Технологии инженерии и применение космических систем

Бакалавриат 2026/2027

Статус: Курс обязательный (Информатика и вычислительная техника)

Кто читает: Департамент компьютерной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 4-й курс, 1-3 модуль

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Абрамешин Дмитрий Андреевич

Язык: русский

Кредиты: 8

Контактные часы: 86

Дополнительные материалы в LMS Задать вопрос

Аннотация

Курс предназначен для изучения и практического применения микроконтроллеров, программирования и специализированного программного обеспечения в области космических технологий. Учащиеся курса познакомятся с основами инженерии космических систем и приобретут навыки работы с конструкторами спутников. Кроме того, слушатели освоят программные инструменты, необходимые для проектирования и моделирования космических аппаратов, познакомятся с конструкторами малых космических аппаратов, смогут поуправлять спутниками НИУ ВШЭ, запущенными на околоземную орбиту. В рамках курса участники изучат ключевые принципы функционирования космических аппаратов, а также познакомятся с современными технологиями и материалами, применяемыми в космической инженерии. Учащиеся курса узнают о современных тенденциях и инновациях в области космических технологий, а также о способах интеграции новых решений в существующие системы.

Цель освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины «Технологии инженерии и применение космических систем» является формирование у студентов целостного системного мышления и практических инженерных навыков в области проектирования, разработки, испытаний и эксплуатации малых космических аппаратов на основе всестороннего изучения истории спутникостроения, классификации и архитектуры МКА (включая все служебные подсистемы — электропитания, ориентации и стабилизации, вычислительную, связи, терморегулирования, компоновки и конструкции), принципов электроники и схемотехники, программирования бортовых систем на базе микроконтроллеров (Arduino) и одноплатных компьютеров в среде конструктора «ОрбиКрафт 3D» (работа с датчиками, исполнительными устройствами, протоколами CAN/I2C/SPI, алгоритмами управления и FDIR), освоения методов наземных испытаний (вибрационных, термовакуумных, магнитных), а также понимания современных тенденций развития космической отрасли (мегасозвездия, космический мусор, утилизация), что в итоге позволяет студенту самостоятельно разрабатывать программные и аппаратные решения для бортовых систем, обрабатывать телеметрию, управлять МКА в различных сценариях полёта и принимать обоснованные инженерные решения в нештатных ситуациях.

Планируемые результаты обучения

Знать классификацию и стандарты малых космических аппаратов: CubeSat и его модификации. Архитектура МКА: служебные системы и полезная нагрузка. Знать системы ориентации и стабилизации: магнитометры, ДУС, маховики и электромагнитные катушки.
Знание малых космических аппаратов: назначение, классификация и области применения. История развития МКА: от первых спутников до стандарта CubeSat. знание общей архитектуры МКА: служебные системы и полезная нагрузка. Система электропитания: солнечные батареи, аккумуляторы и распределение энергии. Система ориентации и стабилизации: датчики (магнитометры, ДУС, солнечные датчики) и исполнительные органы (маховики, электромагнитные катушки).
Знание датчиков: магнитометр, датчик угловой скорости (ДУС), солнечные датчики.Знание основных принципов измерения и сбора телеметрии с бортовых датчиков. Систем ориентации и стабилизации: двигатели-маховики и ПИД-регуляторы. Приведение датчиков и исполнительных устройств к единой системе координат.
Уметь применять пассивные компоненты: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и их применение. Активные компоненты: диоды, транзисторы и операционные усилители. Интегральные микросхемы: логические элементы, таймеры и стабилизаторы напряжения.
Знание платформы Arduino: архитектура, семейство плат и области применения. Умение установки и настройка среды разработки Arduino IDE: написание и загрузка первого скетча. Основы программирования на C++ для Arduino: переменные, типы данных, условные операторы и циклы. Работа с цифровыми портами: ввод кнопок и управление светодиодами. Работа с аналоговыми портами: чтение данных с датчиков и ШИМ-сигналы. Последовательный интерфейс UART: вывод отладочной информации, монитор порта и обмен данными.
Знания архитектуры бортового ПО и адресное пространство подсистем (CAN-шина, IDC-разъемы). Настройка среды разработки: веб-интерфейс, среда выполнения программ и библиотека libschsat.h. Языки программирования для ОрбиКрафт 3D: C++ для бортовых задач и Python для обработки данных. Работа с датчиками: получение данных с магнитометра, датчика угловой скорости и солнечных датчиков.
Введение в базу датчиков МКА: типы, назначение и принципы работы. Магнитометр: измерение магнитного поля Земли, калибровка и фильтрация данных. Датчик угловой скорости измерение угловых скоростей и компенсация дрейфа. Солнечные датчики: определение положения Солнца и построение вектора ориентации. Датчик температуры: мониторинг теплового состояния подсистем и защита от перегрева. Датчик напряжения и тока: контроль энергобаланса и состояния аккумуляторов.

Содержание учебной дисциплины

Введение. История спутникостроения. Малые космические аппараты: особенности строения, преимущества и недостатки.
Знакомство с системами малых космических аппаратов.
Знакомство с конструктором спутника «Орбикрафт 3Д». Работа с датчиками и подсистемами
Основы электроники. Принципиальные электрические схемы
Разработка устройств с использованием микроконтроллера
Программные решения для подсистем «Орбикрафт 3Д»
Работа с датчиками: сбор данных и отправка команд

Элементы контроля

Экзамен
На данном этапе будет проводиться устный опрос по пройденым темам.
Тесты
Экзамен
Устный экзамен по дисциплине «Технологии инженерии и применение космических систем» проводится индивидуально в форме собеседования с преподавателем. Перед ответом студенту предоставляется 10–15 минут на подготовку: он получает билет, содержащий два теоретических вопроса (по архитектуре МКА, подсистемам, испытаниям или истории) и одно практическое задание (описание сценария работы с конструктором «ОрбиКрафт 3D», алгоритма сбора данных с датчиков или программирования бортовых систем). В течение ответа (15–20 минут) студент должен раскрыть все пункты билета, после чего преподаватель задаёт дополнительные вопросы для проверки глубины понимания и межсистемных связей. Допускается использование схем и набросков на доске или бумаге для пояснения принципов работы. Во время экзамена оцениваются полнота и логичность ответа, владение терминологией, умение приводить примеры и связывать теорию с практикой работы на «ОрбиКрафт 3D». В конце преподаватель может задать задачу на анализ нештатной ситуации (например, отказ датчика или нарушение энергобаланса) для проверки инженерного мышления. Результат объявляется сразу после завершения собеседования.

Промежуточная аттестация

2026/2027 1st module
1 * Экзамен
2026/2027 3rd module
0.8 * Экзамен + 0.2 * Тесты

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

21601 - 77 проектов для Arduino - В.Петин - ДМК Пресс - 9785970606971 - 2020 - https://hse.alpinadigital.ru/document/21601 - Alpina
45368 - Arduino: искусственный интеллект и машинное обучение - С.Ф. - ДМК Пресс - 9785937002761 - 2024 - https://hse.alpinadigital.ru/document/45368 - Alpina
500 схем для радиолюбителей. Электронные датчики, Кашкаров, А. П., 2008
Arduino Uno и Raspberry PI 4: от схемотехники к интернету вещей, Макаров, С. Л., 2024
Arduino, датчики и сети для связи устройств, Иго, Т., 2016
Murata: пьезоэлектрические, магниторезистивные и пироэлектрические датчики . — Москва : ДМК Пресс, 2010. — 80 с. — ISBN 978-5-94120-080-1. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/60963 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Pickles, J. (2004). A History of Spaces : Cartographic Reason, Mapping and the Geo-Coded World. London: Routledge. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=506853
Автоматизация в проектировании и производстве печатных плат радиоэлектронной аппаратуры, Бахтин, Б. И., 1979
Автоматизированное проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры : учеб. пособие, Морозов, К. К., 1983
Аналоговые интегральные схемы в радиоаппаратуре, Банк, М. У., 1981
Аппаратные и программные средства систем управления. Промышленные сети и контроллеры : учеб. пособие для вузов, Кангин, В. В., 2010
Аппаратура для частотных и временных измерений, Благов, В. А., 1971
Астрономия для тех, кто хочет в космос, Никонов, А. П., 2023
Бережко, Е. Г. Введение в физику космоса / Е. Г. Бережко. — Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2014. — 264 с. — ISBN 978-5-9221-1587-2. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/71986 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Бортовые цифровые многолучевые антенные решетки для систем спутниковой связи. — 2-е изд. - 978-5-7038-4808-1 - Пономарев Л. И., Вечтомов В. А., Милосердов А. С. - 2018 - Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана - https://ibooks.ru/products/378274 - 378274 - iBOOKS
Введение в инженерную микроэлектронику, Колесов, Л. Н., 1974
Гребешков, А. Ю. Создание схем контроля и управления на платформе Arduino : методические указания / А. Ю. Гребешков. — Самара : ПГУТИ, 2019. — 44 с. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/223205 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Датчики в современных измерениях, Котюк, А. Ф., 2006
Датчики, Шарапов, В. М., 2012
Законы космоса, Бердышев, С., 2002
Ибрагим, Д. Изучаем Arduino Uno R4 : учебное пособие / Д. Ибрагим , перевод с английского Ю. В. Ревича. — Москва : ДМК Пресс, 2024. — 324 с. — ISBN 978-5-93700-297-6. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/456788 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Известия высших учебных заведений. Сер. Электроника. N.1, , 2014
Известия высших учебных заведений. Сер. Электроника. N.2, , 2014
Известия высших учебных заведений. Сер. Электроника. N.3, , 2013
Известия высших учебных заведений. Сер. Электроника. N.4, , 2013
Изучаем Arduino : инструменты и методы технического волшебства, Блум, Дж., 2016
Интеллектуальные системы проектирования и управления техническими объектами : учебное пособие : в 4 частях / В. А. Немтинов, С. В. Карпушкин, В. Г. Мокрозуб [и др.]. — Тамбов : ТГТУ, 2018 — Часть 3 — 2018. — 156 с. — ISBN 978-5-8265-1971-4. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/319901 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Кашкаров, А. П. Датчики в электронных схемах: от простого к сложному / А. П. Кашкаров. — Москва : ДМК Пресс, 2013. — 200 с. — ISBN 978-5-94074-953-0. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/50566 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Макаров, С. Л. Arduino Uno и Raspberry Pi 3: от схемотехники к интернету вещей : руководство / С. Л. Макаров. — Москва : ДМК Пресс, 2018. — 204 с. — ISBN 978-5-97060-730-5. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/116131 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Макаров, С. Л. Arduino UNO и Raspberry Pi 4: от схемотехники к интернету вещей : учебное пособие / С. Л. Макаров. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — 240 с. — ISBN 978-5-93700-272-3. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/456689 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Малышев, В. В. Управление космическими аппаратами при проведении динамических операций в окрестности опорной орбиты : учебное пособие / В. В. Малышев, А. В. Старков, А. В. Федоров. — Москва : МАИ, 2022. — 110 с. — ISBN 978-5-4316-0937-4. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/298643 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Малышевская, Л. Г. Основы моделирования в среде автоматизированной системы проектирования «КОМПАС 3D» : учебное пособие / Л. Г. Малышевская. — Железногорск : СПСА, 2017. — 72 с. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/170717 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Маров, М. Я. Космос: От Солнечной системы вглубь Вселенной : сборник научных трудов / М. Я. Маров. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2018. — 544 с. — ISBN 978-5-9221-1795-1. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/309437 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Мобильные роботы на базе ESP32 в среде Arduino IDE. - 978-5-9775-6647-6 - Момот М. В. - 2020 - Санкт-Петербург: БХВ-Петербург - https://ibooks.ru/products/385785 - 385785 - iBOOKS
Наука в космосе, , 1964
Новые возможности Arduino, ESP, Raspberry Pi в проектах IoT. - 978-5-9775-6755-8 - Петин В. А. - 2022 - Санкт-Петербург: БХВ-Петербург - https://ibooks.ru/products/380038 - 380038 - iBOOKS
Основы спутниковой навигации : системы GPS Navstar и Глонасс, Яценко, В. С., 2005
Программируем Arduino : профессиональная работа со скетчами, Монк, С., 2017
Проекты с использованием контроллера Arduino. - 978-5-9775-3337-9 - Петин В. А. - 2014 - Санкт-Петербург: БХВ-Петербург - https://ibooks.ru/products/356869 - 356869 - iBOOKS
Проекты с использованием контроллера Arduino. — 3-е изд., перераб. и доп. - 978-5-9775-4004-9 - Петин В. А. - 2019 - Санкт-Петербург: БХВ-Петербург - https://ibooks.ru/products/386479 - 386479 - iBOOKS
Проекты с использованием контроллера Arduino. — 4-е изд., перераб. и доп. - 978-5-9775-6711-4 - Петин В. А. - 2021 - Санкт-Петербург: БХВ-Петербург - https://ibooks.ru/products/380037 - 380037 - iBOOKS
Проценко, М. С. Военные системы спутниковой связи. Энергетический расчет радиолиний спутниковой связи : учебное пособие / М. С. Проценко, Д. В. Сальников. — Санкт-Петербург : СПбГУТ им. М.А. Бонч-Бруевича, 2021. — 59 с. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/180179 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Рыжова, А. А. Датчики температуры и ряда механических величин : учебно-методическое пособие / А. А. Рыжова, В. В. Кузьмин. — Казань : КНИТУ, 2018. — 116 с. — ISBN 978-5-7882-2466-4. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/166136 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Тихонов, А. И. Датчики и измерительная техника в электроэнергетике : учебник для среднего профессионального образования / А. И. Тихонов, С. В. Бирюков, А. А. Соловьев. — Москва : Издательство Юрайт, 2025. — 267 с. — (Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-15390-3. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/568252 (дата обращения: 02.07.2026).
Физика космоса : маленькая энцикл., Бисноватый-Коган, Г. С., 1976
Физические основы сенсорики: датчики на Arduino : методические указания / составитель Е. Ю. Плотникова. — Воронеж : ВГТУ, 2024. — 55 с. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/417404 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Электрические схемы в радиоэлектронике и приборостроении, Квасницкий, В. Н., 1971
Эсетов, Ф. Э. Разработка интерактивных стройств на аппаратно-программной платформе Arduino : учебно-методическое пособие / Ф. Э. Эсетов, Н. А. Кулибеков. — Махачкала : ДГПУ, 2023. — 96 с. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/406823 (дата обращения: 00.00.0000). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
Юфкин Е.А. - Основы микропроцессорной техники для школьников и студентов. Шагающие роботы на базе Arduino - 978-5-9729-2167-6 - Инфра-Инженерия - 2024 - https://znanium.ru/catalog/product/2173285 - 2173285 - ZNANIUM

Авторы

Абрамешин Дмитрий Андреевич
Романова Ирина Ивановна

Программа дисциплины