ОРГАНИЗАЦИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ И ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АКТИВНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

УДК 378.147.88

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ И ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АКТИВНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

В. А. Подобайлова, В. В. Аброськин, Р. В. Лапко, А. П. Калмыков, Е. Г. Лапухин

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: podobailova@yandex.ru

Организация лабораторных и практических работ с использованием космических аппаратов является инновационным включением в образовательный процесс и направлено на повышение качества образования, конкурентоспособности университета и обеспечением роста профессионального потенциала студентов. В работе показаны основные нюансы организации данного процесса.

Ключевые слова: инновации в образовании, студенческий центр управления полетами, спутник, телеметрия, лабораторная работа.

ORGANIZATION OF PRACTICAL AND LABORATORY WORKS OF STUDENTS

USING ACTIVE SATELLITS

V. A. Podobaylova, V. V. Abros'kin, R. V. Lapko, A. P. Kalmykov, E. G. Lapukhin

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: podobailova@yandex.ru

The organization of laboratory and practical work of students using spacecraft is an innovation in education and is aimed at improving the quality of education, the competitiveness of the university and ensuring the growth of the professional potential of students. In the paper shows the main features of the organization of this process.

Keywords: innovations in education, student mission control center, satellite, telemetry, laboratory work.

Одной из целей инноваций в образовании можно считать эволюцию образовательного процесса, при которой происходит развитие и улучшение форм и методов обучения. При этом инновационные изменения должны быть актуальными и желательно саморегулирующими. Исследовательская деятельность при университетах подразумевает наличие специализированных лабораторий, ресурсных центров общего пользования или структурных подразделений с возможным использованием их в образовательной деятельности. Таким подразделением является Студенческий центр управления полетами (СЦУП) Сибирского государственного университета науки и технологий им. М. Ф. Решетнева. СЦУП оснащен оборудованием для осуществления радиосвязи со студенческими и радиолюбительскими космическими аппаратами. Использование оборудования СЦУП и активных космических аппаратов в образовательной деятельности дает возможность изменить классический подход к планированию студентами выполнения лабораторных работ и получить соответствующие знания, навыки и умения.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 3

Так, в рамках дисциплины «Антенны и распространение радиоволн» студенты кафедры безопасности информационных технологий (БИТ) института информатики и телекоммуникаций выполняют лабораторные и практические работы на базе Студенческого центра управления полетами. Данная дисциплина разделена на два семестра. Задачей первого семестра является изучение распространения электромагнитных волн в пространстве, изучение характеристик различных видов антенн и принцип их работы. В практической части студенты выполняют расчет конструктивных параметров директорной антенны, изготавливают элементы антенны и выполняют их сборку. После изготовления измеряются характеристики антенн и проводятся пробные приемы сигналов с космических аппаратов. Также осуществляются тестовые сеансы любительской радиосвязи с использованием изготовленных антенн в соответствующем радиочастотном диапазоне.

Для выполнения работ во втором семестре студентам необходимо осуществить сбор информации по активным спутникам (радиочастота передачи, типы модуляции, кодирование сигнала и др.), рассчитать время радиовидимости (время прохода спутника), подобрать программное обеспечение, выбрать наземную конфигурацию оборудования, осуществить прием и декодирование сигнала. Основными источниками информации о спутниках являются сайты производителей, информационные ресурсы типа «SatNogs» [1], либо сайты радиолюбителей.

При выполнении цикла лабораторных работ студенты работают с метеорологическими (прием снимков поверхности Земли), студенческими или научными (прием телеметрии) и радиолюбительскими (радиосвязь) спутниками.

В целом, лабораторная установка состоит из двух сегментов: космического (спутник) и наземного (комплекс приемного оборудования). Отклонение от классического подхода к выполнению лабораторных работ заключается в том, что космический сегмент в наших лабораторных работах является вариативной частью, и студенты самостоятельно выбирают спутник и методы решения поставленных задач. Другой особенностью выполнения работ является то, что работы могут выполняться только во время прохода спутника, а это время не всегда совпадает с учебным расписанием. Для решения этой проблемы реализован удаленный доступ к оборудованию СЦУП.

Радиоприемное оборудование наземного сегмента реализовано в двух вариантах: а) трансивер IC-910H (предназначен для работы в качестве радиоприемного и радиопередающего устройства) и б) SDR-приёмник «RTL-SDR.blog v3» (предназначен для приёма радиосигналов в большом диапазоне частот). Возможность записать принимаемый сигнал (BaseBand) позволяет студентам работать с декодированием сигнала в режиме офлайн: время радиовидимости спутника составляет от 5 до 15 минут между проходами.

Конструктивно наземный сегмент состоит из антенной системы (две антенны с круговой поляризацией кросс-Уда-Яги, 145 МГц и 435 МГц), поворотного устройства, трансивера и ЭВМ.

Во время радиовидимости спутника в антенная система сопровождает космический аппарат под управлением одной из программами: «Orbitron», «Навигатор» или «Gpredict». Прием и обработка принимаемых сигналов или записи осуществляется в программах «SDR#» [2] или «GnuRadio» [3]. Демодулированный низкочастотный сигнал передаётся на виртуальную звуковую карту, а далее выполняется декодирование сигнала программой дешифратором. Для каждого спутника используется индивидуальное программное обеспечение (табл. 1).

Таблица 1

Типы модуляции и соответствие программ для выбранных спутников

Спутник Модуляция, скорость Программы

Funcube BPSK, 1200 bps gr-satellites, SDR#, GnuRadio, FUNcube-1 Dashboard v1044

Nayif BPSK, 1200 bps gr-satellites, SDR#, Gnu Radio, Nayif-1 Dashboard v1040

XW-2A, XW-2B CW 22wpm Fl-digi, XW-2A, -2B, -2C, -2D CW Telemetry Decoder

NOAA-15, 18, 19 APT SDR#, GnuRadio, WXTOIMG

Meteor M2 LRPT SDR#, LRPT-Decoder

Выполнение практических и лабораторных работ в СЦУП позволяет студентам университета (в частности студентам кафедры БИТ), наряду с получением знаний и практических навыков работы с телекоммуникационным оборудованием (трансивер, SDR-приёмник, изготовление антенны) также получить организационные навыки планирования эксперимента (лабораторной работы), самостоятельного выбора как сегментов оборудования для выполнения работы, так и методов выполнения работы. Полученные навыки в дальнейшем необходимы для инженерной, исследовательской деятельности и более глубокого изучения дисциплин, связанных с информационной безопасностью (кафедра БИТ).

Таким образом, инновационные включения в образовательную деятельность на примере лабораторных и практических работ с использованием активных спутников - это осмысленное изменение процесса обучения и направлено на повышение качества образования, конкурентоспособности университета и обеспечение роста профессионального потенциала студентов.

Библиографические ссылки

1. SatNOGS: Open Source global network of satellite ground-stations [Электронный ресурс]. URL: https://satnogs.org/ (дата обращения: 12.04.2022).

2. SDR# [Электронный ресурс]. URL: https://airspy.com/?ddownload=3130 (дата обращения: 12.04.2022).

3. GNU Radio project [Электронный ресурс]. URL: https://www.gnuradio.org/ (дата обращения: 12.04.2022).

© Подобайлова В. А., Аброськин В. В., Лапко Р. В., Калмыков А. П., Лапухин Е. Г., 2022