Rakietowy lot pracy magisterskiej

Rakietowy lot pracy magisterskiej

Autor: Michał Ostaszewski     

W dniach 01.12 – 02.12 w Białostockim Parku Naukowo Technologicznym odbyły się warsztaty rakietowe. Uczestnicy mogli samodzielnie zbudować modele rakiet, a drugiego dnia warsztatów sprawdzić ich działanie w czasie startów.

Jednym z wydarzeń towarzyszących warsztatom był start rakiety Panda 5 (Sky Snake 82) wynoszącej minisatelitę typu CanSat. Wynoszona konstrukcja była tematem mojej pracy magisterskiej, którą pisałem na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. CanSat jest to niewielki satelita, którego wymiary mieszczą się w typowych wymiarach puszki napoju, czyli w walcu o wysokości 115 mm i średnicy 66 mm.

Rakieta (rysunek 1) wynosząca mój ładunek ma 1,5 metra długości, średnicę zewnętrzną 82 mm i bez silnika waży ok 1500 g. Rakieta jest dostosowana do zasilania silnikami Shermuly oraz Wessex. Przy starcie wykorzystany został ten drugi. Silnik włożony w gniazdo ze statecznikami przedstawia rysunek 2. Rakieta rozłącza się w połowie swojej długości. Za moment rozłączenia odpowiada jednostka UWS.

Rysunek 1 Rakieta Panda 5 i dwie mniejsze rakiety Panda 3

Rysunek 2 Gniazdo silnika

Obudowa satelity (rysunek 3) została wykonana w technologii druku 3D. Ze względu na wymiary wewnętrzne rakiety zdecydowałem się na pewne odstępstwo od wymiarów. Do puszki o standardowych wymiarach CanSat dodałem trzy wypustki, które stabilizowały go w ładowni rakiety. Zabieg ten nie dał mi dodatkowego miejsca na wyposażenie sondy, natomiast ułatwił procedurę startową.

Rysunek 3 Gotowy CanSat przed startem

Jednostką centralną sondy jest mikrokontroler STM32F103C8T6. Dane odebrane przez czujniki są wysyłane do stacji naziemnej i zapisywane na kartę SD. Do czujników wykorzystanych w konstrukcji należą m.in.:

  • Czujnik temperatury.

  • IMU – jednostka posiadająca 3 – osiowy akcelerometr, 3 – osiowy żyroskop oraz 3 – osiowy magnetometr.

  • Moduł GPS.

  • Dodatkowy akcelerometr o zakresie pomiarowym ±250g ustawiony w osi pionowej rakiety.

  • Czujnik ciśnienia.

Przygotowanie do startu obejmowało włączenie satelity, złożenie spadochronów (osobne klastry dla rakiety i satelity) oraz umieszczenie lontu w silniku. Bezpośrednio przed startem uzbroiłem jednostkę UWS.

Plan misji przedstawia się następująco (rysunek 4):

  1. Uzbrojona rakieta czeka na start.

  2. Po podpaleniu lontu następuje start.

  3. Po wypaleniu silnika (2,2 s) rakieta wznosi się siłą inercji. W momencie osiągnięciu apogeum obraca się, co uruchamia jednostkę UWS. Następuje separacja satelity od rakiety.

  4. Rakieta i satelita opadają osobno na swoich spadochronach. Rakieta na dwóch, CanSat na trzech.

  5. Rakieta ląduje jako pierwsza, CanSat opada wolniej. Po wylądowaniu oba obiekty zostają odzyskane.

Rysunek 4 Schemat przedstawiający plan misji

W czasie lotu udało się pobrać wiele ciekawych danych, które podlegają dalszej analizie. Wykres przedstawiający wysokość w funkcji czasu misji można zaobserwować na rysunku 5. Kółkiem zaznaczony jest start rakiety, krzyżykiem apogeum, a literą „x” lądowanie.

Rysunek 5 Wykres wysokości lotu w czasie trwania misji

Można wyraźnie dostrzec bardzo duże szybkie wznoszenie się rakiety, następnie wolniejsze, spowodowane inercją, a po osiągnięciu apogeum powolne opadanie.

Jeszcze ciekawiej wygląda wykres przyspieszenia w osi pionowej rakiety (rysunek 6).

Rysunek 6 Wykres przyspieszenia w osi pionowej w czasie trwania misji

Sposób oznakowania punktów kluczowych lotu jest taki sam jak w przypadku wysokości. Widać dokładnie duże przyspieszenie i następujące po nim zwalnianie sondy. W rejonie apogeum występują pewne zmiany przyspieszenia, spowodowane mogą być one faktem, że jednostka UWS nie otworzyła się idealnie w najwyższym punkcie lotu.

Podsumowując misję uważam za udaną. Nie wszystko poszło zgodnie z planem, jednostka GPS na skutek nieszczęśliwego wypadku została fizycznie uszkodzona przed startem, co miało bardzo niekorzystny wpływ na częstotliwość wysyłania i zapisywania danych z satelity. System czekał określony czas na dane z GPS, zostanie to usunięte w przyszłej konstrukcji. Wiele systemów, na przykład system komunikacji zadziałał więcej niż dobrze. Wnioski wyciągnięte z pierwszego startu pozwolą mi na udoskonalenie konstrukcji, wyeliminowanie wad i wzmocnienie jej zalet. Liczę, że w 2018 roku uda mi się wynieść poprawioną konstrukcję w analogicznej misji.