Legendary Rover Team tworzony przez studentów Politechniki Rzeszowskiej zajął pierwsze miejsce w międzynarodowych zawodach International Planetary Aerial Systems Challege. Ich zadaniem było zaprojektowanie marsjańskiego drona.
Konkurs International Planetary Aerial Systems Challege (IPAS) organizowany przez Mars Society South Asia adresowany jest do studentów, których zadaniem jest zaprojektowanie bezzałogowego statku powietrznego z pełnym wyposażeniem gotowego do działań na Marsie. Uczestnicy muszą dokładnie zaplanować każdy podsystem, biorąc pod uwagę różne parametry pozaziemskie oraz narzucone przez organizatorów kryteria, które bezzałogowy statek powietrzny (UAV) musi spełnić. W tegorocznej edycji po raz pierwszy wzięli udział członkowie Legendary Rover Team. W skład zespołu wchodzą studenci Politechniki Rzeszowskiej z Wydziału Budowy Maszyn i Lotnictwa oraz Wydziału Elektrotechniki i Informatyki kształcący się na kierunkach: lotnictwo i kosmonautyka, mechatronika, mechanika i budowa maszyn, elektronika i telekomunikacja, automatyka i robotyka.
Wykorzystanie bezzałogowych statków latających do eksploracji kosmosu otwiera przed nami ogromne możliwości. Organizatorzy konkursu zachęcają studentów do innowacyjnego myślenia, przełamywania barier i otwierania umysłu na nowe perspektywy. Niedawny lot Ingenuity udowodnił, że lot na Marsie jest możliwy, co pozwoliło na zupełnie nowe podejście do eksploracji obcych planet – mówi lider projektu Hubert Gross.
Proces projektowania drona latającego nad powierzchnią Marsa różni się od tworzenia ziemskich statków powietrznych, ponieważ zarówno atmosfera Marsa, jak i warunki tam panujące są inne niż te na Ziemi. Skład chemiczny atmosfery, prędkość wiatru, ciśnienie, grawitacja, temperatura, pył i topografia są znacząco różne. Wpływa to na mobilność UAV, aerodynamikę (wydajność steru, profile skrzydeł i śmigieł, geometrię UAV, liczbę Reynoldsa, podmuchy wiatru), parametry fizyczne, siły oporu, siłę nośną, elektronikę (ekstremalne temperatury, promieniowanie), pracę sprzętu (drobny pył, trudna do analizy topografia terenu) i wiele innych.
Analiza aerodynamiczna UAV została przeprowadzona z uwzględnieniem wielu szczegółów. Najważniejszym elementem było dopasowanie geometrii płata oraz profilu umożliwiającego uzyskanie jak najlepszych charakterystyk nośnych przy panujących w marsjańskiej atmosferze niskich liczbach Reynoldsa – podkreśla Yurii Kravets odpowiedzialny za analizy aerodynamiczne.
Podczas projektowania UAV konieczne było spełnienie warunków narzuconych przez organizatorów, czyli wykonanie rekonesansu wraz ze zdjęciem z wykorzystaniem metod fotogrametrycznych, przeprowadzenie misji logistycznej, która polegała na transporcie paczki oraz przeprowadzenie analizy atmosfery marsjańskiej wraz z pomiarami obecności gazów, wilgotności i temperatury we wskazanym miejscu.
Najtrudniejszym zadaniem podczas projektowania była optymalizacja masowa zaproponowanych przez nas rozwiązań. Mechanizm chwytania paczki został wykonany z cienkich arkuszy wytrzymałego tytanu, dla którego przeprowadzono analizę MES, by upewnić się, że nie uszkodzi podczas wywierania nacisku na paczkę – przyznają konstruktorzy mechanizmu Adam Szelec i Rafał Żytniak.
Jako innowację wzdłuż krawędzi natarcia oraz krawędzi spływu przewidziano użycie plazmowych wzbudników do sterowania przepływem. Układ składa się z trzech elektrod oddzielonych materiałem dielektrycznym, przesuniętych względem siebie w kierunku przepływu. Jest to tzw. układ MEE (ang. multiple encapsulated electrode), w którym pierwsza elektroda znajduje się na powierzchni płata, druga elektroda tuż pod powierzchnią w kierunku przepływu, a ostatnia (o największej powierzchni) – na dolnej warstwie materiału dielektrycznego. Pod wpływem wysokiego napięcia na powierzchni profilu za odsłoniętą elektrodą tworzy się obszar zjonizowanego gazu, następnie jony przyśpieszają w kierunku przepływu (dzięki elektrodom pod powierzchnią), zmieniając rozkład prędkości w warstwie przyściennej, przesuwając w efekcie punkt przejścia laminarno-turbulentnego w kierunku krawędzi spływu. Ponadto uwzględniono większą masę molową powietrza i mniejszą grawitację oraz oszacowano, że rozwiązanie przy liczbie Reynoldsa na poziomie 15000 pozwoliłoby w najkorzystniejszym przypadku zwiększyć siłę nośną nawet o 100% przy zużyciu mocy na poziomie 0,5 W/m.
Badania wskazują, że ich użycie jest bardzo korzystne w obszarze niskich liczb Reynoldsa, które uzyskujemy na Marsie, oraz że istnieje możliwość wykorzystania plazmowych wzbudników w niskim ciśnieniu o wartości 1 kPa, a w otoczeniu złożonym wyłącznie z CO2, są to warunki bardzo zbliżone do tych panujących na Marsie – podkreśla Kamil Ziółkowski, elektronik.
Legendary Rover Team zajmuje się konstruowaniem łazików marsjańskich. Dotychczas ich największym sukcesem było dwukrotne zdobycie pierwszego miejsca podczas prestiżowych międzynarodowych zawodów University Rover Challenge odbywających się w Utah, USA. Członkowie zespołu planują wziąć udział w kolejnych edycjach konkursu IPAS Challenge oraz w wyzwaniach związanych z branżą kosmiczną.
źródło: PRz