ТРИЗ-fest 2010 "Международный научный семинар «Проектирование космических станций 2010»

 

 
Автор: Рачкин Дмитрий Анатольевич, студент 5 курса МГТУ им. Баумана, кафедра «Аэрокосмические системы»
 
Введение
По приглашению Института космических систем Штутгартского университета (г. Штутгарт, Германия), в период с 23 июля по 31 июля 2010 года, я принимал участие в Международном научном семинаре «Проектирование космических станций 2010» («Space Station Design Workshop-2010»).
Семинар представлял собой интенсивный однонедельный междисциплинарный курс лекций и семинарских занятий (работа в проектной группе) с целью получения опыта в проектировании пилотируемых космических станций.
Все участники международного научного семинара были поделены на две конкурирующие команды («красную» и «синюю»), которые разрабатывали проекты по одному техническому заданию, выданному организаторами. В состав команд входили представители стран участниц Европейского космического агентства (ЕКА), не более двух представителей от страны, а также представители стран ведущих активную космическую деятельность, не входящих в ЕКА (США, Канада, РФ, Австралия). Численность команды: 16 человек. Возраст участников: 20-26 лет. Официальный язык семинара: английский. Семинар проводятся ежегодно с 1998 года. В этом году перед командами была поставленная задача разработать пилотируемый космический корабль (космическую станцию), предназначенный для полета к малым космическим телам Солнечной системы, в частности к астероиду 99942 Апофис. Результаты работы необходимо было представить в виде финального отчёта, объёмом около 100 страниц и финальной презентацией, длительностью 20 минут.
Семинар проводился по следующему плану:
1 день: вводные лекции, знакомство участников.
2 день: выдача задания, лекции, работа в командах по предоставленной методике, презентация концепции проекта перед экспертами и конкурирующей командой.
3 день: лекции, работа в командах по предоставленной методике, презентация концепции проекта перед экспертами.
4 день: лекции, работа в командах, разработка систем и подсистем.
5 день: работа в командах, разработка систем и подсистем, презентация проекта перед экспертами и конкурирующей командой, оформление финального отчёта.
6 день: оценка проектов, презентация проекта перед прессой, награждение участников.
Я принимал участие в работе «красной» команды.
Моим вкладом в результаты работы команды были: разработка конфигурации космического корабля: разделение по модулям, компоновка основных систем, определение стратегии сборки, разработка электронно-геометрической модели космического корабля, его визуализация в компьютерной программе трёхмерного проектирования (программа собственной разработки Университета г. Штутгарт, Германия), а также подготовка финального отчёта и финальной презентации по указанным направлениям.
В процессе работы были охвачены вопросы, связанные с постановкой целей и задач программы, определением стратегии реализации программы, постановкой требований к системам корабля; вопросы, связанные с конструированием, как отдельных систем, так и корабля в целом; вопросы, связанные с логистикой, оценкой бюджета проекта, степени международной кооперации.
Большое впечатление произвела методическая проработка работы семинара. Команды были обеспечены не только технической литературой и программами, необходимыми для определения облика систем космического корабля, но и указаниями по организации работы проектного коллектива. На начальном этапе работы процесс проектирования был формализован и сведен к алгоритму, при выполнении которого, обеспечивался прямой переход от общего замысла космического полёта к требованиям, предъявленным к техническим системам космического аппарата, необходимым для осуществления такого полета. В алгоритме используется метод мозгового штурма для генерации идей и морфологический анализ для разработки альтернативных концепций проекта космического корабля. Для оценки концепций привлекались эксперты из числа организаторов семинара (среди которых были два доктора наук). На каждый шаг алгоритма была выделена норма времени, что позволило с высокой точностью планировать работу команды. Каждому члену команды на время работы семинара был выдан персональный компьютер. Для организации взаимодействия между членами команды в процессе работы использовалась программное обеспечение на основе базы данных с графическим веб-интерфейсом, в которую каждый член команды вносил результаты своей работы. Это позволило быстро организовать процесс обмена техническими параметрами между специалистами, а так же контролировать темпы выполнения поставленной задачи и загрузку каждого члена команды в режиме реального времени. Особо следует выделить способ итоговой оценки проектов. Команды были разбиты на комитеты (5 человек, представители обеих команд и эксперт) по направлениям выполняемой работы. Участникам комитета в ходе дискуссии предлагалось выставить оценки проектам, по заранее определенным параметрам, его характеризующим. Это позволило выяснить все спорные аспекты и сделать процедуру оценки максимально прозрачной для участников, поскольку они сами принимали в ней участие.
В качестве примера подтверждающего уровень методической проработки семинара, представлена методика, которая предлагалась участником на начальной стадии работы над проектом.



Описание процесса проектирования
 
 
1.      Описаниезадач
Тщательно проанализируйте постановку задачи полёта
Ø Обозначьте первичные/вторичные задачи.
Ø Какие факторы космического полёта используются?
Ø Какие задачи вы считаете наиболее важными в процессе проектирования?
Ø Что в качестве результатов полёта хочет получить заказчик?
Запишите первичные/вторичные задачи.
 
 
 
2.      Установите и определите ограничения и требования
Основные задачи, найденные в шаге 1 ,должны быть сведены к числовым значения в описании требований
Возьмите каждую основную задачу и спросите: «Какие ограничения накладываются на выполнение полёта, при реализации этой задачи? Какие специфические требования предъявляются к выполняемому полёту, при осуществлении этой задачи?»
Для каждого найденного ограничения и требования повторите вышеназванные вопросы и найдите последующие ограничения. Делая так, установите требования, относящиеся к полёту и устройствам (например: задача может требовать полёта экипажа из Х космонавтов в течение Y дней, это сразу определяет требования к устройствам системы жизнеобеспечения для этого экипажа, достаточное количество энергии и т.д.)
Возьмите ограничения и требования, установленные в шаге 2: Если возможно переведите ограничения и требования в числовую форму (значение, диапазон).
Как минимум вам следует определить следующие статьи:
Ø Активность экипажа (число членов экипажа, частота смены экипажа)
Ø Требуемые размеры для жилой и рабочей зоны (объём, длительность полёта, …)
Ø Ресурсы для модулей (энергия, объём, …)
Ø Требования к сборке на орбите (автоматическая-роботизированная, с привлечением космонавтов)
Ø Требования безопасности и прочие (приемлемая радиационная обстановка для экипажа, …)
Создайте лист ограничений и требований для полёта и сгруппируйте их по теме, значимости  и важности. Подготовьте таблицу всех найденных ограничений и требований. В качестве примера:
#
Ограничение/
Требование
Объект/
значение
Изменение объекта
(д/н, диапазон)
Причина
Группа 1: Полёт
1.
Группа 2: Орбита
1.
Параметры орбиты
высота
наклонение
200км < h < 600км, д
0° < i < 60°, д
Грузоподъёмность ракеты-носителя
Приемлемая радиационная обстановка
2.
 
 
 
 
3.      Определите критерии оценки
Как можно оценить систему? Какие функциональные параметры могут быть взяты для оценки проекта и контроля над процессом проектирования? Для примера:
Ø Уровень радиационного фона по отношению к массе радиационной защиты
Ø Время пребывания экипажа на станции в год
Ø Год начала выполнения специальных функций (первый пилотируемый полёт к астероиду, первая высадка космонавта на поверхность астероида)
Сравните задание заказчика и вашу таблицу требований. Выберите подходящие критерии оценки:
Ø Простые в подсчёте
Ø Отражённые в задании, поставленном заказчиком
Ø Ссылающиеся на основные параметры проекта (масса, энергия, экипаж)
 
 
 
4.      Разработайте альтернативные концепции проекта
Выработайте идеи, как выполнить задачу поставленную заказчиком (мозговой штурм и фильтрация, поиск рационального). Установите возможные решения и внесите их в морфологическую таблицу. Для примера:
Используемые
ракеты-носители
Среднего класса
Тяжёлого класса
Сверхтяжёлого класса
 
Размер экипажа
2 человека
3 человека
4 человека
 
Внекорабельная деятельность
На низкой околоземной орбите
В точке либрации
Нет
 
Система электропитания
Солнечная батарея
Аккумуляторы
Ядерный реактор
Солнечный концентратор
 
 
Альтернативное решение
 
Забракованное решение
 
Основное решение
                       
 
Каково ваше предложение?  Обратитесь ко всем значимым элементам проекта:
Ø Возможная конфигурация корабля (например: членение на модули)
Ø Запуски и обслуживание
Ø Выбор объекта исследования
Ø 
Для каждого обозначенного выше элемента, выделите основное решение в таблице.
Выберите основную концепцию проекта
 
 
5.      Предварительная оценка концепции проекта
Сделайте презентацию задач проекта и основных требований перед экспертами
Сделайте презентацию своих критериев оценки перед экспертами
Сделайте презентацию своих идей перед заказчиком, предназначенных для решения его задач
Презентация не должная длиться более чем 10 минут. Вы должны ответить на все заданные вам вопросы
 
 
 
6.      Выбор основной концепции проекта
Проанализируйе результаты оценки:
Ø Были ли ограничения, требования изменены в соответствии с предписаниями заказчика?
Ø Остаётся ли концепция совместима с ограничениями /требованиями.
Ø Пересмотрите альтернативные концепции и определите новую основную концепцию, если необходимо.
Уточните ваши требования и ограничения к элементам проекта.
Определите и утвердите основную концепцию, т.е. непротиворечивые ограничения на проект и его составляющие, включая требования в числовом выражении, например:
Экипаж
3 человека
Выбранная цель
Астероид Апофис
Сборка корабля
На низкой околоземной орбите: H=350 км, i=52°
Доставка элементов корабля на орбиту сборки
ATLAS V x4, Falcon9 Heavy x4,
Союз ФГ x1 (для экипажа)
И т.д.

 

Заключение
По результатам посещения Института космических систем Штутгартского университета можно сделать следующие выводы:
·      Университет города Штутгарта осуществляет многодисциплинарную подготовку специалистов для космической отрасли на очень высоком уровне. В учебный план включен не только материал, касающийся изучаемых технических систем, но а также материал, содержащий современные методики проектирования, постановки и решения задач.
·      Приведенная методика позволяет строго упорядочить процесс проектирования. Что особенно важно на начальном этапе разработки проекта, подразумевающего последующее деление, с выдачей задания на разработку его подсистем, поскольку цена ошибки допущенной в самом начале, передаваемой по цепочке сверху-вниз, становится очень высокой.

 

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Subscribe to Comments for "ТРИЗ-fest 2010 &quot;Международный научный  семинар «Проектирование космических станций 2010» "