Уже больше 60 лет человек может видеть в ночном небе быстро движущиеся светящиеся точки — искусственные спутники Земли. Многим кажется, что спутник — это сложный космический аппарат, который разрабатывается большими предприятиями. Однако с каждым годом на орбите появляется все больше спутников, разработанных небольшими, в том числе детско-взрослыми командами в коммерческих и образовательных целях. Наши участники тоже могут попробовать себя в этом и заодно получить до 100 баллов к ЕГЭ.
Участвуя в профиле «Спутниковые системы», команды смогут:
создать свой прототип спутника;
разработать проект космической миссии;
познакомиться на практике с задачами:
программирования профессиональных микроконтроллеров;
радиотехники и беспроводной связи;
управления полетом и орбитальной механики;
конструирования космической техники;
схемотехники.
А главное, полученный практический опыт поможет сориентироваться в широком спектре направлений инженерного дела, применимых как в Космосе, так и на Земле.
Первый этап является индивидуальным и будет состоять из двух частей: предметной и профильной.
В рамках предметной части участникам предстоит решать задачи по физике и информатике. На решение задач отводится несколько попыток, которые будут проходить согласно расписанию.
В ходе профильной части участникам будет предложено пройти подготовительный курс в онлайн-системе Орбита.Челлендж (https://nti.orbitagame.ru), по его итогам будут зачетные задачи, которые будут давать проходные баллы. Задачи профильной части будут связаны со следующими инженерными компетенциями:
На втором отборочном этапе участники будут иметь дело с основами орбитальной механики, проектирования космических миссий и разработки алгоритмов управления полетом.
Второй этап будет полностью проходить в онлайн-системе Орбита.Челлендж. После прохождения первого отборочного этапа участники будут автоматически зарегистрированы на платформе во втором этапе, а в день его открытия получат доступ к задачам.
В рамках этого этапа участники могут объединяться в команды до 4 человек.
На втором этапе могут быть представлены задачи следующих видов:
В наше время множество сверхмалых космических аппаратов разрабатывается научными коллективами, студентами и даже школьниками. В июне 2023 года в рамках проекта Space-π на орбиту выведено 16 учебно-научных аппаратов, разработанных различными российскими командами с участием школьников и научных сотрудников, и это уже третий запуск в рамках серии образовательных запусков.
В рамках финальной задачи 2023-2024 годов участникам предлагается спроектировать космическую миссию, самостоятельно проработав следующие аспекты:
1. Орбитальная механика
Знания этой области пригодятся для понимания движения спутников по орбите, а также позволят решать задачи на эту тему, связанные с подбором орбит космических аппаратов, позволяющих им выполнить целевые задачи.
2. Общее устройство космических аппаратов
При проектировании космических аппаратов, а также при работе с их макетами, приближенными к реальным спутникам, прежде всего необходимо понимать состав космического аппарата, назначение его подсистем и их общее устройство. При изучении данных вопросов стоит особое внимание уделить устройству системы ориентации и стабилизации и систем связи и электропитания.
3. Основы схемотехники / электротехники
Одним из направлений в задаче финала станет проектирование электрических схем. Не лишним будет изучить виды, назначение и области применения электронных компонентов, а также основные принципы построения электрических цепей.
4. Основы радиосвязи
Одним из основных компонентов задачи финала будет организация канала связи между космическими аппаратами. Поэтому полезно будет изучить основные принципы передачи радиосигналов и их обработки и принципы формирования пакетов данных.
1. Основы работы с микроконтроллерами
На самом финале используются микроконтроллеры серии STM32, однако общие принципы работы стандартных интерфейсов, таких как UART, I2C и CAN, являются общими для этих микроконтроллеров.
2. Основы программирования на JavaScript
Этот язык программирования используется в некоторых задачах симулятора Orbita Challenge. Глубокое изучение языка не нужно, достаточно понимать основной синтаксис. Задачи, использующие JavaScript, построены так, что прежде всего направлены на построение правильного порядка действий. В особенности, этот навык пригодится вам на втором и на заключительном этапе.
1. Программирование на С/С++
С этим языком программирования вам предстоит столкнуться в работе непосредственно с программируемыми устройствами: микроконтроллерами, приемопередатчиками и пр. Поэтому из всех языков именно этой группе стоит уделить особое внимание, в том числе основным понятиям объектно-ориентированного программирования. Однако этот навык пригодится вам только на заключительном этапе.
2. Программирование микроконтроллеров семейства STM32
Этот навык пригодится вам на заключительном этапе непосредственно при работе с оборудованием. Если вы владеете навыком программирования на С/С++, то овладение этой компетенцией дастся вам гораздо проще. Также поможет опыт работы с Arduino. Стоит понимать основы работы с микроконтроллерами семейства STM32 в среде STM32CubeIDE, однако не стоит переживать, если вы раньше не сталкивались с таким родом деятельности, так как часть заданий посвящена знакомству со средой разработки и азам работы в ней с STM32. Помимо этого между вторым и заключительным этапом профиль проводит мастер-классы и вебинары, посвященные данной теме и как правило с возможностью поработать непосредственно с «железом».
3. Знакомство с ПО проектирования электрических схем и трассировки печатных плат (например, KiCad) / электротехника и навык пайки
Данный навык пригодится вам для задачи по проектированию электрических схем. Но в зависимости от формата заключительного этапа эта задача может иметь разную постановку. Имеет смысл ознакомиться с задачами финала 2020/2021 и 2021/2022 сезонов по схемотехнике, чтобы примерно представлять, какие именно знания и навыки будут востребованы.
4. Прием и передача радиосигналов
Для решения задачи финала нужно понимать, что такое несущая частота, модуляция и спектр сигнала, знать, как сформировать и передать пакет данных, используя приемопередатчики. Скорее всего, задача также будет включать в себя программирование самого приемопередатчика. В рамках подготовительных вебинаров и мастер-классов часть обозначенных тем будет разбираться, однако самоподготовка никогда не бывает излишней.
Для участия в профиле «Спутниковые системы» оптимально собрать команду из 4-х человек. Учитывайте, что на втором и особенно на заключительном этапах задачи составляются таким образом, чтобы выделить четыре тематических направления, поэтому при формировании команды важно распределить роли.
1. Программист микроконтроллеров, системный инженер
Ваша задача - написание алгоритмов управления бортовыми устройствами спутника формата Cubesat, разрабатываемого Вашей командой, а также общий контроль конструкции и работы аппарата в целом.
2. Инженер связи
Вашей задачей будет наладить канал связи: необходимо будет реализовать как «железную» часть радиоканала, так и его программную часть.
3. Схемотехник / электротехник
Задачи и технологии космических аппаратов практически всегда в чем-то, да уникальны, поэтому их разработка обычно включает в себя создание новых приборов и устройств, в том числе собственных электронных схем. Ваша задача включает такую разработку для обеспечения работы бортового научного оборудования.
4. Баллистик, проектировщик миссии
Разработка космической миссии никогда не ограничивается производством спутника. Ваша задача - проектирование работы аппаратов на орбите, включая расчеты орбитального движения, обеспечение энергобаланса с учетом орбитального движения, а также планирование взаимодействия между аппаратами миссии и наземными центрами управления.
Распределение ролей не является строго обязательным, однако учитывайте то, что направлений работы на заключительном этапе будет четыре, по числу участников. Поэтому каждому участнику команды стоит тщательно подготовиться к тому, что будет ждать его на финале. Следите за тем, чтобы кто-то из вас не был перегружен, а кто-то недогружен.
Если вы можете закрыть более одного направления задач — это только в плюс, так как при столкновении в работе со сложными ситуациями вы сможете помочь друг другу. Поэтому мы рекомендуем всем участникам готовиться по нескольким направлениям — так получается эффективнее выполнять командные задачи в целом и дает возможность подхватывать провисающие задачи.
Среди ролей отдельно не выделена роль координатора — это мы оставляем на ваше усмотрение. Иногда эта роль для команды бывает просто необходима, иногда — нет. Каждая команда индивидуальна, и лучше вас никто не найдет друг с другом общую волну. Однако стоит понимать, что важно то, чтобы вы уже на втором этапе и на этапе предфинальной подготовки учились работать как слаженный механизм.
ПИД-регулирование
Основы программирования на C. Задачи
Начало работы с KiCad
Курс по JavaScript
Курс «Современная космонавтика»
Программное обеспечение General Mission Analysis Tool
Курс «Конструирование космической техники» - темы 6 и 7
Разбор задач прошлого года - стр. 168, 180-181
Основные понятия в схемотехнике
Практикум «Стабилизация КА» прошлого года для общего ознакомления
Начало работы в GNU Radio
Установка GNU Radio
Вебинары предыдущих сезонов