Презентація результатів проекту "Студентська ракета"

6 лютого відбулася презентація результатів проекту "Студентська ракета", над яким ведеться робота в лабораторії Space Engineering School Noosphere.

Презентацію провели представники команди, студенти фізтеху ДНУ: Добродомов Олександр, Білоцерківський Ігор, Пророка Владислав і Корячко Костянтин.

Гостями презентації були співзасновник і голова правління ГО "Асоціація Ноосфера" Михайло Рябоконь, провідні викладачі фізико-технічного факультету Дніпровського національного університету ім. Олеся Гончара та представники Південного машинобудівного заводу ім. А.М. Макарова.

Для "Студентської ракети" 2019 рік став унікальним! У багажі команди - успішний запуск двух ракет і розробка повноцінного комплекту конструкторської та технічної документації. Під час доповіді і після заходу гості могли вільно ознайомитися з документацією, технічними картами з виготовлення ракет, натурними зразками ракет і їх агрегатів, і з іншими напрацюваннями команди.

ТРОХИ ІСТОРІЇ

Команда проекту сформувалася в грудні 2017 року на космічному турнірі Star Track №1. Зараз в неї входять 18 студентів 1-го - 5-го курсу фізико-технічного факультету ДНУ.

Перша Студентська ракета була запущена з полігону Павлоградського хімічного заводу в квітні 2018 року. Пуск був визнаний частково вдалим. З набуттям досвіду команда зрозуміла, що частково вдалі і навіть аварійні запуски приносять цінну інформацію для доопрацювання і модернізації нових зразків ракет.
 

"ПІД КАПОТОМ" СТУДЕНТСЬКОЇ РАКЕТИ

З часу першого запуску була створена універсальна модульна система, а на її основі запропонована і розроблена ціла лінійка перспективних ракет. А саме, чотири твердопаливні ракети з такими показниками:

• К80 CanSat - висота підйому до 2,5 км і корисним навантаженням 2 апарати типу CanSat.
• К80 Meteo 7000 - висота підйому 7 км і 0,5 корисного навантаження.
• К80 / 110 Meteo 20000 - висота підйому 20 км і 0,5 кг корисного навантаження.
• К110 / 110 Meteo 60000 - висота підйому 60 км і 0,5 кг корисного навантаження.

Велика частина зусиль команди спрямована на створення і випробування силових конструкцій ракет, корпусів двигунів, проектування і виготовлення ракетних двигунів на твердому паливі.

Для випробування своїх ракет студенти самостійно розробили стендову базу, що включає тестову камеру і наземний стенд, який дозволяє випробовувати вироби до 600 кг тяги, верстат-Гідропрес для запресовування палива і вилучення заставних елементів, оправок для намотування корпусних конструкцій двигуна і відсіків.

За два останні роки було проведено велику кількість випробувань (як вдалих, так і не дуже). Аварійні тести дають команді безліч цінної інформації - куди далі рухатися і яким чином покращувати конструкцію рухової установки і ракети в цілому.

Після циклу випробувань була розроблена система поділу ракети. При запуску в точці "апогею" ракета розділяється на дві частини і в вільному падінні падає зі швидкістю, меншою ніж могла б бути без поділу. І тільки на висоті 500 м відкривається парашут, відбувається гальмування і плавне приземлення.

Маючи фактичні профілі двигунів тяги, отримані в ході стендового відпрацювання, масові зведення і розрахункові коефіцієнти аеродинамічного опору, для кожної з ракет сімейства "Студентська ракета" проводяться балістичні розрахунки їх польоту.

Ці розрахунки використовуються для налаштування систем безпеки і аварійного припинення пуску. У разі, якщо ракета відхиляється від вертикалі більш ніж на 15 градусів вона не досягає контрольної висоти за контрольний час і виконується алгоритм аварійного припинення пуску.
 

ЩО "В САЛОНІ"?
ПОБУТОВА ЕЛЕКТРОНІКА В КОНТЕКСТІ МОДУЛЬНої СТРУКТУРИ РАКЕТ

На борту всіх Студентських ракет є три приладових відсіка. У першому знаходяться два контролера: головний контролер і контролер датчиків. Там же встановлені: приймачі GPS і Glonass, акумулятори та приймач повітряного тиску, який виконує роль аеродинамічної голки, датчики абсолютного і повного тиску, трьох осьові акселерометри малих і великих прискорень, трьохосьовий магнітометр.

За відсіком датчиків розташований відсік корисного навантаження, в якому також може бути встановлена ​​цифрова відеокамера. В цілому, цей відсік готовий до розміщення різного корисного навантаження, яке відповідає габаритам. Реалізована можливість підключення приладів корисного навантаження різними інтерфейсами до бортових контролерів і датчиків.

Третій відсік, який уніфікований для всіх ракет - відсік прийому-передачі. Потужність приймально-передавального тракту забезпечує зв'язок на відстані більше 150 км.
 

РАКЕТА - ЦЕ НЕ ТІЛЬКИ ПРО НЕБО

Величезний обсяг робіт виконаний по створенню наземного забезпечення пуску ракет. Команда проекту активно модернізує і створює нове наземне обладнання, наприклад стендову базу для льотних випробувань. Також, проведено велику кількість тренувань з виконання розрахунків стартових операцій, спостереження і супроводу об'єктів і виконання допоміжних процедур запуску.

Розроблено схему розташування розрахунків на полігоні і алгоритми взаємодії. На даний момент існує 6 точок контролю і прийому телеметрії на відстані 0.3 км, 1.2 км, 2 км, 4 км, 8 км і 70 км, що дозволяє надійно супроводжувати політ на висоті від 2 до 150 км. За результатами обов'язкових вимірів швидкості і напряму вітру команда виконує компенсуючий нахил стартової щогли. На останніх двох пусках це дозволило істотно скоротити зони приземлення ракет.
 

ЗАПУСК ЯК КРАШ-ТЕСТИ!
ЧОМУ АВАРІЇ ДАЮТЬ БІЛЬШЕ ІНФОРМАЦІЇ, НІЖ ШТАТНИЙ ЗАПУСК

За 2018-2019 рр. команда провела пуски трьох основних виробів:

1. Виріб К75 - квітень 2018р. Була виконана велика частина поставлених завдань.
2. К80 CanSat - травень, червень 2019 року. Всі поставлені завдання виконані.
3. К80 Meteo 7000 - листопад 2019 року.

Останній пуск був визнаний аварійним - ракета падала без парашута, але практично повністю вціліла. При розслідуванні причин цієї ситуації команда отримала найбільшу кількість інформації, яка дає можливість виявити і усунути недоліки конструкції, і набагато підвищити надійність майбутніх виробів. При цьому запуску задана висота польоту 7000 м була з високим ступенем ймовірності досягнута і, незважаючи на часткове порушення планера, розкид падіння ракети становив не більше 400 м. Було отримано важливий досвід пошукових робіт, проведено розслідування і аналіз причин відмови роботи систем ракети, виявлені слабкі місця конструкцій, які вимагають змін.

У той же день планувався запуск виробу К80 / 110 Meteo 20000. Він був скасований керівником проекту в силу нез'ясованих причин збою першої ракети і несприятливих погодних умов, які не дозволяли візуально відстежувати політ.

Проте, пізніше були проведені випробування двигунів та електроніки цієї моделі, які показали їх повноцінну штатну роботу.
 

ЗАЙНЯТІСТЬ КОМАНДИ НА ДАНОМУ ЕТАПІ ПРОЕКТУ (ЛЮТИЙ 2020)

Зараз команда продовжує працювати над поліпшенням характеристик ракетного двигуна на твердому паливі (РДТТ), проводяться випробування твердого палива з поліпшеними характеристиками.

У зв'язку зі збільшенням потужності і імпульсу твердого палива, яке використовується в проекті, в планах, в першу чергу, підвищення безпеки. Цього досягнуть за рахунок створення виносної лабораторії і роботи з паливом в дистанційному режимі.

Із пріоритетних завдань - розробка наземного обладнання, а саме стенду для гідровипробувань тиском до 200 атмосфер і центрифуги для випробувань на перевантаження до 100g. Уже проведено ескізне проектування для цього обладнання. Реалізація запланована найближчим часом. Також, команді буде надана можливість вібровипробування на вібростенді.

Команда постійно працює над своєчасним відображенням всіх змін моделей РДТТ, конструкції ракет і устаткування для їх виробництва у відповідній технічній документації.

А найбільш амбітними планами "Студентської ракети" є створення рідинної ракети К300 GEO100000, яка буде здатна перетнути Лінію Кармана, тобто подолає межі атмосфери.
 

МИ РОБИМО НЕ ПРОСТО АМАТОРСЬКІ РАКЕТИ!

Ментори команди "Студентська ракета" з фахівців Noosphere Engineering School акцентували увагу на тому, що деякі результати проекту можуть бути цікаві іншим галузям науки і прикладної інженерії, а також компаніям-членам ГО "Асоціація Ноосфера" для виконання їх практичних завдань.

Також, вони відзначили, що розрахункові моделі, розроблені командою, дуже точно збігаються з даними, зібраними за результатами реальних запусків ракет. А діяльність проекту в цілому довела, що не потрібні великі капіталовкладення для запуску дрібносерійного виробництва виробів, подібних Студентській ракеті.

Проект і його учасників сприймають як справжню професійну команду, яка відповідально підходить до питань запуску ракет і експлуатації полігону.
 

ЧИ Є ЗАСТОСУВАННЯ РАКЕТ, ПОДІБНИХ СТУДЕНТСЬКОЇ?

Студентська ракета має високу науково-освітню цінність. Вона відмінно підходить для змагань в космічній тематиці, таких як міжнародні чемпіонати з CanSat.

Також, ці ракети можуть використовуватися і як літаючі лабораторії для проведення наукових, експериментальних і технологічних досліджень. Адже другий ступінь ракети розганяється до швидкості 4 Маха, а в Україні на даний момент немає аеродинамічних труб, які забезпечили б надзвукову швидкість. "При необхідності таких вимірів, як теплові, механічні навантаження або аеродинамічні керуючі впливу, ми можемо їх проводити безпосередньо на Студентській ракеті," - розповіли учасники проекту. По суті, розроблені малі ракети можна використовувати як літаючі аеродинамічні лабораторії в дозвукових і надзвукових діапазонах.
 

ПРО ДОСТУПНІСТЬ ЕКСПЕРТНОЇ ПІДТРИМКИ І ПОДЯКАХ

Команда вдячна за підтримку ГО "Асоціація Ноосфера", Noosphere Engineering School і Дніпровському національному університету ім. Олеся Гончара

Проект "Студентська ракета" став можливим завдяки засновнику ГО "Асоціація Ноосфера" Максиму Валерійовичу Полякову і його вірі в те, що космічна сфера України має не тільки велику спадщину, а й майбутнє, в тому числі, в особі учасників проекту.

Noosphere допомагає студентам опановувати додатковими знаннями, генерувати нові ідеї і реалізовувати свої проекти. послідовно прагне до космосу і прогресу України. Головним майданчиком для розвитку студентських науково-технічних проектів є лабораторії Noosphere Engineering School, яка заснована Максом Поляковим в 2014 році. Електронні системи для Студентської ракети були розроблені саме менторами лабораторії, висококласними інженерами-електронниками.

Важливу підтримку команді надали представники компанії FireFly Aerospace Ukraine і Південного машинобудівного заводу ім. А. М. Макарова. Фахівці з R&D FireFly допомогли зі складними елементами механічної обробки деталей ракет. Південний машинобудівний завод сприяв у виготовленні зварних вузлів з алюмінієвих і титанових сплавів і забезпечив можливість проведення пусків з спеціалізованого полігону Павлоградського механічного заводу.

Безцінною є співпраця з Національним центром аерокосмічної освіти молоді ім. А.М. Макарова, на локаціях якого у команди є можливість проводити повноцінну експериментальну і наукову діяльність, і який активно підтримує проект своєї ініціативністю і експертизою.