Проекты

Создание макета трансформируемого модуля космической станции

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Информационные технологии, программирование, прикладная математика, социальный инжиниринг» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Программирование
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1298 «Профиль Куркино»
Предметы: Информатика
Классы: 10 и 11 классы
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

Приоритетной сферой развития космонавтики является разработка пилотируемых объектов, в которых при заданных режимах могут находиться живые организмы и люди. При создании пилотируемой космической станции необходимо параллельно решать множество задач и разрабатывать целый ряд бортовых систем:

  • систему жизнеобеспечения,

  • систему электропитания,

  • систему связи,

  • систему обеспечения теплового режима и др.

Результатом реализации проекта должен стать аппарат, способный в течение всей миссии полностью обеспечивать нормальную жизнь и работу космонавта внутри объекта. Все эти задачи будут решать инженеры-конструкторы и проектировщики космических систем.

Для отработки технологий и подходов при создании автономных пилотируемых объектов вне Земли необходимо разработать и собрать макет пилотируемой космической станции, способной поддерживать исправную работу бортовых систем космических аппаратов при воздействии внешних факторов.

Цель

Разработать действующий макет модуля космической орбитальной станции с функционирующими бортовыми системами.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Оборудование инженерного класса. Базовый комплект

Описание

Проектирование и сборка макета модуля МКС заняло порядка 5 месяцев.

В ходе выполнения работы авторы изучили российский и международный опыт создания модулей космической станции. Также были изучены подходы к разработке систем и контроля за показателями жизнеобеспечения, механизмы трансформации корпуса космических станций.

На следующем этапе был осуществлён выбор материалов корпуса, элементов питания, датчиков. Сначала был выбран бортовой компьютер, а именно Raspberry Pi, из-за его многофункциональности и большого количества (40) пинов для периферии.

Штатной операционной системой для Raspberry Pi является Linux. Она устанавливается на microSD карту, а та – в специальный слот на плате. Для экономии ресурсов центрального процессора Raspberry Pi имеет 15-пиновые слоты.

В качестве низкоуровневых интерфейсов доступны:

  • 40 портов ввода-вывода общего назначения;

  • UART(Serial);

  • I2C/TWI;

  • SPI с селектором между двумя устройствами;

  • пины питания: 3,3 В, 5 В и земля.

Для коммуникации на Raspberry Pi 3 Model B доступны интерфейсы:

  • Ethernet на 10/100 Мбит с выходом на стандартное гнездо 8P8C (RJ45);
  • WI-FI.

В связи с тем, что у бортового компьютера отсутствует АЦП, необходимо применение внешнего АЦП для обработки сигналов с датчиков давления, освещения и газа (аналоговых датчиков). Диапазон рабочих напряжений – от 2,7 В до 5,5 В. Это позволяет использовать микросхему с устройствами как на 5 В, так и на 3,3 В.

В результате реализации проекта авторами был построен автоматизированный макет трансформируемого модуля космической станции, способный параллельно выполнять несколько задач и поддерживать работу систем жизнеобеспечения, электропитания, связи, обеспечения теплового режима, а также самостоятельно считывать и передавать показания датчиков освещённости, концентрации газа в воздухе (например углекислого газа, бензола, спирта), температуры, давления, ориентации.

Конечный продукт – действующий макет модуля космической станции, способный в течение всей миссии полностью обеспечивать нормальную жизнь и работу космонавта внутри объекта, поддерживать исправную работу бортовых систем космических аппаратов при воздействии внешних факторов. Особое внимание авторы уделили программированию датчиков и обеспечению бесперебойной работы бортового компьютера.

Результаты работы/выводы

По результатам работы цель достигнута. Построен автоматизированный макет трансформируемого модуля космической станции, способный параллельно выполнять несколько задач и поддерживать работу

  • систем жизнеобеспечения;

  • электропитания;

  • связи;

  • обеспечения теплового режима.

А также самостоятельно считывать и передавать показания датчиков: освещённости, концентрации газа в воздухе (например углекислого газа, бензола, спирта), температуры, давления, ориентации.

Перспективы использования результатов работы

Опыт будет полезен при последующих разработках космических модулей, при испытаниях и создании стендов.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

НИУ МИЭТ

Награды/достижения

Международный конкурс инженерных команд-2019 – финалист.

Мнение автора

«Цель проекта достигнута, задачи выполнены, макет функционирует. Конференция «Инженеры будущего» – прекрасно организованное предпрофессиональное мероприятие, дающее возможность попробовать свои силы в публичном представлении инженерных проектов. Пожелания: в следующем году хотелось бы встретиться очно)» ​