fot. https://cansatcompetition.com

PWr Aerospace i Koło Naukowe Robotyków KoNaR – dwa zespoły z PWr - zakwalifikowały się do międzynarodowych zawodów CanSat Competition. Ich zadaniem będzie zbudowanie sondy, która, zrzucona z ponad 700 metrów, zbierze dane i uchroni przenoszony ładunek przed zniszczeniem.

Organizowany przez Amerykańskie Towarzystwo Astronautyczne konkurs zaplanowano na 6-9 czerwca w Blacksburgu w USA. W rywalizacji weźmie udział 40 zespołów z całego świata, a sponsorami zawodów są m.in. NASA, Siemens i Lockheed Martin.

Głównym zadaniem w tegorocznych zawodach jest zbudowanie niewielkiej sondy (nieco ponad 14 cm średnicy i 40 cm długości), która zostanie wyniesiona na pokładzie rakiety na wysokość ok. 750 metrów, po czym musi opaść na ziemię, zbierając dane telemetryczne, uruchamiając sygnał dźwiękowy przy lądowaniu. W przedziale ładunkowym sonda będzie miała także kurze jajko, które musi w nienaruszonym stanie przetrwać całą misję.

Oprócz punktów za wykonanie zadania studenci będą także oceniani za dokumentacje techniczną i prezentację projektu.

Weterani powalczą o zwycięstwo

Reprezentanci koła naukowego PWr Aerospace w zawodach biorą udział już po raz piąty. Za każdym razem udawało im się zakwalifikować do finałów, w których zajmowali czołowe pozycje – w 2022 r. drugie miejsce, a w 2023 r. czwarte.

– W ubiegłym roku różnice w czołówce były minimalne, a do podium straciliśmy zaledwie 0,23 proc. Teraz, biorąc pod uwagę nasze doświadczenie i opracowane rozwiązania, liczymy na zwycięstwo – mówi Jakub Kaszowski, lider projektu z PWr Aerospace. – Pierwszym poważnym krokiem w konkursie jest tak naprawdę wysłanie planów budowy sondy, które muszą być zgodne z wymaganiami tegorocznych zawodów. Są one oceniane przez organizatorów i w międzyczasie prezentujemy się także przed sędziami. Przed wyjazdem na zawody musimy także m.in. przeprowadzić testy środowiskowe, w trakcie których sprawdzamy, czy nasz CanSat spełnia wszystkie kryteria techniczne – dodaje.

W tym roku głównym zadaniem, z którym muszą się sobie poradzić uczestnicy, jest zmierzenie prędkości przy pomocy rurki Pitota, która jest wykorzystywana do pomiaru ciśnienia statycznego i dynamicznego, co pozwala, np. obliczyć prędkość samolotu. Drugie zadanie to ochrona delikatnego ładunku, który będzie symulowany przy użyciu kurzego jajka. Musi ono wytrzymać powstające w trakcie startu i lądowania przeciążenia, które momentami mogą wynosić nawet 30g.

– Oprócz tego nasza sonda musi również przetrwać całą misję, czyli po wylądowaniu być gotowa do ponownego włożenia do rakiety i wystrzelenia. Musi więc to być konstrukcja wielokrotnego użytku. Stałymi elementami, które obowiązują w trakcie każdych zawodów, będzie natomiast wykonanie pomiarów telemetrycznych czy choćby lądowanie na spadochronie – wyjaśnia Tomasz Drewniak, członek zarządu PWr Aerospace i konsultant przy części mechanicznej projektu.

Organizatorzy postanowili także zmienić nieco konstrukcję samej rakiety. Kontener, w którym umieszczane są CanSaty, jest tym razem stałym elementem rakiety, a sondy umieszczane będą na jej szczycie bez żadnej dodatkowej osłony. Są tym samym narażone na jeszcze większe przeciążenia, dlatego sama ich konstrukcja musi być dużo mocniejsza.  

W ubiegłych latach przy budowie sondy studenci korzystali przede wszystkim z technologii druku 3D, ale w tym roku postawili na konstrukcje hybrydową. Niektóre elementy będą na przykład wykonane z aluminium, a ze względu na ograniczenia masowe korzystają też z prętów wykonanych z karbonu.

Dużym wyzwaniem w zakresie elektroniki będzie także nagranie całej misji w dobrej rozdzielczości. – System rejestracji obrazu musi być lekki i kompaktowy, żeby zmieścić się w CanSacie, ale także na tyle zaawansowany, by móc się obrócić i nagrywać lot z każdej strony – dodaje Hubert Kulig, odpowiedzialny w projekcie za elektronikę. – Od strony konstrukcyjnej sporą trudnością będzie skalibrowanie i zamontowanie w odpowiednim miejscu rurki Pitota. Całą formułę musimy policzyć w odpowiedni sposób, bo nie mamy możliwości przetestowania urządzenia na wysokościach, na które wzbije się rakieta – dodaje.

Debiutanci chcą sprawić niespodziankę

Drugim zespołem z naszej uczelni zakwalifikowanym do zawodów jest drużyna z KN Robotyków KoNaR. Studenci dotychczas zajmowali się przede wszystkim robotami mobilnymi, z którymi odnosili wiele sukcesów na międzynarodowych zawodach.

– Wbrew pozorom mieliśmy już też do czynienia z projektami kosmicznymi. Kilka lat temu studenci z naszego koła w ramach projektu TRACZ skonstruowali innowacyjny chwytak typu jamming gripper, który został wyniesiony na pokładzie rakiety REXUS na wysokość ponad 80 km i przetestowany w próżni – mówi Mateusz Morawiak z zespołu KoNaR Can. – Uznaliśmy, że skoro mamy doświadczenie w konstruowaniu robotów mobilnych i opartych na sztucznej inteligencji, to kolejną gałęzią, w której powinniśmy spróbować swoich sił są właśnie technologie kosmiczne – dodaje.

W liczącym ponad 150 stron dokumencie zgłoszeniowym wysłanym do organizatorów konkursu studenci przedstawili najważniejsze założenia swojego projektu oraz całą dokumentację techniczną sondy, a zdobywając 98,5% punktów awansowali do finału w USA.

Obecnie są na etapie kompletowania wszystkich elementów, z których złożona zostanie sonda, mają już także gotowe projekty systemów elektronicznych, które znajdą się w jej wnętrzu. Zakładają, że cała konstrukcja zostanie złożona w ciągu najbliższych kilku dni, a później czekają ich jeszcze rozmaite testy urządzenia.

– Dla nas największym wyzwaniem jest konieczność zmieszczenia się w budżecie, który wynosi 300 dolarów. Ktoś może powiedzieć, że to całkiem spora kwota, ale gdy weźmiemy pod uwagę, że całą konstrukcję musimy wykonać od podstaw, wyposażyć w odpowiednie układy pomiarowe, elektroniczne i mechaniczne, to robi się z tego poważna bariera, którą musimy jakoś pokonać – wyjaśnia Mateusz Morawiak.

W projekcie nie mogą też sobie pozwolić na jednorazowość niektórych elementów, ponieważ po lądowaniu sonda musi być gotowa do kolejnej misji. To wymusza konieczność użycia dużo bardziej wytrzymałych, a przy tym nieco droższych materiałów.

– To nasz debiut w zawodach, dlatego przykładamy bardzo dużą wagę do każdego, nawet najmniejszego elementu. Dodatkowo musimy być też przygotowani na różne niespodziewane zdarzenia w trakcie zawodów, dlatego do USA pojedziemy z odpowiednim zapasem komponentów – tłumaczy Mateusz Morawiak. – Nie ma też co ukrywać, że chcemy wygrać w tym konkursie. Jesteśmy przyzwyczajeni do rywalizacji, lubimy, gdy poprzeczka jest ustawiona bardzo wysoko, a presja w trakcie zawodów jeszcze bardziej motywuje nas do działania – podkreśla. 

Studenci z KoNaR-u zapowiadają też, że udział w zawodach CanSat nie jest dla nich jednorazowym wyzwaniem i w przyszłości chcą brać udział także w innych konkursach związanych z technologiami kosmicznymi.

– Zależy nam, żeby nasze koło naukowe opierało się na trzech filarach, czyli sztucznej inteligencji i robotach społecznych, na robotach mobilnych oraz właśnie na projektach związanych z kosmosem – podkreśla Mateusz Morawiak.

Więcej informacji o konkursie na stronie zawodów

mic