Команда «Bimba-Mizar» на 11 чемпионате «Воздушно-инженерная школа» 2022 г

Всем привет! Как у кого проходит лето? Наверное, незабываемо. Многие уже съездили на речку, пожарили шашлыки и встретили рассвет сидя у костра на даче. Но есть и те, кто встречал рассвет, сидя за компьютером, с целью обработать данные, собранные с датчиков во время запусков спутника. 

В начале июля, а именно 3-10 числа, прошёл всероссийский чемпионат «Воздушно-инженерной школы». Наша команда под названием «Bimba-Mizar» приняла участие в данном конкурсе со своим аппаратом, собранным для высшей лиги. 

Команда была в составе трёх человек: Уливанова Сергея, Никишина Димитрия и Смирникова Андрея. Приключения нашей команды начались ещё в самом начале разработки аппарата, ведь главный программист аппарата находился в Саратове, учитывая то, что сам спутник пребывал в Самаре. Таким образом, программисту приходилось работать над спутником удалённо. При всём при этом в Самаре нужно было следить за этим процессом, находясь рядом со спутником, так как часто происходили неполадки с соединением. 

Электроника аппарата была спроектирована за несколько месяцев до чемпионата. Мы заказали платы, но ждать их приезда пришлось очень долго. В результате чего, платы были получены нами только в начале июня из-за чего собирать бортовую электронику пришлось в ускоренном темпе, с чем наш электронщик справился в течении недели. Программировать также нужно было в ускоренном темпе, с чем программист справился всего за две недели.

Когда спутник был (почти) готов мы выдвинулись на Владимирскую землю. Добираться планировали на поезде, но одному из участников команды (Уливанову Сергею) не повезло. Он живёт в городе Новокуйбышевске, который размещается неподалёку от Самары. Серёжа хотел сесть на поезд в своём городе. Когда он пришёл на платформу и уже был готов к посадке, ему пришло в голову посмотреть, а останавливается ли его поезд в Новокуйбышевске. Загуглив, он получил ответ, что поезд проедет мимо. Но, не захотев верить найденной информации, наш герой остался на месте и продолжил морально готовиться к поездке, представляя, как он с друзьями пьёт чай с печеньками. Спустя некоторое время, стоя на платформе, Серёжа увидел свой подъезжающий поезд, как вдруг, вагоны без остановки проехали мимо него и направились дальше по маршруту в сторону Москвы. Стоя в недоумении, участник нашей команды долго соображал: «А что мне делать теперь?».

Как думаете, доехал ли Уливанов Сергей до Владимира? Да! Он нашёл выход. Запрыгнув на ближайший по расписанию самолёт, он долетел до Москвы, откуда уже примчал во Владимир. Чудо, да и только. Самое главное, что он вёз с собой важный груз: парашют, без которого основной спутник точно бы занялся косплеем камня в полете.

К слову, о спутнике. Основная цель проекта - отработка системы отделения пикоспутника формата PocketQube-2p от транспортно-пускового аппарата (далее ТПА), который представляет собой отдел с электроникой и отсек квадратной формы, внутри которого размещается PocketQube. Бортовая электроника нашего аппарата размещается на одной плате. ТПА создан для того, чтобы безопасно перемещать пикоспутник PocketQube на высоту примерно 1 км. После отстрела ТПА от ракеты спустя несколько секунд поворачивается серво машинка, которая открывает крышку, расположенную в нижней части аппарата, в результате чего, с помощью пружинного механизма, PocketQube отделяется от ТПА.

Рис. 1. Нижняя крышка ТПА
Рис. 1. Нижняя крышка ТПА

 Продолжая говорить о спутнике, стоит упомянуть и о системе спасения ТПА и PocketQube. Парашют для ТПА был рассчитан на массу спутника в 1000 грамм и скорость спуска 9 м/с. А по факту получилось, что аппарат вместе с помещённым внутрь PocketQube весил 450 грамм, а при его отделении, ТПА весил всего 200 грамм. То есть по факту скорость спуска должна быть 6 м/с вместе с PocketQube и 4 м/с без него. Это очень мало, ведь аппарат будет спускаться довольно долго, в результате чего, его может подхватить сильным потоком ветра и отнести на далёкое расстояние от старта.

Рис. 2. Изображение 3D модели и собранного ТПА
Рис. 2. Изображение 3D модели и собранного ТПА

Массогабаритный макет (далее МГМ) PocketQube также должен был лететь с большей скоростью, но ему пришлось спускаться медленнее. Дело в том, что парашют, сделанный для МГМ, был рассчитан на массу 500 грамм и скорость спуска 9 м/с. По факту же макет PocketQube тяжелее 250 грамм сделать не удалось (к сожалению, поставка урановых гранул затянулась), поэтому реальная скорость спуска для него составила приблизительно 6,5 м/с.

Рис. 3. Приземлённый массогабаритный макет
Рис. 3. Приземлённый массогабаритный макет

Так как наша команда участвовала в высшей лиге, то и запускалась она на ракетах помощнее в отличии от ракет, используемых для регулярной лиги. Ракеты, которые запускали аппараты высшей лиги, использовали двигатели с суммарным импульсом тяги 1000 Н•с, а ракеты для регулярной лиги были снабжены двигателями 300 Н•с.

Наш ТПА запускался два раза. Во время первого полёта было зафиксировано ускорение 15,37g и достигнута высота 1161 метр.

Рис. 4. График зависимости высоты и ускорения от времени во время первого полёта
Рис. 4. График зависимости высоты и ускорения от времени во время первого полёта

Аппарат был найден недалеко от места старта, ведь во время отстрела от ракеты, атмосферный зонд зацепился за стропы ракетного парашюта, в результате чего, аппарат спускал на своем парашюте как себя, так и ракету организаторов, которая подняла его к небу. То есть наш парашют, сшитый немного не по массе, оказался как раз то, что нужно в данной ситуации! МГМ PocketQube улетел немного дальше от основного аппарата, но тем не менее и его удалось найти. Мы получали по радиоканалу данные, которые в дальнейшем и обрабатывались, а на microSD карту информация с датчиков не записалась.

Перед вторым полётом было совершено несколько изменений в аппарате, а именно: была увеличена частота опроса датчиков с 4 до 20 Гц для накопления большего массива данных и последующего более качественного анализа. Также были внесены изменения в алгоритм, в результате чего, PocketQube должен был отделяться от основного аппарата спустя 10 секунд, вместо изначальных 8 для того, чтобы ТПА успевал отлетать достаточно далеко от ракеты. Также был исправлен алгоритм записи данных на microSD карту.

Также во втором полете было принято решение использовать пикоспутник формата PocketQube, предоставленный командой «Полтора инженера» (студенческий клуб Космический Градиент). Если во время первого полёта мы проверили с помощью МГМ, что выпускать аппараты формата PocketQube можно с помощью ТПА, то во время второго полёта мы решили использовать вместо МГМ сам PocketQube.

Рис 5. PocketQube команды «Полтора инженера»
Рис 5. PocketQube команды «Полтора инженера»

Во время второго полёта также обрабатывались данные, полученные через радиоканал (так что можно было и не исправлять алгоритм записи данных на microSD карту, а хоть немного поспать). Ракета поднялась на высоту 1202 метра, а максимальное ускорение было равно 15,82g. На графике ниже видно точки под конец полёта. Это говорит о том, что на некоторое время терялась связь с аппаратом и данные по радиоканалу на протяжении нескольких секунд не приходили на приёмную станцию.

Рис. 6. График зависимости высоты и ускорения от времени во время второго полёта
Рис. 6. График зависимости высоты и ускорения от времени во время второго полёта

После отстрела аппарата от ракеты, в небе было замечено два объекта: ракета и ТПА. Как и упоминалось раньше, скорость спуска должна была быть намного меньше расчётной, поэтому в этот раз наш аппарат унесло очень далеко в лес, находящийся рядом с аэродромом «Каменово». Его унесло приблизительно на 2-2,5 километра по прямой. Но там густой лес и соответственно никто по прямой через заросли не пойдёт, поэтому нужно было идти в обход и пройти более 4 километров.

Была построена траектория полёта аппарата с помощью полученных координат. Мы выяснили, что аппарат приземлился рядом с линией электропередач, но также возможен вариант, что аппарат застрял на дереве.

Рис. 7. Траектория полёта ТПА
Рис. 7. Траектория полёта ТПА
Рис. 8. Предполагаемое место приземления
Рис. 8. Предполагаемое место приземления

Поисковая группа была в составе 7 человек. Мы пробирались через густые заросли крапивы ростом с человека и даже выше. Некоторыми членами группы был замечен лось. Также удалось запечатлеть прекрасных птенцов, сидящих у себя в гнёздышке с раскрытыми клювиками. Наша группа также попала в болото, которое могло поглотить всех нас в свою топь, но мы справились с данной преградой! Также нас окружала огромная стая слепней и комаров, и даже шершни. Они буквально десятками садились на тела каждого из путников.

Предполагалось, что когда наша поисковая группа придёт на место приблизительного приземления основного аппарата, то мы сможем услышать писк зуммера. Когда же мы прибыли в нужное место, то все очень устали. Также оказалось, что, во-первых, у всех членов поисковой группы закончилась вода, а во-вторых, аккумулятор ТПА сел, и поэтому алгоритм поиска аппарата по писку зуммера уже был невозможен. Пришлось возвращаться обратно с пустыми руками.

После пусков все команды чемпионата рассказывают о результатах практических испытаний - это называется “защиты”. Когда проектируешь пикоспутник, думаешь, что всё пройдёт как задумано: что ракета поднимет его на нужную высоту, что отделение пикоспутника от ракеты, конечно, произойдет, что раскроется парашют, что пикоспутник будет на нем спускаться и что в конце легко будет найти результат своего годичного труда. Но реальность более разнообразна. На защитах можно узнать удивительные подробности того, как при взлете двигатель ракеты взорвался или как у команды не раскрылся парашют, и посмотреть что будет при падении с высоты сотен метров в траву поля. У кого-то аппарат застрял на дереве и можно послушать рассказ как его оттуда снимали. Но главное в защитах - это анализ полётных данных. Это как весьма очевидные вещи, вроде графика зависимости высоты от времени, так и специфичные. Особенно интересно, когда команда объясняет нештатную ситуацию по показаниям целого комплекса датчиков, доказывая, например, что аппарат вышел из ракеты слишком поздно.

На следующий день, когда все команды чемпионата проходили защиту своих проектов, двое из объединения Space Gradient (Уливанов Сергей и Моряков Никита) решили вновь испытать удачу и поискать аппарат в лесу. Они рассчитывали заметить хотя бы оранжевую ткань парашюта, но данный поиск, проходивший на протяжении 3 часов, закончился безуспешно. По итогу, было потеряно два аппарата: ТПА команды Bimba-Mizar и PocketQube команды «Полтора инженера».

Рис. 9. Прогулка по лесу в поисках аппарата
Рис. 9. Прогулка по лесу в поисках аппарата
Рис. 10. Птенцы в гнезде
Рис. 10. Птенцы в гнезде

Подводя итог, хочется сказать, что наша команда заняла 3 место на 11 чемпионате «Воздушно-инженерная школа» 2022 года. Bimba-Mizar планирует остаться в высшей лиге и попробовать в следующем году запустить аппарат снова, но уже с более ёмким аккумулятором, улучшенной системой поиска и с ещё более крутым аппаратом, чем был до этого. Увидимся в следующем году, дорогие друзья. Всем хорошего настроения и всем пока!

P.S. Если у вас появилась идея тоже принять участие в чемпионате Воздушно-инженерная школа, то это отличная идея! Начать можно с изучения положения чемпионата roscansat.com

Если возникают вопросы, можете писать в личные сообщения нашей группы CanSat в Самаре.