Top.Mail.Ru

Большие вызовы звезды по имени Сириус

С 4 по 28 июля 2021 г. в образовательном центре «Сириус» состоялась очередная научно-технологическая образовательная программа для талантливых старшеклассников «Большие вызовы». Программа посвящена вовлечению школьников в исследовательскую и инженерную проектную деятельность по актуальным научно-техническим направлениям. В этом году специалисты Концерна ВКО «Алмаз – Антей» и БГТУ «Военмех» им. Д.Ф. Устинова впервые приняли участие в образовательной программе «Большие вызовы».

big challenges of a star named sirius 3

Команда руководила проектной работой школьников в направлении космических технологий. Научно-образовательный проект «Синтез облика перспективной ракеты-носителя сверхтяжелого класса для полета к Луне» был предложен и реализован начальником расчетно-исследовательского отделения АО «КБСМ», заведующим базовой кафедрой Северо-Западного регионального центра Концерна ВКО «Алмаз – Антей» «Средства ВКО и ПВО» в БГТУ «Военмех», к.т.н., доц. Д.К. Щегловым, начальником лаборатории динамики и прочности АО «КБСМ», доцентом той же кафедры, к.т.н. Д.А. Фёдоровым, доцентом кафедры «Ракетостроение» БГТУ «Военмех», к.т.н., доц. С.К. Савельевым и руководителем клуба ракетного моделирования А.Г. Шлядинским. В процессе реализации научно-образовательной программы они выступали в роли преподавателей и руководителей научно-образовательного проекта.

В реализации проекта приняли участие 7 школьников 8-10 классов, прошедших строгий конкурсный отбор. Проектные роли в проектной команде школьников распределились следующим образом: Е. Галахова (г. Москва) - инженер-баллистик, А.-Н. Гюнюч (г. Москва) - инженер-прочнист, И. Мекшун (г. Челябинск) - инженер-конструктор, Я. Мухатдинов (г. Арзамас) - инженер-конструктор, А. Рыбка (г. Москва) - менеджер проекта, С. Ситник (г. Майкоп) - инженер-прочнист и Д. Тимохин (г. Симферополь) - инженер-баллистик.

Руководителями проекта была поставлена вполне взрослая и амбициозная задача, требующая системного междисциплинарного подхода. В течение смены проектная команда должна была освоить современные технологии проектирования и проведения инженерных расчетов для разработки аванпроекта перспективной ракеты-носителя сверхтяжелого класса для полета к Луне. Для участия в проекте отбирались школьники, которые отлично проявили себя на отборочных мероприятиях. Тем не менее, их уровень подготовки был недостаточен для достижения поставленной цели. Этот недостаток был скомпенсирован интенсивной общетеоретической и специальной подготовкой преподавателями в первые дни выполнения проекта. Были проведены тренинги по командообразованию и командной работе, управлению проектами, логические игры, лекции по истории ракетостроения, особенностям жизненного цикла объектов ракетно-космической техники, семинары по формированию системы исходных данных и синтезу облика ракет-носителей, мастер-классы по основам работы в современных системах компьютерной математики, 3D-моделированию и инженерному анализу конструкции, а также по основам ракетного моделирования.

big challenges of a star named sirius 1

Реализация аванпроекта потребовала освоения базы нескольких разделов математического и инженерного анализа, не изучаемых в рамках школьной образовательной программы: старшеклассники научились численно моделировать динамические процессы и рассчитывать траектории полета ракеты космического назначения к Луне, проводить анализ прочности деталей и сборочных единиц.

Основной сложностью стала организация слаженной командной работы талантливых и амбициозных молодых людей, каждый из которых вполне обосновано претендовал на роль лидера творческого коллектива. Производственный и образовательный опыт руководителей проекта, грамотное разделение ребят на проектные роли, организация системного планирования работ и мониторинга их реализации позволили минимизировать риски, связанные с возникновением конфликтных ситуаций в творческом коллективе. Кроме того, члены творческого коллектива быстро осознали трудности в организации совместной работы при выполнении сложного проекта. Планирование, мониторинг и управление осуществлялись менеджером проекта (А. Рыбкой) в online-режиме с применением Scrum-доски в web-приложении Trello. Это позволило руководителям проекта и участникам творческого коллектива всегда иметь актуальную информацию о ходе работы.

Особенность проекта заключалась в том, что он состоял из трех взаимосвязанных по исходным данным этапов. Требовалось определить основные параметры ступеней ракеты космического назначения на траекториях «Луна – Земля», «орбита Земли – Луна» и «Земля – орбита Земли». Реализация каждого этапа подразумевала проведение серии инженерно-изыскательских работ: подбор параметров траектории, определение типа двигательной установки и компонентов топлива, выбор конструкционных материалов, проведение конечно-элементного анализа конструкции с целью сокращения ее массы. Важно отметить, что все эти работы выполнялись школьниками самостоятельно, практически без помощи руководителей.

Упорная, целеустремленная и слаженная работа позволила в ограниченных временных рамках осуществить разработку следующих конструкций ступени возвращения на Землю и разгонной ступени для участка орбита Земли – орбита Луны. Также были разработаны ступени, обеспечивающих вывод на околоземную орбиту перечисленных устройств вместе с пилотируемым кораблем и лунным модулем, спускаемым на поверхность нашего спутника. Была проработана система аварийного спасения пилотируемого аппарата.

big challenges of a star named sirius 2

Инженеры-баллистики (Е. Галахова и Д. Тимохин) после вводного курса по дифференциальному исчислению легко справились с составлением и численным решением системы линейных дифференциальных уравнений методом «AdamsBDF».

Инженеры конструкторы (Я. Мухатдинов и И. Мекшун) проработали основные проектно-конструкторские решения и разработали 3D-модель ракеты космического назначения, создали видеоролик для визуализации старта ракеты и ее полета к Луне.

Инженеры-прочнисты (А.-Н. Гюнюч и С. Ситник) провели анализ прочности отсеков и баков ракеты-носителя, внесли ряд предложений по снижению массы их конструкции.

В процессе работы было предусмотрено две предзащиты и защита проекта. Первая предзащита проводилась с целью понимания всеми членами творческого коллектива актуальности темы проекта, постановки задачи, своих командных ролей, механизмов взаимодействия и плана выполнения работ. Вторая предзащита была направлена на подведение промежуточных итогов проекта, оценку результативности работы коллектива, формирование перечня проблемных вопросов и комплекса мероприятий, необходимых для завершения проекта в установленный срок. На защите проекта коллектив представил окончательный облик ракеты-носителя сверхтяжелого класса для полета к Луне.

big challenges of a star named sirius 4

Обосновывая актуальность темы проекта, ребята отметили, что в настоящее время Россия обладает технологиями и совокупностью космических средств, комплексное применение которых позволит доставить на Луну людей и грузы, но только разработка новой ракеты-носителя сверхтяжелого класса придаст существенный импульс развитию ракетно-космической промышленности и смежных отраслей.

На защите проекта творческий коллектив представил облик ракеты-носителя сверхтяжелого класса общей массой около 3 400 т (что соответствует массе почти 500 слонов), позволяющая доставить 45 т полезной нагрузки к поверхности Луны.

big challenges of a star named sirius 5

На сайте проекта ребята поделись своими впечатлениями об образовательном центре «Сириус» и реализованном ими проекте.

Сергей Ситник: «Попасть в Сириус было непросто. Моя мечта возникла ещё четыре года назад, а в прошлом году я увлекся астрономией и космическими технологиями… И вот я здесь, в проекте Концерна ВКО «Алмаз – Антей» по разработке аванпроекта ракеты-носителя сверхтяжёлого класса. В проекте мне хотелось попробовать себя в нескольких ролях, но я остановился на роли инженер-прочнист. Меня привлекло то, что решение задач динамики и прочности требует комплексного применения знаний из различных технических дисциплин. На проекте я познакомился с талантливыми ребятами, разделяющими мои интересы. Благодаря образовательной программе я окончательно определился с будущей профессией».

Даниил Тимохин: «Синтез облика ракеты-носителя для полета к Луне – один из самых больших вызовов современности! В рамках нашего проекта я выполнял роль инженера-баллистика: проводил расчёты траекторий полета к Луне, подбирал манёвры наиболее рациональные с точки зрения минимизации массы топлива. Полученные мною результаты являются исходными данными для проектирования ступеней ракеты-носителя… Я освоил численные методы решения дифференциальных уравнений, научился работать с современным инженерным программным обеспечением. Приобретенные в рамках образовательной программы знания бесспорно помогут мне при реализации перспективных инженерных проектов».

Александра Рыбка: «Сначала мы изучали теоретические основы разработки ракет космического назначения – осваивали выбранное для реализации проекта программное обеспечение, учились проводить инженерные расчеты. Затем перешли к практике… Решение разделить задачи проекта в соответствии с интересами и компетенциями членов нашей команды было правильным. Это значительно повысило эффективность работы. Конечно в процессе реализации проекта мы сталкивались с множеством трудностей, но благодаря слаженной работе всей нашей команды, взаимовыручке и умению находить компромиссные решения нам удалось разработать и обосновать основные проектно-конструкторские решения в установленные сроки».

Екатерина Галахова: «Этот учебный год, как мне казалось, окончательно сформировал понимание “Кем я хочу быть”. Я была уверена, что это полностью обоснованное и правильное решение. Но я приехала на смену “Большие вызовы” и незаметно для себя самой начала медленно осознавать, что мой план на будущее совершенно неопределённый и выбран по принципу “над таким решением не надо думать”. Я попала в проект по разработке аванпроекта ракеты-носителя и выбрала в команде роль инженера-баллистика. Как математик, я занимаюсь расчётом траекторий различных этапов полёта. Безусловно, это является прикладной математикой. И самое главное – это может приносить пользу. Мой план на будущее имел два ограничивающих условия – “приносить пользу” и “получать удовольствие”. Работа над этим проектом заставила меня задуматься над моим планом и пересмотреть все варианты. Также, нельзя не упомянуть о команде, в которой я работаю. Я считаю, что мне очень повезло. Все ребята особенны по-своему и у каждого мне есть чему поучиться».

Игорь Мекшун: «Интерес к науке и изобретательству у меня появился в раннем детстве. В отличие от своих сверстников я уже достаточно давно и серьезно занимаюсь изучением космических технологий и планирую связать с этим свою будущую профессию. Чтобы попасть в Сириус я напряженно работал, что позволило мне пройти серьезный конкурсный отбор. В рамках нашего проекта я развиваю свои конструкторские способности и навыки проектно-исследовательской деятельности. Я предложил несколько оригинальных проектно-конструкторских решений, а также создал видеоролик для демонстрации процесса полета ракеты-носителя сверхтяжелого класса к Луне... Я очень благодарен своим наставникам и всем членам нашей проектной команды за новые знания, ценный опыт и совместную продуктивную работу».

Атай Гюнюч: «В рамках проекта я решил освоить новую для себя роль инженера-прочниста. Это очень сложное и ответственное дело – рассчитать все основные элементы разрабатываемой нашей командой ракеты-носителя на прочность и устойчивость. Важно отметить, что в процессе проведения инженерного анализа удалось значительно снизить массу ряда составных частей ракеты-носителя, таких как топливные баки и ферменные переходные конструкции. Я очень благодарен нашим преподавателям за новые знания, интересные лекции, их помощь, терпение и профессиональные советы».

Ярослав Мухатдинов: «Образовательный центр Сириус – это уникальное место, где можно реализовывать самые смелые идеи под руководством опытных наставников. В нашем научно-образовательном проекте я выполнял роль инженера-конструктора – занимался разработкой принципиальных проектно-конструкторских решений ракеты-носителя сверхтяжёлого класса. Проектирование является сложным итерационным процессом с возвратами от последующих этапов к предыдущим, что, естественно, требовало многократной переработки конструкции и согласования проектных переменных со всеми членами нашей команды… Я получил бесценный опыт командной работы, проектирования элементов ракетно-космической техники, проведения инженерных расчётов, защиты проекта, который однозначно пригодится мне в профессиональной деятельности».

С целью закрепления полученных теоретических знаний на практике в конце образовательной программы члены творческого коллектива рассчитали, изготовили и запустили в небо модель ракеты.

Наставники тоже поделились своими впечатлениями о работе с талантливыми школьниками.

Дмитрий Щеглов: «Всего за три недели проектной работы ребятам удалось раскрыть свой интеллектуальный и творческий потенциал, стать настоящей командой. Школьники без труда освоили предлагаемую им сложную образовательную программу и применили полученные знания на практике… Я получил ценный опыт и огромное удовольствие от работы с молодыми талантами. Хочу пожелать ребятам дальнейших успехов в учебе и научно-техническом творчестве. Надеюсь встретить их в перспективных проектах Концерна ВКО «Алмаз – Антей», реализующихся в рамках модели «школа – вуз – предприятие»!».

Дмитрий Фёдоров: «Работать с талантливыми школьниками всегда приятно, но одновременно – это сложное испытание для преподавателя. Нужно быть готовым отвечать на самые сложные, самые необычные и глубокие вопросы, а в Сириусе собрались именно такие ребята, которые обязательно такие вопросы зададут. В такой ситуации работать одновременно и трудно, и интересно. Наверное, нет ничего более приятного для педагога, чем видеть, как всего за несколько дней команда уже полностью погрузилась в учебный процесс и увлеченно втянулась в работу. Все, что требовалось от нас – поддержать самую необычную мысль, самое смелое техническое решение, ну, и, конечно же, найти свой подход к каждому школьнику».

Сергей Савельев: «Вызывает восхищение то, насколько быстро молодые люди освоили такие сложные вопросы как обыкновенные дифференциальные уравнения и способы их численного интегрирования, работу в CAD- и CAE-системах, в которых производилась разработка проектно-конструктивных решений создаваемой ракеты космического назначения и теоретическое обоснование ее работоспособности».

Александр Шлядинский: «Очень радостно, что школьник, под моим руководством всего за два дня успешно справились с разработкой, изготовлением и запуском модели ракеты… Это помогло ребятам поверить в свои силы, закрепить полученные в рамках образовательной программы знания на практике, а затем успешно защитить свой проект сверхтяжелой ракеты-носителя для полета к Луне перед экспертами Сириуса».

За три недели работы над проектом в Сириусе сложно сформировать математические модели, описывающие разрабатываемую конструкцию во всех деталях. Однако, уровень разработки, продемонстрированный молодежью, задор, энергия и инициативность внушает веру в то, что в скором времени ряды отечественных ученых и инженеров пополнятся замечательными специалистами.

х
1 этаж ГлКорп
2 этаж ГлКорп
3 этаж ГлКорп
4 этаж ГлКорп
1 этаж УЛК
2 этаж УЛК
3 этаж УЛК
4 этаж УЛК
5 этаж УЛК