Специализация «Вычислительная механика»
Студенты бакалавриата ФАКТ могут пройти обучение по специализации «Вычислительная механика». Подготовка студентов осуществляется на базе лаборатории моделирования механических систем и процессов.
Лаборатория была открыта в 2015 году на кафедре прикладной механики МФТИ. С момента открытия лабораторией руководит кандидат физико-математических наук, доцент Завьялова Наталья Александровна.
Главный акцент при подготовке студентов ставится на развитие навыков и знаний в областях вычислительной математики, программирования и моделирования космических систем.
О лаборатории:
Компетенции лаборатории сосредоточены на стыке трех областей — физики, вычислительной математики и программирования. Сотрудниками выполняется полный цикл решения задач: от построения физических моделей и разработки математического аппарата до реализации высокопроизводительных программных кодов.
Спектр научных направлений, исследуемых сотрудниками лаборатории, очень широк. Он простирается от задач нефтяного инжиниринга до задач освоения космического пространства.
С 2015 года сотрудники лаборатории выполняли работы в интересах:
• АО «Зарубежнефть;
• ООО «Уфимский НТЦ»;
• ООО «Газпромнефть НТЦ»;
• АО «ЦНИИМаш»;
• Фонда перспективных исследований;
• АО «НПК СПП»;
• АО ГНЦ «Центр Келдыша»;
• АО «АНЦ».
Сегодня штат лаборатории насчитывает более 50 человек. Актуальными проектами являются:
• Разработка программного комплекса «Интеграл» в интересах фонда перспективных исследований.
• Моделирование облика системы «Млечный путь» в интересах АО «ЦНИИМаш».
• Разработка математических моделей космических радиолокаторов для дистанционного зондирования Земли в интересах фонда перспективных исследований.
• Создание малого космического аппарата в рамках студенческого конструкторского бюро.
Что изучают студенты?
Отличительной чертой специализации «Вычислительная механика» является углубленное изучение численных методов решения задач обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных.
На третьем курсе студенты на примере задач орбитальной механики изучают современные методы решения задач Коши обыкновенных дифференциальных уравнений, методы интерполяции, методы оптимизации, методы фильтрации и сглаживания, методы управления динамическими системами, а также состав и функциональное назначение современных космических аппаратов.
На четвертом курсе на примере задач течения флюида студенты проходят многопроцессорные вычисления, методы построения сеток, методы решения задач Коши для гиперболических и параболических уравнений, а также методы решения краевых задач.
Над какими задачами работают студенты?
• Моделирование космического сегмента мониторинга околоземного пространства — Петров Дмитрий, 4 курс, в интересах АО «ЦНИИМаш».
• Создание алгоритмов определения и поддержания ориентации для малого космического аппарата — Николай Чусовитин, 4 курс, в рамках студенческого конструкторского бюро.
• Создание модели оптико-электронного средства для мониторинга космического пространства — Карим Вафин, 3 курс, в интересах АО «НПК СПП».
• Реализация моделей возмущений гравитационного потенциала Земли — Евгений Ильин, 3 курс, в рамках студенческого конструкторского бюро.
• Чтение и обработка радиолокационной голограммы. Преобразование Гильберта — Егор Михель, 3 курс, в рамках разработки математических моделей космических радиолокаторов.
• Реализация алгоритмов автоматического подбора КА из компонент — Неверов Александр, 3 курс, в рамках студенческого конструкторского бюро.
• Реализация моделей затенения при моделировании отраженного сигнала — Евстафьев Артём, 3 курс, в рамках разработки математических моделей космических радиолокаторов.
• Моделирование поворотной платформы при наведении лазерного сигнала на космическую цель — Плахотнюк Арсений, 3 курс, в рамках проекта «Лазер-П».
Какие предметы нужно знать хорошо для успешного обучения на кафедре?
Высшую математику, общую физику, уметь работать с Git-системами, иметь опыт работы с ОС Linux, иметь навыки программирования на С++ и Python.
Работа носит практический или теоретический характер?
Работа носит больше практический характер. Под руководством преподавателей студенты реализовывают физические модели и применяют методы вычислительной математики в задачах небесной механики.
Как проходит отбор на специализацию?
Студенты должны иметь хорошую, а лучше отличную, успеваемость. Также в рамках отбора нужно будет выполнить тестовое задание и пройти собеседование.
Тестовое задание подразумевает создание небольшого проекта. Его можно посмотреть по ссылке.
Подробнее про студенческое конструкторское бюро:
В 2022 году на базе лаборатории моделирования механических систем и процессов и лаборатории высокоточных систем ориентации было создано студенческое конструкторское бюро по малым космическим аппаратам. В конструкторском бюро под руководством опытных менторов студенты физтеха создают малый космический аппарат и комплекс наземных средств.
Целью создания малого космического аппарата является отработка технологии лазерной связи «Земля-Космос». В рамках своей работы студенты решают следующие задачи:
1. Задача ориентации и стабилизации космического аппарата (написание программного обеспечения и разработка измерительных устройств и органов управления).
2. Задача координатно-навигационного обеспечения (написание программного обеспечения и работа с датчиком глобальной навигационной спутниковой системы).
3. Задача обеспечения радиосвязи с космическим аппаратом (разработка приемно-передающей антенны наземного и космического базирования, написание программного обеспечения).
4. Задача обеспечения лазерной связи «Земля-Космос» (разработка передающего лазерного устройства, разработка системы наведения лазерного устройства, разработка принимающего устройства, написание программного обеспечения).
После запуска первого малого космического аппарата (2024-2025 год) планируется создание малых космических аппаратов дистанционного зондирования Земли.
Студенты, обучающиеся на специализации «Вычислительная механика» могут принять участие в создании спутников в рамках своей трудовой деятельности, а также в рамках написания выпускной квалификационной работы.
Контакты:
Александр Алексеевич Кузнецов;
e-mail: kuznetsov.aa@mipt.ru.