Эксперимент «МАИ-75», основные результаты и перспективы развития в образовательной деятельности

Эксперимент «МАИ-75», основные результаты и перспективы развития в образовательной деятельности

Авторы:, зав. кафедрой 601, д. т.н., профессор, член - корреспондент РАН, МАИ; инженер 2 категории, ФГУП ЦНИИмаш; , зам. зав. кафедрой 610, доцент, к. т.н., МАИ; , главный специалист, РКК «Энергия»; , начальник отдела, РКК «Энергия»; , зам. декана факультета № 6, МАИ.

Космический эксперимент (КЭ) «МАИ-75» («Космические аппараты и современные технологии персональных коммуникаций связи») проводится на Российском сегменте Международной космической станции (РС МКС) с 2005 года.

Назначение эксперимента состоит в отработке технологии оперативного получения, передачи и предоставления видеоинформации из космоса в интересах решения задач образовательных учреждений, пользователей мобильной связи и сети Интернет.

Целью эксперимента «МАИ-75» является разработка и обоснование принципов построения, функционирования, основных этапов создания и развития перспективной информационной и телекоммуникационной спутниковой системы в Московском авиационном институте (МАИ), обеспечивающей предоставление в реальном масштабе времени видеоинформации из космоса широкому кругу пользователей в рамках образовательного сообщества России.

В ходе эксперимента проводятся работы, направленные на практическое подтверждение возможности передачи видеоинформации из космоса в режиме реального времени на общедоступные наземные пользовательские терминалы, в том числе различным пользователям в системе аэрокосмического образования.

Проведение эксперимента «МАИ-75» осуществляется с помощью имеющейся на борту PC МКС цифровой фото-видеоаппаратуры и системы связи радиолюбительского диапазона. Первая используется для выполнения предусмотренных программой эксперимента фото-видеосъ?мок сюжетов, вторая - для последующей передачи видеоизображения на Землю. Для хранения, подготовки и передачи на Землю фото-видеоинформации используется компьютер класса Ноутбук, имеющийся на борту PC МКС, с операционной системой и пакетами программного обеспечения. Данные по эксперименту передаются с помощью радиолюбительской системы связи, основным элементом которой является бортовая радиостанция KENWOOD TMD700 системы радиолюбительской связи «Спутник» (РЛС «Спутник»).

Радиостанция KenwoodD700E.

Российский космонавт во время сеанса радиосвязи с МАИ.

Сеансы связи по передаче изображений в формате SSTV («Slow Scan Television»-«Телевидение c медленной разверткой») с борта РС МКС при проведении эксперимента «МАИ-75» осуществлялись в диапазонах 144-146 МГц и 430-440 МГц. В эксперименте используется канал связи на радиолюбительских частотах, что позволяет значительно расширить число участников КЭ как в России, так и во всем мире. Результаты эксперимента возможно получать, находясь на рабочем месте, для чего достаточно иметь приёмо-передающее оборудование, работающее на радиолюбительских частотах УКВ диапазона.

Для обеспечения проведения эксперимента на территории МАИ развернут Центр приема и обработки информации (ЦПОИ), на основе которого в дальнейшем планируется создать учебный центр технологии съемок Земли из космоса.

Общий вид оборудования ЦПОИ МАИ (2006г.)	Общий вид оборудования ЦПОИ МАИ (2013г.)
Аппаратная часть ЦПОИ МАИ.

Всего за время проведения эксперимента было осуществлено 120 сеансов связи между РС МКС и ЦПОИ МАИ, продолжительностью каждого от 9 до 15 минут, получено свыше 240 видеоизображений размером от 14 до 94 Кбайт каждое.

Образцы принимаемых изображений с РС МКС по радиолюбительскому каналу связи в ходе сеансов КЭ «МАИ-75».

После предварительной обработки полученные изображения размещаются в сети Интернет на специальном сайте, где их могут рассматривать, изучать и обрабатывать, как участники образовательной программы, так и обыкновенные пользователи.

Кроме ЦПОИ МАИ, для приема изображений привлекались:

- приёмные пункты высших учебных заведений г. Москвы (МГУ им. , МГТУ им. ), г. Красноярска (Сиб. ГАУ), г. Курска (КГТУ); -приёмные пункты НИЛАКТ РОСТО (г. Калуга), ЦПК им. Гагарина (г. Звёздный), "Энергия" (г. Королёв); - приёмные пункты радиолюбителей на территории России, Западной Европы, Центральной Америки, Юго-Восточной Азии.

Часть из полученных видеоизображений представлена на сайте http://www. /image/tid/54.

Станции приема данных с борта РС МКС в ходе сеансов КЭ «МАИ-75».

В процессе наземной подготовки к проведению сеансов эксперимента «МАИ-75» преподавателями и студентами МАИ с участием специалистов РКК «Энергия» и ЦНИИмаш проводились следующие работы:

-разработка и отработка методической документации по подготовке и проведению сеансов двухстороннего обмена данными с экипажем МКС с удаленного терминала пользователя (УТП) на примере использования РЛС «Спутник»;

-разработка типовых сценарных планов действий экипажа по подготовке запрашиваемых данных, включая видеоданные;

-разработка и отработка специализированного программного обеспечения формирования пакетов данных для их передачи на Землю по системе связи «Спутник»;

-разработка и отработка специализированного программного обеспечения для хранения и выдачи заинтересованным пользователям данных, поступивших с борта МКС на УТП на примере ЦПОИ МАИ;

-разработка и отработка методических указаний по взаимодействию УТП с Центром управления полетом (ЦУП) при подготовке и проведении сеансов прямой связи с МКС на примере задействования в качестве УТП Центра приема и обработки информации МАИ;

-разработка и практическая проверка методических рекомендаций по обеспечению устойчивой связи УТП с РС МКС в сеансах радиолюбительской связи;

-разработка методических рекомендаций по совершенствованию характеристик радиолюбительского канала связи и применяемых программно-технических средств (ПТС).

В результате выполнения эксперимента «МАИ-75» создана научно-техническая основа для практического использования ресурсов РС МКС при подготовке специалистов по отработке технологии и технических средств, обеспечивающих общение и совместную работу студентов с космонавтами, по изучению и освоению процесса управления МКС, а также по передаче с борта МКС на наземные студенческие пункты приема, за счет использования средств радиолюбительской связи на борту МКС, различных видов информации (голосовая, телеметрическая, черно-белое цветное фото и видеоизображения, печатный текст), получаемой в результате проведения научно-образовательных экспериментов, в том числе по отработке отдельных элементов перспективной спутниковой образовательной системы.

Управляющие станции спутниковой связи в радиолюбительском диапазоне УКВ: Типа ДОКА-Н (одна станция); Собственной разработки (2 станции).

Использование информации из космоса в учебном процессе средней и высшей системы образования, позволит повысить эффективность преподавания дисциплин естественнонаучного цикла, а также обеспечить дополнительное привлечение внимания общественности к ходу реализации космических программ. Возможности современных инфокоммуникационных технологий, и, прежде всего –сети Интернет и операторов мобильной (сотовой) связи – позволяют обеспечить непосредственную работу участников образовательной программыс развернутым на борту МКС видеооборудованием общего назначения. Используя Веб-интерфейс, участники программы через специальный сайт получают возможность управлять цифровой камерой, установленной на РС МКС, в соответствии с публикуемым в Интернете графиком работ с камерой и данными о динамике движения подспутниковой точки МКС.

Полученные научные результаты КЭ «МАИ-75» активно используются для разработки учебно-методических пособий для проведения студентами университеталабораторных работ, основными целями которых являются:

ознакомление студентов с принципами обеспечения устойчивой связи с космическими аппаратами на примере взаимодействия УТП ЦПОИ МАИ и РС МКС; изучение студентами принципов радиосвязи в формате телевидения с медленной разверткой – SSTV с целью подготовки к практической работе на радиосвязном оборудовании лаборатории «ЦПОИ МАИ».

Студенты Московского авиационного института участвуют в сеансе КЭ «МАИ-75».

На последующих этапах эксперимента предусматривается использование созданной материально–технической базы в учебном процессе и использование сеансов связи с РС МКС с целью отработки на борту РС МКС основных компонентов создаваемых в МАИ малых космических аппаратов (КА), в том числе:

-отработка учебно-методической документации по управлению КА на примере задействования РЛС «Спутник», организации персональных коммуникаций между пользователями на Земле и информационными ресурсами внутри МКС;

-обеспечение проведения сеансов связи в рамках работы образовательных научно-технических секций ВУЗов для обретения опыта по управлению КА;

-отработка взаимодействия с партнерами при выполнении совместных проектов и обмене информацией (технической, методической, целевой);

-проверка возможности включения в учебный процесс в ВУЗах аэрокосмического профиля информационных и телекоммуникационных ресурсов, как существующих, так и производимых в процессе проведения эксперимента.

Все изображения предоставлены Московским авиационным институтом (Национальным исследовательским университетом) (МАИ (НИУ)).