Будущие космические инженеры: как школьники учатся запускать спутники в стратосферу
Разрабатывали полезную нагрузку, собирали конструктор и запускали спутники в стратосферу. Школьники и студенты примерили на себя роль космических инженеров благодаря Всероссийской научно-исследовательской программе «Стратосферный спутник». Весной они спроектировали аппараты, а в конце июня в Подмосковье запустили их в стратосферу и собрали данные. Как все происходило, читайте в нашем материале.
Стратосферные спутники как образовательный проект
Само по себе направление стратосферных запусков в России пока не распространено. «Стратонавтика» обеспечивает 99% потребностей в этих запусках в стране. Периодически появляются команды, которые делают 1-2 запуска для своих задач. Образовательные проекты же в этой сфере только начинают развиваться.
«Стратонавтика» реализовывала самые разные образовательные проекты. Иногда школьники что-то делали сами, а компания помогала с запуском. Иногда взрослые предлагали варианты, а подростки доделывали. За это время в компании изучили разные ситуации и поняли, что часто школьники сталкиваются с одними и теми же проблемами, которые не имеют отношения к обучению. Так и пришла идея провести Всероссийскую программу «Стратосферный спутник».
- Детских космических конструктов – много, но все они заканчиваются сборкой и «запуском» на столе. Непонятно, заработает эта штука в реальных условиях или нет, - отмечает руководитель «Стратонавтики» Денис Ефремов. - Фишка программы «Стратосферный спутник» в том, что мы дали ребятам не просто конструкторы – у них была реальная возможность их запустить. Даже если бы у ребят ничего не работало, мы могли запустить и такой аппарат, но для самих участников это было бы неинтересно. Если летит аппарат, который не привез данных или фотографий, ради чего они его делали? Все как в реальной жизни: можно отправить в космос кирпич, но какая будет радость и результат от того, что этот кирпич туда улетел?
Основными организаторами программы выступил триумвират организаций. «Стратонавтика» разработала конструктор и была оператором запуска, компания «Образование будущего» отвечала за обеспечение образовательного процесса, а АНО «Космический рейс» занималась организационными вопросами. «Роскосмос» выступил главным спонсором, Кружковое движение НТИ выступило оператором программы. Также к организации подключились «Малая академия наук «Импульс» в Черноголовке, Сколковский институт науки и технологий и Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова.
Как отбирались участники программы
Командам-участницам предстояло не только собрать спутник из конструктора, предоставляемого организаторами, но и разработать для него полезную нагрузку. Проект этой нагрузки они и должны были прописать на этапе подачи заявки.
Для участников предлагалось две лиги – «кандидаты» и «испытатели». «Кандидаты» – те, кто никогда раньше не пробовали собирать спутник, но у них есть идея полезной нагрузки. Они писали, например: «Мы хотим испытать спектральную камеру. У нас ничего еще нет, но мы изучили, вот так она должна работать, вот проект ее подключения, мы договорились с компанией, которая готова дать ее бесплатно».
Лига «Испытателей» – для тех, у кого есть опыт сборки спутника (космического или учебного), у кого уже есть что-то «в железе». В своей заявке они прописывали, что построили такой-то аппарат на данный момент, хотят запустить его в космос, но сначала – протестировать в стратосфере. «Испытатели» также прописывали идеи для полезной нагрузки.
В обеих лигах эксперты выбрали лучшие проекты: у «испытателей» – те, что перспективны, у «кандидатов» – команд, которые подали хорошие идеи и способны их реализовать. В итоге отборочный тур прошли десять команд «кандидатов» и пять команд «испытателей» из разных регионов. Им и отправили конструкторы, разработанные «Стратонавтикой».
«Как оказалось, дети могут сломать что угодно»
Итак, команды получили конструкторы и должны были дополнить их оборудованием для полезной нагрузки. Организаторы прислали им все материалы и инструменты для реализации экспериментов. Во время сборки спутника команды слушали лекции от экспертов на разные темы – про электронику, космические аппараты, конструкторы, а для поддержки участников и ответов на вопросы создали отдельный чат.
- Этот конструктор был разработан недавно и использовался школьниками впервые, поэтому мы старались отвечать на все вопросы, а по полезной нагрузке – лишь подсказывать, но не делать за них всю работу. Нам было интересно, какие сложности могут возникнуть у детей, что они могут сломать в конструкторе. Как оказалось, дети могут сломать что угодно, - говорит Денис Ефремов. - Мы пытались заранее предугадать, что может сломать следующая команда, и, может быть, как-то предупредить их, что не стоит, например, бросать аппарат на землю с третьего этажа. Да, она из команд написала нам: «У вас плохой конструктор, он не прошел ударные испытания». И только на очном этапе выяснилось, что они уронили его не просто на пол, а из окна на улицу: ребята поставили спутник на окно, чтобы принимать GPS-сигнал, но случайно уронили…
По словам руководителя «Стратонавтики», после этого они задумались, не стоит ли сделать конструктор, который нельзя собрать неправильно. Но в этом случае может пострадать образовательный процесс, и дети не смогут учиться на своих же ошибках.
Помимо чата и лекций, во время подготовки к финалу организаторы созванивались с каждой командой, участники рассказывали о результатах. Сначала были просто консультации, потом – защиты, где команды показывали, что собрали. В следующем году образовательную часть планируется усилить, чтобы школьники приезжали на финал с более готовыми моделями.
- Для нашего аппарата формата 3U-Cubesat мы спроектировали установку для электролиза воды, адаптированную под условия космоса (сильные вибрации, пониженные температуры и давление, микрогравитация), - рассказывает Олег Кривоносов, инженер-конструктор команды «Парабола» из Королева Московской области. - Внутри располагались два графитовых электрода, блок датчиков, комплекс мембран и поршней для обеспечения электролиза в экстремальных условиях. В результате работы установки должен был вырабатываться водород и кислород, которые разделялись и разводились по разным отсекам. С помощью датчиков фиксировалось содержание водорода внутри гермоотсека, а также температура, давление и влажность для контроля текущих условий в установке. В будущем подобные (но более крупные) установки позволят изготавливать ракетное топливо и дыхательные смеси прямо на других планетах.
Успешные запуски и сбор данных
Трехдневный финал программы прошел с 23 по 26 июня в Черноголовке Московской области. На очную сессию приехала одна команда с полностью готовым аппаратом, остальные 15 (в финале также участвовала команда принимающей стороны) дорабатывали спутники на месте под руководством экспертов.
- Ребята смогли собрать свои аппараты, придумали разные идеи для экспериментов, - рассказывает Денис Ефремов. - Кто-то полагался на нашу электронику, кто-то делал что-то автономно, видя, как это может работать. Команды смогли не только сделать функциональную модель спутника, но и провести испытания. Когда аппарат отправляется в полет, понимаешь, что уже не можешь ничего изменить или исправить – все ошибки и недоделки всплывают. Получилось много переживаний, реальных ощущений – детей это здорово стимулирует.
В итоге, все команды запустили спутники, но далеко не у всех все отработало так, как они планировали. В этом и есть одна из задач программы – показать, что космические условия суровы.
- Если команда ошиблась в какой-то мелочи, может не заработать весь аппарат. Если вы не сделали правильную терморегуляцию, не настроили ее правильно, аппарат замерзнет и выключится, ведь в стратосфере -70 градусов. Или наоборот – может перегреться. Даже если вы получили конструктор и собрали его – абсолютно нет гарантий, что он сработает по полной программе. Мы хотели показать ребятам, что все зависит от мелочей. Это особенности космонавтики и космической инженерии, - добавил Денис Ефремов.
По словам Дениса, ошибки у команд были разные. Кто-то даже не понял до конца, почему у него на столе и даже на старте спутник работал, но как только взлетел – выключился. После финала команды получили все спутники назад и теперь могут изучить их, исправить и перезапустить – в отличие от спутников, отправившихся в космос.
- Если аппарат работает на столе, вы всегда можете нажать на кнопку перезагрузки, и он заработает. Но в стратосфере некому нажать эту кнопку. Да, с этим можно бороться – были ребята, которые написали программу, перезапускавшую спутник в случае, если что-то пошло не так. У них все отработало хорошо. А у кого-то наоборот – вся миссия была связана с приемом GPS-сигналов, но команда не предусмотрела, что спутник может не поймать сигнал к заданному моменту. Следовало придумывать запасной план, но они этого не сделали… После полета они били себя по лбу: «Ну как же мы не догадались!» - вспомнил Денис Ефремов.
По мнению Дениса, именно такая ситуация гораздо лучше обучает школьников. Если на лекции об этом сказать три раза, участники могут и не запомнить. А когда они потратили месяц, собрали свой аппарат, запустили, и именно эта мелочь не позволила собрать данные, - то они, скорее всего, запомнят это надолго и лучше, чем те, у кого все прошло успешно.
На финале программы в Подмосковье в стратосферу отправились все спутники, но 3 из 16 не смогли получить данные по ходу полета. Этот процент отказа близок к статистике реальных космических аппаратов.
Воспитываем космических инженеров
Что же будет с участниками и их спутниками дальше? Если команды захотят заниматься стратосферными спутниками, «Стратонавтика» готова им помочь стать космическими инженерами. Полеты в стратосфере – отличная экспериментальная площадка для космических аппаратов.
- Тем командам, чьи аппараты выполнили задачи в стратосфере, мы поможем договориться с Роскосмосом и отправить их на орбиту. Компании будет гораздо легче поверить в ребят, прошедших через программу «Стратосферный спутник», и дать им место. Даже уже в этом году эксперты заинтересовались одним из аппаратов, который собирает данные по радиации – датчик для него школьники сделали из видеокамеры. Так что есть шанс, что скоро он окажется на реальном спутнике, - надеется Денис Ефремов.
Фото команды «Парабола».
Автор: Маргарита Москвина