Rakieta wrocławskich studentów w konkursie Spaceport America Cup

To już czternasta edycja tego studenckiego konkursu, ale zarazem trzecia na którą zapraszają wspólnie Experimental Sounding Rocket Association i Spaceport America, czyli pierwszy na świecie komercyjny port kosmiczny, wybudowany osiem lat temu w Nowym Meksyku przez brytyjskiego miliardera Richarda Bransona. Jego firma Virgin Galactic jest zresztą jednym ze sponsorów wydarzenia, podobnie jak inni giganci z branży kosmicznej, choćby SpaceX Elona Muska czy Blue Origin Jeffa Bezosa. Ich przedstawiciele będą na miejscu, w Nowym Meksyku, by przyglądać się rywalizacji 122 zespołów z całego świata – od USA i Kanady, przez m.in. Wielką Brytanię, Szwajcarię i Turcję, aż po Koreę Południową. Z Polski w zawodach wystartują dwa zespoły – PoliWrocket – tworzony przez studentów z koła naukowego PWr in Space, działającego na Wydziale Mechanicznym Politechniki Wrocławskiej oraz studenci z krakowskiej AGH.

Spaceport America Cup zaplanowano na czerwiec. To nie tylko studencki konkurs rakietowy - Intercollegiate Rocket Engineering Competition (IREC), ale także poprzedzająca go konferencja naukowa.

Trzecia rakieta

Start w amerykańskich zawodach będzie międzynarodowym debiutem dla członków koła z Politechniki Wrocławskiej. PWr in Space powstało w listopadzie 2017 r. i ma na swoim koncie budowę dwóch rakiet – jednej na stały materiał pędny i jednej z silnikiem hybrydowym. Obie bardzo dobrze spisały się podczas lotów na Pustyni Błędowskiej i poligonie w Drawsku Pomorskim, nie tylko osiągając oczekiwane pułapy, ale także bezpiecznie opadając, czym potwierdziły poprawność działania systemu odzysku rakiet.

Przy budowie każdej kolejnej konstrukcji stawiamy sobie coraz wyższe wymagania, by uczyć się nowych technologii i zdobywać doświadczenie. Od początku też obraliśmy sobie za cel start w zawodach w USA, bo będą tam najlepsze drużyny z całego świata, a sam konkurs ściąga w to miejsce niemal całą branżę kosmiczną. Mierzymy wysoko i jesteśmy przekonani, że możemy dołączyć do tego grona.

Tysiąc punktów do zdobycia

Studenci PWr wystartują w kategorii rakiet napędzanych silnikami hybrydowymi. Zbudowany przez nich silnik będzie składał się z dwóch głównych części – butli z utleniaczem, którym będzie podtlenek azotu, oraz komory spalania wypełnionej paliwem – w tym przypadku polipropylenem. W czasie startu rakiety zapalnik przepali pirozawór, co sprawi, że utleniacz zostanie wtryśnięty do komory, a powstała w ten sposób mieszanka będzie się spalać, napędzając całą konstrukcję (gazy ulecą przez dyszę w komorze).

Najważniejszym zadaniem dla rakiety w tej kategorii jest wzniesienie się na pułap 10 tys. stóp, czyli dokładnie 3048 m. "Ale nie mniej, ani nie więcej" – tłumaczy Joanna Ubycha, członkini koła. – "Oczywiście idealne 'wstrzelenie się' w wysokość 3048 metrów jest niemal niemożliwe. Chodzi jednak o to, by być jej jak najbliżej. Im dalej rakieta znajdzie się od tego pułapu, tym więcej punktów stracimy."

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

"Gdy rakieta osiągnie maksymalną wysokość, jej silnik wyłącza się i w tym samym czasie powinien otworzyć się spadochron pilotujący" – opowiada Marek Sawicki. – "Hamuje on prędkość spadania rakiety do około 100 kilometrów na godzinę. Gdy konstrukcja jest 457 metrów nad ziemią, otwierają się spadochrony główne. Założenie jest takie, że rakieta powinna spaść na ziemię i nie doznać większego uszczerbku. Jeśli uszkodzenia będą duże, zespół traci kolejne punkty."

Niezawodność spadochronów jest kluczowa. Jeśli spadochron nie otwiera się po wyłączeniu się silnika, nie jesteśmy w stanie przewidzieć, gdzie upadnie rakieta, ani nawet w którą stronę poleci, spadając, bo przecież na górze może być silny wiatr, który ją zniesie.

Kompaktowy radioteleskop

Regulamin zawodów nie określa wielkości i rozmiarów studenckich konstrukcji. "Jest w nim natomiast bardzo wiele zapisów związanych z bezpieczeństwem rakiety" – podkreśla lider zespołu. – "Ogromnie ważna jest m.in. prędkość zejścia rakiety z wyrzutni, czyli prędkość, z jaką opuszcza ona pręt startowy. Gdyby leciała zbyt wolno, stałaby się niestabilna i tuż po utracie podparcia od wyrzutni mogłaby położyć się na jedną stronę i lecieć wzdłuż ziemi. Chyba nie trzeba tłumaczyć, jak bardzo byłoby to niebezpieczne dla wszystkich wokół."

Organizatorzy konkursu wymagają natomiast od drużyn, by umieściły w swoich rakietach czterokilogramowy ładunek (tzw. payload) w postaci sześcianu o dziesięciocentymetrowym boku. – "Postanowiliśmy jednak obejść ten punkt regulaminu, bo tak duża 'kostka' we wnętrzu naszej rakiety znacznie zwiększyłaby jej wymiary, a co za tym idzie podniosła koszty jej budowy" – opowiada Marek Sawicki. – "Na szczęście organizatorzy dopuszczają możliwość zastąpienia ładunku tzw. demonstratorem technologii. W naszym przypadku będzie to radioteleskop, czyli bardzo duża antena satelitarna, której wynoszenie na orbitę jest zazwyczaj sporym problemem. Konstruktorzy głowią się, jak złożyć go wewnątrz rakiety, by zajął jak najmniej przestrzeni. Naszym demonstratorem są przede wszystkim ramiona radioteleskopu. Zamierzamy umieścić je w rakiecie nierozłożone i pokazać, że mogą rozłożyć się same na orbicie. Oczywiście nasza rakieta nie poleci na orbitę. Przeprowadzimy testy na miejscu, we Wrocławiu, udowadniające, że takie rozwiązanie jest możliwe, a dokumentację wyślemy organizatorom konkursu."

Ramiona radioteleskopu powstaną z włókna węglowego. Zademonstrowane kontrolowanie łamania na powierzchni ziemi zobrazuje, jak złożą się w rakiecie autonomicznie za pomocą systemu cięgien i tzw. kieszeni klejowej, czyli niewielkiego worka, do którego zostanie przymocowana podwójna strzykawka z żywicą dwuskładnikową. – "Żywica zaklei miejsca złamania, łącząc całość w pożądany kształt" – tłumaczy Marek Sawicki. – "Takie rozwiązanie pozwala znacznie zmniejszyć rozmiar radioteleskopu we wnętrzu rakiety."

Testy w kwietniu

Według szacunków studentów, ich rakieta – którą nazwali od średnicy jej korpusu R3 „Dziewięćdziesiątka Dziewiątka” – będzie ważyła około 18 kg (łącznie z paliwem) i mierzyła około 2,6 m. Jej poprawne funkcjonowanie mają zapewnić trzy główne układy elektroniczne. Dodatkowo będzie nadawała w czasie rzeczywistym swoją pozycję GPS i transmitowała dane o prędkości i wysokości.

Konstrukcja aktualnie powstaje i zostanie ukończona na około miesiąc przed zawodami, a wcześniej jej poszczególne elementy będą testowane osobno. W maju zespół musi przesłać do Experimental Sounding Rocket Association ostateczną wersję swojej dokumentacji wraz z nagraniem próbnego lotu, który studenci zaplanowali na końcówkę kwietnia.

Zespół PoliWrocket tworzą: Marek Sawicki, Jakub Lubański, Przemysław Krukowski, Paweł Nowicki, Szymon Patynowski, Jakub Jóska, Kamil Cichorek, Olgierd Cichorek, Łukasz Labza, Hubert Jaremen, Adrian Kurowski, Bartosz Laskowski, Wojciech Iwiński, Bartosz Frączkowski, Rafał Fenc, Kamil Sikora z Wydziału Mechanicznego, Joanna Ubycha, Joanna Statuch i Michał Gorgolewski z Wydziału Mechaniczno-Energetycznego, Jan Zmysłowski z Wydziału Informatyki i Zarządzania, Łukasz Kokot z Wydziału Chemicznego, Filip Kurasz z Wydziału Elektroniki, Adam Grygielski z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki oraz Jakub Maszkowski, uczeń Akademickiego Liceum Ogólnokształcącego Politechniki Wrocławskiej. Więcej na temat zespołu na jego profilu facebookowym.

Studentów wspierają sponsorzy - Igopack. Source of Industrial Packing, Horizon Automation, Szalkowski. Transport i Spedycja, Transfer Multisort Electronik (TME), Solidexpert, Biuro Techniczne Bomar, FutureNet Foundation, Lange Łukaszuk, Walbet, Ataszek i Astos Solution.

Źródło: Politechnika Wrocławska