Инновации 30 августа 2022

Как школьнику стать космическим инженером

Компания — национальный чемпион «Геоскан» проводит тестирование своего спутника, который был запущен с космодрома Байконур 9 августа. «Геоскан-Эдельвейс» был выведен на орбиту вместе с пятнадцатью малыми космическими аппаратами образовательного проекта Space-π в качестве попутной полезной нагрузки к иранскому космическому аппарату «Хайям»
Как школьнику стать космическим инженером
Спутник «Геоскан-Эдельвейс» предназначен для летных испытаний спутниковой платформы «Геоскан 3U»
Пресс-служба ГК «Геоскан»

Одновременный запуск 16 российских спутников стал рекордным в истории ракетно-космической промышленности России.

Космический аппарат регулярно выходит на связь, передает с орбиты фотографии Земли. Качество полученных снимков невысокое, разрешение составляет всего 640 × 480. Однако камера и не предназначена для дистанционного зондирования земной поверхности. Она используется как вспомогательный механизм для определения ориентации аппарата. В настоящее время специалисты «Геоскана» тестируют алгоритм стабилизации спутника, затем его будут ориентировать в нужных для работы положениях.

На «Геоскан-Эдельвейс» установлена символическая полезная нагрузка — кремниевая пластина размером 10 × 15 мм. На нее методом ионно-лучевой литографии нанесены 22 772 имени со всего мира, из них шесть тысяч — имена ребят из Российского движения школьников.

magnifier.png Данные с кубсата передаются на наземную станцию управления, она представляет собой поворотное устройство с установленной на нем антенной системой. Космический аппарат передает данные — телеметрию и радиопозывной — в радиолюбительском диапазоне 436,2 мегагерца один раз в 30 секунд

Спутник предназначен для летных испытаний спутниковой платформы «Геоскан 3U», которая будет использована для проведения образовательной деятельности в рамках проекта Space-π; взаимодействия с радиолюбителями всего мира; летных испытаний газовой двигательной установки стандарта CubeSat (ОКБ «Факел») совместно с GNSS-приемником компании — национального чемпиона НПЦ ЭЛВИС (GNSS — Global Navigation Satellite System) . Этот приемник определяет координаты местоположения аппарата на орбите на основе радиосигналов, излучаемых спутниками навигационных систем.

Данные с кубсата передаются на наземную станцию управления, она представляет собой поворотное устройство с установленной на нем антенной системой. Космический аппарат передает данные — телеметрию и радиопозывной — в радиолюбительском диапазоне 436,2 мегагерца один раз в 30 секунд. Передача высокоскоростных данных на Землю происходит по запросу от наземной станции управления. Когда спутник находится в зоне видимости наземной станции, можно послать ему команду и получить данные от полезных нагрузок. Радиопозывной космического аппарата «Геоскан-Эдельвейс» — RS20S.


ТРАССА СПУТНИКА.jpg
Трасса спутника «Геоскан-Эдельвейс» и центр управления компании «Геоскан» в Санкт-Петербурге (Base 1); когда спутник находится в зоне видимости наземной станции, можно послать ему команду и получить данные от полезных нагрузок
Пресс-служба ГК «Геоскан»

10 × 10 × 10

Кубсат — это размерный стандарт микро- и наноспутников, его предложили в США более двадцати лет назад. Идея единого стандарта сильно изменила облик беспилотной космонавтики и открыла возможность сравнительно недорого создавать космические аппараты частным компаниям, любителям, студентам и даже школьникам. Благодаря кубсатам многие страны, бюджеты которых не тянули традиционную космонавтику, смогли похвалиться первыми успехами в космосе. Особенность кубсатов — фиксированные габариты, которые меняются кратно количеству юнитов.

Юнит — это куб размером 10 × 10 × 10 сантиметров. В зависимости от задач, длительности миссии и выбора полезной нагрузки базовый юнит множится на 2, 3, 5, 12, 24 и так далее. Таким образом, космический аппарат может быть как кубом, так и параллелепипедом. Например, сейчас инженеры «Геоскана» совместно с российскими университетами разрабатывают семь космических аппаратов форм-факторов 1U (10 × 10 × 10 см) и 3U (30 × 10 × 10 см).

Одноюнитовые спутники обычно радиолюбительские, там одна полезная нагрузка и максимум еще крошечная камера. Формат 3U позволяет разместить больше полезной нагрузки, в том числе научные приборы. Поэтому участники проекта Space-π стандартно будут использовать  аппараты 3U.

Питается спутник от солнечных батарей. Средний срок его существования — от года до пяти лет. Это зависит от миссии, орбиты и используемой компонентной базы. После выполнения своей задачи аппарат постепенно сходит с орбиты и сгорает без остатка в атмосфере.

Как и любая космическая техника, кубсаты должны выживать в условиях сурового космоса, поэтому их необходимо жестко тестировать на Земле. Они проходят множество испытаний — электрические, вакуумные, термовакуумные, вибрационные и ударные. Все это требует повышенного контроля качества при изготовлении и сборке.


ХОХЛОВ.jpg
Руководитель отдела образовательных космических наноспутников ГК «Геоскан» Александр Хохлов стоит внутри имитатора магнитного поля Земли, с помощью которого тестируется магнитная система ориентации спутниковых платформ «Геоскана»
Пресс-служба ГК «Геоскан»

Личный эксперимент на орбите

Space-π — это проект программы «Дежурный по планете», он организован при поддержке Фонда содействия инновациям. Цель программы — повысить популярность космических исследований и разработок среди школьников России. Чтобы сформировать доступную среду в этой области, свои усилия объединили Фонд содействия инновациям, фонд «Талант и успех», Сколковский институт науки и технологий, Кружковое движение и госкорпорация «Роскосмос». Школьники получают возможность провести собственный эксперимент на орбите и узнать подробности о профессии космического инженера еще до получения высшего образования. В планах — в течение нескольких лет отправить сто малых космических аппаратов формата CubeSat 3U.

Россия многие годы была лидером по запускам чужих кубсатов. Зарубежные университеты их разрабатывали, и они выводились на орбиту на ракетах «Днепр», «Союз». В какой-то момент появились первые отечественные небольшие частные компании, которые стали делать спутники формата кубсат, но их все равно было очень мало — несколько спутников за два-три года.

«Программа Space-π появилась только в 2021 году, ее организовал Фонд содействия инновациям, — рассказывает руководитель отдела образовательных космических наноспутников ГК “Геоскан” Александр Хохлов. — Решили собирать проекты у школьников и студентов и выдавать гранты на спутники. Выбрали пять российских частных компаний и университетов, которые стали разрабатывать платформы спутников. Это “Геоскан”, “Спутникс”, НИЛАКТ ДОСААФ, ЮЗГУ и Сколтех. Университеты получали гранты на кубсаты и в качестве полезной нагрузки размещали, к примеру, камеры, разнообразные приборы, разработанные сотрудниками и студентами. В марте 2021 года по программе Space-π полетели первые три спутника, и в этот раз на орбиту отправились 16 кубсатов».

magnifier.png Отличительная особенность этой платформы — плата, объединяющая систему управления, питания и связи. Компактность ее размеров позволила сэкономить много свободного пространства внутри спутника, чтобы разместить больше полезной нагрузки

Полезную нагрузку помимо «Геоскана» для них создавали в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого, Балтийском государственном техническом университете Военмех имени Д. Ф. Устинова, Научно-исследовательском институте ядерной физики имени Д. В. Скобельцына, Тюменском государственном университете, Сибирском государственном университете науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева, Кузбасском государственном техническом университете имени Т. Ф. Горбачева, Научно-исследовательской лаборатории аэрокосмической техники ДОСААФ, Московском институте электронной техники, Институте систем обработки изображений (филиал Федерального научно-исследовательского центра «Кристаллография и фотоника» РАН), Национальном исследовательском университете «Высшая школа экономики», Сколковском институте науки и технологий, ФИРОН и Казанском институте развития образования.

К процессу работы подключаются школьники. У ребят есть несколько путей: это участие в ежегодном конкурсе «Space-π. Открытый космос» (его проводит Российское движение школьников), практика в компаниях — производителях платформ, работа в центрах технического творчества при университетах. Идеи школьников затем рассматриваются университетами.

«“Геоскан” отрабатывает не только образовательную спутниковую платформу, но и взаимодействие со школьниками, — рассказывает Александр Хохлов. — У компании большой опыт внедрения в образовательный процесс программируемых квадрокоптеров “Пионер”, теперь пришла очередь кубсатов. Пока это штучная работа. Например, весной в отделе разработки малых космических аппаратов практиковался десятиклассник из Физико-технической школы Владимир Серёжин, и 9 августа он был на запуске спутника “Геоскан-Эдельвейс” на Байконуре. В августе на практику приехал школьник Глеб Клюев из Новосибирска, участник конкурса РДШ “Space-π. Открытый космос”».

«Геоскан» участвует в работе образовательного проектного офиса Space-π. К созданию космических аппаратов возможно привлечь лишь ограниченное количество школьников, а вот к использованию полученных данных намного больше, для этого в компании планируют постепенно размещать на сайте проекта информацию о спутниках, о том, какие задачи они выполняют на орбите и какие данные могут предоставить всем желающим.


СПУТНИК1.jpg
Участники проекта Space-π будут использовать аппараты 3U
Пресс-служба ГК «Геоскан»

Космические разработки

Начинал «Геоскан» свою космическую программу с наименьшего из кубсатов — аппарата кубической формы со стороной 10 сантиметров. Для него специалисты компании разработали раму, боковые и торцевые панели, а также панели связи. Отличительная особенность этой платформы — плата, объединяющая систему управления, питания и связи. Компактность ее размеров позволила сэкономить много свободного пространства внутри спутника, чтобы разместить больше полезной нагрузки.

«Однако процесс не стоит на месте, и мы разработали спутник увеличенного размера формата 3U, — рассказывает инженер-конструктор ГК “Геоскан” Родион Новиков. — Больший объем полезного пространства позволил нам разместить больше полезной нагрузки и повысить отказоустойчивость систем за счет увеличенного резервирования всех подсистем. Появилась также возможность разместить блок маховиков собственной разработки и двигательную установку от ОКБ “Факел”. Штатным устройством на всех спутниках нашей линейки является миниатюрная камера низкого разрешения».

magnifier.png Школьники получают возможность провести собственный эксперимент на орбите и узнать подробности о профессии космического инженера еще до получения высшего образования. В планах — в течение нескольких лет отправить сто малых космических аппаратов формата CubeSat 3U

Если на остальных 15 кубсатах, запущенных 9 августа, для солнечных панелей используются дорогие покупные фотоэлектрические преобразователи из арсенида галлия, то специалисты «Геоскана» пошли по пути разработки собственных панелей. Они созданы из высокоэффективных гетероструктурных отечественных солнечных элементов из кремния, сделанных совместно с НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике. По эффективности такие ФЭП лишь немного уступают арсениду галлия, но при этом они более экономичные.

«Мы пройдем летные испытания, убедимся, что все наши технические решения по платам, по системе управления наземной станцией работают, что мы управляем спутником, получаем телеметрию с бортовых систем и с полезной нагрузки, — рассказывает Александр Хохлов. — Одновременно, получая данные о работе нашего спутника, мы работаем над четырьмя спутниками для университетов, также по программе Space-π. В планах — в следующем году сделать еще несколько спутников, и мы по-прежнему будем плотно заниматься образовательной деятельностью вместе с университетами. А потом, возможно, мы получим лицензию на космическую деятельность, и тогда это будет уже не только образовательный проект. Мы сможем делать коммерческие спутники для самых разных заказчиков, причем больших размеров — не 3U, а 6U, 12U — и приступить к другим интересным задачам».

Темы: Инновации

Еще по теме:
29.09.2022
Химики МГУ научились быстро и просто определять содержание ветеринарных препаратов в молоке с помощью нового метода
28.09.2022
Разработка Московского Политеха позволит уменьшить риск эмоционального выгорания работников кол-центров
26.09.2022
Руководство ВВС США (U. S. Air Force) 22 сентября объявило, что оно сделало свой выбор в пользу компании Raytheo...
20.09.2022
Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) разработали технологию, которая...
Наверх