Результаты проектов

Конкурсы Министерства образования и науки РФ: Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»

Программа утверждена Постановлением Правительства Российской Федерации от 21.05.2013 № 426.

Федеральная целевая программа (далее – Программа) — это сумма мероприятий, процедур и регламентов, через которые государство осуществляет научно-техническую политику, размещая государственные заказы на исследования и разработки в тех направлениях науки и технологии, которые признаны приоритетными.

Организационное сопровождение Программы осуществляет федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Дирекция научно-технических программ» (далее – Дирекция).

Дирекция Программы выполняет следующие основные функции:

  • собирает и систематизирует статистическую и аналитическую информацию о реализации мероприятий Программы;
  • организует по поручению государственного заказчика Программы экспертизу проектов на всех этапах реализации Программы;
  • организует независимую оценку показателей результативности и эффективности мероприятий Программы, их соответствия целевым индикаторам и показателям;
  • внедряет информационные технологии и обеспечивает их применение в целях управления реализацией Программы и контроля за ходом выполнения мероприятий Программы;
  • осуществляет информационное обеспечение специализированного сайта (сайтов) в информационно-телекоммуникационной сети Интернет;
  • организует техническое и информационное сопровождение приемки и оценки результатов работ;
  • обеспечивает организационно-техническое сопровождение формирования тематики конкурсных лотов.

Программа ориентирована на проведение и финансирование исследований, дающих выход на конкретные разработки и продукты. Она направляет ресурсы на проведение прикладных исследований по тем технологическим направлениям, которые являются приоритетными для российской экономики и способствуют повышению ее конкурентоспособности.

Кроме того, в рамках Программы финансируется создание и поддержка инновационной инфраструктуры, призванной связать сектор исследований и разработок с субъектами рыночной экономики, обеспечить конвертацию знаний, преобразование их в рыночный продукт.

Выполняемые проекты

1. Методы и инструменты автоматизированного проектирования и моделирования бортовых вычислительных сетей космических аппаратов

Руководитель — директор института высокопроизводительных сетевых и компьютерных технологий, заведующий кафедрой аэрокосмических компьютерных и программных систем (№14), д.т.н., проф. Юрий Евгеньевич Шейнин.

Соглашение с Минобрнауки №14.578.21.0214 от 03.10.2016. Мероприятие 1.3. Окончание работ - 30.06.2019.

Индустриальный партнер - акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева».

Результаты проекта

Этап 1

Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему проектирования и моделирования бортовой вычислительной сети (БВС) КА, в том числе обзор научных информационных источников.

Выполнено обоснование выбора направления исследований по разработке автоматизированной системы проектирования БВС перспективных КА.

Проведены патентные исследования.

Проведены исследование архитектуры БВС КА, их функций и разработка набора ключевых показателей для проектирования бортового оборудования КА на примере космических аппаратов АО «ИСС».

Этап 2

Проведено исследование и анализ существующих программ моделирования и их характеристик для моделирования БВС КА, разработаны технические требования к системе автоматизированного проектирования БВС КА.

Проведено исследование существующих методов прокладки маршрутов для передачи пакетов по вычислительным сетям с коммутацией пакетов, разработаны требования к передаче различных классов трафика КА и определение границ применимости разрабатываемых методов прокладки маршрутов.

Разработан экспериментальный программный компонент «Подсистема проектирования и анализа физической структуры БВС КА».

Разработаны методы прокладки маршрутов для передачи пакетов в БВС КА. Проведено исследование существующих методов прокладки маршрутов для передачи пакетов по вычислительным сетям с коммутацией пакетов, разработаны требования к передаче различных классов трафика КА и определение границ применимости разрабатываемых методов прокладки маршрутов.

Разработан экспериментальный программный компонент «Подсистема проектирования и анализа физической структуры БВС КА».

Разработаны методы прокладки маршрутов для передачи пакетов в БВС КА.

Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки:
  • программа для ЭВМ, заявка №2017661005 от 30.10.2017 "Модуль импорта и экспорта данных для подсистемы проектирования и анализа физической структуры бортовых вычислительных сетей космических аппаратов", РФ;
  • программа для ЭВМ, заявка №2017660894 от 30.10.2017 "Программа для оценки отказоустойчивости физической структуры бортовых вычислительных сетей космических аппаратов", РФ.
Этап 3

Разработан экспериментальный программный компонент (ЭПК) системы автоматизированного проектирования (САП) БВС КА «Подсистема прокладки маршрутов и генерации конфигурации сетевых компонентов БВС КА».

Разработаны требования к функциональности узлов БВС и расписанию их работы и определение границ применимости методов автоматизированного планирования трафика в БВС КА, в том числе для смешанных классов критичности трафика в бортовом оборудовании КА.

Разработаны методы планирования трафика с гарантированным качеством сервиса в БВС КА с учетом разработанных требований и ограничений, а также требований международного стандарта SpaceWire и (проекта) национального стандарта SpaceWire-RUS.

Разработаны методы иерархического, многоуровневого моделирования БВС КА с учетом требований международного стандарта SpaceWire и (проекта) национального стандарта SpaceWire-RUS.

Разработан ЭПК САП БВС КА «Подсистема автоматизированного планирования трафика в БВС КА».

Разработан ЭПК САП БВС КА «Визуальная среда многоуровневого моделирования БВС КА».

Разработаны программа и методики экспериментальных исследований компонентов САП БВС КА.

Разработана программная эксплуатационная документация программного компонента (ПК) «Подсистема прокладки маршрутов и генерации конфигурации сетевых компонентов БВС КА».

Разработана программная эксплуатационная документация ПК «Подсистема автоматизированного планирования трафика в БВС КА».

Разработана программная эксплуатационная документация ПК «Визуальная среда многоуровневого моделирования БВС КА».

Разработаны исходные данные и тестовые задачи на основе характеристик реальных КА АО «ИСС» для проведения экспериментальных исследований компонентов системы автоматизированного проектирования БВС КА.

Проведены экспериментальные исследования компонентов САП БВС КА в соответствии с разработанными Программой и методиками.

Произведена доработка компонентов системы автоматизированного проектирования БВС КА по результатам проведенных экспериментальных исследований.

Проведена оценка результатов выполненных ПНИЭР в сравнении с современным научно-техническим уровнем.

Проведена оценка полноты решения задач и достижения поставленных целей ПНИЭР.

Разработаны технические предложения по разработке продукции - программных комплексов автоматизированного проектирования и моделирования БВС КА на основе результатов ПНИЭР.

Разработаны рекомендации по внедрению результатов ПНИЭР в реальном секторе экономики - на предприятиях Индустриального партнера (АО «ИСС») и предприятиях, входящих в кооперацию АО «ИСС» по проектированию и изготовлению КА, а также на других предприятиях космической отрасли. Разработанный ЭПК САП БВС КА «Подсистема прокладки маршрутов и генерации конфигурации сетевых компонентов БВС КА» позволяет: строить основные и альтернативные маршруты передачи данных; рассчитывать задержки информационных потоков для заданной конфигурации маршрутов; задавать логические адреса для терминальных узлов и регионов; настраивать конфигурационные параметры для протоколов транспортного уровня RMAP, СТП-ИСС; изменять параметры физических устройств и каналов.

Разработанные требования к функциональности узлов БВС включают в себя: ограничения по общему количеству узлов в сети; требования к обязательной реализации стандарта SpaceWire, как сетевой технологии и транспортного протокола СТП-ИСС в узлах и коммутаторах; ограничения по объему памяти.

Разработанные методы планирования трафика позволяют составлять расписание для всех узлов БВС КА, имеющих в своем составе транспортный протокол СТП-ИСС-14 с включенным качеством сервиса «Планирование».

Разработанные методы иерархического многоуровневого моделирования БВС КА позволяют выполнять моделирование на уровне битового представления (канал SpaceWire на физическом уровне) и пакетном уровне (транспортный уровень и сетевой уровень SpaceWire).

Разработанный ЭПК САП БВС КА «Подсистема автоматизированного планирования трафика в БВС КА» позволяет: формировать таблицы расписания отправки данных для узлов в составе сети; составлять расписание отправки данных для узлов в составе сети (с поддержкой транспортных протоколов СТП-ИСС-13, RMAP).

Разработанный ЭПК САП БВС КА «Визуальная среда многоуровневого моделирования БВС КА»: обеспечивает графический пользовательский интерфейс для работы со средой моделирования; позволяет формировать структуры сети в графическом виде при помощи библиотеки VIPE; обеспечивает возможность использования при моделировании узлов SpaceWire различного типа: с различным количеством портов, разными транспортными протоколами и приложениями; имеет возможность отображать не более 1000 элементов сети SpaceWire; обеспечивает возможность настройки работы приложений, работающих поверх транспортных протоколов; поддерживает работу с каналами SpaceWire и GigaSpaceWire; обеспечивает возможность моделирования работы транспортных протоколов СТП-ИСС и RMAP в одной сети; обеспечивает возможность сохранять внутреннее состояние системы проектирования и запускать моделирование с последней точки сохранения; обеспечивает возможность сохранять и вновь загружать результаты моделирования.

Разработанные программа и методики экспериментальных исследований представляют из себя комплект тестов для проверки корректности функционирования компонентов САП БВС КА.

Были предложены дальнейшие направления и предложения для разработки программных комплексов автоматизированного проектирования и моделирования БВС КА, такие как: клиент-серверная структура; базы данных для хранения диагностической информации по результатам моделирования; ускорение работы САПР за счет распараллеливания моделирования на несколько процессорных ядер.

Разработка системы автоматизированного проектирования бортовых коммуникационных сетей с использованием технологии SpaceWire позволит улучшить следующие показатели: снизить трудоемкость этапов опытно-конструкторских работ (ОКР) и наземной экспериментальной отработки (НЭО) платформы КА; снизить риски рассогласования и человеческих ошибок при разработке информационной сети как бортового комплекса управления (БКУ), так и всего космического аппарата, а также сборки и тестирования космического аппарата в процессе его изготовления; повысить качество, надежность и отказоустойчивость функционирования БКУ и КА в целом (за счет унификации функциональных узлов БКУ, системных и технических характеристик распределенной сетевой архитектуры с резервными информационными связями и автоматической реконфигурацией при сбоях); снять ограничения по количеству абонентов, входящих в состав единой информационной сети космического аппарата; реализовать техническую диагностику информационного трафика БА без необходимости создания отдельного физического интерфейса связи между бортовая аппаратура (БА) КА.

Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки:
  • программа для ЭВМ "Модуль импорта и экспорта данных для подсистемы проектирования и анализа физической структуры бортовых вычислительных сетей космических аппаратов", заявка 2017661005 от 30.10.2017, свидетельство о государственной регистрации №2018612216 от 14.02.2018, РФ;
  • программа для ЭВМ "Программа для оценки отказоустойчивости физической структуры бортовых вычислительных сетей\космических аппаратов", заявка 2017660894 от 30.10.2017, свидетельство о государственной регистрации №2018611968 от\08.02.2018, РФ;
  • программа для ЭВМ "Генерация отказоустойчивых структур бортовых вычислительных сетей и космических аппаратов", заявка\2018617786 от 24.06.2018, свидетельство о государственной регистрации №2018660116 от 16.08.2018, РФ;
  • программа для ЭВМ "Программа конвертации неориентированного графа в ориентированный ациклический граф топологии сети", заявка №2018619017 от 21.08.2018, свидетельство о государственной регистрации №2018661133 от 03.09.2018, РФ;
  • программа для ЭВМ "Программа для моделирования отказов элементов бортовых вычислительных сетей космических аппаратов", заявка №2018619143 от 27.08.2018, свидетельство о государственной регистрации №2018661189 от 04.09.2018, РФ;
  • программа для ЭВМ "Программа конвертации графа топологии сети в каналозависимый граф", за явка №2018619145 от 27.08.2018, свидетельство о государственной регистрации №2018661191 от 04.09.2018, РФ;
  • программа для ЭВМ "Событийно-ориентированная программная модель элементов бортовой сети SpaceWire", заявка №2018619146 от 27.08.2018, свидетельство о государственной регистрации №2018661192 от 04.09.2018, РФ;
  • программа для ЭВМ "Модуль импорта данных для системы автоматизированного проектирования БВС КА", заявка №2018619106 от 27.08.2018, свидетельство о государственной регистрации №2018661280 от 05.09.2018, РФ;
  • программа для ЭВМ "Программа прокладки маршрутов передачи данных информационных потоков в сети", заявка №2018619105 от 27.08.2018, свидетельство о государственной регистрации №2018661281 от 05.09.2018, РФ;
  • программа для ЭВМ "Программа для моделирования искажений пакетов при передаче через бортовые вычислительные сети космических аппаратов", заявка №2018619104 от 27.08.2018, свидетельство о государственной регистрации №2018661282 от 05.09.2018, РФ.

2. Разработка технологии очистки нефтесодержащих вод фильтрами до 100 кубометров в час на основе графенового сорбента

Руководитель - к.т.н., доц. (к. №5) Наталья Александровна Жильникова.

Соглашение с Минобрнауки №14.578.21.0222 от 03.10.2016. Мероприятие 1.3. Окончание работ - 31.12.2018.

Индустриальный партнер - Общество с ограниченной ответственностью «Фильтры».

Результаты проекта

Этап 1

Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР.

Проведены патентные исследования.

Сделано обоснование возможных направлений исследований с целью определения оптимального направления исследований на основе анализа состояния исследуемой проблемы.

Выполнены выбор и обоснование методов решения поставленных в ПНИЭР задач, в том числе критериев экологической безопасности.

Проведен сравнительный анализ методов исследования водно-нефтяных эмульсий с целью оценки критериев экологической безопасности.

Проведен сравнительный анализ различных сорбентов для очистки воды от примесей нефтепродуктов.

Проведен физико-химический анализ исходной и очищенной воды с примесями нефтепродуктов.

Проведен сравнительный анализ степени уплотнения и плотности деструкции графенового сорбента.

Проведен сравнительный анализ технологических схем фильтрующих элементов для обеспечения абсорбции нефтесодержащей воды с примесями.

Этап 2

Подготовлен лабораторный регламент получения экспериментальных образцов (ЭО) фильтров на основе вспененного графита (графена).

Разработаны эскизные конструкторские документации (ЭКД) и изготовлены ЭО графенового бескорпусного фильтра в одной модификации и графеновых корпусных фильтров в двух модификациях.

Разработаны программа и методика и проведены лабораторные испытания бескорпусного и корпусных фильтров на основе графена.

Разработана ЭКД на ЭО модульной мобильной установки для очистки воды от нефтепродуктов.

Проведены экспериментальные исследования способов «сухой» и «мокрой» упаковок картриджей для графеновых бескорпусного и корпусных фильтров, а также упаковки графенового сорбента с неравномерным уплотнением в фильтры.

Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки:
  • изобретение, «Фильтр для очистки воды», заявка, №6620171407, 22.11.2017, РФ;
  • база данных «Классификация способов и средств очистки сточных и нефтесодержащих вод», заявка, №2017621612,29.12.2017, РФ;
  • база данных «Классификация методов исследования водно-нефтяных эмульсий с целью оценки критериев экологической безопасности», заявка, №2017621614, 29.12.2017, РФ.
Этап 3

Разработан экспериментальный образец (ЭО) модульной мобильной установки для очистки воды от нефтепродуктов. При реализации ЭО модульной мобильной установки на базе корпусных фильтров, каждый фильтр обеспечивает производительность от 3 до 5 м3 в час. При эксплуатации миниводоканала осуществляется непрерывный отбор пробы воды, которая протекает через кюветы приборов, оценивающих наличие органических примесей (нефтепродуктов) и мутности с помощью ультрафиолетового (УФ) спектрофотометра. В случае превышения параметров выше, чем предусмотрено ПДК, поступает сигнал, который отключает систему питания установки и сообщает об этом оператору.

Разработаны программа и методика (ПиМ) и проведены лабораторные испытания экспериментального образца модульной мобильной установки по очистке воды от нефтепродуктов. ПиМ содержат разделы, определяющие порядок проведения испытаний по определению ресурса работы: установки на базе корпусных фильтров, установки на базе бескорпусных фильтров. Использовано хроматографическое и спектрофотометрическое оборудование для исследования качества получаемой воды. По итогам лабораторных испытаний были получены данные, подтверждающие, что качество очищаемой воды и характеристики ЭО соответствуют требованиям раздела 4 ТЗ.

Выполнена технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов. При анализе рынка продукции была отмечена положительная динамика финансирования и привлечения денежных средств в сферу очистки сточных вод и предотвращения выбросов загрязняющих веществ в составе сточных вод в водные объекты.

Разработаны предложения и рекомендации по реализации (коммерциализации) результатов ПНИЭР, в которых представлены стратегия выхода на рынок и единая система интегрированных маркетинговых коммуникаций, включающие в себя различные инструменты продвижения продукции.

Разработан проект технического задания (ТЗ) на проведение ОКР по теме: «Разработка опытного образца модульной мобильной установки для очистки воды от нефтепродуктов». При разработке ТЗ на ОКР на основе действующих нормативных документов, требований безопасности, санитарных, экологических, строительных и других норм были сформулированы требования к опытному образцу и создан задел для дальнейшей реализации проекта.

Разработаны методические рекомендации по использованию фильтров на основе графенового сорбента для защиты окружающей среды от примесей нефти в воде. Методические рекомендации описывают основные аспекты применения фильтров на основе ГС в различных промышленных областях.

Разработаны технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации модульной мобильной установки для очистки воды от нефтепродуктов. Технические требования определяют показатели качества, отдельные технические характеристики и аспекты технологического процесса, которые необходимо обозначить для реализации изделия.

Подготовлены материалы заявок на получение патента на полезную модель, двух свидетельств о государственной регистрации баз данных и одного свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ. Проведена оценка РИД, полученных при выполнении ПНИЭР. Принято участие в трех мероприятиях по демонстрации и популяризации результатов и достижений науки.

Произведена закупка расходных материалов и оборудования для проведения испытаний ЭО модульной мобильной установки.

Проведены маркетинговые исследования, в результате которых были выявлены: растущий рыночный спрос на новые технологичные решения в области проекта и комплексное благоприятное влияние факторов внешней среды, включая осознание государством и обществом необходимости охраны водных ресурсов.

Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки:
  • база данных, «Классификация способов и средств очистки сточных и нефтесодержащих вод», заявка, №2017621612; 29.12.2017, свидетельство о регистрации, №2018620477, 26.03.2018, РФ;
  • база данных, «Классификация методов исследования водно-нефтяных эмульсий с целью оценки критериев экологической безопасности», заявка, №2017621614, 29.12.2017, свидетельство о регистрации, №2018620476, 26.03.2018, РФ;
  • база данных, «Классификация оборудования, комплектующих и расходных материалов для изготовления и проведения испытаний фильтров для очистки нефтесодержащих вод», заявка, №2018621595, 02.11.2018, свидетельство, №2018621843, 20.11.2018, РФ;
  • база данных, «Сравнительные характеристики корпусных и бескорпусных фильтров в составе модульной мобильной установки по очистке воды от нефти», заявка, №2018621587, 02.11.2018, свидетельство, №2018621841, 20.11.2018, РФ;
  • полезная модель, «Фильтр для очистки воды от нефтепродуктов», заявка, №2018131652, 03.09.2018, РФ;
  • программа для ЭВМ, «Панель управления и тестирования модульной мобильной установки для очистки нефтесодержащих вод», заявка, №2018664682, 18.12.2018, РФ.

3. Разработка экспериментального образца устройства для обеспечения беспроводной подзарядки аккумуляторов имплантатов

Руководитель - к.т.н., доц. (к. №14) Алексей Владимирович Рабин.

Соглашение с Минобрнауки №14.578.21.0233 от 26.09.2017. Мероприятие 1.3. Окончание работ - 30.06.2020.

Индустриальный партнер - Общество с ограниченной ответственностью «Альт-Комплект».

Результаты проекта

Этап 1

Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР, позволивший выбрать тип силового поля для беспроводной передачи энергии и выделить основные источники воздействия на биологический объект.

Проведены патентные исследования, позволившие сформулировать основные ограничения реализации выбранного подхода с точки зрения безопасности биологического объекта.

Выбраны направления дальнейших исследований, связанные с различными подходами обеспечения допустимого температурного режима функционирования устройства для обеспечения беспроводной подзарядки аккумуляторов имплантатов и беспроводного питания безаккумуляторных имплантатов (Устройства) при требуемом уровне КПД передачи энергии.

Произведены выбор и обоснование методов решения поставленных в ПНИЭР задач.

Разработана общая структура экспериментального образца (ЭО) Устройства.

Поведены аналитический обзор современной элементной базы и выбор необходимых комплектующих для разработки и изготовления передающего и приемного модулей ЭО Устройства.

Разработаны функциональные схемы передающего и приемного модулей ЭО Устройства.

Разработаны требования к имплантируемой биотелеметрии для оценки работоспособности ЭО Устройства. Проведен анализ рынка поставщиков имплантируемой биотелеметрии для решения задач выполняемой работы.

Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки:
  • программа для ЭВМ, заявка, №2017663340, 21.12.2017. «Программа реализации обратной связи модуля беспроводной передачи энергии имплантируемого устройства для обеспечения термической безопасности его использования».
Этап 2

Разработаны макеты модулей устройства (ММУ). Разработаны и изготовлены печатные платы ММУ.

Разработано программное обеспечение экспериментального образца (ЭО) устройства.

Произведены монтаж и настройка ММУ.

Разработаны программа и методика (ПиМ) и проведены испытания ММУ.

Разработана ЭКД на ЭО устройства по результатам испытаний ММУ. Изготовлены ЭО устройства.

Разработаны ПиМ и проведены технические испытания ЭО устройства.

Разработана ЭКД на ЭО имплантируемой биотелеметрической системы (БТС). Изготовлены ЭО БТС.

Разработано программное обеспечение БТС.

Проведено комплексирование ЭО устройства с ЭО БТС.

Разработаны ПиМ и проведены технические испытания комплексированных ЭО устройства и БТС.

Разработаны ПиМ и проведены испытания ЭО БТС для оценки работоспособности устройства в биологических объектах (в имитационной среде биологического объекта - БО). Разработаны ПиМ испытаний комплексированных ЭО устройства и БТС.

Выполнена корректировка ЭКД ЭО БТС по итогам проведения испытаний.

Проведены испытания комплексированных ЭО и БТС. Изготовлены откорректированные ЭО БТС по откорректированной ЭКД.

Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки:
  • программа для ЭВМ «Программа реализации обратной связи модуля беспроводной передачи энергии имплантируемого устройства для обеспечения термической безопасности его использования», заявка, №2017663340, 21.12.2017, свидетельство о регистрации, №2018611945, 08.02.2018, РФ;
  • программа для ЭВМ «Программа управления мощностью генерирующего блока системы беспроводной передачи энергии имплантируемого устройства», заявка, №2018614569, 08.05.2018, свидетельство о регистрации, №2018617530, 26.06.2018, РФ;
  • база данных «Элементная база для изготовления модулей устройств беспроводной передачи данных», заявка, №2018621770, 30.11.2018, свидетельство о регистрации, №2018622062, 17.12.2018, РФ;
  • программа для ЭВМ «Программа декодирования сигнала обратной связи регулятора мощности передающего модуля системы беспроводной передачи энергии имплантируемого устройства», заявка, №2018665016, 24.12.2018, РФ.