Школьники собрали свой CubeSat в тренажёре, разработанном в БГТУ «ВОЕНМЕХ»

Занятие «Спутник на орбите» объединило три темы: орбитальную механику, космическую радиофизику и теорию спутников. Школьники разобрали, почему аппарат не падает, а непрерывно падает вокруг Земли; как форма орбиты и наклонение определяют, какую территорию он увидит; почему на круговой орбите высотой 500 км виток занимает около 95 минут.

В блоке радиофизики ребята считали, сколько данных реально передать за сеанс связи: при скорости 10 кбит/с за 120 секунд проходит 150 кбайт, а фотография весит 500 кбайт — значит, снимок придётся сжимать или передавать по частям. Разобрали доплеровский сдвиг частоты и задержку сигнала: до Марса радиоволна идёт пять минут в одну сторону.

Главной частью занятия стал практикум в онлайн-тренажёре «Сборщик CubeSat», который разработали в Молодёжной лаборатории МКА специально для школы по спутникам. Приложение открывается по QR-коду в любом браузере, ничего устанавливать не нужно, поэтому ребята работали прямо со своих телефонов, в парах: один собирал аппарат, второй читал результаты проверки.

В тренажёре школьник выбирает миссию и формат корпуса — 1U, 2U или 3U — и компонует спутник из реальных подсистем: бортового компьютера, системы электропитания, аккумуляторов, радиосредств УКВ- и S-диапазона, системы ориентации, солнечных панелей и полезной нагрузки. Приложение в реальном времени считает массу, высоту стопки модулей, энергобаланс, глубину разряда аккумулятора за время полёта в тени Земли и время передачи данных за сеансы связи. Если параметры выходят за границы, виртуальная комиссия не допускает аппарат к запуску и объясняет причину.

В первом задании — миссии «Первый голос» — спутник формата 1U не смог обеспечить себя энергией: добавление системы ориентации подняло потребление до 1,45 Вт при приходе 1,4 Вт от корпусных солнечных панелей. Во втором задании школьники доводили до запуска аппарат 3U с модулем PAD и нашли четыре инженерных решения: установить PAD в нижний отсек, чтобы объектив смотрел на Землю; поставить маховики для точной ориентации, иначе видео смажется; заменить УКВ-радио на передатчик S-диапазона с патч-антенной — минута видео уходит на Землю за три минуты связи вместо одиннадцати суток; и добавить раскрывающиеся солнечные панели, чтобы покрыть выросшее энергопотребление.

Особенность тренажёра в том, что он построен на материале действующей разработки: в качестве полезных нагрузок в нём представлены модули PAD и SPRITE, которые сейчас создаются в ВОЕНМЕХе для малых космических аппаратов проекта. PAD ведёт видеорегистрацию агрегации микрочастиц пыли в условиях микрогравитации, SPRITE исследует защитные покрытия с помощью шести образцов, 18 фотодиодов и датчиков температуры. В приложение встроены 3D-модели этих модулей из конструкторской документации проекта.

Завершилось занятие командной работой: группы по 3–5 человек планировали виток собственной миссии «Термометр» — спутника, сравнивающего нагрев двух покрытий. При тени 30 минут, аккумуляторе 3 Вт·ч и сеансе связи 120 секунд командам нужно было решить, какие режимы включить, что сохранить на борту и что передать на Землю в первую очередь. Каждая команда защищала свой план за минуту.

Тренажёр открыт для всех школ, кружков и центров дополнительного образования — по ссылке.

Мероприятия проекта (разработка и изготовление технических решений, создание МКА «Устинов» и «Гречко», мероприятия со школьниками) реализуются в рамках программы научно-образовательного проекта Space-π Фонда содействия инновациям при поддержке Федерального проекта «Кадры для космоса» Минобрнауки России.