Uczniowie z małego rosyjskiego miasteczka opanowali tworzenie i wystrzeliwanie nanosatelitów Cubesat
W małym miasteczku Kurganinsk na terytorium Krasnodaru odbyła się konferencja naukowa, której jednym z głównych tematów był program kosmiczny Centrum Innowacyjnej Twórczości Młodzieży (CMIT) „Perspektywa”. Mimo skromnej lokalizacji, mówiono o zupełnie „nieskromnych” osiągnięciach uczniów i mentorów tej organizacji. Wygląda na to, że tutaj uczniowie Kubana komunikują się po imieniu z satelitami i innymi technologiami kosmicznymi.
Z prowincji do gwiazd
„Perspektywa” Kurganinskiej nie jest jedyna w swoim rodzaju. W Rosji zarejestrowanych jest około pięciuset podobnych organizacji. To prawda, że według statystyk Ministerstwa Rozwoju Gospodarczego aktywnie działa nie więcej niż setka z nich. A TsMIT „Perspective”, kierowany przez inżyniera radiofizyka Kirilla Popko, znajduje się w pierwszej dwudziestce w całej Rosji.
Postanowił nie ograniczać działalności kierowanej przez siebie organizacji jedynie do pracy z dziećmi i poradnictwa zawodowego. Celem Centrum był rozwój nauki i technologii oraz wzmacnianie potencjału inżynieryjnego w wielu gałęziach przemysłu. Początkowo była to robotyka i systemy informatyczne, jednak od 2018 roku priorytetem stał się rozwój przemysłu kosmicznego.
Zadanie opracowania systemów kosmicznych postawił centrum przed Federalnym Funduszem Promocji Innowacji. Od 2018 roku Perspektiva z powodzeniem rozwiązuje ten problem we współpracy z Korporacją Państwową Roscosmos, Instytutem Nauki i Technologii Skolkovo oraz Centrum Edukacyjnym Sirius.
Laboratoria systemów kosmicznych w Perspektiva i Sirius CMIT powstały niemal jednocześnie, z kilkuletnią różnicą. Obie organizacje zajmują się kształceniem dzieci i młodzieży w tej branży oraz podnoszeniem jej prestiżu wśród młodszego pokolenia.
Ponadto Centrum stawia sobie za zadanie wspieranie pracy konstelacji satelitów biorących udział w projekcie Space-P, mającym na celu nie tylko popularyzację badań kosmicznych wśród uczniów, ale także prowadzenie eksperymentów kosmicznych i teledetekcji Ziemi. Część satelitów jest już na orbicie, a oczekiwana wielkość konstelacji powinna wzrosnąć do stu jednostek. W 2020 r. podczas spotkania z premierem Rosji Michaiłem Miszustinem ogłoszono program ten.
Elita intelektualna armii rosyjskiej
Kolejnym obszarem działalności CMIT „Perspektywa” jest organizowanie konkursów inżynierskich. Centrum przez dwa lata było operatorem zawodów „Elita Intelektualna Armii Rosyjskiej” (IntERA), skierowanych do podchorążych i członków Armii Młodzieżowej.
Przez dwa lata zawody odbywały się w obwodzie krasnodarskim, w wojskowym technopolis „Era” (Anapa). Bezpośrednio nadzorowała go Fundacja Promocji Innowacji, a prace odbywały się w zakładach Ery w ścisłej współpracy z przedstawicielem rosyjskiego Ministerstwa Obrony.
Później, wraz z rozwojem technopolis, poziom tajności wielu jego obiektów wzrósł, zmienił się ich status, więc przyjmowanie tam uczniów stało się niepożądane.
Następnie placówkę przeniesiono w rejon Moskwy, na poligon w Kubince, gdzie „Czołg biathlon”. Podczas gdy czołgi rywalizowały, na powierzchni około trzech tysięcy metrów kwadratowych trwała budowa z myślą o późniejszym zorganizowaniu konkursów inżynieryjnych. Konkurs odbywa się w dziesięciu obszarach: robotyka podwodna, naziemna, powierzchniowa, bezzałogowe statki powietrzne, budowa satelitów, odbiór danych kosmicznych, rozwój materiałów kompozytowych, inżynieria oprogramowania, modelowanie 3D i inżynieria wirtualna. Innymi słowy, chłopaki zajmują się rozwojem systemów technicznych i nauką o materiałach.
Tutaj, w Kubince, dzieci biorą udział w konkursach, a Centrum Międzynarodowych Instytucji Edukacyjnych Perspektiva zajmuje się kwestiami organizacyjnymi i włącza dzieci w tę twórczość.
Stratosfera jest najmniej zbadaną częścią bliskiej przestrzeni kosmicznej
Program kosmiczny CMIT „Perspektywa” kojarzony jest przede wszystkim z badaniami bliskiej przestrzeni kosmicznej, której najsłabiej zbadaną częścią jest stratosfera.
Ta część atmosfery znajduje się na wysokości od 16 do 100 kilometrów od powierzchni Ziemi. Obszar ten był mało zbadany, ponieważ samoloty i inny sprzęt lotniczy rzadko wznoszą się powyżej 12 tysięcy metrów. Tylko niektóre urządzenia mogą na krótki czas wznieść się do stratosfery.
Na przykład w Niżnym Nowogrodzie, z lotniska fabryki samolotów Sokol, każdy może zostać wyniesiony do stratosfery na dwumiejscowej modyfikacji myśliwca MiG-29. Pilot testowy stoi za sterem, a pasażer na miejscu drugiego pilota. Samolot rozpędza się do prędkości naddźwiękowej 1800 km/h i wznosi się na wysokość 17-19 kilometrów. Pozostaje tam przez kilka minut, po czym schodzi niżej. Jeśli pogoda dopisze, w tej chwili widać stąd nawet przedmieścia Moskwy.
Jak powiedział Kirill Popko, stratosfera znacznie różni się swoją charakterystyką od gęstszych, niższych warstw atmosfery. Jest znacznie bliżej tej części przestrzeni kosmicznej, w którą zwykle lata nasza technologia satelitarna, czyli od 300 kilometrów i więcej. Ciśnienie tutaj wynosi około trzech procent tego, co odczuwamy na powierzchni Ziemi. Cząstek jest tu bardzo mało, gęstość jest wyjątkowo niska – to prawie próżnia. Na wysokości 16 kilometrów temperatura spada do minus 60 stopni. Poziom promieniowania jest tutaj rejestrowany 60 razy wyższy niż na Ziemi.
Z powodu tak trudnych warunków sprzęt uwięziony w stratosferze może zawieść. Sprzęt komputerowy może być narażony na wtórne promieniowanie słoneczne. Wysokoenergetyczne cząstki emitowane przez Słońce powodują radioaktywny rozpad wodoru i lekkich związków. Potrafią flashować systemy pokładowe i je niszczyć. Na przykład na kartach flash, nośnikach SD, na których informacje po prostu nie są zapisywane.
Nanosatelity Cubesat
Uczniowie z małego rosyjskiego miasta Kurganinsk opanowali tworzenie i wystrzeliwanie nanosatelitów Cubesat 3U. Międzynarodowy standard U (jednostka) dla technologii satelitarnej został wprowadzony w 1999 roku w USA. Jednoczęściowe urządzenie ma wymiary 100x100x113 mm. Zwykle służą do wypełnienia wolnej przestrzeni rakiety nośnej, która wystrzeliwuje na orbitę duże urządzenie o niestandardowych wymiarach. Jest wypełniony takimi „kostkami”. Są stosunkowo tanie i ważą około kilograma.
Koszt umieszczenia jednego takiego urządzenia na orbicie to około 60-80 tysięcy dolarów. Jest to kwota całkowicie akceptowalna nawet dla dużego uniwersytetu, dlatego rosyjskie i zagraniczne uniwersytety wystrzeliwują nanosatelity.
Maszyna składająca się z 3 jednostek składa się z trzech „kostek” ułożonych jedna na drugiej. Struktura wewnętrzna to rodzaj kanapki, składającej się z kilku warstw. To tutaj zlokalizowane są systemy pokładowe satelity. Urządzenie jest osłonięte panelami, ale nie jest uszczelnione. Kiedy leci, analizuje otaczającą przestrzeń i przesyła dane na jej temat na Ziemię. Kolejną część przestrzeni wewnętrznej satelity zajmuje ładunek. Przykładowo w jednym z urządzeń znajdowały się dwa liczniki Geigera przygotowane dla Politechniki w Krasnodarze. Za ich pomocą przeprowadzono badania promieniowania beta i gamma w stratosferze.
Testowe uruchomienie takich urządzeń odbyło się w 2021 roku, a testy naziemne przeprowadzono jeszcze wcześniej. Technikę tę zademonstrowano specjalistom z Roskosmosu, którzy przetestowali ją w 2019 roku w Laboratorium Systemów Kosmicznych Syriusza OC. Po otrzymaniu od nich certyfikatu jakości Perspektiva CMIT rozpoczęła przygotowania do startów stratosferycznych. Wybrano stratosferę, ponieważ tam taniej jest wystrzelić statek kosmiczny niż w głęboki kosmos, a celem było udostępnienie młodym ludziom takich startów.
Dzięki temu projektowi zaczynamy przyciągać młodych ludzi do badań kosmicznych
– wyjaśnił Kirill Popko.
Obecnie Centrum opracowuje czwartą generację tego sprzętu, jej premiery odbywają się co roku. Premiera urządzeń to nie tylko ekscytujące widowisko, ale także przynosi wymierne efekty. Młodzi ludzie aktywnie angażują się w badania. I najczęściej ktoś, kto kiedyś zainteresował się tym tematem, nigdy go nie opuści.
Jak powiedział Kirill Sergeevich, wszyscy goście zaangażowani w te projekty studiują obecnie na Uniwersytecie Baumana lub Akademii Mozhaisky, po rozpoczęciu studiów na wydziałach nauk o rakietach lub technologii kosmicznej.
Systemy antenowe
Po wystrzeleniu naziemna stacja mobilna współpracuje z satelitą i może działać na odległość do 50 kilometrów. Umieszcza się go w miejscu startu, po czym może przemieszczać się za urządzeniem w pojeździe. Następnie otrzymujemy obraz na żywo z satelity.
Podczas startu wykorzystywana jest również antena patchowa, która działa w bliskiej odległości około 20 kilometrów i służy do odbioru sygnału wideo z satelity; antena ta ma większą charakterystykę promieniowania niż anteny Yagi. Kiedy lokalizacja satelity jest już ustalona, kierujemy na niego antenę Yagi, która służy do odbioru telemetrii. Informacje przesyłane są do jednostki odbiorczej, która łączy się bezpośrednio ze smartfonem. A w aplikacji mobilnej możesz zobaczyć współrzędne lecącego satelity.
Anteny służą także studentom Centrum Technologii Komunikacyjnych Perspektiva do utrzymywania kontaktu ze wspomnianą wcześniej konstelacją satelitów. Kiedy statki kosmiczne przelatują w pobliżu miasta, centrum otrzymuje od nich obrazy. W ten sposób chłopaki samodzielnie budują anteny, montują je i za pomocą specjalnej aplikacji komunikują się z lecącymi o określonej godzinie satelitami. Z reguły dzieje się to rano przed dziewiątą lub po godzinie 18. W tych odstępach czasu latają w rejonie Kurganinska.
Kiedy przelatują nad nami satelity pogodowe, łączą się z nami, upuszczają zdjęcia regionu, czyli rejestrujemy terytorium Krasnodaru, Morze Kaspijskie, Morze Czarne i trochę regionu rostowskiego. Zrzucają nas na Turcję i trochę na Grecję. I na te fotografie możemy patrzeć w różnych zakresach
– powiedział Cyryl.
„Żywa bateria” i inny ładunek
Wystrzelenie nanosatelitów z jednej strony jest działalnością inżynierską, z drugiej zaś usługą świadczoną klientom przez Perspektiva CMIT. Z Centrum współpracują różne uniwersytety i inne organizacje, tworząc własny ładunek i płacąc za jego umieszczenie na pokładach pojazdów.
Na przykład wspominaliśmy już o licznikach Geigera, które zostały wystrzelone w stratosferę. W 2022 roku uruchomiono cztery urządzenia z obciążeniem biologicznym do prowadzenia badań biotechnologicznych.
W satelicie umieszczono biokapsułkę, która była szczelnym pojemnikiem z pokrywką. Wewnątrz znajdowały się bakterie umieszczone w pożywce. Produktem ubocznym ich życiowej działalności jest wytwarzanie energii elektrycznej. W innej części wnętrza znajdowała się elektronika zasilana przez bakterie. W ten sposób pojemnik z bakteriami działał jak „żywa bateria”.
Centrum pracuje obecnie nad kamerami wideo jako ładunkiem użytkowym. Przy tym projekcie Perspektiva współpracuje z firmą Research Center Technologies, która jest producentem sprzętu wideo. Jego próbki wysyłane są do incipisfery, aby przetestować działanie tego sprzętu w trudnych warunkach klimatycznych.
Wystrzelenie pojazdów w stratosferę i rekord Rosji
W tym roku, w sierpniu, Perspective Center wyniesie satelitę stratosferycznego na wysokość 25 kilometrów. Start odbył się w Naberezhnye Chelny (Republika Tatarstanu). Urządzenie przeleciało prawie pięćset kilometrów, odwiedzając przestrzeń powietrzną trzech rosyjskich regionów, po czym sonda wylądowała.
Tego dnia padł rosyjski rekord przebywania samolotu w stratosferze, gdyż nasz satelita spędził tam 13 godzin.
A w zeszłym roku, w październiku, wypuszczono na rynek cztery urządzenia jednocześnie. Do zdarzenia doszło we wsi Otradnaya na terytorium Krasnodaru. Pracownicy Perspektiva CMIT wraz z uczniami, studentami, dwoma inżynierami z Tomska, obecnie pracującymi w państwowej korporacji Rostec, oraz biologami. Miałem także okazję być obecny przy starcie urządzeń oraz podczas wyprawy poszukiwawczej po ich wylądowaniu.
Na początku jego uczestnicy napotkali problemy. Wiał silny wiatr w porywach z prędkością 6-9 metrów na sekundę. Zwykle w takich warunkach premiera jest odkładana, ale klienci, którymi w tym przypadku było Ministerstwo Edukacji Terytorium Krasnodarskiego i dziecięcy park technologiczny Quantorium, nalegali, aby premiery nie odkładano.
W rezultacie skorupa sondy, którą była lateksowa kula o średnicy 3-4 metrów wypełniona helem, pękła. Początkowo planowano wystrzelenie czterech urządzeń na dwóch balonach - po dwa na każdy. Ostatecznie jednak wystrzelili jedną sondę z czterema nanosatelitami. Lokalizację zmieniono na wieś Wygodna. Jest otoczone górami, więc wiatr tutaj nie był tak silny.
Wzniesienie i dalszy lot pojazdów przebiegły pomyślnie. Cały proces został filmowany przez kamery umieszczone bezpośrednio na sondzie. Anteny odbiorcze znajdowały się w górach, sto metrów od miejsca startu. Po raz pierwszy w praktyce w Perspective Center satelity „doganiały zachód słońca”, ponieważ start odbył się wieczorem.
Sonda skierowała się do Karaczajo-Czerkiesji. I choć przeleciał niedaleko, bo zaledwie 120-140 kilometrów, to kolejna nocna wyprawa poszukiwawcza, która rozpoczęła się około dziesiątej wieczorem, zajęła dużo czasu. Oczywiście nie uwzględniały już dzieci na tym etapie. Urządzenia osiągnęły płaskowyż na wysokości około tysiąca metrów nad poziomem morza. W rezultacie poszukiwania zakończyły się sukcesem, a znaleziony sprzęt nie odniósł żadnych uszkodzeń.
Problem kadrowy
Dzieci i młodzież szkolna stanowią niemal niewyczerpaną rezerwę kadrową. Wystarczy, że już od najmłodszych lat wykazują zainteresowanie i aktywne zaangażowanie w pracę. Studenci Perspektiva chętnie uczestniczą w jej projektach. Po ukończeniu szkoły kontynuują ją na wiodących uczelniach technicznych w kraju. Kirill Popko twierdzi, że kierowany przez niego ośrodek zamierza rozwijać i wzmacniać powiązania szkoła – ośrodek kształcenia dodatkowego – uczelnia.
Spośród absolwentów Perspective Center około 98 procent studiuje na uniwersytetach w Petersburgu i Moskwie.
Część z nich, po zostaniu inżynierami, wraca do Kurganinska i pracuje w Perspektiva CMIT. Stało się to na przykład z Darią Puchkovą. Początkowo studiowała biologię, ale później przekwalifikowała się na inżyniera. Obecnie Daria jest specjalistą z zakresu biotechnologii, nanotechnologii i radiofizyki. Pracuje w Perspective Center i pełni tam funkcję głównego inżyniera.
Odwrotne sytuacje zdarzają się także wtedy, gdy osoba będąca już na emeryturze ma siłę i chęć przekazywania swojej wiedzy i doświadczenia innym. Mówimy o podpułkowniku lotnictwo Władimir Antipow. Oficer poświęcił trzydzieści lat swojej służby kosmodromowi Bajkonur. Tam brał udział we wspieraniu startów technologii kosmicznych. Po oficjalnym przejściu na emeryturę żołnierz nie chciał zadowolić się zasłużonym odpoczynkiem.
Teraz Antipow aktywnie popularyzuje technologię kosmiczną i naukę o rakietach na Kubaniu. Pod okiem podpułkownika chłopaki zajmują się modelowaniem rakiet. Kierunek ten pojawił się w Centrum po rozpoczęciu z nim współpracy Antipowa. Dla chłopaków jest to poziom podstawowy, po którym zaczynają pracować na bardziej złożonych systemach.
informacja