кто-то попал на ТВ, а вы попали на страницу проекта
РАЗРАБОТКА МАКЕТА СИСТЕМЫ
РАЗВЕРТЫВАНИЯ СПУТНИКОВ "КОСМИЧЕСКАЯ КАТАПУЛЬТА"
РАЗВЕРТЫВАНИЯ СПУТНИКОВ "КОСМИЧЕСКАЯ КАТАПУЛЬТА"
А кто это сделал? (авторы проекта)
Роль: тимлид, инженер- конструктор
Задача в данный момент: Разработка выпускающего механизма.
Задача в данный момент: Разработка выпускающего механизма.
Белоусова Алиса
Наш наставник
Бывшенко Алена Владимировна, наставник космо-квантума
Киселев Лев
Аверьянов Матфей
Роль: электронщик, программист.
Задача в данный момент: разработка автоматических систем и ПО.
Задача в данный момент: разработка автоматических систем и ПО.
Роль: инженер-конструктор
Задача в данный момент: Разработка автоматической дверцы выпускающего кейса.
Задача в данный момент: Разработка автоматической дверцы выпускающего кейса.
С каждым годом возрастает участие спутниковых систем в жизни человека. Они
используются как в научных целях так и во многих коммерческих проектах. Так
например за 2022 год был запущен в работу 2521 спутник. Из них приблизительно 95% пришлось на малые космические аппараты. Обычно спутники запускаются с Земли, однако за тот же 2022 год с МКС было запущено 14 спутников (1 американский, 1 индийский, 2 японских и 10 российских). Если рассмотреть на способ их развертывания, то иностранные спутники были выпущены из модуля «Кибо» с использованием системы J-SSOD. Российские спутники были выпущены космонавтом Олегом Артемьевым вручную...
Tilda Publishing
А в чем собственно проблема?
Дело в том, что когда человек бросает спутник, есть вероятность его закручивания. Это плохо по ряду причин: при закручивании происходит смещение траектории из-за чего спутник может во что-то врезаться, а если допустим на спутнике установлена камера, то закручивание может испортить съемку.
Также необходимо помнить, что выход в открытый космос для космонавта - это серьезное и дорогостоящее мероприятие, к которому он долго готовится, поэтому выпускать большое количество спутников "людьми" не выгодно.
Tilda Publishing
Но есть решение!
Всего этого позволяют избежать автоматические системы вывода, основанные на мехатронных модулях, закрепленных на поверхности МКС!...
...которыми наша страна, к сожалению, не располагает, а в ходе последних событий нашего
времени, получение доступа к данным технологиям значительно усложнилось, также Россия планирует развернуть собственную орбитальную станцию РОС уже в 2027-2033 году. Именно поэтому появляется необходимость в отечественной замене.
Tilda Publishing
Так и родился наш проект! Ура!
Перед началом работы мы поставили себе цель: Создание макета устройства для выпуска спутников с космической станции к маю 2025 года.
Спутники формата "Кубсат" которые делают в томском Кванториуме.
1 - Стратосферный спутник размером 3U
2 - Схема внутреннего устройства спутника
3 - Спутник формата 1U
1 - Стратосферный спутник размером 3U
2 - Схема внутреннего устройства спутника
3 - Спутник формата 1U
1
2
3
Задачи, которые решает проект:
- Дать возможность базового наведения при выпуске спутников.
- Увеличить срок и качество работы спутника.
- Уменьшает стоимость и время ожидания вывода спутника на орбиту.
- Стимулирует интерес отечественных компаний к аэрокосмическим
технологиям.
А кому это надо вообще?.. (потенциальные заказчики и потребители)
Заказчиком данного проекта могла бы выступать государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос».
Предполагаемые потребители - организации, занимающиеся запуском некоммерческих спутников для исследований, например:
Предполагаемые потребители - организации, занимающиеся запуском некоммерческих спутников для исследований, например:
- Томский государственный университет;
- Томский политехнический университет;
- АНО ДО детский технопарк Кванториум;
- Школы России.
В томском политехе активно развиваются как аэрокосмические технологии, также присутствует интерес к сфере мехатронных систем. В процессе работы над проектом мы постелили музей манипуляторов и центр управления полетами на базе этого университета
Стейкхолдеры проекта
Список стейкхолдеров нашего проекта очень обширен, здесь могут быть как российские производственные компании, научные институты и учебные заведения:
- АО «Решетнев»;
- РКК «Энергия»;
- Детский технопарк Кванториум;
- Государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос»;
- Научно-производственное объединение имени С. А. Лавочкина.
- Илон Маск и его Space-X
- NASA
- Национальное космическое агентство Китайской народной республики
Интересный факт: во время нашего самого первого выступления на конференции, которое проходило в стендовом формате, к нам подошли эксперты и спросили, почему же мы не указали в стейкхолдерах Илона Маска. Мы поняли какую ужасную ошибку совершили и восстановили справедливость.)))
Для более эффективной работы мы конечно составили план, разделив весь процесс на этапы:
- 1Эскизирование (19.01.24 - 9.02.24)Провести обзор аналогов, написать техническое задание, выбрать тип механизма работы макета, разработать алгоритм работы.
- 2Моделирование (10.02.24 – 10.04.24)Разработать эскизы, создать 3д-модели деталей, сделать сборку макета в программе КОМПАС-3Д.
- 3
Создание макета (10.04.24 – 17.04.24)
Напечатать детали на ЗД принтере, собрать прототип. - 4Программирование (17.04.24 – 17.05.24)Написать программный код, запрограммировать манипулятор, протестировать его.
Однако когда в нашу команду добавился программист, было решено для большей производительности разделить задачи, и на данный момент два человека (Матфей и Алиса) работают над конструкцией, а Лев занимается электроникой и программным кодом. Также в нашем проекте участвует студент ТПУ Илья, который занимается разработкой ПО.
Этап 1. Эскизирование.
Как наиболее эффективно запускать спутники с помощью руки-манипулятора, люди поняли еще в середине 2010-х, поэтому и сделали довольно много похожих технических устройств на МКС. Перед началом работы над проектом мы приняли решение провести обзор аналогов.
Зарубежные аналоги:
- Малый спутниковый орбитальный развертыватель J-SSOD, ЯпонияНаходится в модуле «Кибо». Технология работы: спутник доставляется на МКС в служебном корабле, его помещают в специальный кейс Satellite, устанавливают на направляющий стол шлюза, далее роботизированная рука выводит модуль в точку выпуска, и далее происходит выпуск посредством пружинного механизма.
- Nanoracks Kaber Microsat Deployer, СШАНаходится на МКС, модуль Tranquility. Технология работы: спутники загружаются в специальный шлюз NanoracksBishop Airlock, который умеет отделяться от станции. Далее специальный большой манипулятор захватывает шлюз целиком и выводит его в точку выпуска, где с помощью поршней его и выпускают.
- SSIKLOPS, технология от NASA, СШАЭто не способ развертывания спутника, а специальный кейс, который позволяет запустить любой спутник любого формата с помощью стола JEM Airlock и манипулятора МКС.
Малый спутниковый орбитальный развертыватель J-SSOD.
Nanoracks Kaber Microsat Deployer
SSIKLOPS
Так как информации о системе J-SSOD значительно больше, на нее мы опираемся в большей степени.
А какой продукт мы вообще создаем? Каким конкретно требованиям он ложен соответствовать?
На этот вопрос отвечает техническое задание проекта, где изложена основная информация о возможностях и характеристиках будущего продукта. Наше техзададание в начале проекта было сформулировано так:
Техническое задание проекта «Космическая катапульта»
- Манипулятор представляет собой механическую руку
- Макет закреплен на поверхности, может вращаться.
- Область работы полусфера радиусом 0.47 м.
- Коробка для запуска спутника с выпускным элементом.
- Будет работать при температуре от 120 до -160 градусов, микро-гравитации, вакууме благодаря специальному материалу - одеялу.
- 2 сервопривода между сочлинениями. Для 2 сочлинений 4 сервопривода
- Грузоподъемность 6 кг.
- Материал - фанера
- Занимает меньше трети пространства выпускного кейса размерами.
- Способен с ускорением вытолкнуть груз размерами 10х10х10 см и массой 1 кг.
- Имеет возможность разборки без деформации деталей.
- Работает при любом положении кейса в пространстве.
Выбор типа механизма работы макета. Эскизы.
С написанным тех. заданием мы отправились делать эскизы будущей установки. Изначально они были очень простые и состояли только из сервоприводов и сочленений (рис.1). Но наша наставница предложила нам более сложную конструкцию механизма - рычажный (рис.2). К сожалению, мы поняли, что разработать макет с такой технологией работы нам будет пока очень сложно, поэтому отказались от более высокого момента силы (грузоподъемности) в пользу простоты.
Мы принялись за разработку деталей и алгоритма работы (рис.3 и рис.4).
Мы принялись за разработку деталей и алгоритма работы (рис.3 и рис.4).
Эскизы пускового механизма
Tilda Publishing
Самой первой его концепцией были раздвижные ворота, далее была открывающаяся крышка, но в итоге нескольких мозговых штурмов с нашим наставником была принята идея простейшего поршня.
Этап 2. Моделирование.
Высчитав оптимальные размеры деталей, мы стали делать 3д модели составляющих макета на основе наших эскизов. Далее мы объединили их в общую сборку. Ниже вы можете видеть галерею скриншотов получившихся деталей в отдельности (самые основные) и сборку.
Подставка для всей конструкции, содержит сервопривод, который будет вращать установку.
Выпускающая коробка. Содержит 3 отделения: моторное, пружинное и спутниковое. Выпуск производится при помощи пружины разжатия.
Прикрепление выпускающего элемента к сочленениям. Выполнено с помощью пластикового переходника.
Модель сочленения. Сочленений будет 2 и они будут соединять по 2 пары сервомоторов. Мы расположили их попарно для увеличения момента.
Полная модель установки без выпускающего элемента.
3д модель конструкции выпускающего механизма, где:
1 – стенка, разделяющая отсеки;
2 – лонжероны;
3 – большое зубчатое колесо;
4 – малые зубчатые колеса;
5 – крючок;
6 – толкающий клапан;
7 – пружина сжатия;
8 – направляющие.
1 – стенка, разделяющая отсеки;
2 – лонжероны;
3 – большое зубчатое колесо;
4 – малые зубчатые колеса;
5 – крючок;
6 – толкающий клапан;
7 – пружина сжатия;
8 – направляющие.
Полная сборка нашего макета. Время отправить ее на печать!
Этап 3. Создание макета.
Экономика проекта
- Сервопривод Dynamixel AX-12A (9 шт) - 76500 рублей
- Фанера листовая (4 листа) - 858 рублей
- Услуги станка по резке фанеры - 1500 рублей
- Гайки + Шурупы - 1500 рублей
- Компьютеры (3 шт) - 60000 рублей
- Услуги 3д печати - 700 рублей
- Заработная плата сотрудника - 150 р/час. Итого на троих в месяц 7200 рублей.
- Arduino Uno - 500 рублей.
- Мотор постоянного тока (2 шт) - 300 рублей.
- Итого 149058 рублей.
С мая и по сей день проходит сборка и программирование макета, это долгий и трудоемкий этап так как во время сборки такой сложной конструкции часты ошибки в параметрах деталей.
На данный момент катапульта выглядит таким образом
Этап 4. Программирование.
Программирование при разработке манипулятора идет рука об руку с электроникой, здесь отражены обе составляющие проекта.
В качестве основы были взяты следующие компоненты:
▪Сервомоторы RoboticsDynamixel AX-12A, 5 штук
▪Программируемый контроллер OpenCM 9.04
▪Плата расширения OpenCM 485 EXP
▪Аккумулятор
Соединительные провода
▪Сервомоторы RoboticsDynamixel AX-12A, 5 штук
▪Программируемый контроллер OpenCM 9.04
▪Плата расширения OpenCM 485 EXP
▪Аккумулятор
Соединительные провода
Структурная схема электроники манипулятора.
Принципиальная схема алгоритма работы манипулятора.
Глядя в будущее
У нашего проекта возможно продолжение в виде, например, реализации макета в металле с улучшенным механизмом и в более большом формате. Возможно мы найдем способ применять нашу технологию на земле и сделаем какое-либо ответвление-переработку. Мы планируем активно рассказывать о нашей работе на различных мероприятиях, конкурсах, конференциях, которые дадут нам новый опыт идеи и знакомства.
Данный проект может помочь нам определиться с будущей профессией. Алисе и Матфею опыт в придумывании конструкции, расчете зубчатых передач и 3д-моделироании поможет стать инженерами конструкторами. А Льву знания о микроэлектронике и написании кода помогут получить профессию программист микроконтроллеров.
Катапульта.media
Медиа-продвижение и популяризация - важная часть любого проекта, ниже представлена информация о том какие мероприятия мы посещали и контент, появившийся за время работы.
Код красный! Важное объявление, пока мы создавали этот проект была совершенно случайно создана новая эстетика: "CatapiltaCore". В ней было создано видео, показывающее конструкцию нашей катапульты. Вы можете насладиться им по кнопочке ниже, но хорошо подумайте, ведь ничего эстетичнее вы уже не увидите)))
Большинство материалов этого лендинга взято из статей которые мы пишем для различных конференций, ниже вы можете ознакомиться с ними.
Также в рамках одной из конференций было снято ток-шоу, так что его тоже можете посмотреть:)
Пссс! Если что, наш тайминг 11:20, но шоу в целом очень интересное, за едой глянуть самое оно))
Пссс! Если что, наш тайминг 11:20, но шоу в целом очень интересное, за едой глянуть самое оно))
С этим проектом мы участвовали в программе "Космический урок". Всего в этом учебном году их было 2: 31 октября 2023 и 27 марта 2024 года. Кстати второй космический урок снимали на базе ВГТРК (Мама я в телеке!).
Мы ознакомились с результатами работы ребят из Ростова-на-Дону и Москвы, задали интересующие вопросы космонавтам и послушали лекцию от инженеров Роскосмоса.
Мы ознакомились с результатами работы ребят из Ростова-на-Дону и Москвы, задали интересующие вопросы космонавтам и послушали лекцию от инженеров Роскосмоса.
Космический урок
"Всероссийская ярмарка технологических проектов", май 2024 года. Кстати, взяли второе место в конкурсе лендингов))
С конференции "Современные проблемы машиностроения" фоток, к сожалению нет((
Но две из трех наших статей взяли дипломы, следовательно по 2 в портфолио каждому)
Но две из трех наших статей взяли дипломы, следовательно по 2 в портфолио каждому)
С нашим проектом мы посещали фестиваль "Наука 0+", где представляли Кванториум. Ну вы как бы понимаете уровень))
Наши контакты
Работаем на базе детского технопарка "Кванториум"
Томск, Ленина 26
Томск, Ленина 26