Дополнительная образовательная программа по космическим, спутниковым и инженерным технологиям на базе кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ МИСИС

Программа направлена на формирование у обучающихся знаний, навыков и умений, необходимых для эффективного проектирования, моделирования и экспериментальной отработки полезной нагрузки малых космических аппаратов (CubeSat, микроспутники) на основе полупроводниковых преобразователей энергии.
Курс охватывает полный цикл создания бортовых систем: от знакомства с архитектурой и целевыми задачами малых космических аппаратов, изучения бортовых датчиков, систем ориентации, связи и дистанционного зондирования Земли до разработки и доводки полезных нагрузок до уровня, пригодного для интеграции в летный образец. Слушатели знакомятся с перспективными полупроводниковыми материалами для космической энергетики, включая перовскитные солнечные батареи, их свойствами, технологией создания и методами исследования.
Особое внимание уделяется обеспечению работоспособности радиоэлектронной аппаратуры и электронной компонентной базы в условиях воздействия ионизирующего излучения космического пространства: физике дозовых и структурных эффектов, одиночным радиационным эффектам, методам защиты и испытаний. Помимо этого рассмотрены методы исследования полупроводниковых преобразователей энергии.
Обучение проходит в смешанном формате: лекции читаются онлайн, практические занятия проводятся офлайн с использованием конструктора «ОрбиКрафт 3D». В конце курса слушатели проходят итоговый тест. Такой подход позволяет сформировать практические компетенции для работы в сфере космического приборостроения и создания радиационно-стойкой бортовой аппаратуры.
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 для получения удостоверения о повышении квалификации установленного образца.

Модуль 1. Основы спутникостроения на базе конструктора ОрбиКрафт 3D и комплекса имитаторов космической среды Терра
1.1 Обзор конструктора ОрбиКрафт 3D, в том числе магнитометр и датчик угловой скорости, солнечные датчики, интерфейсы. Houston Application, Houston Serves, Houston Telnet. Принципы ориентации и стабилизации УКВ и ВЧ связь. ДЗЗ с помощью камеры ОрбиКрафт 3D (лекция)
1.2. Комплекс имитаторов космической среды Терра. Знакомство с приложением дополненной реальности «Terra AR». Тестирование комплекса «Терра» и конструктора спутника ОрбиКрафт 3D. Полезные нагрузки на базе конструктора ОрбиКрафт 3D (лекция)

Модуль 2. Разработка полезных нагрузок на базе конструктора ОрбиКрафт 3D
Доведение полезных нагрузок, разработанных на базе ОрбиКрафт 3 до летных образцов 
2.1. Разработка полезных нагрузок на базе конструктора ОрбиКрафт 3D. Доведение полезных нагрузок, разработанных на базе ОрбиКрафт 3 до летных образцов (практическое занятие)

Модуль 3. Перовскитные солнечные батареи (технологии создания, сферы применения, методы исследования и т.д.)
3.1. Особенности полупроводниковых свойств (лекция)
3.2. Технология создания перовскитных солнечных батарей (лекция)
3.3. Методы исследования перовскитных солнечных батарей (лекция)
3.4. Применение перовскитных солнечных батарей в космосе и аэронавтике (лекция)

Модуль 4. Обеспечение работоспособности РЭА в условиях воздействия ИИ КП
4.1. Ионизирующие излучения космического пространства (лекция)
4.2. Дозовые эффекты и эффекты смещений, расчет локальных дозовых нагрузок, способы защиты и испытаний (лекция)
4.3. Одиночные эффекты, методы защиты и испытаний (лекция)
4.4. Практические аспекты подтверждения и обеспечения стойкости РЭА к ИИ КП (лекция)

Модуль 5. Радиационная стойкость ЭКБ космического применения
5.1. Ионизационные дозовые эффекты в ЭКБ при воздействии ионизирующего излучения космического пространства (ИИ КП).
5.2. Дозовые эффекты структурных повреждений в ЭКБ при воздействии ИИ КП
5.3. Одиночные радиационные эффекты в ЭКБ при воздействии ИИ КП
5.4. Радиационные испытания ЭКБ космического применения

Модуль 6. Методы исследования полупроводниковых преобразователей энергии
6.1. Электрические характеристики полупроводниковых преобразователей энергии
6.2. Переходные характеристики полупроводниковых приборов
6.3. Структура и свойства материалов
6.4. Радиационные эффекты в полупроводниковых устройствах
 

В результате освоения курса у обучающихся формируются следующие компетенции:
Знать: 
•    архитектуру, состав и интерфейсы конструктора «ОрбиКрафт 3D;
•    назначение и функциональные возможности программного обеспечения Houston Application для управления спутниковой платформой;
•    основные принципы ориентации, стабилизации малых космических аппаратов, а также организации УКВ/ВЧ связи и систем дистанционного зондирования Земли.
•    назначение и возможности комплекса имитаторов космической среды «Терра» и приложения дополненной реальности «Terra AR».
•    полупроводниковые свойства перовскитов и физические принципы их работы как фотоактивного материала;
•    технологические процессы создания перовскитных солнечных батарей, включая методы нанесения активных слоёв и формирования транспортных слоёв.
•    основные методы исследования перовскитных солнечных батарей: электрические (вольт-амперные характеристики, спектральная чувствительность) и структурные;
•    особенности применения перовскитных солнечных батарей в космической и аэрокосмической отрасли, включая вопросы радиационной стойкости и долговременной стабильности.
•    состав и характеристики ионизирующих излучений космического пространства (потоки электронов, протонов, тяжёлых ионов) и их воздействие на полупроводниковые структуры;
•    физические механизмы дозовых эффектов (накопление заряда в диэлектриках, образование интерфейсных ловушек) и эффектов структурных повреждений (дефекты смещения) в ЭКБ;
•    механизмы одиночных радиационных эффектов и методы защиты от ниx;
•    нормативные документы и стандарты в области радиационной стойкости ЭКБ;
•    методологию проведения радиационных испытаний ЭКБ космического применения и критерии оценки стойкости;
•    методики измерения электрических характеристик полупроводниковых преобразователей энергии (вольт-амперные характеристики, выходная мощность, эффективность, коэффициент заполнения);
•    принципы измерения и анализа переходных характеристик полупроводниковых приборов;
•    современные методы исследования структуры и свойств полупроводниковых материалов: сканирующую электронную микроскопию (СЭМ);
•    рентгеноструктурный анализ (РСА), рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию (РФЭС), фотолюминесценцию (ФЛ), спектроскопию импеданса;
•    физические механизмы радиационных эффектов в полупроводниковых; устройствах и их влияние на эксплуатационные параметры преобразователей.

Уметь:
•    работать с конструктором «ОрбиКрафт 3D»: подключать датчики, настраивать интерфейсы и проводить базовые эксперименты по ориентации и сбору данных;
•    разрабатывать и доводить полезные нагрузки на базе конструктора «ОрбиКрафт 3D» до уровня прототипа, пригодного для интеграции в летный образец микроспутника;
•    анализировать и интерпретировать результаты электрических и структурных исследований перовскитных фотоэлементов;
•    оценивать влияние различных факторов (температура, облучение, влажность) на эффективность и стабильность перовскитных солнечных батарей;
•    сравнивать перовскитные преобразователи с традиционными (кремний, арсенид галлия) по ключевым параметрам для космического применения;
•    оценивать влияние дозовых эффектов и эффектов смещения на ключевые параметры полупроводниковых приборов (пороговое напряжение, токи утечки, сопротивление канала);
•    выбирать методы защиты от радиационного воздействия;
•    проводить измерения электрических и переходных характеристик полупроводниковых преобразователей и интерпретировать полученные данные;
•    сопоставлять результаты электрических измерений с данными структурной диагностики для выявления причин деградации и потери эффективности.
•    .

Владеть:
•    навыками практической работы с конструктором спутника «ОрбиКрафт 3D».
•    методами оценки качества перовскитных плёнок и готовых фотоэлектрических элементов по результатам структурной и оптической диагностики;
•    методами расчёта ресурса полупроводниковых преобразователей на основе данных радиационных испытаний и моделирования деградации;
•    навыками работы с измерительным оборудованием для характеризации полупроводниковых преобразователей (источники питания, мультиметры, солнечные симуляторы);
•    методами обработки и интерпретации результатов исследований.