Zaprojektowany przez studentów Politechniki Rzeszowskiej marsjański dron zdobył pierwsze miejsce w międzynarodowym konkursie International Planetary Aerial Systems Challenge. Wyzwanie polegało na przetransportowaniu paczki, a następnie dokonaniu pomiarów atmosfery. Polski zespół, o nazwie Legendary Rover Team, zaprojektował każdy system bezzałogowego samolotu, uwzględniając różne parametry, które nie występują na Ziemi.
Studenckie zawody zostały zorganizowany przez Mars Society South Asia. Zadaniem w konkursie było zaprojektowanie bezzałogowego statku powietrznego, wraz z całym wyposażeniem. Pojazd miał być w całości gotowy do działań na Marsie. Zainteresowanym podobną tematyką polecamy nasz tekst „Pierwszy lot na Marsie już za kilka dni”.
Lider projektu, Hubert Gross, mówi, że „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”.
Marsjański dron różni się znacząco od ziemskich pojazdów
Studenci wyjaśniają, że proces projektowania drona, który ma latać nad powierzchnią Marsa, różni się znacząco od tworzenia podobnych pojazdów mających poruszać się na naszej planecie. Atmosfera Marsa posiada inny skład chemiczny, różni się prędkość wiatru, ciśnienie, grawitacja, temperatura, pył i topografia. Ma to wpływ na wiele czynników dotyczących statku powietrznego, takich jak jego mobilność, aerodynamika (w tym wydajność steru, profile skrzydeł i śmigieł), parametry fizyczne, siły oporu i siłę nośną. Także elektronika jest narażona na ekstremalne temperatury i promieniowanie. Specyfika tej planety wymaga także, aby cały sprzęt był odporny na drobny pył. Projekt musi uwzględniać także trudną do analizy topografię terenu i wiele innych czynników.
Yurii Kravets, odpowiedzialny za analizy aerodynamiczne, mówi, że „analiza aerodynamiczna 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”.
Podczas projektowania bezzałogowego statku powietrznego (UAV) studenci musieli spełnić warunki narzucone przez organizatorów. Konieczne było 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.
Adam Szelec i Rafał Żytniak mówią, że „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”.
Innowacyjne rozwiązania zwiększające siłę nośną
Ciekawą innowacją było użycie plazmowych wzbudników do sterowania przepływem wzdłuż krawędzi natarcia oraz krawędzi spływu. Dzięki układowi trzech elektrod, przesuniętych względem siebie w kierunku przepływu (tzw. układ MEE – multiple encapsulated electrode) można znacznie zwiększyć siłę nośną płata. Pod wpływem wysokiego napięcia na powierzchni profilu za odsłoniętą elektrodą tworzy się obszar zjonizowanego gazu, a następnie jony przyśpieszają w kierunku przepływu. Studenci obliczyli, że uwzględniając większą masę molową powietrza i mniejszą grawitację na Marsie, to rozwiązanie mogłoby, w najkorzystniejszym przypadku, pozwolić zwiększyć siłę nośną nawet o 100 procent przy zużyciu mocy na poziomie 0,5 W/m.
Kamil Ziółkowski, elektronik, podkreśla, że „badania wskazują, że ich użycie jest bardzo korzystne w obszarze niskich liczb Reynoldsa, które uzyskujemy na Marsie. 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”.
Rzeszowscy studenci z Legendary Rover Team po raz pierwszy wzięli udział w konkursie. W skład zespołu weszli studenci Wydziału Budowy Maszyn i Lotnictwa oraz Wydziału Elektrotechniki i Informatyki. Liderem projektu był Hubert Gross (kierunek lotnictwo i kosmonautyka). Za analizy aerodynamiczne odpowiadali Yurii Kravets (kierunek lotnictwo i kosmonautyka) i Marcin Solarski (kierunek lotnictwo i kosmonautyka). Chwytak skonstruowali Adam Szelec (kierunek mechatronika), Rafał Żytniak (kierunek mechatronika) i Konrad Wąsacz (kierunek mechatronika). Strukturę płata i śmigła zaprojektowali Nikodem Drąg (kierunek mechanika i budowa maszyn) i Konrad Kij (kierunek mechatronika). Specjaliści od elektroniki to: Michał Słomiany (kierunek lotnictwo i kosmonautyka), Kamil Ziółkowski (kierunek lotnictwo i kosmonautyka), Aleksandra Wanat (kierunek elektronika i telekomunikacja) i Dominik Pyjor (kierunek automatyka i robotyka). Zespół przekazał nagrodę pieniężną na walkę z pandemią COVID-19 w Indiach.
Na naszym blogu wiele razy poruszaliśmy temat badań kosmosu. Polecamy na przykład artykuł „Eksploracja kosmosu falami elektromagnetycznymi”.
Źródło: Nauka w Polsce PAP i Politechnika Rzeszowska