Studenci Politechniki Rzeszowskiej laureatami w zawodach marsjańskich

Studenci z Politechniki Rzeszowskiej zostali laureatami w zawodach International Planetary Aerial Systems Challenge. Ich marsjański dron miał za zadanie zbadać atmosferę oraz przetransportować paczkę.

Zadaniem Studentów Politechniki w konkursie, organizowanym przez Mars Society South Asia, było zaprojektowanie statku powietrznego, bezzałogowego, odpowiedniego na warunki panujące na czerwonej planecie.

“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.

Zaprojektowanie drona do użytku na Marsie wymagało zupełnie innego podejścia do konstrukcji maszyny. Trzeba było wziąć pod uwagę szereg czynników różnych od warunków Ziemskich: skład chemiczny atmosfery, prędkość wiatru, ciśnienie, grawitacja, temperatura. Również elektronika jest dużo bardziej narażona na uszkodzenia, przede wszystkim przez ekstremalne temperatury jak i promieniowanie.

“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” – podkreśla Yurii Kravets odpowiedzialny za analizy aerodynamiczne.

“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” – mówią konstruktorzy mechanizmu Adam Szelec i Rafał Żytniak.

Innowację stanowiło użycie plazmowych wzbudników do sterowania przepływem wzdłuż krawędzi natarcia oraz krawędzi spływu. Układ składa się z trzech elektrod oddzielonych materiałem, który nie przewodzi prądu. Elektrody są przesunięte względem siebie w kierunku przepływu. Jest to tzw. układ MEE (ang. multiple encapsulated electrode). 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. W efekcie, przesuwają punkt przejścia laminarno-turbulentnego w kierunku krawędzi spływu.

W obliczeniach studenci Politechniki Rzeszowskiej uwzględnili większą masę molową powietrza i mniejszą grawitację. Oszacowali również, że rozwiązanie przy liczbie Reynoldsa na poziomie 15000 pozwoliłoby w najkorzystniejszym przypadku zwiększyć siłę nośną nawet o 100 proc. 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. 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.

Studenci – laureaci z Politechniki Rzeszowskiej działający w Legendary Rover Team po raz pierwszy wzięli udział w zawodach. W skład zespołu weszli studenci Wydziału Budowy Maszyn i Lotnictwa oraz Wydziału Elektrotechniki i Informatyki.

Legendary Rover Team udzielił portalowi robotyka.pl odpowiedzi na następujące pytania:

1. Jak oceniacie możliwość realizacji Waszego projektu? Czy za 2, 5, 10 lat Wasz dron może faktycznie szybować w marsjańskiej atmosferze?

Wykonaliśmy analizy aerodynamiczne, które pokazały, że dron jest w stanie latać w marsjańskiej atmosferze. Z odpowiednim budżetem, czasem i sprzętem możliwe byłoby przetestowanie rzeczywistej konstrukcji i wykonanie odpowiednich poprawek do projektu, które byłyby w takim wypadku nieuniknione. Na zawody zaprojektowano koncepcję UAV zdolnego do lotu na Marsie, co jest całkowicie zrozumiałe, bo koła naukowe nie dysponują budżetem, czasem, sprzętem i doświadczeniem ludzi z NASA. Możliwe, że za jakiś czas dron o podobnej strukturze mógłby odbywać lot w marsjańskiej atmosferze, jednak zależy to od wielu czynników i użyteczności naszego projektu – dron był wykonywany pod konkretne zadania do zrealizowania, więc musiałby zostać przeznaczony do ich wykonania.

2. Ile czasu trwało stworzenie projektu?

Od ogłoszenia regulaminu zawodów do wysłania gotowego projektu minęły 3 miesiące. Najdłużej trwały wstępne ustalenia dotyczące rodzaju UAV (czy podobny do Ingenuity, czy powinien to być tradycyjny dron czy może płat wraz ze śmigłami, itd.) jaki chcemy skonstruować oraz analiza czy spełni wymagania organizatorów.

3. Jakie materiały zostały wykorzystane przy tworzeniu drona?

Jako główne elementy struktury przyjęliśmy piankę PICA powleczoną materiałem o nazwie Buckypaper, co umożliwiło zaprojektowanie bardzo lekkiej i wytrzymałej konstrukcji

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).

Fanpejdż Legendary Rover Team: https://www.facebook.com/legendaryrover

Źródło: PAP – Nauka w Polsce

Autor: Kuba Łozowski

Czytaj też: Japońska Agencja Kosmiczna wyśle transformowalnego robota na Księżyc