Программа секции «Ракетно-космическая техника» ЛКШ-2025

Ракетно-космическая техника — это основа освоения космоса, включающая не только средства выведения, но и широкий спектр космических аппаратов, которые выполняют разнообразные задачи: от исследования планет до обеспечения связи и наблюдения за Землёй. Космические аппараты, спускаемые аппараты, космические корабли и станции — это сложнейшие инженерные системы, работающие в экстремальных условиях. Их проектирование, создание и эксплуатация требуют междисциплинарного подхода, объединяющего механику, электронику, программирование, материаловедение. Понимание устройства и принципов работы этих систем необходимо для успешного выполнения научных и прикладных задач в космосе.

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 аппаратами (КА) на примере конструкторов кубсатов, с 3D-печатью для изготовления элементов конструкции космических аппаратов и использованием виртуальных моделей КА в различных ситуациях на симуляторе.

Практика: участники секции будут собирать космические аппараты кубсат и проводить с ними эксперименты по ориентации и выполнению полетного задания. С помощью 3D-печати изготовят и проверят работу нескольких видов стыковочных аппаратов. Отработают способы посадки космических аппаратов на различные небесные тела на симуляторе космического полета.

В симуляции научной экспедиции в систему TRAPPIST-1 участники секции будут отвечать за пилотирование экспедиционного корабля и включенных в его состав посадочных аппаратов и роверов и за составление циклограмм научных экспериментов в части работы систем электропитания и автоматики.

Что узнают и чему научатся участники

• Узнают о конструкции и особенностях работы космических аппаратов, спускаемых аппаратов, космических кораблей и станций.
• Изучат ключевые бортовые системы космической техники: системы управления, энергопитания, терморегулирования, навигации и связи.
• Научатся моделировать работу бортовых систем с использованием специализированного программного обеспечения.
• Получат навыки тестирования моделей космических аппаратов, включая вибрационные и термо-вакуумные испытания.
• Познакомятся с процессами проектирования и оптимизации космических аппаратов под конкретные задачи.
• Научатся анализировать жизненный цикл космических аппаратов, включая этапы создания, эксплуатации и утилизации.
• Узнают о современных трендах в разработке многоразовых космических систем и миниатюризации (кубсаты, микроспутники).

Основные темы

1. Конструкция космических аппаратов: спутники, спускаемые аппараты, космические корабли, станции и их особенности.
2. Бортовые системы космической техники: системы управления, энергопитания, терморегулирования, навигации и связи.
3. Проектирование и испытания космических аппаратов: методы проектирования, виды испытаний, оптимизация под задачи миссии.

Программа секции:

1. Физические основы космонавтики
   Теория: Принцип реактивного движения, движение тела с переменной массой, уравнение Циолковского, силы, действующие на ракету и космический аппарат, факторы космического полёта, влияние космических условий на материалы и системы космического аппарата.
   Практика: Работа с программными моделями для анализа влияния различных факторов на траекторию полёта. Построение графиков изменения массы аппарата в зависимости от времени.
2. Проектирование и испытания космических аппаратов
   Теория: Этапы проектирования космического аппарата. Виды тестов и испытаний: статические испытания, испытания на электромагнитную совместимость, термо-вакуумные испытания, вибрационные испытания. Выбор ракеты-носителя, интеграция космических аппаратов с пусковым адаптером или разгонным блоком.
   Практика: Проведение вибрационных и термо-вакуумных испытаний на макетах космических аппаратов. Анализ результатов испытаний.
3. Бортовые системы космических аппаратов
   Теория: Система обеспечения теплового режима, системы ориентации, системы электропитания, системы связи, системы жизнеобеспечения, система управления (бортовые вычислительные машины).
   Практика: Работа с конструктором кубсатов. Сборка макета спутника и его систем.
4. Различные типы двигателей для ракет-носителей и космических аппаратов
   Теория: Ракетные двигатели на химическом топливе, принцип работы, термодинамический цикл, компоненты топлива. Ядерно-термальные ракетные двигатели и их классификация по типу активной зоны. Электрореактивные двигатели, солнечные паруса.
   Практика: Моделирование работы различных типов двигателей в симуляторе. Расчёт удельного импульса и эффективности двигателей для разных задач.
5. Энергетические установки для полётов в космос
   Теория: Аккумуляторные батареи, солнечные энергетические установки, солнечные батареи, солнечные коллекторы. Ядерная энергетика в космосе: радиоизотопные термоэлектрические генераторы, космические ядерные реакторы.
   Практика: Расчёт энергетического баланса космического аппарата. Тестирование различных источников энергии в условиях ограниченного ресурса.
6. Основы системы управления движением космических аппаратов
   Теория: Система координат космического корабля. Принципы построения ориентации КА. Исполнительные органы системы ориентации и принципы их расположения на корабле. Особенности запуска двигательной установки в невесомости и выполнение манёвров с конечной тягой.
7. Системы стыковки и дозаправки на орбите
   Теория: Орбитальное рандеву, понятие о стыковке. Стыковочные агрегаты и их виды: ССВП, АПАС. Кинематика работы стыковочных агрегатов. Передача компонентов топлива через интерфейс стыковочного аппарата.
8. Посадочные аппараты и способы посадки на небесные тела с атмосферой
   Теория: Что такое спускаемый аппарат. Классификация СА по аэродинамическому качеству, коэффициенту заполнения, относительной массе теплозащиты, перегрузке, дальности полёта. Проектирование и разработка СА. Анализ существующих МСА и тенденции развития.
   Практика: Отработка посадки виртуальных моделей СА на различные небесные тела на симуляторе.
9. Посадка на небесные тела без атмосферы
   Теория: Понятие о посадочном аппарате. Поиск оптимальной траектории посадки. Способы измерения положения аппарата относительно поверхности (лидары, радары). Варианты компоновки посадочного аппарата. Примеры посадочных аппаратов для Луны. Особенности причаливания к малым небесным телам (астероидам и кометам).
   Практика: Отработка посадки виртуальных моделей посадочных аппаратов на различные небесные тела на симуляторе.
10. Космическая аэронавтика
    Теория: История применения летательных аппаратов на других небесных телах: аэростаты на Венере, вертолёт на Марсе. Особенности конструкции, системы управления, способы доставки или запуска. Проекты летательных аппаратов для других небесных тел.
    Практика: Отработка посадки виртуальных моделей летательных аппаратов на различных небесных телах на симуляторе.
11. Космические станции и строительство крупногабаритных конструкций в космосе
    Теория: Архитектура современных космических станций. Проблемы сборки и обслуживания крупногабаритных конструкций в космосе. Методы доставки материалов и оборудования.
12. Двигательные и энергетические установки для дальних космических полётов
    Теория: Проблемы обеспечения энергии и тяги для межпланетных миссий. Ядерные и термоядерные установки. Электрореактивные двигатели. Перспективы использования солнечных парусов и других инновационных технологий.
    Практика: Расчёт траектории межпланетного перелёта с учётом ограничений по энергии. Моделирование работы ядерных и электрореактивных двигателей.