт реактивной тяги.  Источник энергии для передвижения GASHOPPER – это углекислый газ, который составляет 99% атмосферы Марса. В процессе сбора научных данных с поверхности Марса, GASHOPPER запасает энергию в газовом аккумуляторе высокого давления, после чего газ выбрасывается через сопло со сверхзвуковой скоростью, создавая реактивную тягу и перемещая аппарат на новое место для исследований, при этом посадка на новое место осуществляется динамическим способом посредством повторного включения двигателя. После совершения мягкой посадки, GASHOPPER повторяет цикл сбора научных данных, восстановления запасов энергии и дальнейшего перемещения по маршруту.

Для демонстрации концепции предлагается создание экспериментального земного макета GASHOPPER, работающего на тех же фундаментальных физических принципах, что и марсианская версия аппарата, но упрощённого конструктивно для возможности проведения испытаний в земных условиях. В ходе проекта участникам предстоит решить несколько важных задач:

• выбор параметров аппарата: рабочее давление и объем аккумулятора давления, потребная тяга маршевого двигателя и двигателей системы управления,
• разработка алгоритма функционирования аппарата,
• разработка базовых алгоритмов бортовой системы управления, системы стабилизации и алгоритмов мягкой посадки,
• разработка системы дистанционного управления аппаратом и снятия показаний датчиков,
• проектирование и жесткая оптимизация конструкции каждого узла аппарата,
• изготовление и испытание узлов и составных частей аппарата,
• проектирование и изготовление различных вспомогательных устройств для проведения летных испытаний.

Партнер проекта: Госкорпорация «Роскосмос»
 

2. Взгляд с орбиты

Руководители проекта: Батырев Ю.П., Есаков А.М.

Аннотация: Лес в России — это важнейший фактор обеспечения условий жизни и устойчивого развития современной цивилизации. Россия – крупнейшая лесопромышленная страна мира, на ее территории располагается 23% мировых запасов леса. Для рационального и не истощительного лесопользования необходимо проводить регулярный мониторинг лесных угодий. Для решения данной задачи целесообразно использовать космические технологии, прежде всего, снимки, полученные с МКС, которая является уникальной лабораторией для комплексного мониторинга лесных экосистем средствами дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)в рамках космического эксперимента «Дубрава», а также снимки, полученные с других космических аппаратов ДЗЗ. 

 Для реализации проекта участникам потребуется решить следующие задачи:
- выбор объекта исследования,  том числе в рамках шаблонных объектов (Теллермановское лестничество и др.);
- прогнозирование движения центра масс МКС или других космических аппаратов;
- учет ограничений на планирование сеанса съемки (освещенность, удаленность от трассы полета, облачность, время работы экипажа); - формирование полётного задания в виде радиограммы;
- получение и обработка полученной информации; - проведение расчётов и оценка параметров лесных угодий;
- выработка рекомендаций для лиц принимающих решения по лесоуправлению;
- оценка экономических показателей и формирование локальной геинформационной системы объекта.

Партнеры проекта: МФТИ, ИГ РАН, ИКИ РАН, ПАО «РКК «Энергия», Госкорпорация «Роскосмос»  
 

3. Разработка технологии автоматической посадки возвращаемой крылатой ступени ракеты-носителя

Руководители проекта: Кокшаров Д.Е., Панасова Е.П., Кузнецов Ю.Л.

Аннотация: В настоящее время многими частными и государственными компаниями ведутся разработки возвращаемых ступеней ракет-носителей (РН) различного класса. Для РН легкого и сверхлегкого класса, эксплуатируемых с внутриконтинентальных космодромов экономически эффективной является посадка возвращаемой ступени «по-самолетному», то есть на взлетно-посадочную полосу (ВПП).  При этом посадка, по возможности, должна осуществляться на полосу, не используемую для частых полетов регулярных рейсов с целью обеспечения безопасности воздушного движения при интенсивных запусках РН. Такая отдельная ВВП, которая будет использоваться для посадки возвращаемых ступеней РН, потребует дополнительного оснащения для осуществления посадки в автоматическом режиме. С учётом жёстких требований по минимизации массы бортового оборудования РН наиболее эффективными являются решения по системе автоматической посадки, интегрированные в штатную систему управления ступени, и действующие по аналогии с системами автоматического взлетаи посадки некоторых БПЛА и самолётов (automated take-off and landing - ATOL). 

Задачи навигации и стабилизации беспилотных летательных аппаратов исследованы хорошо, известны работающие решения, обеспечивающие построение маршрута, отвечающего заданным требованиям и пооет по нему. Однако существуют лишь отдельные решения по полностью автономной системе посадки БПЛА. Таким образом, задача разработки бортовой и наземной систем управления макетом многоразовой ступени РН, осуществляющей приведение ее к ВПП и посадку без участия оператора, полностью в автоматическом режиме, является актуальной и востребованной. В рамках смены требуется проработать дополнительное оснащение ВПП, определить состав минимально необходимого бортового оборудования, создать и отработать контуры управления посадкой.  Технологии, реализованные в рамках проекта, могут быть перенесены на практику разработки систем управления возвращаемых ступеней реальных РН.   

Партнеры проекта: Государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос», АО «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения»

4. Разработка устройства визуального контроля и анализа космических экспериментов (КЭ)

Руководитель проекта: Сергеев Р.В.

Аннотация: Международная космическая станция – уникальное творение человечества, которое сегодня вносит главный вклад в исследование действия факторов космического пространства на человеческий организм. Для того чтобы получить от станции максимальную пользу, необходимо проводить на ней как можно большее количество экспериментов (КЭ). В рамках многих КЭ заказчику зачастую требуется непрерывный сбор данных и визуальный контроль за ходом эксперимента. Загруженность экипажа и стоимость его работ не позволяет выполнять им такие задачи. Для решения данной проблемы требуется разработать макет устройства, способный заменить космонавта и позволить заказчику удаленно управлять ракурсом съемки, световыми настройками, задавать цикличные параметры съемки, либо настраивать автоматическое слежение за объектом. Все эти наработки, наряду с уже выполненными в прошлой смене программы «Большие вызовы» воспитанниками Сириус, войдут в опытный образец системы автоматизации космических экспериментов на борту РС МКС (шифр целевых работ: «Ларец»).

Для реализации проекта участникам потребуется:
- сконструировать макет научной аппаратуры под камеру, с возможностью перемещения в 5-ти осях;
- реализовать подключения к съёмочному оборудованию для дистанционного задания параметров съёмки;
- настроить компьютерное зрение для слежения за объектом;
- разработать демонстрационный эксперимент для роботизированной платформы;
- показать на данном эксперименте возможности изготовленного макета.

Партнеры проекта: ПАО «РКК «Энергия» и Технологический университет г. Королёва (ГК  «Роскосмос»), Московский государственный областной технологический университет (МГОТУ), Государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос»

5. Создание cистемы для локального мониторинга облачного покрова по данным космической съемки

Руководитель проекта: Гершензон В.Е.

Аннотация: Проект решает задачу сбора информации о текущем состоянии облачности с привлечением большого количества участников Интернет-сообщества. Критическими для формирования полноценного комплекса информации об облачности, как об одном из элементов стандартных наземных метеорологических наблюдений, являются частота и оперативность получения данных об оценке проективного покрытия небосклона облаками, высоте, балльности и типе облачности. Актуальность проекта обусловлена новыми вызовами и задачами оперативного управления (робототехнические комплексы в точном сельском хозяйстве, применение беспилотников и пр.). Идея проекта состоит в том, чтобы дать всем желающим простые инструменты получения снимков неба и их загрузки на специализированный веб портал.

При помощи данных космической съемки ("вид сверху") возможно формирование существенно более полных и достоверных данных о распределении и типе облачного покрова на большой территории. Дополнительно привлекаются данные наземных наблюдений ("вид снизу") для верификации, большей детальности, получения дополнительной информации о свойствах нижних слоев и т.п. Снимки наземных наблюдений могут собираться как с подключенных к сети Интернет веб-камер, так и с помощью камер обычных мобильных телефонов. Простая методика получения и публикации снимков автоматически или "в один клик" может сделать количество участников сообщества метео-наблюдателей массовым. С использованием современных методов обработки изображений и машинного обучения будет разрабатываться базовая классификация изображений облачности для автоматического распознавания и оперативная локальная аналитика на основе данных, получаемых в режиме реального времени.

Партнер проекта: Общество с ограниченной ответственностью «Лоретт»
 

6. Создание солнечного паруса, предназначенного для орбитального маневрирования  спутников формата Кубсат на низкой околоземной орбите

Руководитель проекта: Храмцова А.В.

Аннотация: В настоящее время становятся актуальными задачи  построения и поддержания низкоорбитальных многоспутниковых группировок связи и съемки Земли из космоса на базе кубсатов; в ближайшее время получат практическую реализацию технологии роевого взаимодействия малых спутников на околоземных орбитах. Следующий шаг - задачи инспекции и обслуживания спутников на орбите. Все они требуют применения технологий управления положением аппаратов на орбите. Одна из перспективных технологий  - использование  солнечных парусов.

В рамках проекта, предлагается изучить основы теории управления парусом кубсата для орбитального маневрирования с целью сближения с пассивным объектом на низкой околоземной орбите; расчитать проектные параметры паруса и выбрать оптимальную конструкцию; провести численное моделирование движения и создать инженерный прототип системы раскрытия паруса для наземных испытаний.

Партнер проекта: Дальневосточный федеральный университет