кто-то попал на ТВ, а вы попали на страницу проекта
РАЗРАБОТКА МАКЕТА СИСТЕМЫ
РАЗВЕРТЫВАНИЯ СПУТНИКОВ "КОСМИЧЕСКАЯ КАТАПУЛЬТА"
РАЗВЕРТЫВАНИЯ СПУТНИКОВ "КОСМИЧЕСКАЯ КАТАПУЛЬТА"
Tilda Publishing
ААА где я??????
Привет! Как вы уже поняли, вы попали на страницу проекта, который реализуется в Детском Технопарке Кванториум города Томска! Листайте ниже и жмите на кнопочки, чтобы узнать больше!
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. А за 2024 их число составило уже 2795. Из них приблизительно 95% пришлось на малые космические аппараты. Обычно спутники запускаются с Земли, однако за 2022 год с МКС было запущено 14 спутников (1 американский, 1 индийский, 2 японских и 10 российских).
Чтобы не быть голословными, можем привести статистику по годам, как вы можете видеть количества мощные)) причем доля малях спутников - больше 90% каждый год. Эти "Малыши" - основа огромной отрасли с оборотами порядка нескольких млрд. долларов.
сейчас вы можете задать нам резонный вопрос
Откуда инфа?
Да, это не все сервисы, откуда мы берем данные, однако представленные ниже сайты наиболее ярко дают представление о происходящем. ООООоочень рекомендуем ознакомиться)
Спутники?... с МКС?.. что, простите???
Tilda Publishing
Да-да-да, вы все правильно поняли! Небольшие спутники выпускаются с главного сатилита Земли - МКС - с 2012 года. Зачем же людям нужен этот странный на первый взгляд способ вывода? НУуу....
Снижение стоимости
Выпуск "классическим" способом обойдется в сумму око 3 млн. рублей. Запуск с МКС - около 1 975 000 рублей. Скидка больше чем в 30%!
Это происходит потому, что для вашего спутника не нужна специальная отдельная ракета, он поедет побочным грузом на грузовом корабле.
Это происходит потому, что для вашего спутника не нужна специальная отдельная ракета, он поедет побочным грузом на грузовом корабле.
Снижение колебаний при запуске
Небольшой легкий "взлетательный аппарат" больше подвержен колебаниям. Спутникам, как созданиям с тонкой электронной организацией, не всегда удается пережить подобные потрясения.
Специфика конкретной миссии
С какими только целями люди не запускали спутники за почти 70 лет! Возможно, чья-нибудь идея требует какого-либо взаимодействия с МКС и ее обитателями.
Зачем нам эти сложности, вроде как понятно. Наши малыши на орбите. Однако, все таки, как спутники попадают непосредственно в космос? Тут тоже можно поиграться с вариантами. Самый популярный - автоматика. Хотя в России это реализуется руками космонавтов, буквально выкидываются как мячики. Олег Артемьев в 2022 даже установил рекорд, выпустив совместно с Самантой Кристофоретти целых 9(!) нано-спутников. Нажав на кнопочку ниже, вы сможете посмотреть запись всей их внекорабельной деятельности.
Обратите внимание! доказательство! На фото Олег Артемьев выпускает спутник с МКС.
И все это конечно классно, но...
Tilda Publishing
А в чем собственно проблема?
Что ж...
Пройдемся по списочку.
- Это представляет угрозуКакими бы ни были классными современные скафандры, космос - среда повышенной опасности. Космонавты выходят туда по четкому графику, работают по несколько часов фактически без остановки. Так что чем меньше список их задач - тем лучше.
- ВреееееееемяВыход в открытый космос - далеко не ежедневное событие. Оно планируется месяцами обычно. Так что некоторым спутникам приходится достаточно долго ждать, когда же уже они смогут начать работу.
- ЗакручиваниеВ космосе в условиях микрогравитации из-за кинематики человеческого броска спутник прямо не полетит. Будет в любом случае маленькое (или совсем не маленькое) закручивание траектории. Что нуу не очень то хорошо. Это существенно увеличивает риск куда-то врезаться, если на спутнике установлена камера, съемка будет так себе качества. Так что хотелось бы без этого.
- Увеличение стоимостиВсе вышеуказанные пункты, конечно, скажутся на итоговой стоимости выпуска. И хорошо если только на ней, хуже, если они скажутся еще и на времени и качестве его работы.
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.
Схема РОС, вот она какая прикольная)
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:
- Эскизирование (19.01.24 - 9.02.24)Провести обзор аналогов, написать техническое задание, выбрать тип механизма работы макета, разработать алгоритм работы.
- Моделирование (10.02.24 – 10.04.24)Разработать эскизы, создать 3д-модели деталей, сделать сборку макета в программе КОМПАС-3Д.
-
Создание макета (10.04.24 – 17.04.24)
Напечатать детали на ЗД принтере, собрать прототип. - Программирование (17.04.24 – 17.05.24)Написать программный код, запрограммировать манипулятор, протестировать его.
Работа над конструкцией зациклена, так как в момент сборки часто обнаруживаются всякие неполадки, несостыковки. А это значит, приходится переделывать детали или даже целые системы.
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, ЯпонияПервое подобное устройство. Находится в модуле «Кибо» с 2012 года. 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. "Роботизированной рукой" служит манипулятор JEM RMS, который занимается вообще очень много чем, помимо вывода спутников: чинит станцию и размешает полезную нагрузку на ее поверхности.
В какой то момент (к 2014 году) мощностей этих ребят стало мало (действительно, что за мелочь 32U)) и их решили усилить американские партнеры: - Nanoracks Kaber Microsat Deployer, СШАНаходится на МКС, модуль Tranquility. Технология работы: спутники загружаются в специальный шлюз NanoracksBishop Airlock, который умеет отделяться от станции. Далее манипулятор захватывает шлюз целиком и выводит его в точку выпуска, где с помощью поршней выпускают спутники. Он увеличил производительность до 144U за раз, а там и снижение цен рука об руку с увеличением доступности технологии.
Малый спутниковый орбитальный развертыватель J-SSOD.
Nanoracks Kaber Microsat Deployer
Так как информации о системе J-SSOD значительно больше, на нее мы опираемся в большей степени.
Вообще в России уже были попытки решить вопрос вывода спутников с МКС, но они представляли собой одноразовые устройства, разработанные индивидуально под конкретный спутник. Например, здесь изображена штука, с помощью которой был выпущен эксперимент "Парус МГТУ". Ее установили на обшивку станции, однако космонавтом все равно пришлось выйти в космос.
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. На данный момент переделана для увеличения прочности.
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 3 и они соединяют 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. (Сейчас правда она претерпела изменения... да-да-да, вот бы реальность была такая же классная, как 3-д сборка...) Время отправить ее на печать!
Этап 3. Создание макета.
Экономика проекта
Наименование расхода | Количество | Стоимость | ||
Сервопривод Dynamixel AX-12A | 5 шт. | 37 500 руб. | ||
Фанера листовая | 4 листа | 800 руб. | ||
Лазерная резка | 1000 руб. | |||
3-д печать | 2000 руб. | |||
Шуруповерт | 1 шт. | 3000 руб. | ||
Мотор постоянного тока | 2 шт. | 946 руб. | ||
Компьютеры (устройства) | 3 шт. | 60 000 руб. | ||
Компьютеры (электричество) | 2 шт. | 10 руб/ч. | 288 ч. | 5760 руб. |
Труд инженеров | 2 чел. | 100 руб./ч. | 288 ч. | 57 600 руб. |
Гайки, болты, отвертки | 3000 руб. | |||
Итоговая стоимость | 171 606 руб. | |||
мдааааа.... дороговата.....
наше желание развить проект как стартап
без лишних предисловий - мужчина умер...
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.
(блин... ютуб полетел что-т..)
Мы ознакомились с результатами работы ребят из Ростова-на-Дону и Москвы, задали интересующие вопросы космонавтам и послушали лекцию от инженеров Роскосмоса.
(блин... ютуб полетел что-т..)
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))
А это мы снова решили залететь на ток-шоу "От идеи - к решению" и вот какое классное видео в качестве заявки мы сделали))
Наши контакты
Работаем на базе детского технопарка "Кванториум"
Томск, Ленина 26
Томск, Ленина 26