Егор Курипта из Комсомольска-на-Амуре изобрёл космический нагреватель
26.07.2023
1326
16-летний комсомольчанин, воспитанник детского технопарка «Кванториум» Егор Курипта изобрёл устройство, которое поможет концентрировать тепловую мощность Солнца и использовать её в космосе. Такая передовая идея как минимум окажется полезной для околоземной орбиты и за её пределами, как максимум - повлияет на будущее космонавтики.
Изобретение называется пиргелиометр (по-другому, космический нагреватель). Он сможет с помощью энергии Солнца разогревать всё находящееся в космическом пространстве до 5000 градусов по Цельсию.
Изобретение уже совершило свой первый полёт в условиях, приближенных к реальным. Данный проект прошёл в финал всероссийской научно-инженерной программы «Стратосферный спутник», который проводился во Владимире.
- Пиргелиометр - детектор для измерения мощности солнечного излучения. Его мы делали как часть нашего с командой стратосферного аппарата на конкурс «Стратосферный спутник» для дальнейшего запуска на высоту 23-25 километров, - объясняет Егор.
Кстати, первое устройство, похожее по своим функциям на пиргелиометр, было придумано в XVIII-XIX веках. С помощью него выявлялась интенсивность солнечного излучения на единицу площади.
ЧЕРЕЗ ТЕРНИИ К ЗВЁЗДАМ
Существуют различные варианты конструкции пиргелиометра и, соответственно, разные физические принципы его работы. Для успешного функционирования устройства необходимо одно из двух условий: возникновение термоэлектрической движущей силы за счёт разности температур на пластинах или перерасчёт мощности от разности температур за единицу времени. Егор со своей командой выбрали второй вариант и решили реализовать его в своём варианте конструкции.
Главной сложностью при разработке был расчёт тепловых потерь. Во время полёта температура за бортом меняется нелинейно. К тому же измерительные пластины необходимо прикрепить к корпусу прибора, что создаёт потери на теплопроводность. Также в приборе не поддерживается вакуум, из-за чего большую лепту вносят конвективные тепловые потери. Их необходимо было минимизировать для повышения чистоты и точности измерений.
Эксперимент удалось реализовать не с первого раза. Аэрокосмическая отрасль сложная по своей сути, многое может пойти не так, о чём на Земле даже не задумываешься. Тем не менее проект юного комсомольчанина на всероссийском конкурсе оценили очень высоко, признав одним из самых перспективных.
Пиргелиометр - не какая-то абстрактная конструкция, интересная только людям науки. Он влияет на жизнь каждого из нас. Данный прибор помогает метеорологам измерять мощность прямого солнечного излучения и давать более точные прогнозы погоды: ходить ли в панамке летом, надевать ли солнцезащитные очки.
Егор Курипта отмечает, что в его проекте пиргелиометр является не единственным, но основополагающим компонентом. Это - инструмент, необходимый для работоспособности всей системы. Помимо пиргелиометра она включает в себя отражатель солнечного концентратора, используемый для проверки математической модели. Отражатель можно использовать и автономно. Например, его применяют для того, чтобы рассчитать время плавления металлов.
КОМАНДНАЯ РАБОТА
Перед апробацией устройства разработчиками создаётся формула, по которой будет рассчитываться интенсивность излучения. Так, если данные об изменении температуры на пластинах пиргелиометра в определённый период времени соответствует рассчитанным по формуле, то она правильная.
Над разработкой с Егором работали ещё три человека: школьники Владислав Федянин и Владимир Мануйлов из Новосибирска, а также куратор проекта Денис Исянов из Комсомольска-на-Амуре.
С ребятами у Егора уже был опыт научной работы. Они познакомились на конкурсе прикладных космических систем «Дежурный по планете», где запускали стратосферный спутник. Решение продолжить совместную работу было принято молниеносно: накопились новые знания и навыки, которые необходимо применить на практике.
У каждого члена команды был свой фронт работ. Владислав был программистом, схемотехником, а также отвечал за электронику. Он сконструировал плату полезной нагрузки с посадочными местами для датчиков и сенсоров, необходимых для замеров показателей эксперимента, и писал программный код для обеспечения работоспособности системы.
Владимир был конструктором, разрабатывал систему наведения и стабилизации Солнца по двум осям. Кроме этого, занимался проектированием общих служебных систем (кронштейны, узлы крепления, кабель для спутника).
Егор занимался непосредственно разработкой основного элемента - пиргелиометра, созданием математической модели и отражателя. Совместными усилиями участники проекта печатали детали на 3D-принтере и искали необходимые материалы.
Процесс разработки находился на серьёзном контроле куратора проекта Дениса Исянова.
ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ
Первый проведённый запуск был экспериментальным, он стал частью большого проекта по исследованию солнечного концентратора. Впрочем, останавливаться на достигнутом юные учёные не намерены.
- Планов на доработку очень много, - делится Егор Курипта. Начиная от самого пиргелиометра, продолжая системой стабилизации и ориентации, отражателем, бортовой электроникой и датчиковой аппаратурой.
Будет проведена большая работа по усовершенствованию пиргелиометра, чтобы сделать его более независимым компонентом, пригодным для адаптивного использования. В этом большое преимущество пиргелиометра перед другими аппаратами: с ним можно работать, не привлекая ничего другого. Не перепаивать провода, условно говоря.
Егор со своей командой уже наметили себе план по улучшению пиргелиометра, которому они будут следовать в ближайшее время. Во-первых, адаптировать электронику чисто под него, обновить датчики температуры на термопару.
Во-вторых, усовершенствовать технологию производства - сделать его более щепетильным. То есть увеличить количество измерений массы, обеспечить стерильные условия сборки (чтобы на пластины прибора не попадали грязь и пыль). Также необходимо добиться вакуума в датчике для чистоты эксперимента.
Много усилий предстоит приложить, чтобы доработать отражатель. Эксперты подтвердили правильность созданной ребятами математической модели, но для успешной реализации проекта одну переменную формулу надо будет поменять. Это отразится и на отражателе, сделает его более точным.
Екатерина Ермолина.
Изобретение называется пиргелиометр (по-другому, космический нагреватель). Он сможет с помощью энергии Солнца разогревать всё находящееся в космическом пространстве до 5000 градусов по Цельсию.
Изобретение уже совершило свой первый полёт в условиях, приближенных к реальным. Данный проект прошёл в финал всероссийской научно-инженерной программы «Стратосферный спутник», который проводился во Владимире.
- Пиргелиометр - детектор для измерения мощности солнечного излучения. Его мы делали как часть нашего с командой стратосферного аппарата на конкурс «Стратосферный спутник» для дальнейшего запуска на высоту 23-25 километров, - объясняет Егор.
Кстати, первое устройство, похожее по своим функциям на пиргелиометр, было придумано в XVIII-XIX веках. С помощью него выявлялась интенсивность солнечного излучения на единицу площади.
ЧЕРЕЗ ТЕРНИИ К ЗВЁЗДАМ
Существуют различные варианты конструкции пиргелиометра и, соответственно, разные физические принципы его работы. Для успешного функционирования устройства необходимо одно из двух условий: возникновение термоэлектрической движущей силы за счёт разности температур на пластинах или перерасчёт мощности от разности температур за единицу времени. Егор со своей командой выбрали второй вариант и решили реализовать его в своём варианте конструкции.
Главной сложностью при разработке был расчёт тепловых потерь. Во время полёта температура за бортом меняется нелинейно. К тому же измерительные пластины необходимо прикрепить к корпусу прибора, что создаёт потери на теплопроводность. Также в приборе не поддерживается вакуум, из-за чего большую лепту вносят конвективные тепловые потери. Их необходимо было минимизировать для повышения чистоты и точности измерений.
Эксперимент удалось реализовать не с первого раза. Аэрокосмическая отрасль сложная по своей сути, многое может пойти не так, о чём на Земле даже не задумываешься. Тем не менее проект юного комсомольчанина на всероссийском конкурсе оценили очень высоко, признав одним из самых перспективных.
Пиргелиометр - не какая-то абстрактная конструкция, интересная только людям науки. Он влияет на жизнь каждого из нас. Данный прибор помогает метеорологам измерять мощность прямого солнечного излучения и давать более точные прогнозы погоды: ходить ли в панамке летом, надевать ли солнцезащитные очки.
Егор Курипта отмечает, что в его проекте пиргелиометр является не единственным, но основополагающим компонентом. Это - инструмент, необходимый для работоспособности всей системы. Помимо пиргелиометра она включает в себя отражатель солнечного концентратора, используемый для проверки математической модели. Отражатель можно использовать и автономно. Например, его применяют для того, чтобы рассчитать время плавления металлов.
КОМАНДНАЯ РАБОТА
Перед апробацией устройства разработчиками создаётся формула, по которой будет рассчитываться интенсивность излучения. Так, если данные об изменении температуры на пластинах пиргелиометра в определённый период времени соответствует рассчитанным по формуле, то она правильная.
Над разработкой с Егором работали ещё три человека: школьники Владислав Федянин и Владимир Мануйлов из Новосибирска, а также куратор проекта Денис Исянов из Комсомольска-на-Амуре.
С ребятами у Егора уже был опыт научной работы. Они познакомились на конкурсе прикладных космических систем «Дежурный по планете», где запускали стратосферный спутник. Решение продолжить совместную работу было принято молниеносно: накопились новые знания и навыки, которые необходимо применить на практике.
У каждого члена команды был свой фронт работ. Владислав был программистом, схемотехником, а также отвечал за электронику. Он сконструировал плату полезной нагрузки с посадочными местами для датчиков и сенсоров, необходимых для замеров показателей эксперимента, и писал программный код для обеспечения работоспособности системы.
Владимир был конструктором, разрабатывал систему наведения и стабилизации Солнца по двум осям. Кроме этого, занимался проектированием общих служебных систем (кронштейны, узлы крепления, кабель для спутника).
Егор занимался непосредственно разработкой основного элемента - пиргелиометра, созданием математической модели и отражателя. Совместными усилиями участники проекта печатали детали на 3D-принтере и искали необходимые материалы.
Процесс разработки находился на серьёзном контроле куратора проекта Дениса Исянова.
ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ
Первый проведённый запуск был экспериментальным, он стал частью большого проекта по исследованию солнечного концентратора. Впрочем, останавливаться на достигнутом юные учёные не намерены.
- Планов на доработку очень много, - делится Егор Курипта. Начиная от самого пиргелиометра, продолжая системой стабилизации и ориентации, отражателем, бортовой электроникой и датчиковой аппаратурой.
Будет проведена большая работа по усовершенствованию пиргелиометра, чтобы сделать его более независимым компонентом, пригодным для адаптивного использования. В этом большое преимущество пиргелиометра перед другими аппаратами: с ним можно работать, не привлекая ничего другого. Не перепаивать провода, условно говоря.
Егор со своей командой уже наметили себе план по улучшению пиргелиометра, которому они будут следовать в ближайшее время. Во-первых, адаптировать электронику чисто под него, обновить датчики температуры на термопару.
Во-вторых, усовершенствовать технологию производства - сделать его более щепетильным. То есть увеличить количество измерений массы, обеспечить стерильные условия сборки (чтобы на пластины прибора не попадали грязь и пыль). Также необходимо добиться вакуума в датчике для чистоты эксперимента.
Много усилий предстоит приложить, чтобы доработать отражатель. Эксперты подтвердили правильность созданной ребятами математической модели, но для успешной реализации проекта одну переменную формулу надо будет поменять. Это отразится и на отражателе, сделает его более точным.
Екатерина Ермолина.