НАНОСПУТНИК CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Космический урок
Проект реализуется в рамках инициативы «Космический урок», который проводится в Томске с 2017 года. Его организаторами являются Роскосмос и Ракетно-космическая корпорация «Энергия» совместно с Томским политехническим университетом, Томским государственным педагогическим университетом и ГТРК «Томск».
Космический урок прошел 27 октября на площадке Детского технопарка «Кванториум», г. Томск в новом формате с участием трех Детских технопарков «Кванториум» из Томска, Омска и Королева. Проекту оказывают поддержку университеты Томска и Омска - ТПУ, ТГПУ, ТУСУР, ОмГПУ, ОмГТУ, а также индустриальные партнеры - РКК "Энергия" (г. Королев), НПЦ "Полюс" (г. Томск), ПО "Полет"(г. Омск).
В качестве главных экспертов выступили известный ученый, член-корреспондент РАН, один из разработчиков телекоммуникационных и навигационных спутниковых систем, директор НТЦ «Космонит» ОАО «Российские космические системы» Григорий Чернявский и выпускник ТПУ, генеральный конструктор автоматических космических систем и комплексов Роскосмоса Виктор Хартов. Во время урока была организована связь с космонавтами МКС.
Ребята узнали, почему так необходимо изучать космос, почему выбрана именно такая тема, как нам могут и должны помогать малые спутники, в чем смысл и задача проекта "Рой наноспутников", узнали о космическом эксперименте на борту МКС, связанном с роем спутников, участниками которого являются ученые ТПУ. Затем ребятам были предложены кейсы по теме.
Космический урок прошел 27 октября на площадке Детского технопарка «Кванториум», г. Томск в новом формате с участием трех Детских технопарков «Кванториум» из Томска, Омска и Королева. Проекту оказывают поддержку университеты Томска и Омска - ТПУ, ТГПУ, ТУСУР, ОмГПУ, ОмГТУ, а также индустриальные партнеры - РКК "Энергия" (г. Королев), НПЦ "Полюс" (г. Томск), ПО "Полет"(г. Омск).
В качестве главных экспертов выступили известный ученый, член-корреспондент РАН, один из разработчиков телекоммуникационных и навигационных спутниковых систем, директор НТЦ «Космонит» ОАО «Российские космические системы» Григорий Чернявский и выпускник ТПУ, генеральный конструктор автоматических космических систем и комплексов Роскосмоса Виктор Хартов. Во время урока была организована связь с космонавтами МКС.
Ребята узнали, почему так необходимо изучать космос, почему выбрана именно такая тема, как нам могут и должны помогать малые спутники, в чем смысл и задача проекта "Рой наноспутников", узнали о космическом эксперименте на борту МКС, связанном с роем спутников, участниками которого являются ученые ТПУ. Затем ребятам были предложены кейсы по теме.
Кейс - Создание роя малых космических аппаратов
Цель кейса: Создать рой наноспутников - малых космических аппаратов (МКА) для выполнения групповых системных задач
СОДЕРЖАНИЕ КЕЙСА
- Конструкция- Система ориентации и стабилизации:
· Пассивная система;
· Активная система.
- Система энергопитания:
· Возобновляемая система энергопитания (солнечные батареи, аккумуляторные батареи);
· Генераторы (химические источники тока, топливные элементы, ядерный реактор, радиоизотопный термоэлектрический генератор);
· Расчет энергобаланса.
- Система связи:
· Радиосистемы;
· Антенны.
- Система управления МКА.
· Бортовой компьютер.
- Система терморегулирования:
· Пассивная система;
· Активная система;
· Расчет теплового баланса.
- Полезная нагрузка:
· Телекоммуникация;
· Дистанционное зондирование Земли;
· Мониторинг.
Исходные данные (характеристики)
– Форм-фактор малого космического аппарата – 3U CubeSat (300х100х100 мм);
– Габариты полезной нагрузки – 100х100х100 мм
– Масса полезной нагрузки – не более 1,3 кг;
– Доставка на МКС в составе доставляемого груза в транспортном грузовом корабле (ТГК) «Прогресс МС» ракетой-носителем «Союз- 2.1а», запуск в космическое пространство при внекорабельной деятельности (ВКД) космонавтов со специального пускового устройства, установленного на РС МКС;
– Работа автономно на орбите в течение не менее 1,5 месяцев;
– Наличие на борту средств ориентации и стабилизации МКА;
– Высота орбиты – 350–400 км;
–Температура на поверхности МКА - от - 150°С до + 150°С.
– Масса МКА - не более 10,0 кг;
– Система связи – радиоаппаратура и антенная система в радиолюбительском частотном диапазоне.
Этапы проекта
Знакомство с основами проекта, его особенностями (Космический урок)
По итогам этого этапа команды получают задание на выполнение проекта
Эскизное проектирование МКА в составе Роя спутников
Ноябрь - декабрь 2020 год
Разработка технологии и изготовление элементов и систем МКА
2021 год
Реализация второго этапа
6 сентября - 27 октября
5 ноября
6 ноября - 16 ноября
17 ноября - 27 ноября
28 ноября – 15 декабря
24 декабря
Подготовка к Космическому уроку
Распределение команд по системам спутника
Работа над системами спутника: разработка структурных схем, создание 3д-моделей, проведение расчетов
Консультации с экспертами
Эскизный проект спутника: 3D-сборка
(3D-модели корпуса и систем, структурные схемы)
Представление проекта на Проектной ярмарке Детского технопарка "Кванториум",
г. Томск
Команда проекта
Структурная схема спутника
3D-модель
РЕАЛИЗАЦИЯ 3 ЭТАПА
«Разработка технологии и изготовление элементов и систем МКА» реализуется в 2021 году.
1 шаг реализации – это изготовление макета спутника с целью понимания работы систем спутника и технологии их проектирования, монтажа или изготовления.
Система ориентации
Система ориентации предназначена для демпфирования угловых скоростей в момент отделения спутника от ракетоносителя и управления угловой ориентацией спутника по заданным алгоритмам.
В состав системы ориентации входит:
При проектировании системы ориентации для макета спутника можно использовать плату Arduino.
К плате присоединен двигатель. Он предназначен для вращения маховиков, которые, в свою очередь, поворачивают спутник нужным образом. Для его управления используется плата в центре. Но она напрямую с мотором не связана. Для этого используется макетная плата, к ней присоединены диод, провода, резисторы, транзистор, сама плата с мотором. Плата Arduino по центру является «мозгом» схемы, к ней подключены комплектующие и на неё устанавливаются коды. Гироскоп (MPU – 6050, маленькая плата справа) показывает расположение спутника в пространстве.
В состав системы ориентации входит:
- Электромагнитное устройство (маховик)
- Датчик угловых скоростей (ДУС)
- Солнечный датчик
- Блок управления электромагнитными устройствами
При проектировании системы ориентации для макета спутника можно использовать плату Arduino.
К плате присоединен двигатель. Он предназначен для вращения маховиков, которые, в свою очередь, поворачивают спутник нужным образом. Для его управления используется плата в центре. Но она напрямую с мотором не связана. Для этого используется макетная плата, к ней присоединены диод, провода, резисторы, транзистор, сама плата с мотором. Плата Arduino по центру является «мозгом» схемы, к ней подключены комплектующие и на неё устанавливаются коды. Гироскоп (MPU – 6050, маленькая плата справа) показывает расположение спутника в пространстве.
Система ориентации на базе Arduino с маховиком
Система электропитания
Система электропитания (СЭП) - система космического аппарата, обеспечивающая электропитание других систем.
В состав системы электропитания обычно входят:
Собран и испытан прототип системы электропитания, в котором использованы следующие материалы и комплектующие:
В состав системы электропитания обычно входят:
- Первичный и вторичный источник электроэнергии
- Преобразующие зарядные устройства и автоматика управления
Собран и испытан прототип системы электропитания, в котором использованы следующие материалы и комплектующие:
- Аrduino UNO
- Провода макетные
- Солнечные панели CNC 95x95
- Аккумулятор Robitron 1800mAh
Система связи
Система связи является одной из основных систем спутника. Выход ее из строя ведет к тому, что не будет возможности управления космическим аппаратом, а тот в свою очередь будет не в состоянии передавать данные.
В состав системы связи входят следующие устройства:
В состав системы связи входят следующие устройства:
- Передающие и принимающие антенны
- Кодер, преобразующий сообщение с привычного нам языка в двоичную систему счисления
- Декодер, выполняющий обратные действия
- Модулятор
Передатчик на основе платы Ардуино, который будет размещен в макете спутника.
Схемы радиомодулей - передатчика, который будет располагаться в спутнике, и приемник, который подключается к компьютеру.
Схемы радиомодулей - передатчика, который будет располагаться в спутнике, и приемник, который подключается к компьютеру.
Бортовой компьютер
Плата бортового компьютера в корпусе спутника, вид с разных сторон
Бортовой компьютер контролирует все операционные процессы в цепях спутника, обрабатывает сигналы со всех систем и управляет ими. Без него функционирование спутника невозможно.
Система термостабилизации
Предназначена для поддержания определённой температуры частей спутника.
На рисунках – система термостабилизации в корпусе спутника (элементы Пельтье и плата управления)
На фотографии плата с подключенным датчиком температуры и влажности DHT-11, который показывает значения температуры и влажности в помещении. Использование этого датчика вместе с элементом Пельтье является частью системы термостабилизации, которая также требует управления бортовым компьютером.
Полезная нагрузка
В качестве полезной нагрузки спутника используется камера высокого разрешения для дистанционного зондирования Земли с целью обнаружения лесных пожаров и мест незаконной вырубки лесов.
Корпус спутника
При проектировании корпуса спутника учитывались следующие конструктивные моменты и требования:
- форм-фактор малого космического аппарата – 3U (300х100х100 мм);
- подбор материала для изготовления корпуса спутника;
- выбор технологии изготовления;
- определение отсеков для бортовой аппаратуры с учетом функционала компонентов и особенностей крепления и подключения шлейфов питания и передачи данных
Рассматриваемые на этапе создания модели варианты изготовления корпуса не прошли по некоторым технологическим причинам. Было принято решение об изготовлении корпуса из алюминиевых уголков со вспомогательными элементами для размещения и крепления систем внутри корпуса, которые были дополнительно спроектированы и распечатаны на 3D принтере.
Достижения
Всероссийская конференция «Юные исследователи – науке и технике» (ТПУ)
Латышев Николай, Тютиков Глеб
БОРТОВОЙ КОМПЬЮТЕР СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Федоровский Кирилл, Новиков Михаил, Аракелян Арина
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОРПУСА СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Верхорубов Даниил, Усачева Юлия, Терехова Александра
РАСЧЕТ ОРБИТЫ СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Терехова Александра, Василькина Екатерина, Бывшенко Алена
СИСТЕМА СВЯЗИ ДЛЯ СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Тресков Виктор, Бывшенко Алёна
СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА МАКЕТА СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT
Костевич Лев, Верхорубов Даниил
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT
Степан Поверинов, Думный Илья
СИСТЕМА ОРИЕНТАЦИИ СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Диплом 1 степени:
Федоровский Кирилл, Новиков Михаил, Аракелян Арина
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОРПУСА СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Диплом 3 степени:
Верхорубов Даниил, Усачева Юлия, Терехова Александра
РАСЧЕТ ОРБИТЫ СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Диплом в номинации «Лучший эксперимент»:
Костевич Лев, Верхорубов Даниил
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT
Диплом в номинации «Лучшее оформление презентации»:
Федоровский Кирилл, Новиков Михаил, Аракелян Арина
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОРПУСА СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
БОРТОВОЙ КОМПЬЮТЕР СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Федоровский Кирилл, Новиков Михаил, Аракелян Арина
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОРПУСА СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Верхорубов Даниил, Усачева Юлия, Терехова Александра
РАСЧЕТ ОРБИТЫ СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Терехова Александра, Василькина Екатерина, Бывшенко Алена
СИСТЕМА СВЯЗИ ДЛЯ СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Тресков Виктор, Бывшенко Алёна
СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА МАКЕТА СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT
Костевич Лев, Верхорубов Даниил
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT
Степан Поверинов, Думный Илья
СИСТЕМА ОРИЕНТАЦИИ СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Диплом 1 степени:
Федоровский Кирилл, Новиков Михаил, Аракелян Арина
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОРПУСА СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Диплом 3 степени:
Верхорубов Даниил, Усачева Юлия, Терехова Александра
РАСЧЕТ ОРБИТЫ СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Диплом в номинации «Лучший эксперимент»:
Костевич Лев, Верхорубов Даниил
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT
Диплом в номинации «Лучшее оформление презентации»:
Федоровский Кирилл, Новиков Михаил, Аракелян Арина
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОРПУСА СПУТНИКА ФОРМАТА CUBESAT В СОСТАВЕ РОЯ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Проект был представлен на XXII открытом областном молодежном форуме «Новое поколение: кадровый резерв XXI века» - диплом 1 степени.
15 Космический урок 22 апреля, где представлены результаты работы над заданиями кейса, полученными на 14 уроке 27 октября, и получили высокую оценку.
Рабочие моменты этапов сборки и отладки систем макета спутника
Заинтересовал проект ?
По вопросам сотрудничества звоните +7-960-970-93-74
Е-mail: ivan500@yandex.ru
Е-mail: ivan500@yandex.ru
