Studenci z koła naukowego PWr in Space zaprezentowali swoją najnowszą konstrukcję. Ich pierwsza rakieta na paliwo ciekłe – R7 „Together” – w październiku wystartuje na międzynarodowych zawodach European Rocketry Challenge w Portugalii.

Zadaniem rakiety na portugalskich zawodach będzie wzniesienie się na pułap 3 km. Chodzi o „wstrzelenie się” jak najbliżej tej wysokości. Im dalej rakieta znajdzie się od tego pułapu, tym więcej punktów straci zespół (oceniane są m.in. poprawność lotu czy faza odzysku rakiety).

Wyświetl ten post na Instagramie

Post udostępniony przez Politechnika Wrocławska (@politechnika_wroclawska)

Pierwsza taka rakieta

R7 „Together” jest już dziewiątą rakietą koła PWr in Space. Mierzy 440 cm i waży około 60 kg. Studenci i studentki z PWr in Space zbudowali jej strukturę nośną z lekkich, a jednocześnie wytrzymałych materiałów kompozytowych.

– Przed państwem nie stoi po prostu kolejna rakieta PWr in Space. Przygotowaliśmy rewolucję a nie ewolucję – mówił Jakub Gienieczko z PWr in Space w czasie premiery rakiety. – Największą i najważniejszą zmianą jest nowy napęd silnika, na paliwo ciekłe. Wielce prawdopodobnie jest, że będzie to pierwsza polska studencka rakieta w powietrzu już w październiku na zawodach w Portugalii.

Studenci zaznaczają, że udało im się już osiągnąć dwie trzecie zakładanego ciągu (rzędu 3 kN) i przeprowadzili pierwsze testy zapłonu.

– Używamy etanolu jako paliwa oraz podtlenku azotu jako utleniacza. Zastosowanie tego rodzaju napędu wymusiło szereg zmian w innych systemach rakiety. Między innymi zaimplementowaliśmy system typu pressure-fed, w którym ciekły utleniacz i paliwo są wtłaczane do komory spalania pod ciśnieniem generowanym przez gaz obojętny – azot – opowiada Wiktoria Mrowiec z PWr in Space.

Duże zmiany zaszły też w strukturze rakiety w porównaniu do poprzednich tworzonych przez naszych studentów. Konstrukcja bazuje na kompozytach z włókna węglowego produkowanych samodzielnie. Korpusy są sztywniejsze i bardziej wytrzymałe, a jednocześnie tylko nieznacznie cięższe niż w poprzednich projektach.

W elektronice studenci wprowadzili nowy system komputerowy z komunikacją LoRa oraz usprawnili zarządzanie zasilaniem. Stworzyli też system TANWA – złożony z siedmiu płytek PCB odpowiedzialnych za pomiary, sterowanie i bezpieczeństwo. Rozwinęli system kamer i wdrożyli plan automatycznego śledzenia rakiety przez antenę z wykorzystaniem danych GPS i IMU.

– Po raz pierwszy do głównej rakiety trafił w pełni funkcjonalny system ACS (Attitude Control System), umożliwiający aktywne sterowanie lotem za pomocą czterech powierzchni sterujących. Projekt rozwijany od trzech lat przeszedł przez kilka iteracji i oparty jest na własnych symulacjach, elektronice i oprogramowaniu – podkreśla Wiktoria.

Każda rakieta startująca w zawodach niesie także ładunek badaczy – tzw. payload. Tym razem głównym obiektem badań dla studentów będą pulsacyjne rurki ciepła (PHP).

– To technologia znana z zastosowań satelitarnych, szczególnie w USA, ale wciąż rzadko stosowana w Europie i bardzo rzadko w ładunkach tej wielkości – tłumaczą studenci. – Naszym najważniejszym celem jest zbadanie ich pracy w warunkach dynamicznych, czyli podczas lotu rakiety. Moduł zawiera pulsacyjną rurkę ciepła i system pomiaru zmian w rurce oraz system pomiaru drgań rakiety w locie. To miniaturowe laboratorium zbierające dane z kilkunastu czujników temperatury i ciśnienia oraz akcelerometrów, z dokładnością do tysięcznych sekundy. Zbierzemy dane podczas rzeczywistego lotu rakiety, które pozwolą na analizę efektywności działania PHP w ekstremalnych warunkach, pełną charakterystykę termiczną i dynamiczną systemu.

Studenci wprowadzili także zmiany w systemie odzysku rakiety. Zespół zrezygnował z ładunków pirotechnicznych na rzecz w pełni mechanicznych i serwomechanicznych rozwiązań, co pozwala na wielokrotne testowanie na ziemi. Spadochrony postanowili uszyć ręcznie z materiału ripstop, a całość obsługuje dwustopniowy mechanizm separacji.

Równie duże zmiany zaszły w systemach naziemnych. Nowy system tankowania (TITAN) umożliwia kontrolowane napełnianie zbiorników podtlenku i azotu. Waga do ważenia utleniacza została zaprojektowana jako wisząca – dokładniejsza i łatwiejsza do ustawienia w terenie. Odłączanie przewodów tankujących odbywa się teraz zdalnie, przez automatyczne siłowniki – tzw. droidy. Studenci całkowicie przebudowali też wyrzutnię – teraz ma 12 metrów, centralną podporę i zmodyfikowane odciągi. Powstała też nowa hamownia pionowa do testów silników o znacznie większej mocy.

Wyjątkowa okleina rakiety

– Szczególną dumą napawa nas tegoroczna współpraca z Akademią Przyszłości – organizacją, która wspiera dzieci w budowaniu pewności siebie – podkreśla Wiktoria. – Dzieci uczestniczące w tym programie aktywnie zaangażowały się w przygotowanie okleiny R7 „Together”. To wyjątkowe doświadczenie dodaje naszemu projektowi nie tylko koloru, ale też głębszej wartości edukacyjno-społecznej.

– Jestem szczerze wzruszona i pełna podziwu, że postanowiliście dać naszym podopiecznym możliwość narysowania czegoś, co zobaczą później na niebie. A do tego świetnie daliście sobie radę z gromadą dzieciaków w różnym wieku i o różnych charakterach. Pokazaliście im, że mogą mierzyć naprawdę wysoko. I za to ogromnie dziękuję – mówiła Ewa, koordynatorka wolontariatu z Akademii Przyszłości.

Prace nad rakietą trwały około rok. Zaangażowanych w nie było ponad 80 osób – studentów PWr, absolwentów i innych pasjonatów inżynierii rakietowej.

Zawody European Rocketry Challenge zaczną się 9 października. Wystartuje w nich 28 zespołów – m.in. z Wielkiej Brytanii, Niemiec, Holandii, Czech czy Norwegii. Szczegóły na stronie internetowej zawodów.

Koło naukowe PWr in Space jest jednym z siedmiu kół strategicznych Politechniki Wrocławskiej. Jego opiekunami są mgr inż. Rafał Fenc i dr inż. Dariusz Pyka.

lucy