Проекты

Функционирующая модель модуля космической станции с радиоуправляемыми бортовыми системами жизнеобеспечения

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 7−9 классов

Направление работы: Приборостроение
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1498
Предметы: Физика, Информатика, Программирование
Классы: 8 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 18−20 апреля 2019 года

Цель

Создать функционирующую модель модуля космической станции (ММКС) с радиоуправляемыми бортовыми системами жизнеобеспечения.

Задачи

  1.  Изучить историю первых космических аппаратов и ознакомиться с видами бортовых систем.
  2.  Установить перечень необходимых условий для жизни на борту пилотируемого модуля космической станции и технические возможности их реализации при создании прототипа модуля.
  3.  Сконструировать корпус ММКС с герметичным отсеком.
  4.  Обеспечить работу датчиков контроля за основными системами жизнеобеспечения.
  5.  Исследовать рациональность компоновочного решения.
  6.  Провести испытание работоспособности и возможность дистанционного управления системами жизнеобеспечения ММКС.

Описание

Продуктом научно-исследовательского проекта стала действующая ММКС с радиоуправлением со следующими системами жизнеобеспечения: система электроснабжения (солнечные батареи и литий-ионные аккумуляторы); система терморегулирования (элемент Пельтье и радиатор); система освещения (работает в зависимости от времени суток и поступивших команд от пульта управления); система увлажнения (ультразвуковой генератор тумана, кулер и ёмкость с дистиллированной водой); система вентиляции, поддержания давления, а также система связи и управления бортовыми системами. Пультом управления является смартфон с операционной системой Android, радиоканал связи – Bluetooth.

В ходе испытания была продемонстрирована возможность нагрева воздуха теплообменным устройством с применением модуля Пельтье, в связи с этим показатель «Температура воздуха, °С» превысил допустимые значения. Следует отметить, что ММКС получает тепло внутренних источников: датчиков, которые нагреваются во время работы. Также возможен обратный эффект модуля − охлаждение.

В космической среде система терморегуляции космического аппарата обеспечивает поддержание баланса между получаемой тепловой энергией и её отдачей, перераспределением тепловой энергией между конструкциями аппарата и, таким образом, обеспечением заданной температуры. Аппарат включает в себя активные и пассивные системы терморегулирования, кроме того происходит теплообмен с внешней средой.

Концентрация углекислого газа увеличилась по причине включённой системы нагрева, однако осталась в пределах допустимой нормы. Минусом данного проекта является то, что система очистки воздуха в виде углеродного фильтра не является максимально эффективной.

В ходе работы корпус ММКС изготавливался с использованием более доступных материалов. Однако технологии соединения различных частей конструкции не отвечали требованиям герметичности корпуса.

Навыки проектирования и программирования, необходимые при разработке систем жизнеобеспечения, существенно улучшились в ходе работы над проектом. Однако автор видит необходимость доработки некоторых систем ММКС.

Результат

Выполненная работа не только демонстрирует решение поставленных задач, но и позволяет продолжить деятельность в области исследования

и разработки «умных космических станций», а также «умных рабочих мест» в помещениях небольшого размера, что становится актуальным

при перенаселении в крупных городах нашей планеты.

Созданная функционирующая модель может использоваться как демонстрационное пособие по физике, информатике, технологии.

Перспективы использование результатов работы

1. Модернизировать солнечные батареи для восполнения заряда аккумуляторов.

2. Усовершенствовать систему очистки воздуха, приблизиться к принципу работы аппарата «Поток».

3. Продолжить исследование вопроса терморегулирования и обеспечения кислородом в космическом аппарате.

Награды/достижения

Международный конкурс детских инженерных команд, 2018 – финалист.

XXVIII открытая московская инженерная конференция школьников «Потенциал», секция «Робототехнические системы. Управление, автоматизация и параметрирование», 2019 − диплом II степени.