Портал функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

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.

Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации

Стратосферные спутники как образовательный проект

Одним из главных организаторов программы выступила инженерная компания «Стратонавтика». Ее руководитель Денис Ефремов занимается стратосферными запусками уже десять лет. Примерно семь лет назад «Стратонавтика» начала делать образовательные запуски. Пришло понимание: детям такой формат интересен, потому что это возможность не просто построить модель спутника или высотного аппарата, но и отправить его в стратосферу и выше. В отличие от настоящих космических спутников, отправить которые сложно даже взрослым, запуск аппарата в стратосферу вполне реален для школьников.

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 








Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее