ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ 
ИНСТИТУТ ИНФОРМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ РАО
АДМИНИСТРАЦИЯ ГОРОДСКОГО ОКРУГА ТРОИЦК В ГОРОДЕ МОСКВЕ 
РЕГИОНАЛЬНЫЙ ОБЩЕСТВЕННЫЙ ФОНД НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБРАЗОВАНИИ «БАЙТИК»
АНО «ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБРАЗОВАНИИ» 
 XXV МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
 «ПРИМЕНЕНИЕ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБРАЗОВАНИИ»  
«ИТО-Троицк-2014»
25-26 июня 2014 года, г.Москва, г.о. Троицк

3D технологии для микроспутника "Чибис-М"

Автор: Васюник Артём Евгеньевич, Лауреат различных конференций и конкурсов по IT направлению среди школьников
Дом Научно - Техничского Творчества Молодежи
Представленный проект является продолжением начатой темы в 2013г. Анимационный фильм “Космические исследования Земли”, направленный на популяризацию космической тематики, полностью оправдал заявленные цели. Фильм оказался неожиданно востребованным. У меня произошло много встреч со специалистами по компьютерной графике и робототехническим системам из МАИ, преподавателями аэрокосмического факультете МВТУ им. Баумана, учеными ИКИ РАН, космонавтами, студентами и школьниками, мультипликаторами. Итогом этих встреч явилась новая, более технически насыщенная и углубленная по направлению трехмерного “сквозного проектирования”, работа. Проект выполнен на пике современных 3D-технологий. Результаты моей работы наглядно демонстрируют, что это под силу школьникам.

Основной целью  нового проекта является применение полного спектра 3D технологий для решении дизайнерских и инженерных прикладных задач. Выбор технической и космической тематики расширил рамки информационных технологий. Все части проекта объеденены  общим объектом: микроспутником «Чибис-М»[1]. Выбранный объект моделирования - значимый с инженерной стороны, уникальный по техническому исполнению  и по научной миссии космический аппарат.       Работе в трехмерном пространстве предшествовал длительный подготовительный исследовательский этап. Помимо освоения компьютерной графики, я прикоснулся к таким областям знаний, как устройство и назначение спутников и микроспутников, астрономии [2], земным проблем, изучаемым из Космоса[3]. Этот аспект проекта нацелен на популяризацию космической тематики.

  Проект состоит из трёх взаимосвязанных этапов, каждый из которых может рассматриваться как полноценный, самодостаточный продукт. Виртуальная модель микроспутника создана с сохранением фотореалистичности, по уровню детализации максимально приближена к реально существующему прототипу. На этом этапе реализованы задачи по обзору технических характеристик микроспутника и анимации подвижных узлов.

 Анимационный фильм  изначально планировался для визуализации вывода на орбиту микроспутника и демонстрации разворачивания рабочей апаратуры. Достоверные научные данные о миссии и устройстве микроспутника были творчески переосмыслены. Ролик вышел за границы компьютерного моделирования и стал полноценным медийным продуктом. Обучающее и  эмоциональное восприятие материала  усилено художественными средствами и звуковым рядом. Для участия в мероприятиях  международного уровня подготовлена англоязычная версия  анимационного фильма. Методика создания трёхмерной модели и анимационного фильма наглядно изложена в красочной интерактивной презентации и может быть использована, как методическое пособие.

   Итоговой частью общего проекта  является физическая копия спутника, созданная по разработанному  мной софту.  Макет спутника распечатан на базе Московского Авиационного Института  средствами прототипирования. Распечатка производилась на принтере Inspire D255.

Материалом послужил полимерный композит, запеченный в термопечи.

Процесс запекания длился 35 часов. Я непосредственно участвовал во всех процессах, связанных с подготовкой к распечатыванию макета.

При реализации  первых стадий проекта использовались средства компьютерного дизайна Blender[4].

   На окончательном этапе возникла необходимость перехода к использования средств конструкторского моделирования на базе SolidWorks. Сейчас я изучю эту инженерную программу. Следующие свои проекты я планирую выполнять уже средствами инженерной, а не дизайнерской графики.

 Использование инженерных инструментов твердотельного моделирования позволило получить корректные файлы для организации работы 3D принтера. Выбран оптимальный масштаб твердой копии спутника при сохранении требуемой точности.  Предварительно было распечатано несколько пробных образцов.Макет спутника является как дизайнерской, так и проектно-конструкторской разработкой. Позволяет оценивать не только внешний вид изделия, но и может быть использован при анализе оптимальности использования внутреннего пространства моделей.

  Мои виртуальные мечты поместились на ладони в виде миниатюрного двойника «Чибиса»! Для окончательного соответствия с космическим прототипом на макет установлены настоящие солнечные батареи и телескопические антенны. Складывающаяся аппаратура повторена пока в механическом варианте. В перспективе я планирую совершенно новый макет с автоматическим разворачиванием всех деталей на базе Arduino.

  Актуальность работы заключается в том, что дано наглядное представление о возможностях передовых технологий 3D и доступность их освоения школьниками. В свете космической тематики актуально направление, связанное с проектированием малоразмерных спутников.

В рамках выполнения проекта была полностью решена поставленная задача. Объединены технологии замкнутого цикла создания масштабных 3D макетов: средства и подходы при разработке виртуальной модели спутника, анимация его функционирования, интерактивный ролик, твердотельная модель. Предложен новый формат использования технологии 3Dпрототипирования.

 За счет совместного использования инструментов компьютерного дизайна и среды твердотельного моделирования удалось оптимизировать параметры модели для печати, сохранив при этом наглядность и удобство для визуального анализа прототипа.

Основной трудностью при выполнении проекта явились особенности совместимости форматов файлов при экспорте конечной модели из среды Blenderв программу SolidWorks. Решение этой проблемы позволило получить практический опыт в данном направлении. Приобретённые наработки могут быть использованы другими авторами при выполнении аналогичных проектов.

Мультимедийные приложения могут использоваться как наглядное пособие на уроках информатики  и астрономии в школе. Методика создания трёхмерной модели представляет интерес для обучающихся и начинающих работать в области компьютерной графики и 3D моделирования. Студентам  и специалистам 3Dмодель предлагается использовать для разработки виртуальных сценариев поведения микроспутника на орбите. Анимационный фильм привлекателен для любой возрастной аудитории за счёт доступной и эмоциональной формы подачи материала.

Копия фильма передана директору Мемориального музея космонавтики  космонавту Лазуткину А.И. в качестве виртуального экспоната. В Звёдном городке состоялась встреча с космонавтом А.Шкаплеровым, который подготавливал микроспутник к выводу на орбиту. Работа была горячо принята Валентиной Терешковой на Первом Всероссийском Форуме «Будущие интеллектуальные лидеры России» в Ярославле.

   Самым востребованным данный проект стал для учёных ИКИ РАН – создателей «Чибиса».  На международной научно-технической конференции, проводимой ИКИ РАН 3-7 февраля 2014 «Академический микроспутник «Чибис-М».Результаты, уроки, перспективы» доклад вызвал одобрение у научного сообщества по данному направлению. Текст доклада на русском и английском языке включен в сборник тезисов конференции[5].

Фильм “Космические исследования Земли размещен на официальном сайте ИКИ РАН[6].

Вполне возможно, что проекты о “Чибисе” будут иметь своё продолжение уже с аэрокосмическим уклоном. На сегодня ко мне поступают очень интересные предложения от специалистов. Одна из возможных тем: проектирование, планировка и оформление замкнутых пространств в условиях изначального дефицита свободного объема. С применением освоенных мною технологий поставлена задача поиска возможных конфликтов при размещении требуемых функциональных блоков и устройств. Обеспеченить необходимую балансировку масс  с сохранением возможности по ремонту и обслуживания всех агрегатов системы.

    Работа успешно апробирована на различных мероприятиях научно-технического и IT направлений.

Созданный руками учёных академический микроспутник «Чибис-М» на сегодняшний день исчерпал 150%заложенного ресурса. А значит, нас школьников ждут новые интересные проекты.

Я выражаю глубокую благодарность всем, кто помогал и горячо поддерживал мой проект:

Полянскому Виталию Викторовичу  - руководителю проекта, к.т.н., доценту  кафедры "Авиационные робототехнические системы" Московский Авиационный Институт (национальный университет);

Козловой Ирине Юрьевне - зав. отделом ИТ Дома научно-технического творчества молодежи ;

Сибиряковой Людмиле Павловне - руководителю центра «Базовые школы МАИ»;

Климову Станиславу Ивановичу – профессору,  Институт Космических исследований Земли  РАН;

Садовскому Андрею Михайловичу - к.ф.м..н., Институт Космических исследований Земли  РАН;

Ерёменко Галине Васильевне - к.п.н., руководителю программы «Объединённые Космосом», Звёздный городок;

Космонавтам Лазуткину Александру Ивановичу, Шкаплерову Антону Николаевичу, Терешковой Валентине Владимировне, астронавту Суните Уильямс

Скачать и просмотреть презентацию можно по ссылке:

https://drive.google.com/file/d/0BzrHZZn2CYbQcGR5ZHRyZkVHcHM/edit?usp=sharing

Ознакомиться с обновленной версией фильма “Космические исследования Земли можно по ссылке http://youtu.be/8f7wHoilu64

Список использованных источников
  1. Л.М. Зеленый, В.М. Готлиб и др., Академический микроспутник «Чибис-М», Препринт ИКИ М.: 2012. 25 c.
  2. «Космос вокруг нас» http://www.izmiran.ru/pub/izmiran/space-around-us/
  3. Л.М.Зеленый, В.М.Готлиб и др., тезисы «Исследование физических процессов при высотных грозовых разрядах», Всероссийская конференция по атмосферному электричеству. С-Петербург, 23-28 сентября 2012г.
  4. http://www.blender.org/
  5. http://www.iki.rssi.ru/books/2014chibis.pdf
  6. http://chibis.cosmos.ru/index.php?id=1858&L=fuhvgdupcirmmr
Вид представления доклада  Публикация
Уровень  Дополнительное образование детей
Ключевые слова  3D технологии, микроспутник, Чибис-М, Blender, SolidWorks, 3D моделирование, 3D печать, космос, космичекие исследования

В статусе «Черновик» Вы можете производить с тезисами любые действия.

В статусе «Отправлено в Оргкомитет» тезисы проходят проверку в Оргкомитете. Статус «Черновик» может быть возвращен тезисам либо если есть замечания рецензента, либо тезисы превышают требуемый объем, либо по запросу участника.

В статусе «Рекомендован к публикации» тезис публикуется на сайте. Статус «Черновик» может быть возвращен либо по запросу участника, либо при неоплате публикации, если она предусмотрена, либо если тезисы превышают требуемый объем.

Статус «Опубликован» означает, что издана бумажная версия тезиса и тезис изменить нельзя. В некоторых крайне редких ситуацих участник может договориться с Оргкомитетом о переводе тезисов в статус «Черновик».

Статус «Отклонен» означает, что по ряду причин, которые указаны в комментариях к тезису, Оргкомитет не может принять тезисы к публикации. Из отклоненных тезис в «Черновики» может вернуть только Председатель программного или председатель оргкомитета.