Разработка системы управления полетом стратостата для ФМБЦ им. А. И. Бурназяна

Большинство ИТ‑проектов ограничиваются веб‑сервисами, корпоративными системами или автоматизацией бизнеса. Этот проект оказался принципиально иным: речь шла о разработке системы управления полетом стратостата для проведения научного эксперимента в стратосфере.

Для ФМБЦ им. А. И. Бурназяна требовалось создать не просто программное обеспечение, а полный контур управления — от аппаратной платформы до алгоритмов, принимающих решения в условиях ограниченной связи и меняющейся среды.

Это один из тех редких случаев, когда ошибки нельзя «пофиксить на проде» — система должна работать корректно с первого запуска, находясь на высоте десятков километров.

Архитектура стратостата и ограничения среды

Конструкция стратостата включала пять шаров, систему парашютного спуска, пиропатроны для контролируемого подрыва оболочек, а также несколько каналов связи: три GSM‑модуля и два GPRS‑модуля для передачи телеметрии.

Определение высоты выполнялось по атмосферному давлению, что накладывало дополнительные требования к точности обработки данных и фильтрации шумов.

Система должна была учитывать сразу несколько факторов: изменение давления, температурные условия, возможные потери связи и необходимость автономного принятия решений. По сути, речь шла о встраиваемой системе реального времени с элементами отказоустойчивости.

Аппаратная платформа: разработка платы на ARM

В рамках проекта была спроектирована и разработана собственная плата управления на ARM‑архитектуре. Это позволило полностью контролировать как аппаратную, так и программную часть системы.

При проектировании учитывались требования к энергопотреблению, устойчивости к внешним условиям и надежности компонентов. Особое внимание уделили резервированию критических узлов и корректной работе с периферией — датчиками, модулями связи и исполнительными устройствами.

Фактически плата стала «мозгом» стратостата, объединяющим все элементы в единую систему управления.

Программное обеспечение платы было реализовано на языке C. Выбор был обусловлен необходимостью полного контроля над ресурсами, предсказуемости выполнения и минимальных накладных расходов.

Мы реализовали логику работы с датчиками, обработку телеметрии, управление каналами связи и алгоритмы принятия решений. Код проектировался с учетом ограниченных ресурсов и требований к надежности — любые неопределенности или утечки памяти в таких системах недопустимы.

Отдельное внимание уделили обработке нештатных ситуаций: потере связи, некорректным данным датчиков и сбоям отдельных модулей.

На практике поведение стратостата оказалось сложнее, чем предполагалось на этапе моделирования. Первые запуски были далеки от ожидаемых результатов: возникали отклонения по высоте, некорректно отрабатывали сценарии, связанные с подрывом шаров и спуском.

Это нормальная ситуация для подобных проектов — реальная среда всегда вносит свои коррективы. Мы последовательно анализировали телеметрию, выявляли причины отклонений и дорабатывали алгоритмы.

В результате удалось добиться предсказуемого поведения системы: корректного набора высоты, стабильного удержания параметров полета и безопасного завершения миссии с использованием парашютной системы.

Фактически алгоритм был «отточен» через серию итераций, пока не начал работать так, как требовалось в рамках научного эксперимента.

Одной из ключевых задач стало обеспечение устойчивой передачи данных. Использование нескольких GSM и GPRS модулей позволило реализовать резервирование каналов связи.

Система автоматически переключается между каналами в зависимости от доступности, что повышает вероятность получения телеметрии на всех этапах полета.

При этом архитектура учитывает сценарии полной потери связи — в таких случаях стратостат продолжает выполнение программы автономно.

Важной частью проекта стала не только разработка, но и передача компетенций. Мы обучили персонал заказчика работе с системой: подготовке платы, настройке параметров полета и проведению запуска.

Отдельно были проработаны сценарии предполетной проверки, включая валидацию настроек и тестирование ключевых компонентов. Это критически важно, поскольку ошибка на этапе подготовки может привести к потере всей миссии.

В результате команда заказчика получила не «черный ящик», а понятный инструмент, с которым можно работать самостоятельно.

В рамках проекта была создана полноценная система управления стратостатом, включающая аппаратную платформу, программное обеспечение и алгоритмы полета.

Заказчик получил инструмент для проведения научных экспериментов в стратосфере с возможностью гибкой настройки параметров и контроля за ходом миссии.

Это был действительно редкий и технически насыщенный проект, требующий сочетания компетенций в embedded-разработке, электронике и системной инженерии. Такие задачи выходят за рамки стандартной разработки и требуют глубокой проработки на всех уровнях — от железа до алгоритмов.

Именно такие проекты лучше всего демонстрируют уровень инженерной экспертизы и способность решать нестандартные задачи в условиях высокой неопределенности.