Kosmické inženýrství

Vztahy:

Podmínkou zápisu na předmět B9M37KIN je, že student si nejpozději ve stejném semestru zapsal příslušný počet předmětů ze skupiny BEZBM

Předmět je ekvivalentní s B3M37KIN .

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra radioelektroniky

Anotace:

Předmět studenty seznamuje se základy fyziky kosmického prostředí a s technologiemi používanými v kosmických systémech, tělesech a nosičích a s metodami sloužícími pro návrhy a přípravy kosmických misí. Předmět zahrnuje detailní popis přístrojového vybavení kosmických těles a jeho odolnosti na vnější vlivy kosmického prostředí, rozbor přístrojů a systémů pro kosmická tělesa a metody jejich testování. Poskytne základní přehled o trajektoriích kosmických těles a jejich aplikacích. Předmět se rovněž zabývá optoelektronikou v kosmických systémech, užívaným senzorům, jejich modelování a popisu. Rozebírá principy souvisejících výpočtů, simulací a jejich zpracování.

Požadavky:

Fyzika na bakalářské úrovni, základy Matlabu a C/C++

Osnova přednášek:

1. Kosmická fyzika. Podmínky kosmického prostředí a jeho specifika. Vakuum. Kosmické záření a částice a jejich variace s časem a místem. Van Allenovy radiační pásy, magnetosféra, ionosféra, impakty mikrometeroroidů a debris. Základy astronomie a kosmologie.

2. Vznik a vývoj vesmíru, teorie relativity. Galaxie, aktivní galaxie, supernovy, pulzary, kvazary, gama záblesky, rudý posuv, stáří vesmíru. Kosmické pozaďové záření. Sluneční soustava a planetární a kometární mise.

3. Kosmické materiály a technologie. Jejich chování ve specifickém prostoru (vakuu), charging a outgasing a optimalizace. Radiační interakce s materiálem, radiační efekty.

4. Družice a kosmické sondy. Základní kategorie, aplikace a jejich design. Zdroje elektrické energie. Termální ochrana. Návrh kosmických misí. Landery a orbitery.

5. Palubní zařízení družic a kosmických sond a jejich design. Pozemní segment. Data handling a transmise, telemetrie. Piko a nanosatelity.

6. Dynamika letu satelitu. Linearizace, lineární analýza, póly, módy.

7. Stabilizace a řízení orientace pomocí trysek, reakčních kol, rotací.

8. Problém desaturace reakčního kola. Kooperativní řízení založené na kombinaci trysek a reakčních kol.

9. Stabilizace orientace během translačních manévrů.

10. Kosmická elektronika a její specifika. Software a programy pro kosmické lety a projekty. Jejich specifika a aplikace. Testy kosmických systémů a přístrojů. Testovací podmínky a kritéria. TRL palubních systémů a přístrojů.

11. Kosmické transportní prostředky, nosné rakety, raketoplány a alternativní transportní kosmické systémy. Princip raket na kapalná a pevná paliva, hybridní rakety. Vhodné orbity a trajektorie kosmických těles s ohledem na specifické aplikace, Lagrangeovy body. Flyby.

12. Kosmické lety s lidskou posádkou a jejich specifika zejména s ohledem na technické zabezpečení a požadavky na palubní systémy. Kosmické lodě a orbitální stanice. Dlouhodobé pilotované lety, pilotované měsíční a planetární mise.

13. Kosmická optika. Optoelektronické systémy pro vesmír. Optické, rentgenové, infračervené, rádiové, a gama teleskopy, kamery a systémy. Jejich ochrana před vlivy kosmického prostoru, shielding.

14. Kosmické navigace a telekomunikace. Dálkový průzkum, jeho druhy a využití. Multispektrální snímky a jejich aplikace.

Osnova cvičení:

Laboratorní cvičení v rámci první poloviny semestru budou zaměřena na praktická ověření základních principů

kosmické přístrojové techniky, dílčích systémů a subsystémů a metod návrhu kosmických misí. V rámci druhé poloviny budou vytvořeny skupiny studentů po 2-3, které následně budou řešit úlohy z oblasti vyučované látky. Na úloze budou pracovat společně s cvičícím tak, aby na konci semestru mohli prezentovat řešení formou krátké prezentace (cca 10 min.). V rámci cvičení budou rovněž organizovány exkurze.

Cíle studia:

Studenti získají znalosti odpovídající úvodu do kosmické fyziky a do kosmického inženýrství.

Studijní materiály:

[1] Maimi A. K., Agrawal V.: Satellite technology-principles and applications, Wiley 2007, ISBN: 978-0-470-03335-7

[2] Fortescue P.,Stark J., Swinerd G.: Spacecraft systems engineering, 3rd edition, Wiley 2003, ISBN: 978-0-470-85102-9

[3] Tribble, Alan C.: Space Environment Implications for Spacecraft Design. Princeton University Press 2003, ISBN: 978-0-69-110299-3

Poznámka:

Další informace:

https://moodle.fel.cvut.cz/course/B9M37KIN

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: