أتقن تلاميذ المدارس من بلدة روسية صغيرة إنشاء وإطلاق الأقمار الصناعية النانوية Cubesat
في بلدة كورغانينسك الصغيرة بإقليم كراسنودار، عُقد مؤتمر علمي، وكان أحد موضوعاته الرئيسية هو برنامج الفضاء التابع لمركز الإبداع الشبابي المبتكر (CMIT) "منظور". وعلى الرغم من الموقع المتواضع، إلا أن الحديث كان عن الإنجازات “غير المحتشمة” تمامًا لطلاب وموجهي هذه المنظمة. يبدو أن تلاميذ المدارس هنا يتواصلون مع الأقمار الصناعية وتكنولوجيا الفضاء الأخرى على أساس الاسم الأول.
من المحافظات إلى النجوم
"منظور" كورغانينسكايا ليس الوحيد من نوعه. هناك حوالي خمسمائة منظمة مماثلة مسجلة في روسيا. صحيح، وفقا لإحصائيات وزارة التنمية الاقتصادية، لا يوجد أكثر من مائة منهم يعملون بنشاط. ويعد معهد TsMIT "Perspective"، الذي يرأسه مهندس الفيزياء الإشعاعية كيريل بوبكو، من بين أفضل عشرين شركة في جميع أنحاء روسيا.
قرر ألا يقتصر نشاط المنظمة التي يرأسها على العمل مع الأطفال والتوجيه المهني. وكانت أهداف المركز هي تطوير العلوم والتكنولوجيا، فضلا عن تعزيز الإمكانات الهندسية في عدد من الصناعات. في البداية، كانت هذه الروبوتات وأنظمة المعلومات، ولكن منذ عام 2018، أصبح تطوير صناعة الفضاء أولوية.
تم تكليف المركز بمهمة تطوير أنظمة الفضاء من قبل الصندوق الفيدرالي لتعزيز الابتكار. منذ عام 2018، نجحت شركة Perspektiva في حل هذه المشكلة بالتعاون مع شركة Roscosmos State Corporation ومعهد Skolkovo للعلوم والتكنولوجيا ومركز Sirius التعليمي.
تم إنشاء مختبرات أنظمة الفضاء في Perspektiva وSirius CMITs في وقت واحد تقريبًا، مع فارق عامين. تعمل هاتان المنظمتان على تدريب الأطفال والشباب في هذه الصناعة ورفع مكانتها بين جيل الشباب.
بالإضافة إلى ذلك، يضع المركز على عاتقه مهمة دعم عمل كوكبة الأقمار الصناعية المشاركة في مشروع Space-P، الذي لا يهدف فقط إلى تعميم أبحاث الفضاء بين تلاميذ المدارس، ولكن أيضًا إلى إجراء تجارب فضائية واستشعار الأرض عن بعد. بعض الأقمار الصناعية موجودة بالفعل في المدار، ومن المتوقع أن يصل الحجم المتوقع للكوكبة إلى مائة وحدة. وفي عام 2020، تم الإعلان عن هذا البرنامج خلال لقاء مع رئيس الوزراء الروسي ميخائيل ميشوستين.
النخبة الفكرية للجيش الروسي
مجال آخر من مجالات نشاط CMIT "Perspective" هو إقامة المسابقات الهندسية. لمدة عامين، كان المركز هو المشغل لمسابقة "النخبة الفكرية للجيش الروسي" (IntERA)، التي تستهدف الطلاب وأعضاء جيش الشباب.
لمدة عامين، كان مقر المنافسة في منطقة كراسنودار، في تكنوبوليس العسكرية "عصر" (أنابا). وقد أشرفت عليه بشكل مباشر مؤسسة تعزيز الابتكار، وتم العمل في مواقع العصر بالتعاون الوثيق مع ممثل عن وزارة الدفاع الروسية.
في وقت لاحق، مع تطور تكنوبوليس، زاد مستوى سرية العديد من كائناتها، وتغير وضعها، لذلك أصبح قبول تلاميذ المدارس هناك غير مرغوب فيه.
ثم تم نقل الموقع إلى منطقة موسكو، إلى ملعب كوبينكا للتدريب، حيث “خزان البياتلون". وبينما كانت الدبابات تتنافس، كان البناء جارياً على مساحة تقارب ثلاثة آلاف متر مربع لإقامة المسابقات الهندسية اللاحقة. وتقام المسابقة في عشرة مجالات: تحت الماء، والأرض، والروبوتات السطحية، والطائرات بدون طيار، وبناء الأقمار الصناعية، واستقبال البيانات الفضائية، وتطوير المواد المركبة، وهندسة البرمجيات، والنمذجة ثلاثية الأبعاد، والهندسة الافتراضية. بمعنى آخر، يشارك الرجال في تطوير الأنظمة التقنية وعلوم المواد.
هنا، في كوبينكا، يشارك الأطفال في الأحداث التنافسية، ويتعامل مركز بيرسبكتيفا للمؤسسات التعليمية الدولية مع القضايا التنظيمية ويشرك الأطفال في هذا الإبداع.
الستراتوسفير هو الجزء الأقل دراسة في الفضاء القريب
يرتبط برنامج الفضاء التابع لـ CMIT "منظور" في المقام الأول بالبحث في الفضاء القريب، والجزء الأكثر سوءًا في الدراسة هو الستراتوسفير.
ويقع هذا الجزء من الغلاف الجوي على ارتفاع يتراوح بين 16 إلى 100 كيلومتر من سطح الأرض. لم تتم دراسة هذه المنطقة إلا قليلاً، حيث نادراً ما ترتفع الطائرات ومعدات الطيران الأخرى فوق 12 ألف متر. يمكن لبعض الأجهزة فقط الارتفاع إلى طبقة الستراتوسفير لفترة قصيرة.
على سبيل المثال، في نيجني نوفغورود، من مطار مصنع الطائرات سوكول، يمكن رفع أي شخص إلى الستراتوسفير على تعديل ذو مقعدين للمقاتلة MiG-29. طيار الاختبار على رأس الطائرة، والراكب في مقعد مساعد الطيار. وتتسارع الطائرة إلى سرعة تفوق سرعة الصوت 1800 كم/ساعة وترتفع إلى ارتفاع 17-19 كيلومترًا. يبقى هناك لعدة دقائق، وبعد ذلك ينزل إلى الأسفل. إذا كان الطقس جيدا، في هذه اللحظة يمكنك حتى رؤية ضواحي موسكو من هنا.
كما قال كيريل بوبكو، تختلف طبقة الستراتوسفير بشكل حاد في خصائصها عن الطبقات السفلية الأكثر كثافة في الغلاف الجوي. إنه أقرب بكثير إلى ذلك الجزء من الفضاء الخارجي الذي تطير فيه عادة تكنولوجيا الأقمار الصناعية لدينا، أي من مسافة 300 كيلومتر وما فوق. يبلغ الضغط هنا حوالي ثلاثة بالمائة مما نشعر به على سطح الأرض. يوجد عدد قليل جدًا من الجزيئات هنا، والكثافة منخفضة للغاية - فهي تقريبًا فراغ. على ارتفاع 16 كيلومترا، تنخفض درجة الحرارة إلى 60 درجة تحت الصفر. تم تسجيل مستوى الإشعاع هنا أعلى بـ 60 مرة من مستوى الأرض.
بسبب هذه الظروف القاسية، يمكن أن تتعطل المعدات التي يتم احتجازها في طبقة الستراتوسفير. قد تعاني معدات الحوسبة من الإشعاع الشمسي الثانوي. تتسبب الجسيمات عالية الطاقة المنبعثة من الشمس في التحلل الإشعاعي للهيدروجين والمركبات الخفيفة. إنهم قادرون على وميض الأنظمة الموجودة على متن الطائرة وتدميرها. على سبيل المثال، على بطاقات الفلاش، وسائط SD، التي لا يتم تسجيل المعلومات عليها ببساطة.
الأقمار الصناعية النانوية المكعبة
أتقن تلاميذ المدارس من مدينة كورغانينسك الروسية الصغيرة إنشاء وإطلاق الأقمار الصناعية النانوية Cubesat 3U. تم تقديم المعيار الدولي U (الوحدة) لتكنولوجيا الأقمار الصناعية في عام 1999 في الولايات المتحدة الأمريكية. الجهاز ذو الوحدة الواحدة له أبعاد 100x100x113 ملم. يتم استخدامها عادةً لملء المساحة الحرة لمركبة الإطلاق، التي تطلق جهازًا كبيرًا بأبعاد غير قياسية في المدار. إنها مليئة بهذه "المكعبات". فهي رخيصة الثمن نسبيًا وتزن حوالي كيلوغرام واحد.
تبلغ تكلفة وضع أحد هذه الأجهزة في المدار حوالي 60-80 ألف دولار. وهذا مبلغ مقبول تمامًا حتى بالنسبة لجامعة كبيرة، ولهذا السبب تطلق الجامعات الروسية والأجنبية أقمارًا صناعية نانوية.
تتكون الآلة المكونة من 3 وحدات من ثلاثة "مكعبات" مكدسة فوق بعضها البعض. الهيكل الداخلي عبارة عن نوع من الساندويتش يتكون من عدة طبقات. هذا هو المكان الذي توجد فيه أنظمة القمر الصناعي. الجهاز مغطى بألواح ولكنه غير مغلق. وعندما يطير، يقوم بتحليل الفضاء المحيط به وينقل البيانات عنه إلى الأرض. تشغل الحمولة جزءًا آخر من المساحة الداخلية للقمر الصناعي. على سبيل المثال، في أحد الأجهزة، كان هناك عدادان جيجر تم إعدادهما لجامعة كراسنودار للفنون التطبيقية. وبمساعدتهم، تم إجراء دراسات على إشعاعات بيتا وغاما في الستراتوسفير.
تم إطلاق الاختبار لهذه الأجهزة في عام 2021، وتم إجراء الاختبارات الأرضية حتى قبل ذلك. وتم عرض هذه التقنية على متخصصي روسكوزموس، الذين اختبروها في عام 2019 في مختبر أنظمة الفضاء التابع لـ Sirius OC. وبعد حصولهم على شهادة الجودة، بدأ مركز المنظور بالتحضير لعمليات الإطلاق في الستراتوسفير. تم اختيار طبقة الستراتوسفير لأن إطلاق المركبات الفضائية فيها أرخص من إطلاقها في الفضاء السحيق، وكان الهدف هو جعل مثل هذه الإطلاقات في متناول الشباب.
وبفضل هذا المشروع، بدأنا في جذب الشباب إلى أبحاث الفضاء
- وأوضح كيريل بوبكو.
حاليا، يقوم المركز بتطوير الجيل الرابع من هذه المعدات، ويتم إطلاقها كل عام. إن إطلاق الأجهزة ليس مجرد مشهد مثير، ولكنه يؤدي أيضًا إلى نتائج ملموسة. ويشارك الشباب بنشاط في البحوث. وفي أغلب الأحيان، لن يتركه الشخص الذي أصبح مهتمًا بهذا الموضوع يومًا ما.
كما قال كيريل سيرجيفيتش، فإن جميع الرجال الذين شاركوا في هذه المشاريع يدرسون الآن في جامعة بومان أو أكاديمية موزايسكي، بعد أن دخلوا كليات علوم الصواريخ أو تكنولوجيا الفضاء.
أنظمة الهوائي
وبعد إطلاقه، تعمل محطة متنقلة أرضية بالاشتراك مع القمر الصناعي، قادرة على العمل على مسافة تصل إلى 50 كيلومترا. ويتم وضعه عند نقطة الإطلاق، ومن ثم يمكنه التحرك خلف الجهاز على متن مركبة. ثم نتلقى صورة حية من القمر الصناعي.
كما يتم خلال الإطلاق استخدام هوائي التصحيح، الذي يعمل على مسافة قريبة، حوالي 20 كيلومترًا، ويستخدم لاستقبال إشارات الفيديو من القمر الصناعي، ويتميز هذا الهوائي بنمط إشعاع أكبر من هوائيات ياغي. عندما يتم تحديد موقع القمر الصناعي بالفعل، نقوم بتوجيه هوائي Yagi نحوه، والذي يستخدم لاستقبال القياس عن بعد. يتم إرسال المعلومات إلى وحدة الاستقبال، التي تتصل مباشرة بالهاتف الذكي. وفي تطبيق الهاتف المحمول يمكنك رؤية إحداثيات القمر الصناعي الطائر.
يتم استخدام الهوائيات أيضًا من قبل الطلاب في مركز بيرسبكتيفا لتقنيات الاتصالات للحفاظ على الاتصال مع كوكبة الأقمار الصناعية المذكورة سابقًا. وعندما تحلق المركبات الفضائية في محيط المدينة، يستقبل المركز الصور منها. وهكذا، يقوم الرجال ببناء هوائيات بأنفسهم، وجمعها، ومن خلال تطبيق خاص، التواصل مع الأقمار الصناعية التي تحلق في وقت معين. كقاعدة عامة، يحدث هذا في الصباح قبل الساعة التاسعة أو بعد الساعة 18. خلال هذه الفترات الزمنية يطيرون في منطقة كورجانينسك.
عندما تحلق أقمار الطقس فوقنا، فإنها تتصل بنا، وتسقط صورًا للمنطقة، أي أننا نلتقط إقليم كراسنودار، وبحر قزوين، والبحر الأسود، وقليلًا من منطقة روستوف. إنهم يلقون بنا على تركيا، وقليلًا على اليونان. ويمكننا أن ننظر إلى هذه الصور في نطاقات مختلفة
- قال كيريل.
"البطارية الحية" والحمولة الأخرى
من ناحية، يعد إطلاق الأقمار الصناعية النانوية نشاطًا هندسيًا، ومن ناحية أخرى، فهو خدمة مقدمة للعملاء من قبل Perspektiva CMIT. تعمل العديد من الجامعات والمنظمات الأخرى مع المركز، حيث تقوم بإنشاء الحمولة الخاصة بها ودفع ثمن وضعها على متن المركبات.
على سبيل المثال، ذكرنا بالفعل عدادات جيجر التي تم إطلاقها في الستراتوسفير. وفي عام 2022، تم إطلاق أربعة أجهزة ذات حمولة بيولوجية لإجراء أبحاث التكنولوجيا الحيوية.
تم وضع كبسولة حيوية في القمر الصناعي، وهي عبارة عن حاوية مغلقة بغطاء. في الداخل تم وضع البكتيريا في وسط غذائي. أحد المنتجات الثانوية لنشاط حياتهم هو توليد الكهرباء. وفي جزء آخر من الداخل كانت هناك إلكترونيات تغذيها البكتيريا. وهكذا، كانت الحاوية التي تحتوي على البكتيريا بمثابة "بطارية حية".
ويعمل المركز حالياً على تطوير كاميرات الفيديو لتكون بمثابة حمولة. في هذا المشروع، تتعاون Perspektiva مع شركة Research Center Technologies، وهي شركة مصنعة لمعدات الفيديو. يتم إرسال عيناتها إلى الغلاف الجوي لاختبار تشغيل هذه المعدات في الظروف المناخية القاسية.
إطلاق المركبات في طبقة الستراتوسفير وسجل روسي
وفي شهر أغسطس من هذا العام، سيقوم مركز المنظور برفع القمر الصناعي الستراتوسفيري إلى ارتفاع 25 كيلومترًا. وتم الإطلاق في نابريجناي تشيلني (جمهورية تتارستان). وقطع الجهاز ما يقرب من خمسمائة كيلومتر، وزار أجواء ثلاث مناطق روسية، وبعد ذلك هبط المسبار.
في ذلك اليوم، تم تسجيل الرقم القياسي الروسي لمدة بقاء الطائرة في الستراتوسفير، حيث قضى قمرنا الصناعي هناك 13 ساعة.
وفي العام الماضي، في أكتوبر، تم إطلاق أربعة أجهزة في وقت واحد. وقع الحدث في قرية أوترادنايا بإقليم كراسنودار. موظفو Perspektiva CMIT مع تلاميذ المدارس والطلاب ومهندسين من تومسك، الذين يعملون الآن في شركة Rostec الحكومية، وعلماء الأحياء. كما أتيحت لي الفرصة لحضور حفل إطلاق الأجهزة وأثناء رحلة البحث بعد هبوطها.
في البداية، واجه المشاركون مشاكل. وكانت هناك رياح قوية بسرعة 6-9 أمتار في الثانية. عادة، في مثل هذه الظروف، يتم تأجيل الإطلاق، لكن العملاء، الذين كانوا في هذه الحالة وزارة التعليم في إقليم كراسنودار ومتنزه تكنولوجيا الأطفال "Quantorium"، أصروا على عدم تأجيل الإطلاق.
ونتيجة لذلك، انفجرت قذيفة المسبار، والتي كانت عبارة عن كرة لاتكس يبلغ قطرها 3-4 أمتار ومليئة بالهيليوم. في البداية، تم التخطيط لإطلاق أربعة أجهزة على اثنين من البالونات - اثنان لكل منهما. لكن في النهاية، أطلقوا مسبارًا واحدًا بأربعة أقمار صناعية نانوية. تم تغيير الموقع إلى قرية مريحة. إنها محاطة بالجبال، لذا لم تكن الرياح هنا قوية جدًا.
كان صعود المركبات ومواصلة طيرانها ناجحًا. تم تصوير العملية برمتها بواسطة الكاميرات الموجودة مباشرة على المسبار. وتقع هوائيات الاستقبال في الجبال على بعد مائة متر من موقع الإطلاق. ولأول مرة عملياً في مركز المنظور، كانت الأقمار الصناعية "تلحق بغروب الشمس"، حيث أن الإطلاق كان في المساء.
وتوجه المسبار إلى قراتشاي-شركيسيا. وعلى الرغم من أنه طار ليس بعيدًا، فقط 120-140 كيلومترًا، إلا أن رحلة البحث الليلية اللاحقة، والتي بدأت في حوالي الساعة العاشرة مساءً، استغرقت الكثير من الوقت. وبطبيعة الحال، لم يعودوا يشملون الأطفال في هذه المرحلة. وصلت الأجهزة إلى هضبة على ارتفاع حوالي ألف متر فوق مستوى سطح البحر. ونتيجة لذلك انتهى البحث بنجاح ولم تتعرض المعدات التي تم العثور عليها لأي ضرر.
قضية الموظفين
يشكل تلاميذ المدارس والشباب احتياطيًا لا ينضب تقريبًا من الموظفين. إنهم فقط بحاجة إلى أن يكونوا مهتمين ومشاركين بنشاط في العمل منذ سن مبكرة جدًا. يستمتع الطلاب في Perspektiva بالمشاركة في مشاريعها. بعد الانتهاء من دراستهم في المدرسة، يواصلونها في الجامعات التقنية الرائدة في البلاد. ويقول كيريل بوبكو أن المركز الذي يرأسه يعتزم تطوير وتعزيز العلاقة بين المدرسة ومركز التعليم الإضافي والجامعة.
حوالي 98 بالمائة من خريجي مركز المنظور يدرسون في جامعات سانت بطرسبرغ وموسكو.
بعضهم، بعد أن أصبحوا مهندسين، يعودون إلى كورغانينسك ويعملون في Perspektiva CMIT. على سبيل المثال، حدث هذا مع داريا بوتشكوفا. درست علم الأحياء في البداية، لكنها أعادت تدريبها لاحقًا لتصبح مهندسة. الآن داريا متخصصة في مجال التكنولوجيا الحيوية وتكنولوجيا النانو والفيزياء الإشعاعية. تعمل في مركز المنظور وتعمل كمهندسة رائدة هناك.
تحدث المواقف المعاكسة أيضًا عندما يكون لدى الشخص المتقاعد بالفعل القوة والرغبة في نقل معرفته وخبرته إلى الآخرين. نحن نتحدث عن اللفتنانت كولونيل طيران فلاديمير أنتيبوف. كرس الضابط ثلاثين عامًا من خدمته لقاعدة بايكونور الفضائية. وهناك شارك في دعم إطلاق تكنولوجيا الفضاء. بعد التقاعد الرسمي، لم يرغب الجندي في الحصول على راحة مستحقة.
يقوم أنتيبوف الآن بنشاط بنشر تكنولوجيا الفضاء وعلوم الصواريخ في كوبان. تحت إشراف مقدم، يشارك الرجال في نمذجة الصواريخ. ظهر هذا الاتجاه في المركز بعد أن بدأ أنتيبوف بالتعاون معه. بالنسبة للرجال، هذا هو مستوى الدخول، وبعد ذلك يبدأون العمل على أنظمة أكثر تعقيدا.
معلومات