Космический урок

    В 2020 году Омск впервые присоединился к проекту «Космический урок».

    27 октября 2020 года состоялся четырнадцатый «Космический урок» с участием трех детских технопарков «Кванториум» из Омска, Томска 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).

    Тема четырнадцатого урока – «Рой наноспутников». На Уроке ребята узнали о современном проекте по созданию роя малых космических аппаратов. Этот проект реализуют РКК «Энергия» и 12 ведущих технических университетов России. Школьники в режиме реального времени получили возможность задать свои вопросы российскими космонавтами, находящимся на борту Международной космической станции. А по итогам Космического урока под руководством экспертов – наставников из РКК «Энергия» и университетов Томска и Омска примняли участие в решении заданий по проектированию спутников роя.

    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.

    УЧАСТНИКИ ПРОЕКТА

    Cоздание роя малых космических аппаратов

    Команда РокетМ

    Состав команды

    Команда разделилась на две подгруппы для воплощения двух вариаций проекта

    Команда 1: Маер Всеволод, Мизиряк Илья, Калина Аина, Блинова Алёна.

    Команда 2: Джабаров Константин, Евдокимова Варвара, Игнатьев Марк ,Колодин Егор.

    Создание универсальной двигательной установки (ДУ) для Cubesat


    Анализ проблемы

    Для уменьшения загрязнения низкой околоземной орбиты, мы решили создать универсальную двигательную установку (УДУ) для Cubesat. Продление среднего времени «работы», позволит реализовать данную цель.

    могут использоваться для сведения наноспутников с орбиты после завершения миссии; решать сложные задачи инспектирования, в том числе в рамках очистки околоземного космического пространства от космического мусора


    Аналоги

    Разработки: Самарского университета, CAT (CubeSat Ambipolar Thruster) инженеров из Мичиганского университета, HYDROS-C





    Варианты исполнения:

    1. Разложение воды путём электролиза

    2. Испарение воды путём нагревания



    Схемп ПГС двух вариаций



    На выходах из электролизера устанавливаются атомарные фильтра (сеточки), для недопущения прохождения воды в баки предназначенные для газа.


    1 Вариант

    Объём бака воды V=0,21 л

    Объём бака водорода V=0,11 л


    Объём бака кислорода V=0,061 л


    Вид в разрезе


    2 Вариант

    Объём баков воды V=0,39 л




    Вид в разрезе


    Орбита:

    Наиболее часто применяемый способ доставки CubeSat на орбиту, вместе с полезным грузом на Международную космическую станцию (МКС) и запускаются космонавтами при выходе в открытый космос, следовательно параметры орбиты будут совпадать с орбитой МКС.

    Таблица 1. Данный орбиты МКС

    Перигей

    409 км

    Апогей             

    418 км

    Наклонение

    51,63°

    Высота орбиты

    337—430 км

    Орбитальная скорость

    ~  7,6 км/с

    Период обращения

    92 мин 53 секунд

    Оборотов в день

    15.5


    Обоснование решения

    1 вариант обеспечивает большее КПД использования топлива «воды»,

    а второй, в свою очередь, имеет удвоенный запас топлива и меньшее

    число ответственных элементов,

    Следовательно, большую надёжность системы


    Возможность развития системы в будущем (модульность, масштабирование)

    Преимуществом наших систем является полная модульность, что позволит разработчикам полезной нагрузки не акцентировать внимание на ДУ.

    В качестве полезной нагрузки для «Роя» нано спутников предлагается проработать высокоскоростное интернет соединение.