Технологии инженерии и применение космических систем

Бакалавриат 2026/2027

ID 1005318

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.
Тесты
Домашнее задание

Промежуточная аттестация

2026/2027 1st module
0.1 * Тесты + 0.3 * Домашнее задание + 0.6 * Экзамен
2026/2027 3rd module
0.8 * Экзамен + 0.2 * Тесты

Список литературы

Авторы

Абрамешин Дмитрий Андреевич
Романова Ирина Ивановна

Программа дисциплины