Презентация результатов проекта "Студенческая ракета"

07.02.2020 10:39

6 февраля состоялась презентация результатов проекта “Студенческая ракета”, над которым ведется работа в лаборатории Space Engineering School Noosphere.

Презентацию провели представители команды, студенты физтеха ДНУ: Добродомов Александр, Белоцерковский Игорь, Пророка Владислав и Корячко Константин.

Гостями презентации были со-основатель и глава правления ОО “Ассоциация Noosphere” Михаил Рябоконь, ведущие преподаватели физико-технического факультета Днепровского национального университета им. Олеся Гончара и представители Южного машиностроительного завода им. А.М. Макарова.

Для “Студенческой ракеты” 2019 год стал уникальным! В багаже команды — успешный запуск двух ракет и разработка полноценного комплекта конструкторской и технической документации. Во время доклада и после мероприятия гости могли свободно ознакомиться с документацией, техническими картами по изготовлению ракет, натурными образцами ракет и их агрегатов, и с другими наработками команды.


НЕМНОГО ИСТОРИИ

Команда проекта сформировалась в декабре 2017 года на космическом турнире Star Track №1. Сейчас в неё входят 18 студентов 1-го — 5-го курса физико-технического факультета ДНУ.

Первая Студенческая ракета была запущена с полигона Павлоградского химического завода в апреле 2018 года. Пуск был признан частично удачным. С приобретением опыта команда поняла, что частично удачные и даже аварийные запуски приносят ценную информацию для доработки и модернизации новых образцов ракет.
 

"ПОД КАПОТОМ" СТУДЕНЧЕСКОЙ РАКЕТЫ

Со времени первого запуска была создана универсальная модульная система, а на её основе предложена и разработана целая линейка перспективных ракет. А именно, четыре твердотопливные ракеты с такими показателями:

  • К80 CanSat — высота подъема до 2,5 км и полезной нагрузкой 2 аппарата типа  CanSat.
  • К80 Meteo 7000 — высота подъема 7 км и 0,5 полезной нагрузки.
  • К80/110 Meteo 20000 — высота подъема 20 км и 0,5 кг полезной нагрузки.
  • К110/110 Meteo 60000 — высота подъема 60 км и 0,5 кг полезной нагрузки.

Бо́льшая часть усилий команды направлена на создание и испытание силовых конструкций ракет, корпусов двигательных установок, на проектирование и изготовление ракетных двигателей на твердом топливе.

Для испытания своих ракет студенты самостоятельно разработали стендовую базу, включающую тестовую камеру и наземный стенд, который позволяет испытывать изделия до 600 кг тяги, станок-гидропресс для запрессовки топлива и извлечения закладных элементов, оправок для намотки корпусных конструкций двигателя и отсеков. 

За два последних года произведено большое количество испытаний (как удачных, так и не очень). Аварийные тесты дают команде множество ценной информации — куда дальше двигаться и каким образом улучшать конструкцию двигательной установки и ракеты в целом.

После цикла испытаний была разработана система разделения ракеты. При запуске в точке “апогея” ракета разделяется на две части и в свободном падении падает со скоростью, меньшей чем могла бы быть без разделения. И только на высоте 500 м открывается парашют, происходит торможение и плавное приземление. 

Имея фактические профили двигателей тяги, полученные в ходе стендовой отработки, массовую сводку и расчетные коэффициенты аэродинамического сопротивления, для каждой из ракет семейства “Студенческая ракета” проводятся баллистические расчеты их  полёта.

Эти расчеты используются для настройки систем безопасности и аварийного прекращения пуска. В случае, если ракета отклоняется от вертикали более чем на 15 градусов она не достигает контрольной высоты за контрольное время и выполняется алгоритм аварийного прекращения пуска.
 

ЧТО "В САЛОНЕ"?
БЫТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА В КОНТЕКСТЕ МОДУЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ РАКЕТ

На борту всех Студенческих ракет есть три приборных отсека. В первом  находятся два контроллера: главный контроллер и контроллер датчиков. Там же установлены: приёмники GPS и Glonass, аккумуляторы и приёмник воздушного давления, который выполняет роль аэродинамической иглы, датчики абсолютного и полного давления, трехосевые акселерометры малых и больших ускорений, трехосевой магнитометр.

За отсеком датчиков расположен отсек полезной нагрузки, в котором также может быть установлена цифровая видеокамера. В целом, этот отсек готов к размещению различной полезной нагрузки, удовлетворяющей по габаритам. Реализована возможность подключения приборов полезной нагрузки разными интерфейсами к бортовым контроллерам и датчикам.

Третий отсек, который унифицирован для всех ракет — отсек приема-передачи. Мощность приемо-передающего тракта обеспечивает связь на расстоянии более 150 км.
 

РАКЕТА - ЭТО НЕ ТОЛЬКО ПРО НЕБО

Огромный объем работ выполнен по созданию наземного обеспечения пуска ракет. Команда проекта активно модернизирует и создает новое наземное оборудование, например стендовую базу для летных испытаний. Также проведено большое количество тренировок по выполнению расчетов стартовых операций, наблюдению и сопровождению объектов и выполнению вспомогательных процедур запуска.

Разработана схема расположения расчетов на полигоне и алгоритмы взаимодействия. На данный момент существует 6 точек контроля и приёма телеметрии на удалении 0.3 км, 1.2 км, 2 км, 4 км, 8 км и 70 км, что позволяет надежно сопровождать полёт на высотах от 2 до 150 км. По результатам обязательных измерений скорости и направления ветра команда выполняет компенсирующий наклон стартовой мачты. На последних двух пусках это позволило существенно сократить зоны приземления ракет.
 

ЗАПУСКИ КАК КРАШ-ТЕСТЫ!
ПОЧЕМУ АВАРИИ ДАЮТ БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ, ЧЕМ ШТАТНЫЙ ЗАПУСК

За 2018-2019 гг. команда провела пуски трёх основных изделий:

  1. Изделие К75 — апрель 2018 г.  Была выполнена бо́льшая часть поставленных задач.
  2. К80 CanSat — май, июнь 2019 года. Все поставленные задачи выполнены.
  3. К80 Meteo 7000 — ноябрь 2019 года.

Последний пуск был признан аварийным — ракета падала без парашюта, но практически полностью уцелела. При расследовании причин этой ситуации команда получила наибольшее количество информации, позволяющей выявить и устранить недостатки конструкции, и намного повысить надежность будущих изделий. При этом пуске заданная высота полета 7000 м была с высокой степенью вероятности достигнута и, несмотря на частичное нарушение планера, разброс падения ракеты составлял не более 400 м. Был получен важный опыт поисковых работ, проведено расследование и анализ причин отказа работы систем ракеты, выявлены слабые места конструкций, которые требуют изменений.

В тот же день планировался запуск изделия К80/110 Meteo 20000. Он был отменён руководителем проекта в силу невыясненных причин сбоя первой ракеты и неблагоприятных погодных условий, которые не позволяли визуально отслеживать полёт.

Тем не менее, позднее были проведены испытания двигателей и электроники этой модели, которые показали их полноценную штатную работу.
 

ЗАНЯТОСТЬ КОМАНДЫ НА ДАННОМ ЭТАПЕ ПРОЕКТА (ФЕВРАЛЬ 2020)

Сейчас команда продолжает работать над улучшением характеристик ракетного двигателя на твердом топливе (РДТТ), проводятся испытания твердого топлива с улучшенными характеристиками.

В  связи с увеличением мощности и импульса твердого топлива, используемого на проекте, в планах, в первую очередь, повышение безопасности. Этого достигнут за счет создания выносной лаборатории и работы с топливом в дистанционном режиме. 

Из приоритетных задач — разработка наземного оборудования, а именно стенда для гидроиспытаний на давление до 200 атмосфер и центрифуги для испытаний на перегрузки до 100g. Уже проведено эскизное проектирование для этого оборудования. Реализация запланирована на ближайшее время. Также команде будет предоставлена возможность виброиспытаний на вибростенде. 

Команда постоянно работает над своевременным отображением всех изменений моделей РДТТ, конструкции ракет и оборудования для их производства в соответствующей технической документации.

А самые амбициозные планы “Студенческой ракеты” — создание жидкостной ракеты К300 GEO100000, которая будет способна пересечь Линию Ка́рмана, т.е. преодолеет пределы атмосферы. 
 

МЫ ДЕЛАЕМ НЕ ПРОСТО ЛЮБИТЕЛЬСКИЕ РАКЕТЫ!

Менторы команды “Студенческая ракета” из специалисты Noosphere Engineering School акцентировали внимание на том, что некоторые результаты проекта могут быть интересны другим отраслям науки и прикладной инженерии, а также компаниям-членам  ОО “Ассоциация Noosphere” для выполнения их практических задач.

Также они отметил и, что расчетные модели, разработанные командой, очень точно совпадают с данными, собранными по результатам реальных запусков ракет. А деятельность проекта в целом доказала, что не нужны большие капиталовложения для запуска мелкосерийного производства изделий, подобных Студенческой ракете.

Проект и его участников воспринимают как настоящую профессиональную команду, которая ответственно подходит к вопросам запуска ракет и эксплуатации полигона.
 

ЕСТЬ ЛИ ПРИМЕНЕНИЕ РАКЕТ, ПОДОБНЫХ СТУДЕНЧЕСКОЙ?

Студенческая ракета имеет высокую научно-образовательную ценность. Она отлично подходит для соревнований в космической тематике, таких как международные чемпионаты по CanSat.

Также, эти ракеты могут использоваться и как летающие лаборатории для проведения научных, экспериментальных и технологических исследований. Ведь вторая ступень ракеты разгоняется до скорости 4 Маха, а в Украине на данный момент нет аэродинамических труб, которые обеспечили бы сверхзвуковую скорость. “При необходимости таких измерений, как тепловые, механические нагрузки или аэродинамические управляющие воздействия, мы можем их производить непосредственно на Студенческой ракете,” — рассказали участники проекта.  По сути, разработанные малые ракеты можно использовать как летающие аэродинамические лаборатории в дозвуковых и сверхзвуковых диапазонах.
 

О ДОСТУПНОСТИ ЭКСПЕРТНОЙ ПОДДЕРЖКИ И БЛАГОДАРНОСТЯХ

Команда благодарна за поддержку ОО “Ассоциация Noosphere”, Noosphere Engineering School и Днепровскому национальному университету им. Олеся Гончара

Проект “Студенческая ракета” стал возможен благодаря основателю ОО “Ассоциация Ноосфера” Максиму Валерьевичу Полякову и его вере в то, что космическая сфера Украины имеет не только великое наследие, но и будущее, в том числе, в лице участников проекта.

Noosphere помогает студентам овладевать дополнительными знаниями, генерировать новые идеи и реализовывать свои проекты. последовательно стремится к космосу и прогрессу Украины. Главной площадкой для развития студенческих научно-технических проектов являются лаборатории Noosphere Engineering School, основанной Максом Поляковым в 2014 году. Электронные системы для Студенческой ракеты были разработаны именно менторами лаборатории, высококлассными инженерами-электронщиками.

Важную поддержку команде оказали стали представители компании FireFly Aerospace Ukraine и Южного машиностроительного завода им. А. М. Макарова. Специалисты из R&D FireFly помогли со сложнейшими элементами механической обработки деталей ракет. Южный машиностроительный завод спомобствует в изготовлении сварных узлов из алюминиевых и титановых сплавов и обеспечил возможность проведения пусков со специализированного полигона Павлоградского механического завода. 

Бесценно сотрудничество с Национальным центром аэрокосмического образования молодежи им. А.М. Макарова, на локациях которого у команды есть возможность проводить полноценную экспериментальную и научную деятельность, и который активно поддерживает проект своей инициативность и экспертизой.