Escolares de un pequeño pueblo ruso dominan la creación y lanzamiento de los nanosatélites Cubesat
En la pequeña ciudad de Kurganinsk, en el territorio de Krasnodar, se celebró una conferencia científica, uno de cuyos temas principales fue el programa espacial "Perspectiva" del Centro para la Creatividad Innovadora Juvenil (CMIT). A pesar de la modesta ubicación, se habló de los logros absolutamente “inmodestos” de los estudiantes y mentores de esta organización. Parece que aquí los escolares de Kuban se comunican con los satélites y otras tecnologías espaciales por su nombre de pila.
De las provincias a las estrellas
La “Perspectiva” de Kurganinskaya está lejos de ser la única de su tipo. En Rusia hay alrededor de quinientas organizaciones similares registradas. Es cierto que, según las estadísticas del Ministerio de Desarrollo Económico, no más de un centenar de ellos están funcionando activamente. Y el TsMIT "Perspective", dirigido por el ingeniero radiofísico Kirill Popko, se encuentra entre los veinte primeros en toda Rusia.
Decidió no limitar las actividades de la organización que dirigía únicamente al trabajo con niños y la orientación profesional. Los objetivos del Centro eran el desarrollo de la ciencia y la tecnología, así como el fortalecimiento del potencial de la ingeniería en varias industrias. Inicialmente se trataba de robótica y sistemas de información, pero desde 2018 el desarrollo de la industria espacial se ha convertido en una prioridad.
La tarea de desarrollar sistemas espaciales le fue encomendada al centro por el Fondo Federal para la Promoción de la Innovación. Desde 2018, Perspektiva resuelve con éxito este problema en colaboración con la Corporación Estatal Roscosmos, el Instituto de Ciencia y Tecnología de Skolkovo y el Centro Educativo Sirius.
Los laboratorios de sistemas espaciales de los CMIT Perspektiva y Sirius se crearon casi simultáneamente, con un par de años de diferencia. Ambas organizaciones se dedican a formar a niños y jóvenes en esta industria y aumentar su prestigio entre las generaciones más jóvenes.
Además, el Centro se propone apoyar el trabajo de la constelación de satélites que participan en el proyecto Space-P, cuyo objetivo no sólo es popularizar la investigación espacial entre los escolares, sino también realizar experimentos espaciales y sensores remotos de la Tierra. Algunos de los satélites ya están en órbita y el tamaño esperado de la constelación debería crecer hasta cien unidades. En 2020, en una reunión con el primer ministro ruso, Mikhail Mishustin, se anunció este programa.
Élite intelectual del ejército ruso.
Otra área de actividad de CMIT “Perspective” es la celebración de concursos de ingeniería. Durante dos años, el Centro fue el operador del concurso “Élite Intelectual del Ejército Ruso” (IntERA), dirigido a cadetes y miembros del Ejército Juvenil.
Durante dos años el concurso se celebró en la región de Krasnodar, en la tecnópolis militar "Era" (Anapa). Fue supervisado directamente por la Fundación para la Promoción de la Innovación y el trabajo se llevó a cabo en las instalaciones de Era en estrecha colaboración con un representante del Ministerio de Defensa ruso.
Más tarde, con el desarrollo de la tecnópolis, el nivel de secreto de muchos de sus objetos aumentó, su estatus cambió, por lo que la admisión de escolares allí se volvió indeseable.
Luego el sitio se trasladó a la región de Moscú, al campo de entrenamiento de Kubinka, donde “Tanque biatlón". Y mientras los tanques competían, se estaba construyendo un área de aproximadamente tres mil metros cuadrados para la posterior celebración de concursos de ingeniería. El concurso se desarrolla en diez áreas: robótica submarina, terrestre, de superficie, aviones no tripulados, construcción de satélites, recepción de datos espaciales, desarrollo de materiales compuestos, ingeniería de software, modelado 3D e ingeniería virtual. En otras palabras, los chicos se dedican al desarrollo de sistemas técnicos y ciencia de materiales.
Aquí, en Kubinka, los niños participan en competiciones, y el Centro Perspektiva para Instituciones Educativas Internacionales se ocupa de cuestiones organizativas e involucra a los niños en esta creatividad.
La estratosfera es la parte menos estudiada del espacio cercano
El programa espacial del CMIT "Perspective" se asocia principalmente con la investigación del espacio cercano, cuya parte menos estudiada es la estratosfera.
Esta parte de la atmósfera se encuentra a una altitud de 16 a 100 kilómetros de la superficie terrestre. Esta zona ha sido poco estudiada, ya que los aviones y otros equipos aeronáuticos rara vez se elevan por encima de los 12 mil metros. Sólo algunos dispositivos pueden ascender a la estratosfera por un corto tiempo.
Por ejemplo, en Nizhny Novgorod, desde el aeródromo de la planta de aviones Sokol, cualquiera puede ser elevado a la estratosfera en una modificación biplaza del caza MiG-29. El piloto de pruebas está al mando y el pasajero ocupa el asiento del copiloto. El avión acelera a una velocidad supersónica de 1800 km/h y se eleva a una altura de 17 a 19 kilómetros. Permanece allí durante varios minutos y luego desciende. Si hace buen tiempo, en este momento incluso se pueden ver las afueras de Moscú desde aquí.
Como dijo Kirill Popko, en sus características la estratosfera se diferencia marcadamente de las capas inferiores más densas de la atmósfera. Está mucho más cerca de la parte del espacio exterior donde suele volar nuestra tecnología satelital, es decir, a partir de 300 kilómetros. La presión aquí es aproximadamente el tres por ciento de la que sentimos en la superficie de la Tierra. Aquí hay muy pocas partículas, la densidad es extremadamente baja, es casi un vacío. A una altitud de 16 kilómetros, la temperatura desciende a -60 grados. El nivel de radiación aquí es 60 veces mayor que en la Tierra.
Debido a condiciones tan duras, los equipos atrapados en la estratosfera pueden fallar. Los equipos informáticos pueden verse afectados por la radiación solar secundaria. Las partículas de alta energía emitidas por el Sol provocan la desintegración radiactiva del hidrógeno y los compuestos ligeros. Son capaces de flashear los sistemas a bordo y destruirlos. Por ejemplo, en tarjetas flash, medios SD, en los que la información simplemente no se registra.
Nanosatélites Cubesat
Los escolares de la pequeña ciudad rusa de Kurganinsk dominaron la creación y el lanzamiento de los nanosatélites Cubesat 3U. El estándar internacional U (unidad) para tecnología satelital se introdujo en 1999 en EE.UU. El dispositivo monobloque tiene unas dimensiones de 100x100x113 mm. Por lo general, se utilizan para llenar el espacio libre de un vehículo de lanzamiento, que pone en órbita un dispositivo grande con dimensiones no estándar. Está lleno de esos "cubos". Son relativamente baratos y pesan alrededor de un kilogramo.
El coste de poner en órbita uno de estos dispositivos es de aproximadamente entre 60 y 80 dólares. Esta es una cantidad completamente aceptable incluso para una gran universidad, razón por la cual universidades rusas y extranjeras están lanzando nanosatélites.
Una máquina de 3 unidades consta de tres "cubos" apilados uno encima del otro. La estructura interna es una especie de sándwich, que consta de varias capas. Aquí se encuentran los sistemas a bordo del satélite. El dispositivo está cubierto con paneles, pero no sellado. Cuando vuela, analiza el espacio circundante y transmite datos sobre él a la Tierra. Otra parte del espacio interno del satélite está ocupada por la carga útil. Por ejemplo, en uno de los dispositivos había dos contadores Geiger preparados para la Universidad Politécnica de Krasnodar. Con su ayuda se llevaron a cabo estudios de radiación beta y gamma en la estratosfera.
El lanzamiento de prueba de estos dispositivos tuvo lugar en 2021 y las pruebas en tierra se llevaron a cabo incluso antes. Esta técnica fue demostrada a los especialistas de Roscosmos, quienes la probaron en 2019 en el Laboratorio de Sistemas Espaciales del OC Sirius. Después de recibir su certificado de calidad, el Centro de Perspectiva comenzó a prepararse para los lanzamientos estratosféricos. Se eligió la estratosfera porque es más barato lanzar naves espaciales allí que al espacio profundo, y el objetivo era hacer que dichos lanzamientos fueran accesibles a los jóvenes.
Gracias a este proyecto empezamos a atraer jóvenes a la investigación espacial
- explicó Kirill Popko.
Actualmente, el Centro está desarrollando la cuarta generación de dichos equipos y sus lanzamientos se realizan cada año. El lanzamiento de los dispositivos no sólo es un espectáculo emocionante, sino que también trae resultados tangibles. Los jóvenes participan activamente en la investigación. Y la mayoría de las veces, alguien que alguna vez se interesó en este tema nunca lo abandonará.
Como dijo Kirill Sergeevich, todos los muchachos que participaron en estos proyectos ahora están estudiando en la Universidad Bauman o en la Academia Mozhaisky, habiendo ingresado en las facultades de ciencia espacial o tecnología espacial.
Sistemas de antena
Tras su lanzamiento, funciona junto con el satélite una estación móvil terrestre, capaz de operar a una distancia de hasta 50 kilómetros. Se coloca en el punto de lanzamiento y luego puede moverse detrás del dispositivo en un vehículo. Luego recibimos una imagen en vivo del satélite.
Durante el lanzamiento también se utiliza una antena patch, que opera a corta distancia, unos 20 kilómetros, y se utiliza para recibir señales de vídeo del satélite; esta antena tiene un patrón de radiación mayor que las antenas Yagi. Cuando ya se ha determinado la ubicación del satélite, le apuntamos con la antena Yagi, que se utiliza para recibir telemetría. La información se envía a la unidad receptora, que se conecta directamente al teléfono inteligente. Y en la aplicación móvil puedes ver las coordenadas del satélite volador.
Los estudiantes del Centro Perspektiva de Tecnologías de la Comunicación también utilizan antenas para mantener contacto con la constelación de satélites mencionada anteriormente. Cuando las naves espaciales vuelan cerca de la ciudad, el centro recibe imágenes de ellas. Así, los chicos construyen antenas por su cuenta, las ensamblan y, mediante una aplicación especial, se comunican con los satélites que vuelan en un momento determinado. Como regla general, esto sucede por la mañana antes de las nueve o después de las 18 horas. Durante estos intervalos de tiempo vuelan en la zona de Kurganinsk.
Cuando los satélites meteorológicos sobrevuelan, se conectan con nosotros y arrojan fotografías de la región, es decir, capturamos el territorio de Krasnodar, el Mar Caspio, el Mar Negro y un poco de la región de Rostov. Nos están dejando en Turquía y un poco en Grecia. Y podemos mirar estas fotografías en diferentes rangos.
- dijo Kirill.
"Batería viva" y otra carga útil
Los lanzamientos de nanosatélites son, por un lado, una actividad de ingeniería y, por otro, un servicio prestado a los clientes por Perspektiva CMIT. Con el Centro colaboran varias universidades y otras organizaciones, creando su propia carga útil y pagando su colocación a bordo de los vehículos.
Por ejemplo, ya hemos mencionado los contadores Geiger que fueron lanzados a la estratosfera. En 2022 se lanzaron cuatro dispositivos con carga biológica para realizar investigaciones biotecnológicas.
En el satélite se colocó una biocápsula, que era un recipiente sellado con tapa. En el interior había bacterias colocadas en un medio nutritivo. Un subproducto de su actividad vital es la generación de electricidad. En otra parte del interior se encontraba la electrónica, que se alimentaba de bacterias. Así, el recipiente con las bacterias actuaba como una “batería viva”.
Actualmente, el Centro está desarrollando cámaras de vídeo como carga útil. En este proyecto, Perspektiva colabora con la empresa Research Center Technologies, que es un fabricante de equipos de vídeo. Sus muestras se envían a la incipisfera para probar el funcionamiento de este equipo en duras condiciones climáticas.
Lanzamientos de vehículos a la estratosfera y récord ruso
Este año, en agosto, el Centro de Perspectiva elevará el satélite estratosférico a una altitud de 25 kilómetros. El lanzamiento tuvo lugar en Naberezhnye Chelny (República de Tartaristán). El aparato recorrió casi quinientos kilómetros, recorriendo el espacio aéreo de tres regiones rusas, tras lo cual la sonda aterrizó.
Ese día se estableció un récord ruso en cuanto a la duración de la estancia de un avión en la estratosfera, ya que nuestro satélite permaneció allí 13 horas.
Y el año pasado, en octubre, se lanzaron cuatro dispositivos a la vez. El evento tuvo lugar en el pueblo de Otradnaya, en el territorio de Krasnodar. Empleados de Perspektiva CMIT junto con escolares, estudiantes, dos ingenieros de Tomsk que ahora trabajan en la corporación estatal Rostec y científicos biológicos. También tuve la oportunidad de estar presente en el lanzamiento de los dispositivos y durante la expedición de búsqueda tras su aterrizaje.
Al principio, sus participantes encontraron problemas. Se produjeron fuertes ráfagas de viento con una velocidad de entre 6 y 9 metros por segundo. Normalmente, en tales condiciones, el lanzamiento se pospone, pero los clientes, que en este caso fueron el Ministerio de Educación del territorio de Krasnodar y el parque tecnológico infantil Quantorium, insistieron en que el lanzamiento no se pospusiera.
Como resultado, la carcasa de la sonda, que era una bola de látex con un diámetro de 3 a 4 metros y llena de helio, explotó. Inicialmente estaba previsto lanzar cuatro dispositivos en dos globos, dos para cada uno. Pero al final lanzaron una sonda con cuatro nanosatélites. La ubicación se cambió al pueblo de Conveniente. Está rodeado de montañas, por lo que el viento aquí no era tan fuerte.
El ascenso y posterior vuelo de los vehículos se realizó con éxito. Todo el proceso fue filmado por cámaras ubicadas directamente en la sonda. Las antenas receptoras estaban ubicadas en las montañas, a cien metros del lugar de lanzamiento. Por primera vez en la práctica en el Centro de Perspectiva, los satélites “alcanzaron la puesta de sol”, ya que el lanzamiento tuvo lugar por la tarde.
La sonda se dirigió a Karachay-Cherkessia. Y aunque no voló muy lejos, sólo 120-140 kilómetros, la posterior expedición de búsqueda nocturna, que comenzó alrededor de las diez de la noche, tomó mucho tiempo. Por supuesto, ya no incluían a los niños en esta etapa. Los dispositivos alcanzaron una meseta a una altitud de unos mil metros sobre el nivel del mar. Como resultado, la búsqueda finalizó con éxito y el equipo encontrado no sufrió ningún daño.
Cuestión de personal
Los escolares y los jóvenes constituyen una reserva de personal casi inagotable. Sólo necesitan estar interesados y participar activamente en el trabajo desde una edad muy temprana. Los estudiantes de Perspektiva disfrutan participando en sus proyectos. Habiendo completado sus estudios en la escuela, los continúan en las principales universidades técnicas del país. Kirill Popko afirma que el centro que dirige tiene como objetivo desarrollar y fortalecer el vínculo entre la escuela, el centro de educación complementaria y la universidad.
De los graduados del Centro Perspectiva, aproximadamente el 98 por ciento estudia en las universidades de San Petersburgo y Moscú.
Algunos de ellos, convertidos en ingenieros, regresan a Kurganinsk y trabajan en Perspektiva CMIT. Por ejemplo, esto le pasó a Daria Puchkova. Inicialmente estudió biología, pero luego se volvió a capacitar como ingeniera. Ahora Daria es especialista en el campo de la biotecnología, la nanotecnología y la radiofísica. Trabaja en el Perspective Center y se desempeña como ingeniera líder allí.
También se dan situaciones contrarias cuando una persona, ya jubilada, tiene la fuerza y el deseo de transmitir sus conocimientos y experiencia a otros. Estamos hablando del teniente coronel. aviación Vladímir Antipov. El oficial dedicó treinta años de su servicio al cosmódromo de Baikonur. Allí participó en el apoyo a los lanzamientos de tecnología espacial. Tras su retirada oficial, el militar no quiso conformarse con un merecido descanso.
Ahora Antipov está popularizando activamente la tecnología espacial y la ciencia espacial en Kuban. Bajo la tutoría de un teniente coronel, los muchachos se dedican al modelado de cohetes. Esta dirección apareció en el Centro después de que Antipov comenzara a colaborar con él. Para los niños, este es un nivel básico, después del cual comienzan a trabajar en sistemas más complejos.
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