Studenci z koła naukowego PWr in Space zakończyli prace nad swoją siódmą eksperymentalną rakietą sondującą. Napędzana silnikiem hybrydowym „Aether” w czerwcu wystartuje w zawodach Spaceport America Cup w USA. W piątek miała swoją oficjalną premierę w kampusie PWr.

1700 studentów ze 150 uczelni z całego świata i w sumie 152 zespoły – tak w skrócie będą wyglądać czerwcowe zawody w Nowym Meksyku. Dla studentów i studentek z Politechniki Wrocławskiej będą już siódmymi, w których wystartują.

Nasi reprezentanci będą rywalizować w kategorii rakiet napędzanych silnikami hybrydowymi (Hybrid&Liquid SRAD 10000 ft). Najważniejszym zadaniem jest tam wzniesienie się na pułap 10 tys. stóp, czyli dokładnie 3048 m. Chodzi o „wstrzelenie się” jak najbliżej wysokości 3048 metrów. Im dalej rakieta będzie od tego pułapu, tym więcej punktów traci zespół.

Do zdobycia jest ich w sumie tysiąc. Oceniane są także m.in. terminowość dostarczanej dokumentacji i projekt techniczny – jeszcze przed samymi zawodami, a w czasie ich trwania:  właśnie poprawność lotu (czyli m.in. odległość od wyznaczonej wysokości) czy faza odzysku rakiety.

Prawie 30-kilogramowa konstrukcja

Rakieta R6 „Aether” jest eksperymentalną rakietą sondującą, napędzaną silnikiem hybrydowym, gdzie do zapłonu potrzebne jest paliwo w formie stałej (krążki żywicy z drobinkami aluminium) oraz utleniacz w formie gazowej (podtlenek azotu).

– Jest konstrukcją modułową, składa się z silnika hybrydowego, komputera pokładowego, payloadu (ładunek badawczy), systemu separacji i odzysku rakiety, a całość utrzymuje w ryzach struktura nośna – opowiada Wiktoria Mrowiec z koła PWr in Space.

Rakieta waży 29,5 kg i mierzy 3,84 m. Maksymalny ciąg jej silnika to 2 kN.

Komputer główny rakiety zarówno przed, jak i w trakcie lotu komunikuje się ze stacją naziemną, wykorzystując technologię LoRa, zdolną do cyfrowej transmisji na odległość do 10 km. – Co umożliwia utrzymanie komunikacji z rakietą przez cały czas trwania misji – podkreśla Michał Kos z PWr in Space.

Jeszcze lżejsza i szybsza

W porównaniu do swoich poprzednich konstrukcji studenci wprowadzili zmiany w kilku modułach rakiety.

– Po pierwsze przeprojektowaliśmy cały system odzysku. Zredukowaliśmy jego stopień skomplikowania i co za tym idzie – koszty – opowiada Wiktoria. – System jest dwuetapowy, składa się z separacji głowicy i wyrzucenia mniejszego spadochronu (pilota), gdy rakieta znajdzie się bliżej zamierzonej wysokości. Drugi etap to wyrzucenie spadochronu głównego. Zmieniliśmy źródło energii separacji głowicy. Teraz jest nim ciśnienie w butli z powietrzem, która wcześniej jest przez nas pompowana. Ograniczamy w ten sposób ryzyko zawodności systemu i koszty, bo w ubiegłym roku musieliśmy kupować kapsułki z dwutlenkiem węgla. 

Rakiety w czasie zawodów mają w swoich wnętrzach tzw. payloady, czyli ładunki badawcze. Tegoroczny studenci przygotowali we współpracy z Centrum Badań Kosmicznych Wydziału Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów. Dzięki niemu zbadająe temat wibracji występujących w rakiecie. Znajomość rodzaju i wartości drgań w czasie lotu oraz analiza tych danych pozwolą kołu w przyszłości zwiększyć niezawodność systemów i konstrukcji oraz rozwinąć nowe, bardziej zaawansowane rakiety.

Nowością w konstrukcji jest też system TANWA, czyli System Tankowania i Ważenia rakiety. Tworzy go siedem osobnych modułów, które zapewniają pełną kontrolę procesu – od regulacji temperatury systemu hydraulicznego, po precyzyjny pomiar wagi rakiety i możliwość zdalnego odłączenia ramienia tankującego rakietę (co podnosi poziom bezpieczeństwa).

- Tę konstrukcję wyróżnia także masa – podkreśla Michał Kos. – To najlżejsza skonstruowana przez nas rakieta, bez utraty, a wręcz z zyskiem dla wytrzymałości, niezawodności i profesjonalizmu tej konstrukcji.

Zmieniły się więc korpusy, głowica i lotki. Studenci wykorzystali materiały o wysokiej wytrzymałości względnej, takie jak włókna węglowe i szklane w osnowie polimerowej oraz żywica epoksydowa. Korpusy i inne elementy zostały wytworzone poprzez laminację (ręczną, z użyciem form negatywowych i worka próżniowego), a lotki (stateczniki) powstały z „kanapki” kompozytowej (włókno węglowe i pianka PVC).

Miesiące przygotowań

Studenci podkreślają, że zawody są bardzo wymagające. Nie tylko technicznie.

–  Na miejscu trzeba poradzić sobie ze stresem, ogromnym zmęczeniem i koniecznością funkcjonowania z 40-stopniowym upale – mówi Wiktoria Mrowiec.

Ale sukces w zawodach zależy także od systematyczności i miesięcy wysiłków. - Cała praca zaczyna się jeszcze przed samą kwalifikacją na zawody. Już w wakacje zaczynamy od spotkań, burzy mózgów, przez projektowanie, testowanie, ulepszanie. Sam etap „suchy” wymaga mnóstwo czasu i skupienia, by projekty były jak najlepsze, a cała konstrukcja miała rację bytu. Następnie wytwarzanie - od wytwarzania korpusów, lotek, przez lutowanie płytek PCB, szycie spadochronów itd. – opowiada Wiktoria.

Dodaje też, że bardzo ważnym etapem są testy praktycznie każdego systemu - od testów tankowania, ważenia, systemu hydraulicznego, elektroniki, komunikacji bezprzewodowej, statycznych silnika, systemu separacji czy zaworów.

– W tym roku postawiliśmy na ich wielokrotność – mamy ich za sobą bardzo dużo – tak by każdy nauczył się procedur (co jest niezwykle ważne do zachowania bezpieczeństwa), a także żeby przetestować systemy odpowiednio wcześnie i wyeliminować błędy oraz aby nabrać pewności pracy przy, wbrew pozorom, skomplikowanej konstrukcji, jaką jest rakieta – tłumaczy studentka.

Jak tłumaczą studenci, takie testy pozwalają im zwiększyć poczucie pewności, że ich rakieta zadziała tak jak powinna. Tym bardziej, że nie mają możliwości testowania całej konstrukcji z lotem (za duży pułap, nie ma miejsc na takie lotów w Polsce, a do tego dochodzi ryzyko poważnego uszkodzenia rakiety przed zawodami).

Zawody zaczynają się 16 czerwca. PWr in Space podkreśla: - Jedziemy tam, żeby walczyć o zwycięstwo.

Koło Naukowe PWr in Space działa na Wydziale Mechanicznym. Jest jednym z kół strategicznych Politechniki Wrocławskiej. Jego opiekunem jest dr hab. inż. Dariusz Pyka.

lucy