Программа секции «Автономные аппараты и космическое приборостроение» ЛКШ-2025

Наша Солнечная система полна уникальными местами, каждое из которых требует для своего изучения уникального набора бортовых научных приборов. Современный космический прибор — это сложнейшее инженерное произведение, работающее на пределе возможностей технологий. От чувствительности спектрометров до точности калибровки камер для съемки поверхности — всё определяет научную отдачу миссии. При этом приборы должны функционировать в экстремальных условиях: космической радиации, перепадах температур, ограниченных ресурсах энергии. Разработка таких систем требует комплексного подхода, объединяющего физику, электронику, программирование и материаловедение.

Длительность программы: 20 часов занятий в секции (лекции и практика)

Программа секции: разработана в сотрудничестве с учеными из ИКИ РАН и действующими специалистами космической отрасли. Ключевой особенностью программы являются практические занятия, которые позволят участникам получить опыт работы с космическими приборами и познакомиться с циклом испытаний на оборудовании Института, в котором создаются настоящие приборы для отечественных и международных научных миссий.

Практика: участники секции будут работать с макетами космических приборов, моделировать их работу, проводить термо-вакуумные испытания и анализировать данные, полученные с приборов. Также они познакомятся с процессом калибровки и тестирования научной аппаратуры.

В симуляции научной экспедиции в систему TRAPPIST-1 участники секции будут отвечать за подбор полезной нагрузки для выполнения научных миссий и за составление циклограмм научных экспериментов в части работы комплекса научных приборов.

Что узнают и чему научатся участники

• Узнают основные типы научных приборов, используемых в космических миссиях, их назначение и принципы работы.
• Научатся анализировать требования к космическим приборам в зависимости от целей миссии и условий работы.
• Освоят методы защиты приборов от воздействия космической радиации, перепадов температур и других факторов.
• Получат практический опыт работы с макетами космических приборов и моделирования их работы.
• Научатся обрабатывать данные, получаемые с космических приборов, с использованием современных методов цифровой обработки сигналов и машинного обучения.
• Познакомятся с процессом калибровки приборов и проведения термо-вакуумных испытаний.

Основные темы

1. Классификация и особенности космических приборов.
2. Проектирование и испытания космических приборов.
3. Цифровая обработка данных и анализ результатов.
4. Обзор значимых космических миссий.

Программа секции:

1. Основы космического приборостроения
   Теория: Классификация научной аппаратуры для космических миссий, требования к космической аппаратуре, особенности работы приборов в космических условиях, методы защиты от космической радиации, принципы миниатюризации приборов.
   Практика: Знакомство с макетами космических аппаратов, изучение размещения приборов на платформе, тестирование взаимодействия систем.
2. Физические принципы работы научных приборов
   Теория: Принципы работы спектроскопии в ИК, УФ и видимом диапазонах, основы радиолокации и лазерного сканирования, анализ состава вещества с помощью масс-спектрометрии и хроматографии, регистрация колебаний и анализ внутреннего строения планет сейсмическими датчиками.
3. Приборы для исследования планет с орбиты
   Теория: Оптические спектрометры, ИК-спектрометры, радары проникающего действия, многоспектральные камеры, гравиметры, магнитометры, фотометры, радиометры.
   Практика: Моделирование работы приборов на орбите, анализ получаемых данных, калибровка приборов.
4. Приборы для исследования планет на поверхности
   Теория: Рентгеновские спектрометры, нейтронные спектрометры, масс-спектрометры, газовые хроматографы, метеостанции, сейсмометры, камеры.
   Практика: Моделирование работы приборов на поверхности, анализ получаемых данных, калибровка приборов.
5. Приборы для исследования межпланетной среды
   Теория: Плазменные анализаторы, детекторы частиц, магнитометры, детекторы космической пыли, датчики электрического и магнитного полей.
   Практика: Моделирование работы приборов в межпланетном пространстве, анализ получаемых данных, калибровка приборов.
6. Приборы для анализа атмосферы
   Теория: Масс-спектрометры, газовые хроматографы, инфракрасные спектрометры, ультрафиолетовые спектрометры, датчики давления и температуры.
   Практика: Моделирование работы приборов в атмосфере, анализ получаемых данных, калибровка приборов.
7. Робототехника для космических исследований
   Теория: Конструкция манипуляторов, буровые установки, сверлильные системы, проблемы трения и пыли, механические захваты, адаптивные системы управления.
   Практика: Моделирование работы манипуляторов, анализ проблем взаимодействия с поверхностью.
8. Конструирование приборов
   Теория: Принципы проектирования, выбор материалов, обеспечение надежности, защита от радиации, термостатирование, методы 3D-печати, технологии микроэлектроники.
   Практика: Создание прототипов приборов, работа с конструкторами, 3D-моделирование.
9. Электронные системы и управление комплексом научных приборов
   Теория: Бортовые контроллеры, датчики, автономные системы диагностики, циклограммы, интерфейсы связи, системы сбора и обработки данных.
   Практика: Процесс подготовки приборов на Земле, работа в полете, моделирование отказов.
10. Тепловое проектирование, испытания и калибровка приборов
    Теория: Тепловые режимы, методы термостатирования, виды испытаний, компьютерное моделирование, системы теплоотвода, теплоизоляционные материалы.
    Практика: Проведение термо-вакуумных испытаний, калибровка макетов приборов.
11. Обзор значимых космических миссий
    Теория: Анализ приборного состава миссий к Луне, Марсу, Венере и внешним планетам.
    Практика: Сравнительный анализ эффективности различных типов приборов в реальных миссиях.