Zespół Legendary Rover, który tworzą studenci Politechniki Rzeszowskiej, zdobył pierwsze miejsce w międzynarodowych zawodach IPAS Challenge. Ich projekt marsjańskiego drona pokonał konkurencję ze znaczącą przewagą punktową.
International Planetary Aerial Systems Challege (IPAS) to organizowany przez Mars Society South Asia konkurs dla studentów uczelni wyższych, którego celem jest zaprojektowanie bezzałogowego statku powietrznego (UAV), gotowego do działań na Marsie wraz z pełnym wyposażeniem. Zespoły mają za zadanie dokładnie zaplanować każdy podsystem.
W konkursie po raz pierwszy wzięli udział rzeszowscy studenci z Legendary Rover Team. To 12 osób: Hubert Gross – lider projektu, Yurii Kravets i Marcin Solarski – odpowiedzialni za analizy aerodynamiczne, Adam Szelec, Rafał Żytniak i Konrad Wąsacz – konstruktorzy chwytaka, Nikodem Drąg i Konrad Kij – projektanci struktury płata i śmigła, Michał Słomiany, Kamil Ziółkowski, Aleksandra Wanat i Dominik Pyjor – specjaliści od elektroniki.
– 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 całkowicie nowe podejście do eksploracji obcych planet – mówi Hubert Gross.
Proces projektowania drona latającego nad powierzchnią Marsa różni się od tworzenia ziemskich statków powietrznych. Atmosfera Marsa oraz warunki tam panujące różnią się znacznie od tych na Ziemi – skład chemiczny atmosfery, prędkość wiatru, ciśnienie, grawitacja, temperatury, pył i topografia…
Wpływa to na mobilność drona, 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.
– Najważniejszym elementem było dopasowanie geometrii płata oraz profilu umożliwiającego uzyskanie jak najlepszych charakterystyk nośnych przy panujących w marsjańskiej atmosferze niskich liczbach Reynoldsa – mówi Yurii Kravets.
Podczas projektowania drona konieczne było wykonanie rekonesansu wraz z zdjęciem z wykorzystaniem metod fotogrametrycznych, przeprowadzenie misji logistycznej (transport paczki) oraz analiza atmosfery marsjańskiej wraz z pomiarami obecności gazów, wilgotności i temperatury we wskazanym miejscu.
– Optymalizacja masowa zaproponowanych przez nas rozwiązań była najtrudniejszym zadaniem podczas projektowania. 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 – mówią Adam Szelec i Rafał Żytniak.
Do drona użyto plazmowych wzbudników do sterowania przepływem. Układ składa się z trzech elektrod oddzielonych materiałem dielektrycznym. Pierwsza elektroda znajduje się na powierzchni płata, druga tuż pod powierzchnią w kierunku przepływu, a ostatnia 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, zmieniając rozkład prędkości w warstwie przyściennej, w efekcie przesuwając punkt przejścia laminarno-turbulentnego w kierunku krawędzi spływu.
Ponadto, uwzględniono większą masę molową powietrza i mniejszą grawitację i oszacowano, że rozwiązanie przy liczbie Reynolds’a na poziomie 15000 pozwoliłoby w najkorzystniejszym przypadku zwiększyć siłę nośną nawet o 100 procent, przy zużyciu mocy na poziomie 0.5W/m.
– Kolejne badania wskazują, że istnieje możliwość wykorzystania plazmowych wzbudników w niskim ciśnieniu o wartości 1kPa oraz w otoczeniu złożonym wyłącznie z CO2, są to warunki bardzo zbliżone do tych panujących na Marsie – mówi Kamil Ziółkowski.
Członkowie Legendary Rover Team nagrodę pieniężną za zajęcie pierwszego miejsca w zawodach IPAS Challenge przekazali na walkę z pandemią koronawirusa w Indiach.
Legendary Rover Team zajmuje się konstruowaniem łazików marsjańskich. Dotychczas ich największym sukcesem było dwukrotne wygranie University Rover Challenge, prestiżowych, zawodów odbywających się w Utah (USA). LRT planuje wziąć udział w kolejnych edycjach IPAS Challenge oraz wyzwaniach związanych z branżą kosmiczną.
Oprac. (ram)
redakcja@rzeszow-news.pl
