Спутниковые системы (ССиДЗЗ)

  • информатика
  • физика
  • Дает 100 баллов на ЕГЭ

4 октября 1957 года Советский Союз запустил первый в истории человечества искусственный спутник Земли. Сегодня спутниковые системы используют тысячи аппаратов и делают освоение космического пространства полезным для ежедневной жизни людей — благодаря их работе наши телефоны ориентируют нас в городе, мы знаем прогноз погоды, смотрим телевидение на даче и так далее. С помощью спутников идут по своим маршрутам самолеты и корабли, анализируются природные ресурсы, совершаются научные открытия и осуществляется связь в любой точке планеты. 

С каждым годом на орбите появляется все больше спутников, разработанных небольшими, в том числе детско-взрослыми командами в коммерческих и образовательных целях. И наши участники тоже могут попробовать себя в этом… а заодно получить до 100 баллов ЕГЭ.

В процессе работы участники смогут создать свой прототип спутника и разработать проект космической миссии, на практике познакомятся с задачами программирования профессиональных микроконтроллеров, радиотехники и беспроводной связи, управления полетом и орбитальной механики; на очных этапах — 3д-моделирования и схемотехники. Полученный практический опыт помогает участникам ориентироваться в широком спектре направлений инженерного дела, применимых как в Космосе, так и на Земле. 

Просто группа

Просто группа профиля, с новостями и необходимой участникам информацией

Команда разработчиков

Центр космического образования «ОРБИКРАФТ» (ООО «Образование будущего»).

Профиль разрабатывается при методической и организационной поддержке Сибирского государственного университета им. М. Ф. Решетнева, Самарского национального исследовательского университета им. С. П. Королёва и Технологического университета им. А. А. Леонова.

Партнёры и спонсоры

ООО «Образование будущего»

Методическая компания, разработчик образовательных программ и оборудования для инженерно-космического образования

http://orbicraft.ru

Сибирский государственный университет им. М.Ф. Решетнёва

Один из ведущих инженерно-космических вузов страны, традиционный партнер ряда крупнейших предприятий ракетно-космической отрасли, в т.ч. АО «Информационные спутниковые системы» им. М.Ф. Решетнёва

https://www.sibsau.ru/

Самарский Национальный Исследовательский  Университет им. С. П. Королёва

Один из ведущих инженерно-космических вузов страны, традиционный партнер ряда крупнейших предприятий ракетно-космической отрасли, в т.ч. РКЦ (ЦСКБ) «Прогресс»

https://ssau.ru/

Технологический Университет им. А. А. Леонова

Университет «космической столицы» России — г. Королёва Московской области, партнёр ракетно-космической корпорации «Энергия»

https://unitech-mo.ru/

ГК «Роскосмос»

Госкорпорация «Роскосмос» обеспечивает реализацию государственной политики в области космической деятельности и ее нормативно-правовое регулирование, а также размещает заказы на разработку, производство и поставку космической техники и объектов космической инфраструктуры.

https://www.roscosmos.ru/

https://www.space4kids.ru/

ПАО «ГазпромНефть»

Одна из ведущих отечественных корпораций — заказчиков спутниковых систем и предоставляемых ими услугах навигации, связи и данных космической съемки; в частности, но не исключительно — на арктических маршрутах судов.

https://www.gazprom-neft.ru/

ООО «Спутникс»

Российская частная космическая компания, специализирующаяся на разработке малых и сверхмалых космических аппаратов

 

 

https://sputnix.ru/ru/

Отборочные этапы

В рамках первого отборочного этапа участникам предстоит решать задачи по информатике и физике.

На втором отборочном этапе участники будут иметь дело с основами орбитальной механики, радиосвязи, проектирования космических миссий и разработки алгоритмов управления полетом.

Второй этап проходит в онлайн-системе Орбита.Челлендж. После прохождения первого отборочного этапа участники будут автоматически зарегистрированы в этой системе (если сами не зарегистрировались заранее), а в день открытия второго этапа получат доступ к задачам. В рамках этого этапа участники могут объединяться в команды до 4 человек.

На втором этапе могут быть представлены задачи следующих видов:

  • задача-тест по физике или инженерии;

  • задача по информатике, в рамках которой необходимо предложить код программы;

  • задача на проектирование космической миссии, в рамках которой необходимо предложить параметры орбиты, характеристики аппаратов и/или фрагмент программы управления. 

Участники могут попробовать себя в приглянувшихся типах задач, особенно если уже выступают в составе команды. Сложность и разнообразие задач подобраны так, что наиболее эффективно они решаются командой именно из 4 человек, из которых часть более уверенно чувствует себя в физике, а часть — в программировании. 

Примеры задач второго этапа и ссылки на материалы разбора всех задач прошлых лет доступны любому зарегистрированному пользователю в системе Орбита.Челлендж в рамках открытого события «Курс подготовки к профилю “Спутниковые системы” Олимпиады КД НТИ».

Как готовиться ко второму этапу

Главная задача участников второго этапа — собрать эффективную команду на финал. На этом этапе важно, чтобы команда научилась распределять задачи и хотя бы по одному человеку в команде понимали бы основы физики и алгоритмов в следующих областях (темы сезона 2020/2021):

  • Орбиты околоземных космических аппаратов (пример задач — «Аппарат над заданной точкой» и «Ретрансляция низкочастотного сигнала» курса задач подготовки в системе Орбита).

  • Основные принципы организации радиосвязи (пример задач — «Радиосвязь»).

  • Ориентация космического аппарата телами вращения (примеры задач — «Стабилизация аппарата на орбите» и «Ориентация аппарата на орбите»).

  • Основы электрических схем и программирования микроконтроллеров на уровне школьной робототехники (на отборочном этапе задачи могут отсутствовать или быть упрощенными).

Знания:

Hard Skills:

Soft Skills:

  • Формирование команды и распределение задач согласно интересам и навыкам.

  • Планирование времени на решение задач. 

Заключительный этап

В задаче финала сезона 2020/2021 участникам предстоит разработать элементы учебно-научной миссии, испытывающей сверхмалые аппараты (пикоспутники), выведенные на орбиту Земли спутником-носителем формата Кубсат 3U. Среди задач, которые предстоит решить:

  • Доработка прототипа сверхмалого спутника.

  • Обеспечение выхода испытываемых аппаратов на расчетные орбиты.

  • Организация сбора и передачи научных данных по радиосвязи.

  • Управление спутником-носителем.

Пример реальной космической миссии схожей структуры — международный проект KickSat (только в ней были совсем крохотные аппараты, фемтосаты).

Управление аппаратами производится оборудованием на базе профессиональных микроконтроллеров семейства STM32, широко применяющихся в промышленности. Предварительное знакомство с этими технологиями рекомендовано, но не является необходимым — в рамках предфинальной подготовки участники будут иметь возможность познакомиться и поработать с соответствующим оборудованием.

Нереализуемые на поверхности Земли компоненты миссии на финале представлены задачами на проектирование миссии в системе «Орбита».

Знания:

  • Орбитальная механика.
    Знания этой области пригодятся для понимания движения спутников по орбите, а также позволят решать задачи на эту тему, связанные с подбором орбит космических аппаратов, позволяющих им выполнить целевые задачи.
  • Общее устройство космических аппаратов.
    При проектировании космических аппаратов, а также при работе с их макетами, приближенными к реальным спутникам, прежде всего необходимо понимать состав космического аппарата, назначение его подсистем и их общее устройство. При изучении данных вопросов стоит особое внимание уделить устройству системы ориентации и стабилизации и систем связи и электропитания.
  • Основы радиосвязи.
    Одной из подзадач является построение канала связи, и чтобы решить ее необходимо составить представление о физических принципах построения радиосвязи и технических особенностях построения канала связи. На финале предстоит работа с приемо-передающими устройствами, которые необходимо будет настроить. Помимо этого не лишним будет составить представление об обработке радиосигналов.
  • Помехоустойчивое кодирование и декодирование информации.
    Данный раздел также касается задачи построения канала связи. В реальных условиях приходится работать в условиях помех, и помехоустойчивое кодирование позволяет повысить надежность передачи данных. В космической связи этот подход является неотъемлемой частью. На задаче финала за реализацию помехоустойчивого кодирования будут начисляться дополнительные баллы.
  • Основы схемотехники / электротехники.
    Еще одним направлением в задаче финала станет проектирование собственного устройства. В зависимости от формы финала (очной или заочной) специфика данной задачи может меняться, однако в любом случае не лишним будет изучить основные принципы проектирования электронных устройств.

Hard Skills:

  • Программирование на JavaScript.
    Этот язык программирования используется в некоторых задачах симулятора Orbita Challenge. Глубокое изучение языка не нужно, достаточно понимать основной синтаксис. Задачи, использующие JavaScript, построены так, что прежде всего направлены на построение правильного порядка действий. Этот навык пригодится вам как на втором, так и на заключительном этапе.
  • Программирование на Python.
    Этот язык программирования также используется в симуляторе Orbita Challenge. Задачи, в которых используется Python, с точки зрения программирования будут сложнее, чем те, в которых используется JavaScript. Однако глубокое изучение языка также не является необходимым. Python может использоваться на втором этапе.
  • Программирование на С.
    С этим языком программирования вам предстоит столкнуться в работе непосредственно с программируемыми устройствами: микроконтроллерами, приемопередатчиками и пр. Поэтому из всех языков именно этому стоит уделить особое внимание. Однако он пригодится вам только на заключительном этапе.
  • Программирование микроконтроллеров семейства STM32.
    Если вы владеете навыком программирования на С, то овладение этой компетенцией дастся вам гораздо проще. Также поможет опыт работы с Arduino. Стоит понимать основы работы с микроконтроллерами семейства STM32 в среде STM32CubeIDE. Не стоит переживать, если вы раньше не сталкивались с таким родом деятельности, так как между вторым и заключительным этапом профиль проводит мастер-классы и вебинары, посвященные данной теме. Этот навык пригодится вам на заключительном этапе непосредственно при работе с оборудованием.
  • Знакомство с ПО проектирования схем (например KiCad) / электротехника и навык пайки.
    Данный навык пригодится вам для задачи по проектированию пикоспутника. Но в зависимости от формата заключительного этапа эта задача может иметь разную постановку.
  • Моделирование в САПР.
    Данный навык может вам пригодится также при очном формате заочного этапа. В таком случае для полноценности задачи вам может быть предложено спроектировать некоторые элементы космического аппарата и изготовить их с помощью лазерной резки или 3D-печати. 

Soft Skills:

  • Формирование команды, работа в команде.
    Это основной софтовый навык, который необходим в олимпиадной деятельности. Работа в команде начинается уже на втором этапе, но особую важность она приобретает на заключительном этапе. Большая часть олимпиады выстроена так, что в одиночку крайне сложно справится с задачами. К тому же, в команде всегда можно достичь больших результатов, если суметь правильно организоваться. 
  • Умение распределять задачи согласно интересам и навыкам.
    Когда вас несколько человек в команде, то сразу встает вопрос о распределении ролей и задач. И крайне важно уделять внимание тому, чтобы занятость была распределена примерно поровну, и каждый отвечал за свой блок задач. При этом важно браться по возможности за те задачи, которые вам ближе всего по вашим интересам и навыкам. Именно тогда можно будет выстроить слаженную командную работу.
  • Самообучаемость.
    Участие в олимпиаде почти всегда требует от участников освоения новых знаний и навыков, поэтому особо важно уделять определенное количество времени и сил самообучению. Это делает вас сильнее и ближе к победе.
  • Умение работать с информацией, применять полученные знания на практике.
    На этапах подготовки, а также на самом заключительном этапе вам придется осознавать и обрабатывать большие объемы информации. Умение работать с информацией — отдельный навык, который часто выручает не только в олимпиадной обстановке, но и в повседневной жизни. Среди просторов интернета находить нужные вам крупицы информации и уметь применять их для решения практических задач — ценное умение, которым должен обладать хороший инженер.
  • Планирование времени на решение задач.
    Олимпиада — это всегда сжатые сроки и суровые дедлайны. Чем правдоподобнее вы оцениваете свои силы и закладываете время на выполнение задач, тем легче вам уложиться в выделенное время. 
  • Стрессоустойчивость.
    Во время напряженной работы в условиях ограниченных сроков периодически можно столкнуться с упадническими настроениями. И это совершенно нормальная реакция на сложную ситуацию. Однако в таком случае стоит научиться относиться ко всему немного философски и стараться мыслить позитивно. Такой подход в дальнейшем еще ни раз себя оправдает. Потому что чем меньше сил потрачено на переживания — тем больше можно успеть сделать.

Численность команды и роли

Оптимальной является команда из четырех человек. Учитывайте, что на втором и особенно на заключительном этапах задачи составляются таким образом, чтобы выделить четыре тематических направления, поэтому при формировании команды важно распределить роли.

Рекомендуемый состав команды:

  • Программист микроконтроллеров, проектировщик спутниковых систем.
    Именно вам предстоит взять на себя управление спутниковой платформой формата Cubesat, носителем пикоспутников. Ваша задача — написание алгоритмов управления бортовыми устройствами ориентации и связи, а также общий контроль всех устройств проектируемой группировки, координация действий между ними. Без выполнения этих задач ничего не получится.
  • Схемотехник / электротехник, проектировщик пикоспутника.
    Пикоспутники — полезная нагрузка для спутника-носителя, поэтому именно от них зависит успех всей миссии. Проектируемые пикоспутники должны быть прежде всего автономными и должны надежно выполнять свою работу, и именно вы обеспечиваете это. Без пикоспутников нет и миссии.
  • Программист микроконтроллеров, связист.
    Без обеспечения надежной связи все полезные данные так и не попадут к адресату и будут утеряны. В группировке процесс отлаживания связи имеет свои особенности, и задача передачи данных возложена именно на вас. Не будет связи — не будет миссии.
  • Физик-баллистик.
    Даже если все технические моменты идеальны, то миссия все равно может быть не выполнена, если аппараты не выйдут на заданные орбиты или орбиты будут подобраны неправильно. Например, при очень низких орбитах вся группировка быстро потеряет высоту и сгорит в атмосфере, а при очень высоких — устройства могут выйти из строя из-за повышенной радиации. Именно вы отвечаете за эти вопросы, и успех миссии зависит от вас.

Распределение ролей не является строго обязательным, однако учитывайте то, что направлений работы на заключительном этапе будет четыре, по числу участников. Поэтому каждому участнику команды стоит тщательно подготовиться к тому, что будет ждать его на финале. Следите за тем, чтобы кто-то из вас не был перегружен, а кто-то недогружен.

Если вы можете закрыть более одного направления задач — это только в плюс, так как при столкновении в работе со сложными ситуациями вы сможете помочь друг другу. Поэтому мы рекомендуем всем участникам готовиться по нескольким направлениям — так получается эффективнее выполнять командные задачи в целом и дает возможность подхватывать провисающие задачи.

Среди ролей отдельно не выделена роль координатора — это мы оставляем на ваше усмотрение. Иногда эта роль для команды бывает просто необходима, иногда нет. Каждая команда индивидуальна, и лучше вас никто не найдет друг с другом общую волну. Однако стоит понимать, что важно то, чтобы вы уже на втором этапе и на этапе предфинальной подготовки учились работать как слаженный механизм.

Материалы для участников

Знания:

Hard Skills:

Рынки НТИ

  • AeroNet
  • SpaceNet