ДОП ПК для разработки студенческого малого космического аппарата для оценки работоспособности перспективных ПП структур и изделий в условиях космического пространства в рамках ФП «Кадры для космоса»

Программа направлена на формирование у обучающихся знаний, навыков и умений, способствующих эффективному проектированию, разработке и испытаниям полупроводниковых приборов и систем электропитания для малых космических аппаратов (МКА).
Космическая полупроводниковая электроника – одно из наиболее перспективных и динамично развивающихся направлений современной космической отрасли. В рамках курса слушатели познакомятся с архитектурой и целевыми задачами малых космических аппаратов, факторами космического пространства, влияющими на полупроводниковые приборы, а также научатся выбирать оптимальные материалы и конструктивные решения для создания радиационно-стойкой бортовой аппаратуры.
Курс охватывает ключевые направления космической электроники: физические принципы работы и технологии получения перспективных полупроводниковых материалов (перовскиты, оксид галлия, широкозонные полупроводники), проектирование систем электропитания на основе перовскитных солнечных батарей и бетавольтаических элементов, разработку схемотехники и программирование бортовых компьютеров, а также методы диагностики, стендовых и летных испытаний электронных модулей. Обучение проходит в формате лекций, практических занятий и семинаров с итоговой защитой проекта, что позволяет сформировать практические компетенции для работы в сфере космического приборостроения.
Объём программы – 144 часа.
 

Обучение реализуется в смешанном формате: теоретический блок представлен в виде онлайн-лекций, а практические занятия проводятся офлайн (в аудиториях). Итоговым контролем освоения программы выступает финальный тест, позволяющий объективно оценить уровень знаний и готовность слушателей к применению полученных компетенций на практике. Успешное прохождение теста является обязательным условием допуска к защите выпускной квалификационной работы (ВКР). ВКР выполняется в форме группового реферата.

Модуль 1. Введение в космическую полупроводниковую электронику. Введение в малые космические аппараты: классификация, целевые задачи, перспективы развития
1.1. Введение в малые космические аппараты: классификация, целевые задачи, перспективы развития (лекция)
1.2. Факторы космического пространства: радиация, вакуум, термоциклирование. Влияние на полупроводниковые приборы (лекция)
1.3. Обзор перспективных полупроводниковых материалов: перовскиты, оксид галлия, широкозонные полупроводники (лекция)
1.4. Применение перовскитных солнечных батарей и бетавольтаических элементов в космической энергетике (лекция)
1.5. Физические принципы работы фотоприемников на основе Ga₂O₃

Модуль 2. Полупроводниковые материалы и приборы 
2.1. Методы получения эпитаксиальных структур Ga₂O₃ для фотоприемников (лекция)
2.2. Бетавольтаические элементы: принцип действия, материалы источников бета-излучения, конструктивные решения (лекция)
2.3. Технологии синтеза и осаждения перовскитных пленок для фотоэлектрических преобразователей (практическое занятие)
2.4. Методы диагностики полупроводниковых структур: SEM, XRD, Raman-спектроскопия (практическое занятие)
2.5. Электрофизические измерения: вольт-амперные характеристики, фоточувствительность, эффективность преобразования (практическое занятие)

Модуль 3. Проектирование малых космических аппаратов 
3.1. Архитектура малого космического аппарата: подсистемы электропитания, управления, связи, терморегулирования (лекция)
3.2. Проектирование системы электропитания на основе перовскитных солнечных батарей (лекция)
3.3. Термомеханическое моделирование: анализ напряжений и деформаций в условиях космического пространства (лекция)
3.4. Цифровые технологии проектирования МКА: CAD-системы для 3D-моделирования компоновки (практическое занятие)
3.5. Интеграция бетавольтаических элементов в бортовую систему электропитания (практическое занятие)

Модуль 4. Бортовая электроника и полезная нагрузка
4.1. Архитектура бортовой цифровой аппаратуры: микроконтроллеры, интерфейсы, обработка данных (лекция)
4.2. Системы сбора и хранения научных данных от полезной нагрузки (лекция)
4.3. Разработка схемотехники для фотоприемников на Ga₂O₃: согласование, усиление, оцифровка сигнала (практическое занятие)
4.4. Программирование бортового компьютера МКА: сбор телеметрии с полупроводниковых структур (практическое занятие)
4.5. Наземные испытания электронных модулей: термовакуумные испытания, вибропрочностные испытания (практическое занятие)

Модуль 5. Экспериментальные исследования и испытания
5.1. Методология проведения летных экспериментов по оценке работоспособности полупроводниковых структур (лекция)
5.2. Исследование деградации Ga₂O₃-фотоприемников при воздействии протонного и гамма-излучения (лекция)
5.3. Стендовые испытания бетавольтаических элементов: измерение выходной мощности, стабильность параметров (практика)
5.4. Разработка программы и методики испытаний перовскитных солнечных батарей в условиях радиации (семинар)
5.5. Анализ и интерпретация экспериментальных данных: методы статистической обработки (семинар)

Модуль 6. Проектная работа и подготовка к запуску
6.1. Интеграция полезной нагрузки в состав МКА: компоновка, электромонтаж, обеспечение радиационной стойкости (практическое занятие)
6.2. Предполетные испытания МКА в сборе: вибрационные, функциональные (практическое занятие)
6.3. Оформление конструкторской и эксплуатационной документации в соответствии с космическими стандартами (семинар)
6.4. Защита проектов: представление разработанных МКА и результатов экспериментальных исследований (семинар)
6.5. Подготовка заявок на конкурсы и гранты: УМНИК, Студенческий стартап, стипендиальная программа «Система» (семинар)
 

В результате освоения курса у обучающихся формируются следующие компетенции:
Знать: 
•    классификацию и целевые задачи малых космических аппаратов (МКА), перспективы развития рынка CubeSat и микроспутников;
•    основные факторы космического пространства и механизмы их влияния на деградацию полупроводниковых приборов;
•    физические принципы работы и конструктивные особенности перспективных полупроводниковых материалов;
•    принцип действия бетавольтаических элементов, их энергетические характеристики и типы источников бета-излучения;
•    методы синтеза и осаждения тонких пленок;
•    архитектуру МКА: состав и назначение подсистем электропитания;
•    принципы компоновки МКА и требований к радиационной стойкости;
•    методы термомеханического моделирования для анализа напряжений и деформаций конструкций;
•    основы оформления конструкторской документации;
•    методы статистической обработки экспериментальных данных для интерпретации ВАХ, фоточувствительности и оценки деградационных изменений.

Уметь:
•    выбирать полупроводниковый материал для конкретной задачи МКА (энергопитание, детектирование, связь) с учетом радиационных и тепловых факторов;
•    планировать эксперимент по синтезу и осаждению функциональных пленок для фотоэлектрических преобразователей;
•    проводить диагностику полученных структур с использованием методов SEM (растровая электронная микроскопия), XRD (рентгеноструктурный анализ) и Raman-спектроскопии;
•    выполнять расчет электрофизических параметров фотоприемников;
•    разрабатывать 3D-модель компоновки МКА с использованием CAD-систем;
•    проектировать систему электропитания (СЭП) МКА с интеграцией перовскитных солнечных батарей и бетавольтаических элементов;
•    интегрировать полезную нагрузку в состав МКА, обеспечивая электромонтаж и радиационную защиту;
•    программировать бортовой компьютер МКА, настраивать системы сбора и хранения научных данных на борту;
•    проводить стендовые испытания полезной нагрузки;
•    участвовать в проведении предполетных испытаний МКА в сборе (вибрационные, функциональные, термовакуумные);
•    оформлять конструкторскую и эксплуатационную документацию в соответствии с космическими стандартами;
•    готовить заявки на грантовые конкурсы (УМНИК, Студенческий стартап, программа «Система») для финансирования проектов по МКА.

Владеть:
•    умение работать с лабораторным оборудованием: источники питания, мультиметры, осциллографы, спектроанализаторы, измерители ВАХ;
•    умение проведения измерений фоточувствительности и эффективности преобразования солнечных батарей на имитаторе солнечного излучения;
•    умение обрабатывать и визуализировать экспериментальные данные с использованием методов статистической обработки (построение графиков, расчет погрешностей, корреляционный анализ, регрессионный анализ);
•    умение составление микроконтроллерного кода для опроса датчиков и сбора телеметрии;
•    умение работать с протоколами передачи данных (I2C, SPI, UART) для связи между подсистемами МКА;
•    умение командной работы в междисциплинарной проектной группе;
•    умение создавать презентации и проводить публичную защиту проектных решений.