Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Парус-МГТУ
Направление НПИ: 6. Образование и популяризация космических исследований
Секция КНТС: 10. Космическое образование
Наименование эксперимента: Развёртывание двухлопастной бескаркасной тонкоплёночной конструкции в поле центробежных сил с борта сверхмалого космического аппарата
Цель эксперимента:

• Освоение технологии развертывания крупногабаритных двухлопастных тонкопленочных космических конструкций, стабилизированных вращением.

• Проведение летных испытаний бортовой аппаратуры разработанного студентами и аспирантами МГТУ им. Н.Э. Баумана сверхмалого космического аппарата (СКА), созданной с широким применением элементной базы неспециализированного назначения.

• Получение практического опыта разработки СКА и КЭ студентами и аспирантами, занятыми в работе над проектом, а также для подготовки демонстрационных и иных материалов для обогащения учебных курсов методическими пособиями, демонстрационными материалами, лабораторными работами, затрагивающими спектр вопросов, решённых в ходе подготовки КЭ.

Описание эксперимента:

Космический сегмент эксперимента состоит из сверхмалого КА (СКА) и транспортно-пускового контейнера (ТПК). СКА состоит из нескольких основных блоков: герметичного отсека с бортовой аппаратурой, на котором закреплены катушки со светоотражающей лентой и исполнительными органами, а также раскладная полуволновая антенна. ТПК предназначен для запуска СКА с заданными параметрами движения.

Наземный сегмент КЭ состоит из сети приемных радиолюбительских станций и центра приема и обработки информации в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Радиолюбительские приемные станции связаны с ЦУП МГТУ им. Н.Э. Баумана через сеть интернет.

Подготовительная часть КЭ производится внутри герметичного объема РС МКС. Космонавт освобождает СКА от транспортировочных элементов, производит внешний осмотр СКА и ТПК.

Во время ВКД космонавтом осуществляется запуск КА из ТПК в заданном направлении в заданное время. Через заданное время после отделения начинается космический эксперимент по раскрытию тонкопленочной конструкции. При этом осуществляется запись информации о поведении конструкции СКА на бортовые датчики, а также видеосъемка процесса развертывания светоотражающих лопастей, раскрытия антенн и последующего полета КА после окончания развертывания.

Отснятые фото- и видеоматериалы необходимо передать на Землю в целях обработки результатов эксперимента.

После окончания эксперимента по развертыванию тонкопленочной конструкции начинается свободный полет КА. Осуществляется передача записанной информации с датчиков, задействованных во время разв?ртывания, а также информации о текущем состоянии СКА. На основе полученных данных осуществляется верификация математических моделей развертывания тонкопленочной конструкции, проверка работы КА в условиях космического полета.

Новизна эксперимента:

Отработка технологии развертывания тонкопленочных конструкции в условиях космического полета (прототип солнечного паруса), содержащей светоотражающие лопасти, является одной из основных задач космического эксперимента. К настоящему времени в космосе уже были проведены три успешных эксперимента с развертыванием тонкопленочных светоотражающих конструкций: проект Знамя-2 (Россия), IKAROS (Япония), NanoSail-D2 (США).

В проекте NanoSail-D2 для раскрытия и поддержания квадратной формы тонкопленочной конструкции был использован трубчатый каркас, а в проектах Знамя-2 и IKAROS раскрытие и поддержание тонкопленочной конструкции осуществлялось только за счет центробежных сил – конструкция роторного типа.

Как показывает анализ ни в одном из реализованных проектов еще не испытывалась конструкция, содержащая длинные лопасти в качестве светоотражающей поверхности.

У предложенной в эксперименте конструкции роторного солнечного паруса нет каркаса, размеры и масса которого зачастую соизмеримы с размерами и массой тонкопленочной конструкции, в то время, как массовые характеристики узла, где хранится тонкая пленка в свернутом виде, сопоставима с массовыми характеристиками узлов для хранения тонкой пленки для солнечных парусов других типов.

Конструкция двухлопастного бескаркасного солнечного паруса позволяет изменять длину светоотражающей ленты в широких пределах, без необходимости увеличения массы каркасных элементов, что выгодно отличает предложенную конструкцию от конструкций солнечных парусов каркасного типа.

Новизна образовательной составляющей «Парус-МГТУ»:

Образовательный проект в рамках эксперимента «Парус-МГТУ» направлен на создание кооперации между учебными заведениями разного уровня: как высшей, так и средней школы. Данный проект отличается от предыдущих образовательных космических проектов существенно меньшей ролью предприятий космической отрасли, работающих в кооперации с Университетом, на этапе проектирования и изготовления КА. Исключение составляет только этап ввода НА в эксплуатацию. Данный подход позволяет в полной мере реализовать творческие способности студентов – будущих кадров российской аэрокосмической отрасли.

Научная аппаратура:

Сверхмалый космический аппарат (СКА) предназначен для:

• раскрытия тонкоплёночной конструкции;

• регистрации научных данных о процессе развёртывания;

• передачи полученных научных данных на Землю. Транспортно-пусковой контейнер (ТПК) обеспечивает:

• сохранность СКА при транспортировке вплоть до места хранения на РС МКС;

• запуск СКА в заданном направлении с заданной относительной скоростью;

• обеспечение минимальной угловой скорости вращения СКА после запуска во избежание закрутки космического аппарата.

СКА оборудован только радиопередатчиком, передача телеметрии и научных данных ведётся постоянно с периодом в несколько секунд (точное значение периода уточнится в процессе дальнейшей разработки НА).

Наземный сегмент эксперимента состоит из сети любительских приёмных станций по всему миру. В настоящее время имеются предварительные договорённости с представителями следующих стран: Австралия, Бельгия, Вьетнам, Германия, Индия, Италия, Китай, Малайзия, Непал, Турция, США, Швейцария, Шри-Ланка, ЮАР, Япония.

Связь между станциями будет обеспечиваться при помощи нескольких серверов баз данных в сети Internet. Данные с точек приёма отправляются на сервер баз данных, а центр управления экспериментом в МГТУ им. Н.Э. Баумана суммирует данные с серверов баз данных. Несколько серверов баз данных нужны для дублирования на случай непредвиденного отказа одного или более серверов.

Схема взаимодействия СКА и наземных станций

Ожидаемые результаты:

Основными результатами КЭ будут следующие:

• данные о динамике раскрытия тонкопленочной конструкции: зависимость деформированной формы солнечного паруса от параметров движения на основе данных, полученных бортовыми датчиками, а также данных, полученных после расшифровки фото- и видеосъемки;

• параметры движения КА вокруг центра масс: угловые скорости по трем осям;

• параметры внутренней среды КА;

• информация о режимах работы КА;

• лабораторные образцы СКА, ТПК для испытаний, образцы СКА и ТПК для гидролаборатории; образцы радиоэлектронной аппаратуры (наземного и бортового сегментов).

Результаты КЭ предполагается использовать при:

• создании полнофункциональных роторных солнечных парусов;

• верификации математической модели поведения раскрываемой крупногабаритной космической конструкции в условиях космического полета, создание уточненной методики расчета;

• исследовании функционирования в условиях краткосрочного космического полета коммерчески доступных электронных компонент;

• популяризации космических исследований прикладной направленности среди технических вузов;

• создании новых учебных курсов, пособий и лабораторных работ;

• использовании лабораторных образцов СКА и ТПК в качестве демонстрационного материала для практических занятий;

• улучшении характеристик созданной космической платформы для осуществления более сложных экспериментов в дальнейшем.

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: 2013-2014 гг.
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: МГТУ им. Н.Э. Баумана
Организации участники: ОАО "РКК "Энергия" им. С.П.Королева", ФГБУ "НИИ ЦПК им. Ю.А.Гагарина", ЦУП ЦНИИмаш
Научный руководитель: Майорова В.И., МГТУ им. Н.Э. Баумана, руководитель Учебно-научного молодёжного космического центра, д.т.н., профессор, .
Публикации по эксперименту:

1. Коцур О. С., Попов, А. С., Тененбаум С. М., Шарков И. О. Определение параметров движения технологического наноспутника с солнечным парусом // Труды XXXIV Академических чтений по коспонавтике. - М. : Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2010.

2. Попов А.С., Рачкин Д.А., Неровный Н.А. и др. Технологический наноспутник с солнечным парусом // Тез. докл. Труды XXXIV академических чтений по космонавтике. - М. : Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2010.

3. Тененбаум С.М. Динамика полёта технологического аппарата с солнечным парусом // Студенческий научный вестник. Сборник тезисов докладов общеуниверситетской научно-технической конференции "Студенческая научная весна-2010". - М. : НТА "АПФН", 2010.

4. Попов А.С., Неровный Н.А. Конструкция космического аппарата с двухлопастным солнечным парусом для проведения технологического эксперимента // Будущее машиностроения: сборник трудов всероссийской конференции молодых учёных и специалистов. - М. : МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010.

5. Попов А.С. Рачкин Д.А. Разработка схемы проведения технологического эксперимента по отработке технологии развёртывания солнечного паруса и проверки эффективности его функционирования // Будущее машиностроения: сборник трудов всероссийской конференции молодых учёных и специалистов. - М. : МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010.

6. Коцур О. С. Тененбаум С. М., Киндяков А., Попов, А. С. Особенности управления космическим аппаратом с двухлопастным роторным солнечным парусом // Труды XXXV Академических чтений по космонавтике. - М. : Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2011.

7. Майорова В.И., Попов А.С. Использование технологий создания космических аппаратов сверхмалого класса в учебном процессе аэрокосмических специальностей // Труды XXXV Академических чтений по космонавтике. - М. : Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2011.

8. Неровный Н. А., Рачкин Д. А., Жарёнов И. С., Афлитонов Д. В., Попов А. С. Разработка конструкции пикоспутника для проведения эксперимента по развёртыванию конструкции солнечного паруса // Труды XXXV Академических чтений по космпонавтике. - М. : Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2011.

9. D. Rachkin, S. Tenenbaum, A. Dmitriev, N. Nerovniy, O. Kotsur, A. Vorobyov. 2-blades deploying by centrigugal force solar sail experiment (IAC-11.E2.3.8) // Proceedings of 62nd International Astronautical Congress. - Cape Town, SA, 2011.

10. Рачкин Д.А., Неровный Н.А., Попов А.С. Технологический пикоспутник "Парус-МГТУ" // Труды XIX научно-технической конференции молодых учёных и специалистов, посвящённой 50-летию первого полёта человека в космос, РКК "Энергия". - Королёв, 2011.

11. Дмитриев А.С, Коцур О.С., Майорова В.И., Марченко А.А., Неровный Н.А., Попов А.С., Рачкин Д.А., Тененбаум С.М. Teхнологический эксперимент по развёртыванию двухлопастной бескаркасной тонкоплёночной конструкции с использованием сверхмалых космических аппаратов // Тезисы докладов второй международной конференции "Научные и технологические эксперименты на автоматических космических аппаратах и малых спутниках". - Самара : Издательство СНЦ РАН, 2011.

12. Коцур О.С. Неровный Н.А., Майорова В.И., Попов А.С., Рачкин Д.А., Тененбаум С.М. Заявка № 2011126902. Cпособ переориентации и управления тягой вращающегося космического аппарата с солнечным парусом. - Россия, 2011 г..

13. Попов А. С., Тененбаум С. М. Экспериментальное определение коэффициента демпфирования светоотражающей поверхности солнечного паруса // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. - 2011. - №10/2011. - стр. 23-27.

14. Лушпина Д.М., Штефан В.М., Матвеев А.М., Попов А.С. Транспортно-пусковой контейнер для запуска пикоспутника с МКС вручную // Труды XXXV Академических чтений по космонавтике. - М. : Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2012.

15. Неровный Н.А. Особенности конструкции пикоспутника "Парус-МГТУ" для первого этапа эксперимента // Труды XXXV Академических чтений по космонавтике. - М. : Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2012.

16. Попов А.С. Тененбаум С.М. Динамика развёртывания светоотражающей поверхности двухлопастного роторного солнечного паруса // Труды XXXVI Академических чтений по космонавтике. - М. : Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2012.

17. Рачкин Д.А. Космический эксперимент "Парус-МГТУ" №2 // Труды XXXV Академических чтений по космонавтике. - М. : Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2012.

18. A. Dmitriev, O. Dmitrieva, D. Rachkin, N. Nerovnyy, A. Zimin, V.I. Mayorova. Extremely low-cost picosatellite equipment for short-duration missions // 4th European CubeSat Symposium. - Brussels, 2012.

19. V. Mayorova., A. Dmitriev, N. Nerovnyy, D. Rachkin, S. Tenenbaum. ISS - Test bed for the future solar sail systems (IAC-12-B3.3.10) // Proceedings of 63rd International Astronautical Congress. - Naples, Italy, 2012.

20. Попов А.С., Тененбаум С.М. Оптимизация режима развёртывания двухлопастного роторного солнечного паруса // Будущее машиностроения: сборник трудов всероссийской конференции молодых учёных и специалистов. - М. : МГТУ им. Н. Э.Баумана, 2012.

21. А.С. Дмитриев. Реализация подсистемы радиопередачи данных низкобюджетной платформы сверхмалого космического аппарата // Молодежный научно-технический вестник №10, октябрь 2012. - М. : МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012.

Последнее обновление: 16.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения