Allrussische Ingenieurolympiade für Gymnasiasten: Raumfahrtsysteme

    "Verbrenne das Land und koche das Meer. Du kannst mir nicht den Himmel nehmen. “
    - Ballade der Gelassenheit



    „ An welcher Olympiade wollte ich teilnehmen, wenn ich ein Schüler war? “, Fragte ich mich vor ungefähr 4 Jahren. - "Im Weltraum." Während ich "träumte", podsuetsilsya einige Leute und tat. Mein Beitrag ist es, anderen „Träumern“ davon zu erzählen (und sie möglicherweise zum Handeln anzuregen).

    Ende April „startete“ die erste (Null-) Allrussische Ingenieurolympiade erfolgreich im VDC Orlyonok.

    Die Olympischen Spiele verliefen auf vier Profilen.


    Über die ersten beiden Profile und die allgemeine Situation in "Orlyonok" habe ich auf Habré berichtet . In der Zwischensequenz - woraus der „Satellitenbauer“ besteht und Beispiele für Aufgaben der ersten allrussischen „Weltraumolympiade“.

    Organisatorische Momente


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    Die Olympiade bestand aus zwei extramuralen Etappen und zwei Vollzeitetappen (Einzel und Team).

    Die Organisatoren als Ganzes sind daran interessiert, die Teilnehmer in die wichtigsten, immer teamorientierten Aufgaben einzutauchen, da gerade diese Aufgaben bei der Berufsberatung und der Wahl eines Lebensweges in der Schule sehr hilfreich sind.

    Es gibt jedoch bestimmte Kriterien, die von einer Organisation namens "Russian Council of School Olympiads" (SSS) definiert werden und die einen bestimmten Rahmen vorgeben: Aufgaben sollten inhaltlich sein, die Arbeit sollte individuell sein und nicht einmal über die Nutzung des Internets nachdenken.

    Aus diesem Grund beschlossen die Organisatoren, die verschiedenen Aufgaben auf verschiedene Stufen zu verteilen: das vom Rat festgelegte Minimum - in der ersten Phase des Schriftwechsels und in einer einzelnen Vollzeitbeschäftigung. Lebensaufgaben, ein Code aus dem Github und Teamwork - in der zweiten Korrespondenz und im persönlichen Team.
    Dadurch werden die Punkte aufsummiert und alle Anforderungen erfüllt.

    Im Allgemeinen haben die Organisatoren nach dem Ende der Olympiade zwei Wochen lang einen „Ziegelstein“ für 1000 Seiten mit einer Beschreibung von allem, was möglich ist, vorbereitet, der an die Nordwestschule geschickt wurde, und sitzen nun auf einem niedrigen Niveau, um mit der Vorbereitung der Olympiade des nächsten Jahres zu beginnen. Die offizielle Antwort wird am 1. September sein, aber die Orgie riskanten Jungs werden in diesem Sommer anfangen, Aufgaben zu schreiben und Vorlesungen mit Hackathons vorzubereiten.

    Ergebnisse der Olympiade - nti-contest.ru/results2016
    Handbuch auf 400 Seiten der Olympiade liegt hier.

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    Raumfahrtsysteme


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    Finalist
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    Vorbereitung vor dem Befehl Tour, alle Module getestet wurden, ich spionierte
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    Mehr über OrbiCraft Designer - hier .

    Das sind Anton Vlaskin und Dmitry Andreenkov, Experten für Heroes of Might und Magic 3 im Bereich Satellitendesign und -programmierung.
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    Und das sind zwei weitere Experten - Alexander Shaenko (Kosmosevangelist, Star- Lighter ) und Andrey Potapov (exzellenter Stürmer im Team der Basketball-Berater und Direktor von Sputniks)
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    Erste Qualifikationsrunde
    Die erste Qualifikationsrunde wird individuell im Internet durchgeführt, die Arbeit wird vom Online-Testsystem automatisch ausgewertet. Für jede der Parallelen (Klasse 9 oder Klasse 10-11) wird eine andere Reihe von Problemen in der Physik vorgeschlagen, und Probleme in Mathematik und Informatik sind allen Teilnehmern gemeinsam. Die Lösung von Informatikaufgaben beinhaltete das Schreiben von Programmen, wobei eine von zwei Programmiersprachen verwendet werden durfte: Python oder C ++. Die Teilnehmer hatten 3 Wochen Zeit, um die Probleme der ersten Qualifikationsrunde zu lösen. Die Lösung für jedes Problem gibt eine bestimmte Anzahl von Punkten. Für die richtige Lösung des Problems werden die Punkte vollständig gutgeschrieben. Die Teilnehmer erhalten in allen Fächern dieses Profils (Mathematik, Physik und Informatik) eine Gesamtbewertung für die Lösung von Problemen - insgesamt 0 bis 30 Punkte.

    Beispiele für Aufgaben


    Mathematische Aufgabe Klasse 9 1.1.3 (3 Punkte) Der
    Ortungsrechner sieht einen Teil des von einem Kegel begrenzten Raums. Der maximale Winkel zwischen den Generatoren dieses Kegels beträgt 60 Grad. Objekte, die weiter als der Abstand a entfernt sind, sind bereits weit entfernt und fallen nicht in den Sichtbereich des Ortungsgeräts. Durch die Kegelachse werden zwei senkrechte Ebenen gezogen, die den Kegel in vier Teile teilen. In einem der Teile befindet sich ein Gegenstand in Form einer Kugel, der in diesen Teil eingeschrieben ist. Die Kugel berührt beide senkrechten Ebenen, die Oberfläche des Kegels und seine Basis. Die Länge des Generators ist gleich a . Finden Sie den Radius dieser Kugel.
    Lösung auf Seite 273

    Physikaufgabe 9 Note 1.2.4 (3 Punkte)
    Während des Kristallzüchtungsexperiments brach das Kühlsystem zusammen und die bereits gewachsene Probe schmolz. Für die Studie gab es nur ein Diagramm der Temperatur über der Zeit, aber es wurde auch beschädigt. Stellen Sie den Preis der Divisionen in diesem Diagramm wieder her. Es ist bekannt, dass die Wärmeübertragung proportional zur Temperaturdifferenz ist, die Außentemperatur beträgt 400 K. Über das Material sind bekannt: Schmelztemperatur 300 K, Schmelzwärme λ = 24 kcal / kg, Wärmekapazität der flüssigen Phase Sr = 8000 cal / kg * K, Wärmeleitfähigkeit 32 J / Grad Probengewicht 1 kg .


    Notieren Sie den Preis der Einteilungen der Temperaturskala. Geben Sie die Antwort in Grad zur nächsten ganzen Zahl an.
    Lösung auf Seite 278

    Physikaufgabe 9. Klasse 1.2.5 (4 Punkte)
    Ein Satellit, der sich in einer Höhe von H = 7000 km vom Zentrum des Planeten mit einer Masse von M = 1.076 * 1023 kg befindet, bewegt sich in genau derselben Höhe über die ursprüngliche Umlaufbahn in einem Winkel von α = 5º. Ermitteln Sie die Kraft, mit der die Rangiermotoren des Satelliten gewirkt haben, wenn bekannt ist, dass die Drehung t = 30 s und die Masse des Satelliten m = 50 kg beträgt. Geben Sie die Antwort in Newton auf die nächste ganze Zahl.
    Die Lösung auf Seite 278

    Physikaufgabe 10–11 Klasse 1.3.3 (2 Punkte) Ein
    Satellit mit einer Masse von m = 100 kg in einer Umlaufbahn mit einem Radius von L = 2500 km, der sich um einen Planeten mit einer Masse von M = 4,8017 · 1022 kg dreht und beschleunigt, macht einen elliptischen Übergang zu einer Umlaufbahn mit einem Radius von 2L = 5000 km. Finden Sie die Zeit, die für den Übergang benötigt wird. Im Apozentrum und im Perizentrum vorgenommene Geschwindigkeitsänderungen werden als augenblicklich angesehen. Geben Sie die Antwort in Stunden auf das nächste Zehntel.


    Lösung auf Seite 281

    Physikaufgabe 10-11 Grad 1.3.5 (3 Punkte)
    Nachfolgend ist die Abhängigkeit der Dichte der Jupiteratmosphäre von der Höhe grafisch dargestellt.
    Unter der Annahme, dass die Gravitationsbeschleunigung g konstant g = 25 m / s 2 ist , ermitteln Sie die Eintauchtiefe, wenn die Sonde ohne Anfangsgeschwindigkeit aus einer Höhe von H1 = 7 without 104 km nach unten abtaucht. Betrachten Sie die durchschnittliche Dichte der Sonde mit ρ = 1,49 g / cm 3.


    Geben Sie die Antwort in Kilometern und in Tausendern an.
    Die Lösung auf Seite 283

    Aufgabe Informatik 1.4.3 „Flug“ (6 Punkte)
    In einer Höhe von h Metern über der Oberfläche des Planeten befindet sich ein Körper. Zu Beginn beträgt die Geschwindigkeit v⃗ Meter pro Sekunde. Berechnen Sie die Zeit, bis der Körper die Oberfläche des Planeten berührt, wenn bekannt ist, dass:
    - h überschreitet zum Anfangszeitpunkt nicht zehn Kilometer und die augenblickliche Geschwindigkeit beträgt einen Kilometer pro Sekunde.
    - Die Gravitationskraft des Planeten wirkt auf den Körper. Die durch diese Kraft erzeugte Beschleunigung ist gleichermaßen auf den Mittelpunkt des Planeten gerichtet. Hier ist G die Gravitationskonstante, M die Masse des Planeten und R die Entfernung vom Mittelpunkt des Planeten zum Körper. Betrachten Sie den Wert von GM gleich 4 × 1013 und den Radius des Planeten - 6300000 Meter.
    - Die aerodynamische Widerstandskraft wirkt auch auf den Körper. Sie können annehmen, dass die durch diese Kraft erzeugte Beschleunigung gleich ist , wobei ρ die Dichte der
    Atmosphäre in einer gegebenen Höhe ist, ausgedrückt durch die Formel, die momentane Geschwindigkeit des Körpers ist und der Modul der momentanen Geschwindigkeit ist.
    - Unter diesen Bedingungen ist die Verschiebung entlang der Tangente zur Oberfläche des Planeten viel kleiner als sein Radius, daher sollte die Krümmung des Planeten vernachlässigt werden.

    Wir verstehen, dass es schwierig ist, dieses Problem analytisch zu lösen, daher akzeptieren wir die Antwort mit einem absoluten Fehler von 0,1 Sekunden. Und wir warnen davor, dass es keine gute Idee ist, den Zustand des Körpers zu stark zu verändern.

    Eingabeformat:
    Die erste Zeile enthält eine natürliche Zahl h - die Körpergröße zum Anfangszeitpunkt, ausgedrückt in Metern. Die zweite Zeile enthält zwei Ganzzahlen - die Koordinaten der anfänglichen Körpergeschwindigkeit in Metern pro Sekunde. Die Oy-Achse ist in die Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Schwerkraft gerichtet, und die Ox-Achse ist senkrecht zur
    Oy-Achse.

    Eingabebeispiel 1:
    100
    10 10

    Eingabebeispiel 2:
    1
    0 0

    Ausgabeformat:
    Gibt eine einzelne reelle Zahl aus - die Zeit, bevor der Körper die Oberfläche des Planeten berührt, ausgedrückt in Sekunden. Ausgabebeispiel

    1:
    290
    105.3283038851984 Ausgabebeispiel

    2:
    1.6649107662192795

    Lösung auf Seite 291

    Zweite Qualifikationsphase
    Die zweite Qualifizierungsstufe wird in einem Befehlsformat im Internet als Teil des Orbit-Online-Flugsimulators und der Landung von Raumfahrzeugen durchgeführt. Die Dauer der zweiten Qualifikationsphase beträgt 2 Wochen. Die Arbeit wird vom Online-Simulator automatisch ausgewertet. Die Aufgaben sind interdisziplinär angelegt und stellen in einer einfacheren Form die Engineering-Aufgabe der Endphase wieder her. Die Teilnehmer mussten Flugprogramme in Python schreiben.

    Der Umfang und die Komplexität der Aufgaben in dieser Phase wurden so ausgewählt, dass die Lösung aller Probleme durch ein Team unwahrscheinlich war. Dies soll eine fundiertere Auswahl an Aufgaben ermöglichen, die vom Team gelöst werden müssen. Die Lösung für jedes Problem gibt eine bestimmte Anzahl von Punkten.

    Einige Aufgaben können eine unterschiedliche Anzahl von Punkten bringen - abhängig von der Qualität und der Geschwindigkeit ihrer Lösung beinhalten einige Aufgaben Strafen für die Anzahl der Versuche. In diesem Stadium wird ein anderes Bewertungssystem verwendet, theoretisch ist es möglich, insgesamt 0 bis 74510 Punkte zu erhalten.

    Alle Aufgabenbedingungen stehen den Teilnehmern ab dem ersten Tag der zweiten Qualifikationsphase zur Verfügung.
    Teams können Aufgaben in beliebiger Reihenfolge erledigen. Einige Aufgaben erlauben eine unbegrenzte Anzahl von Versuchen, die Lösung zu bestehen (Starts), während andere Aufgaben Strafen für das Überschreiten der Anzahl verfügbarer Versuche beinhalten.

    Beispiele für Aufgaben



    Aufgabe 2.1 „Landung auf dem Mond“ (max. 180 Punkte) Der

    Mond ist das astronomische Objekt, das der Erde am nächsten liegt. Ein Schiff auf dem Mond zu landen ist die einfachste Aufgabe, die die Menschheit mehr als einmal bewältigt hat. Die Erstellung und Einführung der Apparatur zur Untersuchung der Mondoberfläche erfolgt in mehreren Schritten. In dieser Aufgabe werden wir nur eine betrachten, aber die interessanteste Phase ist die Landung des Geräts. Sie müssen Ihr eigenes Gerät entwerfen und eine technische Aufgabe für dessen Herstellung erstellen, auf die Ergebnisse des Flugs warten und eine Telemetrie des Landevorgangs erhalten.

    Das Gerät beim ersten Versuch erfolgreich zu landen, ist nicht einfach. Im Fehlerfall müssen Sie die Telemetriedaten analysieren und die Bedingungen für den nächsten Start ändern.

    Erklärung des Problems
    Dies ist nur die erste Trainingsaufgabe, daher gibt es mehrere Annahmen: Das Gerät fällt senkrecht auf die Mondoberfläche, seine Anfangsgeschwindigkeit ist Null, und von der verfügbaren Ausrüstung gibt es nur einen Dämpfer und einen Bremsmotor.

    Die Aufgabe besteht darin, zu bestimmen, zu welchem ​​Zeitpunkt t1 der Bremsmotor eingeschaltet werden muss, damit zum Zeitpunkt der Landung t1 + t2 die Schiffsgeschwindigkeit unter 50 m / s liegt, da sich der Dämpfer sonst nicht mit einem Dämpfer selbst dämpfen kann.

    Mit anderen Worten, Sie müssen zwei Parameter berechnen - die Zeit, zu der sich der Bremsmotor einschaltet, und die Zeit, zu der er sich ausschaltet - und sie in das Flugprogramm des Geräts einfügen.

    Alle Anfangsdaten sind bekannt: Dies ist die Anfangshöhe, die Masse und der Radius des Mondes, die Masse des Fahrzeugs, die Stärke des Bremsmotors.
    Vollständiger Aufgabentext auf Seite 293

    Aufgabe 2.2 „Landung auf dem Mars“ (max. 1650 Punkte) Der
    Rote Planet ist ein viel komplexeres Objekt für die Landung eines Raumfahrzeugs als der Mond. Erstens ist der Mars viel massiver, was bedeutet, dass die Schwerkraft eine viel größere Rolle spielt. Zweitens herrscht auf dem Mars eine Atmosphäre, so dass der Einfluss des atmosphärischen Widerstands auf die Bewegung des Schiffes in der Nähe der Oberfläche erheblich sein wird.

    Bei diesem Problem wird auch der Betrieb der Vorrichtung auf der Oberfläche nicht berücksichtigt. Auch hier steht Ihnen ein vollständig entworfenes Gerät zur Verfügung, Sie müssen jedoch den Flug selbst programmieren: Wählen Sie, zu welchem ​​Zeitpunkt der Bremsmotor eingeschaltet, der Fallschirm geöffnet usw. werden soll. Die

    Telemetrieanalyse korrigiert die Fehler, die beim Landen im nächsten Gerät auftreten.

    Erklärung des Problems

    Im Vergleich zum Mond ist die Aufgabe komplizierter: Jetzt muss man in zwei Dimensionen arbeiten. Das Gerät hat eine anfängliche horizontale (Orbital-) Geschwindigkeit. Zusätzlich wird das Gerät jetzt nicht nur von der Schwerkraft beeinflusst, sondern auch von der aerodynamischen Widerstandskraft (Stokes), die proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit des Geräts ist. Es gibt jedoch auch eine Vereinfachung in dieser Aufgabe: Die Oberfläche des Planeten wird als eine Ebene genommen. Außerdem steht Ihnen ein spezielles Berechnungsprogramm zur Verfügung.

    Der Zustand des Problems macht die analytische Lösung sehr schwierig. Wir empfehlen daher, dass Sie die Werte für Geschwindigkeiten und Kräfte qualitativ bewerten und die Ergebnisse fehlgeschlagener Flüge sorgfältig analysieren.
    Vollständiger Aufgabentext auf Seite 297

    Aufgabe 2.3. „Arbeiten auf der Oberfläche des Mars“ (max. 20.000 Punkte)

    Baumaschine
    Wir schlagen vor, dass Sie die Mission zur Eroberung des Mars fortsetzen, indem Sie einen Apparat für die Bearbeitung der Oberfläche des Planeten entwickeln. Nach einer erfolgreichen Landung beginnt Ihr Gerät mit der Übertragung wissenschaftlicher Daten zur Erde, die das Wissen der Menschheit über den Roten Planeten vertiefen.

    Siegbedingungen:
    Für die erfolgreiche Lösung dieser Mission erhalten Sie Siegpunkte. In dieser Mission erhalten Sie Punkte für wissenschaftliche Informationen, die wie folgt an die Erde gesendet werden: Für jede 1 Megabit (1000 Kilobit) an wissenschaftlichen Informationen, die an die Erde gesendet werden, erhält das Team 0,1 Punkte (dh die Anzahl der Punkte = übertragene Informationen / 1000). Ihnen werden 10 Versuche gegeben. Jeder weitere Versuch, der über diese zehn hinausgeht, bringt dem Team 30 Punkte ein. Somit können Sie nicht mehr als 30 zusätzliche Versuche erhalten (d. H. Minus 900 Punkte).

    Folgende Erfolge sind in der Mission ebenfalls möglich:

    • Forscher - Übertragen Sie wissenschaftliche Daten von einem beliebigen Marsvolumen (100 Punkte)
    • Pionier - Das erste Mal, dass wissenschaftliche Daten vom Mars übertragen wurden (200 Punkte)
    • Equipment Delivery - Das schwerste Fahrzeug, das auf dem Mars gelandet ist und Daten übertragen hat (300 Punkte)
    • Rentabilität - Das leichteste Raumschiff auf dem Mars und Datenübertragung (500 Punkte)
    • Space Race - Übertragen Sie wissenschaftliche Daten vom Mars in den ersten drei Tagen nach Erhalt der Aufgabe (300 Punkte).
    • Zuverlässiges Design - Das Gerät hat 72 Stunden auf dem Mars gearbeitet (200 Punkte)


    Problemstellung
    Bleibt die Aufgabe aus physikalischer Sicht gleich, so wird ihr konstruktiver Teil spürbar komplizierter. Sie müssen den Apparat vollständig konstruieren und ein Programm erstellen, das nicht nur die Landung, sondern auch die Planetenaktivität umfasst. Das Gerät kann auf der Marsoberfläche nicht mehr als 72 Erdstunden (!) Arbeiten.



    Sie müssen kein beliebiges Gerät von Grund auf neu erstellen. Zu Ihrer Verfügung steht ein kugelförmiger Apparat, dessen Größe Sie selbst einstellen können. Sie müssen die erforderlichen externen Parameter des Geräts (Masse und Radius) berechnen und die für die Arbeit erforderlichen Geräte und wissenschaftlichen Instrumente auswählen.

    Wir empfehlen folgenden Entwicklungsauftrag:
    • ein Gerät mit maximaler Nutzlast zu konstruieren und zu landen;
    • Füllen Sie die Nutzlast mit der notwendigen Ausrüstung, um maximale wissenschaftliche Ergebnisse zu erzielen.

    Bei der Konzeption des Geräts und des Flugprogramms sollte das Niveau der Energieversorgung im Schiff berücksichtigt werden, damit alle Systeme über genügend Energie verfügen, sowie der Durchsatz von Kommunikationssystemen, damit Informationen in der richtigen Menge zur Erde übertragen werden können.

    Neben dem Design des Geräts müssen Sie ein Flugprogramm entwickeln, um beispielsweise den Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem Bremsmotoren oder wissenschaftliche Instrumente ein- und ausgeschaltet werden sollen.
    Vervollständigen Sie die Aufgabendaten auf Seite 305 .

    Aufgabe 2.5 „Kommunikation mit der Erde“ (max. 520)
    Das Raumschiff bewegt sich in einer Kreisbahn mit einer bestimmten Höhe in der X0Y-Ebene. Das Gerät muss so programmiert werden, dass es eine bestimmte Nachricht an die Erde sendet. In diesem Fall ist es notwendig, die Hochleistungskommunikation des Raumfahrzeugs zu nutzen. Die Aufgabe wird durch zwei Faktoren erschwert: Das Signal wird von der Erde abgeschirmt, die Antenne eines solchen Teilsystems hat einen Öffnungswinkel (γ), der in den Parametern des Raumfahrzeugs angegeben ist.



    Wir gehen davon aus, dass eine bodengestützte Messstation (NPC) die Position des Raumfahrzeugs überwacht, sodass Sie das Gerät nur zum NPC ausrichten müssen.

    In dieser Mission müssen Sie nicht das gesamte Gerät entwerfen, sondern mehrere Parameter für das Gerät auswählen - den Bereich der Sonnenkollektoren und Heizkörper - und ein Flugprogramm erstellen. Wir empfehlen Ihnen, die in der vorherigen Mission gesammelten Erfahrungen zu nutzen.

    Das Raumfahrzeug ist mit einem Teilsystem zur Ausrichtung und Stabilisierung ausgestattet, mit dem Sie das Drehmoment durch Drehen des Schwungrads einstellen können, sowie mit einem Teilsystem zur Hochleistungskommunikation, dessen Parameter in der folgenden Tabelle angegeben sind. Das Raumfahrzeug wird, wie in der ersten Trainingsmission zu Beginn des Fluges, eine Startwinkelgeschwindigkeit haben, die für den erfolgreichen Abschluss der Mission gelöscht werden muss.



    Bei der Konstruktion des Geräts müssen Sie die Flächen für Sonnenkollektoren und Strahler auf den Flächen 1-4 des Geräts und die Flächen für Strahler auf den Flächen 5-6 des Geräts berechnen und angeben, zum Beispiel:


    Volltext der Aufgabe auf Seite 321

    Aufgabe 2.7 „Vermessung der Erde aus dem All“ (max. 12500 Punkte)
    Die Aufgabe „Die Erde aus dem Weltraum abschießen“ ist dem Abschießen der Erdoberfläche aus dem Weltraum mit einem kleinen Raumschiff gewidmet. Sie müssen das Objekt auf der Erdoberfläche fotografieren und das resultierende Bild mithilfe von Hochleistungskommunikation auf eine bodengestützte Messstation (NPC) übertragen.



    Vollständiger Aufgabentext auf Seite 332

    Aufgabe 2.8. "SMS Everywhere" (max. 9200 Punkte)
    Die Aufgabe "SMS Everywhere" erstellt die Arbeit eines Kommunikationssatelliten neu, der den Empfang und die Übertragung von Nachrichten zwischen 18 Bodenstationen (die als "0", "1", "2" usw. bezeichnet werden) ermöglichen soll. )



    Zu Ihrer Verfügung stehen 10 Starts. Für jeden Start nach dem 10. wird eine Strafe von 150 Punkten pro Start hinzugefügt, und so weiter bis zu 20 zusätzliche Starts (bis zu -3000 Punkte).

    Erklärung des Problems
    Jedes Konstruktionsbüro erhält eine eindeutige Option, die Folgendes enthält: die Starthöhe der Umlaufbahn; Liste und Namen der Bodenmessstellen; Tabelle der zu sendenden Nachrichten (insgesamt 5 Nachrichten).

    Das Raumfahrzeug muss nacheinander die in der Tabelle angegebene maximale Anzahl von Nachrichten übermitteln. Sobald das Gerät eine Nachricht vom NPC erhalten hat, beginnt ein Countdown der Lieferzeit, der die zulässige Übertragungszeit nicht überschreiten sollte.

    Die Mission ist 6 Stunden Flugapparat gegeben.
    Vollständiger Aufgabentext auf Seite 349

    Die letzte Etappe: der einzelne Teil
    Die Endphase der Olympiade besteht aus zwei Teilen: einer individuellen Lösung von Problemen in Fächern (Mathematik, Physik, Informatik) und einer Teamlösung für ein technisches Problem. Für eine individuelle Lösung der Probleme werden 2 Stunden für ein Fach angegeben. Für jede der Parallelen (Klasse 9 oder Klasse 10-11) wird eine andere Reihe von Problemen in der Physik vorgeschlagen, und Probleme in Mathematik und Informatik sind allen Teilnehmern gemeinsam. Die Lösung für jedes Problem gibt eine bestimmte Anzahl von Punkten (siehe Bewertungskriterien). In Mathematik und Physik können Sie für jede Aufgabe von 0 bis zur angegebenen Anzahl von Punkten gelangen. Um Informatikaufgaben zu lösen, mussten Programme geschrieben werden, es durfte eines von zwei verwendet werden
    Programmiersprachen: Python oder C ++. Punkte in der Informatik werden für die korrekte Lösung des Problems voll angerechnet. Die Teilnehmer erhalten in allen Fächern dieses Profils (Mathematik, Physik und Informatik) eine Gesamtbewertung für die Lösung von Problemen - insgesamt 0 bis 38 Punkte.

    Rechenaufgabe 3.1.4 (4 Punkte) Das
    Magnetometer liefert für jeden Längengrad φ drei Koordinaten des Magnetfeldvektors (sin φ, sin 2φ, cos 2φ). Finden Sie die Länge, bei der der Magnetfeldvektor eine minimale Länge hat.
    Lösung auf Seite 363

    Physikproblem 3.2.2 (3 Punkte)

    Ein Raumschiff, das im offenen Raum, weit weg von den Planeten, ruht, ist eine in der Figur dargestellte Struktur. Das Schiff sollte ein Beschleunigungsmanöver ausführen, indem es für eine kurze Zeit τ = 2c symmetrisch angeordnete Motoren einschaltete. Aufgrund einer technischen Störung funktionierte jedoch nur einer von ihnen. Was ist das Geschwindigkeitsmodul, das das Schiff nach diesem Manöver in dem Referenzrahmen erworben hat, in dem es ursprünglich ruhte? In welchem ​​Winkel drehte sich das Schiff zum Zeitpunkt des Abstellens des Motors in Bezug auf eine Achse senkrecht zur Bewegungsebene, die durch die Mitte des Hauptabteils des Schiffes verlief?

    Schiffsparameter: Schiffsmasse M = 1200 kg, Abstand zwischen den Abteilmitten L = 2 m, Motorschub F = 710 N, Motorleistung N = 50 kW. Das Trägheitsmoment des Schiffes in Bezug auf die Achse, die durch den Schwerpunkt senkrecht zu den Stäben verläuft, beträgt J = 903 kg · m2. Die Mitten der Kugeln liegen auf einer geraden Linie, die entlang der Pleuelstange verläuft. Die Stangenmasse, die Abnahme der Schiffsmasse durch Kraftstoffverbrennung und die Gravitationswechselwirkung können vernachlässigt werden. Bedenken Sie, dass die Zugkraft unabhängig von der Geschwindigkeit ist und die Masse in den Kammern gleichmäßig verteilt ist.
    Lösung auf Seite

    379 Physik-Problem 3.3.3 (3 Punkte)

    Der Satellit umfliegt die Erde in einer geostationären Umlaufbahn mit einer Höhe von H = 35.786 km. Der Satellit hat eine Solarbatterie von 2 x 10 m, die immer senkrecht zur Umlaufbahn des Satelliten ausgerichtet ist. Die lange Seite verläuft entlang der geraden Linie, die die Erdmittelpunkte und den Satelliten verbindet (siehe Abbildung, die Ebene der Batterie verläuft senkrecht zur Ebene der Abbildung). Der Reflexionskoeffizient des Lichts von der Batterie β = 75% (der Rest des Lichts wird von der Batterie absorbiert). Wie lange dauert es, den Gyrodin-Motor mit einem Drehmoment von 2 N · m zu starten, um die Rotation des Satelliten zu kompensieren, die durch Sonneneinstrahlung während der Bewegung von Position A zu Position B in der Umlaufbahn entsteht? Die Sonnenkonstante beträgt L = 1367 W / m², der Radius der Erdumlaufbahn beträgt R Erde = 150 Millionen Kilometer. Bedenken Sie, dass der Reflexionskoeffizient nicht vom Einfallswinkel des Lichts abhängt.
    Gyrodin- eine rotierende Trägheitsvorrichtung zur hochpräzisen Orientierung und Stabilisierung.
    Die Lösung finden Sie auf Seite

    371. Informatikaufgabe 3.4.5 „Mechanismus“ (3 Punkte) Die
    Olympischen Spiele sind natürlich cool und interessant, aber Kolya hat immer noch ein Computer-Puzzlespiel zu Hause. Kohl ist auf ein neues Level gekommen, kurz bevor er sein Zuhause verlassen hat und denkt jetzt darüber nach, wie das neue Level aussehen wird. Die Aufgabe ist wie folgt: Kolya sammelt einen abstrusen Mechanismus. Dazu muss er nacheinander Details des Mechanismus auf die Stangenhöhe h montieren.
    Jedes Teil ist eine Scheibe mit einer bestimmten Höhe. Alle Teile werden durch zwei Parameter definiert: Teilehöhe ki und Teileradius ri. Es ist bekannt, dass alle Details, auch wenn sie unterschiedlich aussehen, gleichermaßen zur Leistungsfähigkeit des Mechanismus beitragen. Kolya muss den mächtigsten Mechanismus ermöglichen. Bei der Montage des Mechanismus gelten die folgenden Regeln: Teile werden in Reihe auf die Stange gestapelt. Der Radius des darüber liegenden Teils muss unbedingt kleiner sein als der Radius eines darunter liegenden Teils.
    Die Gesamthöhe aller Teile muss unbedingt kleiner sein als die Höhe der Stange.
    Helfen Sie Kolya, ein Programm zu schreiben, das einen Plan für die Zusammenstellung des leistungsstärksten Mechanismus ausgibt.

    Eingabeformat:
    Die erste Zeile enthält die Anzahl der Teile 1 ≤ N ≤ 5000 und die Höhe des Stabes h ≤ 20000. Die nächsten N Zeilen enthalten Tripel nicht negativer ganzer Zahlen idi - Teilenummer, 0≤ki≤1000 - Höhe des i-ten Teils und 1≤ri≤10000 - Radius des i-ten Teils. Es ist garantiert, dass die Teilenummern eindeutig sind.

    Ausgabeformat: Geben Sie
    in der ersten Zeile durch den Raum M die Anzahl der Teile im stärksten Mechanismus und die Höhe der Stange h aus. Geben Sie in den nächsten M Zeilen Informationen zu den Teilen vom niedrigsten zum höchsten Teil des Balkens aus. Jede Zeile sollte drei durch Leerzeichen getrennte Zahlen enthalten: Teilenummer, Höhe und Radius.

    Wenn es mehrere Möglichkeiten zum Zusammenbauen eines leistungsstarken Mechanismus gibt, drucken Sie einen der Zusammenbaupläne.
    Lösung auf Seite 381


    Endphase: Befehlsteil
    Im Befehlsteil der Endphase müssen die Teilnehmer das angewandte Problem in der Erdumlaufbahn mithilfe eines Hardware-Software-Komplexes lösen, der den Flug und den Betrieb des Mikrosatelliten in der Erdumlaufbahn simuliert. Die Dauer des Befehlsteils beträgt 3 Tage (insgesamt 18 astronomische Stunden).

    Teams können eine der folgenden Aufgaben ausführen. Die Überprüfung der Aufgabe erfolgt am Arbeitsplatz des Teams oder an einem Sonderstand nach den festgelegten objektiven Kriterien. Für jede erledigte Aufgabe erhält das Team Punkte. Bußgelder für die Überschreitung der Anzahl von Versuchen und beschädigten Geräten sind möglich (5 Punkte für jede deaktivierte Satelliteneinheit).
    1. Überprüfen des Funkkanals. Senden Sie eine Nachricht über den Telemetriekanal.
    2. Magnetometer prüfen. Übermitteln Sie die Messwerte des Magnetometers (Sensorzustand und Induktionsmesswerte des Magnetfelds in drei Vektoren) über den Telemetriekanal.
    3. Überprüfen Sie den Winkelgeschwindigkeitssensor. Senden Sie über den Telemetriekanal Ihre Messwerte des Winkelgeschwindigkeitssensors (Gerätestatus, Winkelgeschwindigkeit entlang drei Achsen).
    4. Solarsensoren prüfen. Übertragen Sie über den Telemetriekanal Rohwerte (zwei Zahlen) aller vier Solarsensoren.
    5. Kamera und Sender überprüfen. Nehmen Sie mit der Kamera ein Bild auf und übertragen Sie es über einen leistungsstarken Kommunikationskanal zu einer bodengebundenen Messstation.
    6. Montage der Geräte und Überprüfung der Systeme. Installieren Sie alle Komponenten des Designers am Gehäuse, balancieren Sie es parallel zum Boden der Aufhängung und übertragen Sie die Messwerte aller Sensoren an die Telemetrie.
    7. Überprüfung des Schwungradmotors. Den Konstrukteur mit dem Schwungradmotor an der Aufhängung drehen.
    8. Einen Satelliten stabilisieren. Stabilisieren Sie den Satellitenkonstruktor nach einer bestimmten anfänglichen Drehung.
    9. Satellitenorientierung. Orientieren Sie den Satelliten-Designer mit Sonnenkollektoren auf einem Sonnensimulator.

    Beschreibung des Designers
    Jedes Team erhält das folgende Set für Konstruktion und Werkzeuge:

    • Orbisat-Konstruktor, einschließlich:
      • 4 seitliche, 1 obere und 1 untere Montageplatte;
      • Steuereinheit;
      • Stromversorgungssystem mit Batterien und einer Fernbedienung;
      • Schwungradmotor;
      • Solarpanel;
      • Solarsensor (4 Stk.);
      • Magnetfeldsensor;
      • Winkelgeschwindigkeitssensor;
      • UKW-Sender;
      • Hochleistungs- (Richt-) Sender;
      • Boden UKW-Empfänger;
      • leistungsstarker terrestrischer empfänger.

    • Phillips-Schraubendreher
    • Crimpvorrichtung für DB-9F- und DB-9M-Steckverbinder;
    • 9-adriges Kabel DS1057-09-30;
    • Schleifenprüfgerät;
    • Aufhängung und Tischlampe;
    • USB-Verbindungskabel
    • Laptop mit installierter Software.

    Das von diesem Konstrukteur zusammengestellte Funktionsmodell des Satelliten kann einen kontrollierten Flug ausführen, die Drehung um eine Achse steuern und Informationen von Sensoren empfangen. Der Flug ist in Python oder C ++ programmiert.







    Das Funktionsdiagramm des mit dem PC verbundenen Designers ist im Diagramm dargestellt:


    Der Prüfstand ist ein Modell der Bewegung des Satelliten in einer niedrigen äquatorialen Umlaufbahn unter Berücksichtigung der Beleuchtung und des Einflusses des Erdmagnetfelds.

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    Aufstellen des Ständers vor dem Versatz Der

    Ständer wird in einem abgedunkelten Raum aufgestellt. Vor Testbeginn misst die Jury die Lichtverhältnisse und das natürliche Magnetfeld der Erde. In Wirklichkeit gab es jedoch eine "manuelle" Anpassung der Beleuchtung.
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    Flugprogrammierung


    Die Flugprogrammierung des Geräts erfolgt in Python oder C ++ unter Verwendung einer speziellen Bibliothek, die die grundlegenden Befehle zur Steuerung der Subsysteme des Geräts enthält.

    C ++ - Bibliothek: wiki.orbicraft.ru/doku.php?id=libschsat Python-
    Bibliothek: wiki.orbicraft.ru/doku.php?id=libschsat-py

    Die schwierigsten Aufgaben 10 und 11 sollten am beschriebenen Stand durchgeführt werden .
    Um Aufgabe 11 abzuschließen, erhält jedes Team eine eindeutige Bedingung des folgenden Formulars.
    Sie müssen die folgenden Punkte fotografieren (der Meridian ist in Klammern angegeben):
    • 1 (165 °)
    • 5 (55 °)
    • 9 (-60 °)

    Ein Versuch ist eine vollständige Umdrehung des Globus (Umdrehungszeit 5 min).
    Der Satellit beginnt sich von einem Meridian von -100 ° zu „bewegen“ und bewegt sich von West nach Ost.
    Bilder können auf einem der drei bodengebundenen Messpunkte (NPCs) abgelegt werden, die in den folgenden Koordinaten festgelegt sind (der Meridian der NPCs ist angegeben):
    • NPC1 105 °
    • NPC2 15 °
    • NPC3 -80 °

    Alle Punkte für das Schießen und die NPCs befinden sich auf der Parallele - 5 ° und die Satelliten der Teilnehmer werden von den Organisatoren so aufgehängt, dass die Kameraachse in der Ebene dieser Parallele liegt.
    Sie können durch das Magnetfeld und die Sonnenstrahlung navigieren, deren gegenseitige Ausrichtung dem Schema entspricht:


    Aufgabe 4.7.10 " Erstellung eines Berichts über das Erdmagnetfeld"

    Prüfkriterium:Das Gerät ist an einer Aufhängung befestigt. Der Ständer dreht den Globus 5 Minuten lang, gleichzeitig verändert der Magnetrahmen das künstlich erzeugte Magnetfeld entsprechend der zuvor eingestellten Funktion. Das Gerät misst die Änderung der Größe des Magnetfeldvektors in Abhängigkeit vom Längengrad. Die Messergebnisse werden automatisch mit der Referenzfunktion des von einem kalibrierten Rahmen erzeugten simulierten Magnetfelds verglichen. Die Funktion der mittleren linearen Abweichung wird numerisch berechnet, wobei das Ergebnis die Anzahl der für die Aufgabe erhaltenen Punkte bestimmt.

    Das Ergebnis wird automatisch im Softwarepaket des Standes festgehalten.



    Aufgabe 4.7.11Erfassen eines Punktes auf der Erdoberfläche und Übertragen des Bildes auf einen NPC“

    Überprüfungskriterium:Das Gerät ist an einer Aufhängung befestigt. Vor dem Einschalten des Geräts wird mit einem von der Jury gestarteten Spezialprogramm eine feste Winkelgeschwindigkeit eingestellt. Der Ständer dreht den Globus 5 Minuten lang, gleichzeitig verändert der Magnetrahmen das künstlich erzeugte Magnetfeld entsprechend der zuvor eingestellten Funktion.

    Das Gerät muss einen bestimmten Punkt auf der Oberfläche fotografieren, dessen Koordinaten dem Team in der Aufgabe mitgeteilt werden. Der Zielmarker sollte vollständig in das Bild fallen. Das Bild muss über einen Hochleistungskommunikationskanal an BAT übertragen werden.

    Das Ergebnis wird automatisch im Softwarepaket des Standes festgehalten.

    Was erfordert eine Lösung des Problems
    Um das Problem zu lösen (beginnend mit der einfachsten Aufgabe Nr. 1 bis zur schwierigsten Aufgabe Nr. 11), sollten die Schüler die folgenden Kenntnisse und Fähigkeiten haben:
    • Berechnung der Systemparameter unter Berücksichtigung der bekannten Merkmale der Teilsysteme und des ausgewählten Entwurfs, einschließlich:
      • Berechnung des Stromverbrauchs;
      • der Einfluss des Layouts im Moment der Trägheit des Geräts;
      • die Position der Sensoren am Gerät in Verbindung mit den Messanforderungen.

    • Installation von Stromkreisen, einschließlich Crimpen und Testen von Kabeln.
    • Sequenzielles Testen von Subsystemen in der Baugruppe (Aufgaben 1-7).
    • Die Lösung des Problems der Stabilisierung der Vorrichtung bei der Steuerung der Drehung um eine (vertikale Achse).
    • Berechnung der Position des Gerätes im Orbit. Die Lösung des Problems der Orientierung am Sonnenstand und am Magnetfeld.
    • Programmieren des Flugs des Geräts in Python oder C ++, Debuggen des Programms gemäß den Ergebnissen der Analyse der Flugtelemetrie.

    Details auf Seite 384



    Vorläufige Ergebnisse der Mannschaften Es ist
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    möglich, die Teilnehmer der Olympiade nur aus Rohren zu ernähren, die der ORKK
    Bild

    als "Yacht" bezeichnet ... Team- Slogan
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    : "Demenz und Mut"



    Teilnehmerrückruf:
    „Endlich habe ich nach der schlaflosen Olympiade NTI genug Schlaf bekommen. Und das war echt cool. So viele neue Leute, neues Wissen und neue Erfahrungen. Ich bin sehr froh, dass ich dort war, obwohl ich mich schon lange nicht mehr so ​​dumm gefühlt habe. Raum - es ist wirklich nur Raum.
    Um ehrlich zu sein, ich dachte, dass die Jungs dort Aichi-Fans sein würden, aber in dieser Hinsicht hatte ich auch Glück, dass ich sehr coole Jungs aus verschiedenen Städten getroffen habe.
    Ich möchte ein separates Wort über Berater sagen. Sie sind unsere Lieblingsstars von Star. Ihre Geschichten und Spiele werden für eine lange Zeit auf Freunde gehen. Gel und Vera - du bist der Beste.
    Es ist bedauerlich, dass ich kaum wieder in Eaglet einsteigen kann - das ist ein erstaunlicher Ort. So viel von der Schönheit der Natur, nur rocken.
    Jetzt gibt es eine Motivation, Mathematik, Physik und Python zu betreiben, um alle wiederzusehen.
    Und trotz einiger Mißerfolge und Ungerechtigkeiten möchte ich mich bei den Menschen bedanken, die diese Olympiade organisiert haben. Es war sehr interessant und informativ. “



    Gewinner - Space Pirates Team
    • Gubaidullin Daniil, MOU Lyceum №23, Klasse 8
    • Konstantinov Denis, MAOU-Gymnasium Nr. 6, 9. Klasse
    • Sungatullina Gulnara, GAOU Lyceum Innopolis, Klasse 9
    • Tavabilova Regina, GAOU Lyceum Innopolis, Klasse 9


    Zukunftspläne


    „Die Pläne für die Raumspur lauten wie folgt.
    • Reduzieren Sie Teams auf drei Personen und unterscheiden Sie drei Rollen - einen Taschenrechner, einen Programmierer und einen Elektroniker. Dementsprechend sind die Aufgaben der Befehlsphase vielfältiger zu gestalten, um diese unterschiedlichen Kompetenzen aufzuzeigen.
    • Erweitern Sie den Konstruktor und erweitern Sie ihn.
    • Fügen Sie dem Simulator neue Missionen hinzu und schreiben Sie Programme in C ++. Im Allgemeinen werden wir den Simulator enger in die Stepic-Plattform und den Online-Kurs integrieren. “
    - Alexey Fedoseev , Organisator der "Space Systems"

    Danksagung




    Ich möchte mich persönlich bei Alena Ilyina (für alles), Ksenia Makarova und Yulia Grabovskaya (fürs Aushalten), Irina Abzalova (für schöne Fotos), der Systemadministratorin (für das Internet und Anime), allen Raumfahrtingenieuren (für Basketball und Heroes 3) bedanken ) sowie RVC-Unternehmen (sie sagen, wenn sie nicht wären, gäbe es nichts).

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