Сегодня, 12 апреля, День космонавтики, а ещё — десятилетний юбилей создания симулятора и турнира «Орбита», ставшего одним из прародителей Национальной технологической олимпиады (НТО). На этом турнире школьники соревновались на одноимённом образовательном игровом космическом симуляторе. Лидер команды, создавшей первые версии симулятора «Орбита», Алексей Федосеев, компания «Образование будущего» и активные разработчики Илья Тагунов и Николай Сафронов в честь памятной даты выложили в открытый доступ код двух версий симулятора. Первая моделирует посадку космического аппарата на различные планеты, а вторая — миссии на околоземной орбите. А ещё Алексей Федосеев поделился с читателями нашего журнала воспоминаниями о создании симулятора и турнира и запуске НТО.
Наталия Саюкина: Расскажите, как начиналась история «Орбиты»? Как этот проект связан с НТО?
Алексей Федосеев: История первых космических профилей НТО и выложенного сегодня в открытый доступ симулятора «Орбита» началась 10 лет назад, когда мы ещё не занимались Кружковым движением. Мы с друзьями занимались разработкой STEM-игр [прим. ред.: Science, Technology, Engineering and Mathematics], то есть игр, посвящённых науке и инженерии, чтобы вовлекать школьников в эти области.
Одним из наших проектов стал симулятор «Орбита». Идею его первой версии мы придумали и реализовали вместе с Николаем Сафроновым, который хорошо разбирается и в играх, и в физике. Потом к нам присоединился замечательный электронщик Илья Тагунов, который добавил в симулятор много новых идей, а также реализовал возможность писать программы полёта на языке Python. Известный популяризатор космоса и инженер Александр Шаенко также помог нам с несколькими расчётными моделями. Большую поддержку нам тогда оказали компания «Образование будущего», команда под руководством Станислава Карпенко (первая в России частная космическая компания СПУТНИКС) и Агентство стратегических инициатив (АСИ).
Н.С.: В чём была главная идея вашего симулятора?
А.Ф.: Идея «Орбиты» была в том, чтобы каждый школьник мог попробовать сконструировать и запустить космический корабль, выполнить с его помощью самую настоящую миссию на далёкой планете. В первой версии симулятора ребята последовательно проходили через четыре миссии, шедших с усложнением: на Луне, Марсе, Меркурии и Венере. Для посадки на Луну требовалось сделать простые расчёты и дополнить программу полёта. На Марсе, в отличии от Луны, уже есть атмосфера, хоть и не такая плотная, как на Земле, поэтому для посадки на него требовалось провести более хитрые расчёты, а также использовать парашюты и другие приспособления. Сложнее всего было посадить корабль на Венеру. Там было необходимо учитывать много факторов и собирать подходящую модель корабля из предложенных компонентов: научного оборудования, генераторов, аккумуляторов… Участникам нужно было полностью спроектировать аппарат, написать программы полета, а затем анализировать телеметрию, чтобы разобраться с тем, что же случилось на далёкой планете.
При этом наш симулятор совсем не был похож на детские компьютерные игры, в которых ракета красиво летит среди звёзд, а игрок управляет с помощью клавиш. Напротив, всё было «по хардкору»: участникам требовалось рассчитать траекторию полёта корабля и работу его систем во времени, а на выходе симулятор давал пользователю данные об изменении параметров в виде графиков и текста с цифрами. В лучшем случае аппарат мог прислать фото того, что корабль видит вокруг. Таким образом, пользователь работал в симуляторе как в космическом инженерном проекте, с поправками на упрощение физических моделей.
Алексей Федосеев: История первых космических профилей НТО и выложенного сегодня в открытый доступ симулятора «Орбита» началась 10 лет назад, когда мы ещё не занимались Кружковым движением. Мы с друзьями занимались разработкой STEM-игр [прим. ред.: Science, Technology, Engineering and Mathematics], то есть игр, посвящённых науке и инженерии, чтобы вовлекать школьников в эти области.
Одним из наших проектов стал симулятор «Орбита». Идею его первой версии мы придумали и реализовали вместе с Николаем Сафроновым, который хорошо разбирается и в играх, и в физике. Потом к нам присоединился замечательный электронщик Илья Тагунов, который добавил в симулятор много новых идей, а также реализовал возможность писать программы полёта на языке Python. Известный популяризатор космоса и инженер Александр Шаенко также помог нам с несколькими расчётными моделями. Большую поддержку нам тогда оказали компания «Образование будущего», команда под руководством Станислава Карпенко (первая в России частная космическая компания СПУТНИКС) и Агентство стратегических инициатив (АСИ).
Н.С.: В чём была главная идея вашего симулятора?
А.Ф.: Идея «Орбиты» была в том, чтобы каждый школьник мог попробовать сконструировать и запустить космический корабль, выполнить с его помощью самую настоящую миссию на далёкой планете. В первой версии симулятора ребята последовательно проходили через четыре миссии, шедших с усложнением: на Луне, Марсе, Меркурии и Венере. Для посадки на Луну требовалось сделать простые расчёты и дополнить программу полёта. На Марсе, в отличии от Луны, уже есть атмосфера, хоть и не такая плотная, как на Земле, поэтому для посадки на него требовалось провести более хитрые расчёты, а также использовать парашюты и другие приспособления. Сложнее всего было посадить корабль на Венеру. Там было необходимо учитывать много факторов и собирать подходящую модель корабля из предложенных компонентов: научного оборудования, генераторов, аккумуляторов… Участникам нужно было полностью спроектировать аппарат, написать программы полета, а затем анализировать телеметрию, чтобы разобраться с тем, что же случилось на далёкой планете.
При этом наш симулятор совсем не был похож на детские компьютерные игры, в которых ракета красиво летит среди звёзд, а игрок управляет с помощью клавиш. Напротив, всё было «по хардкору»: участникам требовалось рассчитать траекторию полёта корабля и работу его систем во времени, а на выходе симулятор давал пользователю данные об изменении параметров в виде графиков и текста с цифрами. В лучшем случае аппарат мог прислать фото того, что корабль видит вокруг. Таким образом, пользователь работал в симуляторе как в космическом инженерном проекте, с поправками на упрощение физических моделей.
Другим важным плюсом «Орбиты» стало то, что симулятор предназначался для использования не одним человеком, а командой. Как в реальности для одного космического аппарата разные инженеры работают над разными подсистемами и параметрами, так и в нашем симуляторе один участник команды должен был рассчитать посадку космического аппарата, второй — понять соотношение генерации энергии и её расхода, и т.д. Задача получилась многофункциональной, без команды решить её было очень сложно.
Н.С.: Как прошли первые турниры «Орбита»?
А.Ф.: Мы начали использовать эту игру на мероприятиях для школьников Москвы в 2013 году, а первый полноценный турнир на этом симуляторе прошёл в 2014 году в честь Дня космонавтики в старой московской «Точке кипения». В нём поучаствовало около 30 школьников, и нас очень воодушевил его итог. Мы стали использовать «Орбиту» и в школах, и на летних школах «Лифта в будущее» [прим. ред.: всероссийская программа профориентации и обучения], и для занятий с учителями. Мы с командой приезжали на площадку, проводили занятия на симуляторе, а после него устраивали рефлексию, обсуждали интерес и сложности инженерной работы, освоения космоса.
А в 2014 и 2015 годах мы уже организовывали Всероссийские турниры по моделированию космических аппаратов «Орбита». Их первый тур проходил онлайн, поэтому нашу задачу в симуляторе смогли решить ребята со всей страны. А финал проходил в Московском государственном машиностроительном университете, который тогда ещё не был Московским Политехом, зато там уже работал Дмитрий Земцов [прим. ред.: сейчас — проректор НИУ ВШЭ, лидер рабочей группы НТИ «Кружковое движение»]. Ребят на всероссийских турнирах «Орбита» было гораздо больше, чем в ранних запусках, а нашим первыми всероссийскими победителями стали ученики московской школы «Интеллектуал».
Н.С.: Как прошли первые турниры «Орбита»?
А.Ф.: Мы начали использовать эту игру на мероприятиях для школьников Москвы в 2013 году, а первый полноценный турнир на этом симуляторе прошёл в 2014 году в честь Дня космонавтики в старой московской «Точке кипения». В нём поучаствовало около 30 школьников, и нас очень воодушевил его итог. Мы стали использовать «Орбиту» и в школах, и на летних школах «Лифта в будущее» [прим. ред.: всероссийская программа профориентации и обучения], и для занятий с учителями. Мы с командой приезжали на площадку, проводили занятия на симуляторе, а после него устраивали рефлексию, обсуждали интерес и сложности инженерной работы, освоения космоса.
А в 2014 и 2015 годах мы уже организовывали Всероссийские турниры по моделированию космических аппаратов «Орбита». Их первый тур проходил онлайн, поэтому нашу задачу в симуляторе смогли решить ребята со всей страны. А финал проходил в Московском государственном машиностроительном университете, который тогда ещё не был Московским Политехом, зато там уже работал Дмитрий Земцов [прим. ред.: сейчас — проректор НИУ ВШЭ, лидер рабочей группы НТИ «Кружковое движение»]. Ребят на всероссийских турнирах «Орбита» было гораздо больше, чем в ранних запусках, а нашим первыми всероссийскими победителями стали ученики московской школы «Интеллектуал».
Задачи финала были сложнее отборочных, хотя в них ещё не использовалось «железо». Получалось, что выполняя задания первого тура, финалисты готовились к более сложным заданиям второго. По сути, эту модель, опробованную на турнирах «Орбита», мы потом реализовали в Олимпиаде НТИ (сейчас — НТО). Стало понятно, что это прикольно, это работает, и это можно использовать как точку включения школьников в новые технологии.
Н.С.: Как произошёл переход от турниров со спутниками к многопрофильной олимпиаде?
После турнира в 2015 году у нас появилась идея сделать олимпиаду уже по нескольким тематикам – так появилась Олимпиада НТИ. Для каждого направления собралась своя команда, а команда, работавшая над «Орбитой», сделала профиль «Системы связи и дистанционного зондирования Земли».
[Прим. ред.: Сейчас космическое направление в НТО продолжают три профиля: «Анализ космических снимков и геопространственных данных», «Аэрокосмические системы», о котором рассказал в интервью Антон Рогачёв, и «Спутниковые системы», о котором можно больше узнать из интервью с Ильёй Овчинниковым.]
Для новой олимпиады мы разработали вторую версию симулятора «Орбита». Благодаря помощи и реальному конструкторскому опыту Александра Шаенко наша программа стала ближе к реальным миссиям на орбите Земли. Например, Саша помог нам расширить модель теплообмена.
Первую Олимпиаду НТИ мы провели в 2016 году в ВДЦ «Орлёнок». На отборочном этапе ребята решали задачу в симуляторе «Орбита-2.0». В ней космический аппарат уже летал только вокруг Земли, но выполнял более сложные миссии: рассчитывал полёт, температуру, позволяющую аппарату не перегреваться, фотографировал земную поверхность или передавал связь между наземными пунктами сообщения.
Кроме того, финалисты олимпиады работали с настоящим «железом»: собирали из конструктора спутник, который вращался вокруг большого глобуса, моделировавшего, как и положено обычным глобусам, Землю. Ребятам требовалось правильно управлять разными устройствами, например, маховиком, чтобы раскрученная модель спутника вращалась вокруг своей оси.
Это было ещё одно интересное включение в нашу работу профессионалов в сфере космоса. Станислав Карпенко, тогда технический директор компании СПУТНИКС, запустил разработку большого железного конструктора космического аппарата, который был тесно связан с нашим симулятором. Он выглядел как здоровенный ящик с модулями-кубами (системой питания, камерой, маховиком и пр.). Его нельзя было запустить в космос, это была супер-адаптированная модель для обучения школьников, которая немного похожа на современные учебные кубсаты. Эти конструкторы использовалась на первых запусках Олимпиады НТИ и в Кванториумах.
Н.С.: Как произошёл переход от турниров со спутниками к многопрофильной олимпиаде?
После турнира в 2015 году у нас появилась идея сделать олимпиаду уже по нескольким тематикам – так появилась Олимпиада НТИ. Для каждого направления собралась своя команда, а команда, работавшая над «Орбитой», сделала профиль «Системы связи и дистанционного зондирования Земли».
[Прим. ред.: Сейчас космическое направление в НТО продолжают три профиля: «Анализ космических снимков и геопространственных данных», «Аэрокосмические системы», о котором рассказал в интервью Антон Рогачёв, и «Спутниковые системы», о котором можно больше узнать из интервью с Ильёй Овчинниковым.]
Для новой олимпиады мы разработали вторую версию симулятора «Орбита». Благодаря помощи и реальному конструкторскому опыту Александра Шаенко наша программа стала ближе к реальным миссиям на орбите Земли. Например, Саша помог нам расширить модель теплообмена.
Первую Олимпиаду НТИ мы провели в 2016 году в ВДЦ «Орлёнок». На отборочном этапе ребята решали задачу в симуляторе «Орбита-2.0». В ней космический аппарат уже летал только вокруг Земли, но выполнял более сложные миссии: рассчитывал полёт, температуру, позволяющую аппарату не перегреваться, фотографировал земную поверхность или передавал связь между наземными пунктами сообщения.
Кроме того, финалисты олимпиады работали с настоящим «железом»: собирали из конструктора спутник, который вращался вокруг большого глобуса, моделировавшего, как и положено обычным глобусам, Землю. Ребятам требовалось правильно управлять разными устройствами, например, маховиком, чтобы раскрученная модель спутника вращалась вокруг своей оси.
Это было ещё одно интересное включение в нашу работу профессионалов в сфере космоса. Станислав Карпенко, тогда технический директор компании СПУТНИКС, запустил разработку большого железного конструктора космического аппарата, который был тесно связан с нашим симулятором. Он выглядел как здоровенный ящик с модулями-кубами (системой питания, камерой, маховиком и пр.). Его нельзя было запустить в космос, это была супер-адаптированная модель для обучения школьников, которая немного похожа на современные учебные кубсаты. Эти конструкторы использовалась на первых запусках Олимпиады НТИ и в Кванториумах.
Н.С.: Какой след оставила «Орбита»? Она ведь не стала лишь артефактом прошлых инженерных соревнований?
А.Ф.: Позже ребята из «Образования будущего», в том числе и Илья Тагунов, опираясь на опыт первых версий «Орбиты» сделали настоящий промышленный симулятор, на котором сейчас можно рассчитывать параметры настоящих кубсатов, летающих в космос, уже без игровых условностей. Эта версия симулятора используется для образования по сей день.
Но первые версии «Орбиты» всё ещё имеют значение для стартового инженерного образования, поэтому сейчас мы опубликовали их код под свободной лицензией. Надеемся, что вскоре у нас сформируется сообщество из активных наставников и энтузиастов в области космической инженерии, и развитие симулятора будет продолжаться и дальше. Ведь эту программу можно использовать и на уроках физики, там воплощено множество физических моделей: баллистика, теплообмен, радио, электрика, механика и многое другое. Мы надеемся, что наш симулятор будет интересен педагогам и наставникам, студентам и школьникам.
Кроме того, мы планируем через наш Всероссийский конкурс open source проектов и программу стажировок «Код для всех» привлекать молодых инженеров к доработке и улучшению симулятора. Поскольку у «Орбиты» теперь открытый код, любой человек может и использовать его, и вносить предложения по его улучшению.
А.Ф.: Позже ребята из «Образования будущего», в том числе и Илья Тагунов, опираясь на опыт первых версий «Орбиты» сделали настоящий промышленный симулятор, на котором сейчас можно рассчитывать параметры настоящих кубсатов, летающих в космос, уже без игровых условностей. Эта версия симулятора используется для образования по сей день.
Но первые версии «Орбиты» всё ещё имеют значение для стартового инженерного образования, поэтому сейчас мы опубликовали их код под свободной лицензией. Надеемся, что вскоре у нас сформируется сообщество из активных наставников и энтузиастов в области космической инженерии, и развитие симулятора будет продолжаться и дальше. Ведь эту программу можно использовать и на уроках физики, там воплощено множество физических моделей: баллистика, теплообмен, радио, электрика, механика и многое другое. Мы надеемся, что наш симулятор будет интересен педагогам и наставникам, студентам и школьникам.
Кроме того, мы планируем через наш Всероссийский конкурс open source проектов и программу стажировок «Код для всех» привлекать молодых инженеров к доработке и улучшению симулятора. Поскольку у «Орбиты» теперь открытый код, любой человек может и использовать его, и вносить предложения по его улучшению.
