SpaceFish w pigułce

SpaceFish to bezzałogowy samolot o kształcie zbliżonym do ryby. Projekt jest realizowany przez drużynę hiszpańsko-polską w ramach kampanii eksperymentów studenckich REXUS/BEXUS. Celem doświadczenia jest opracowanie i zbudowanie autopilota, który zostanie przetestowany w locie na pokładzie SpaceFisha. Eksperyment odbędzie się w ESRANGE – bazie rakietowej położonej 200 km za kołem podbiegunowym północnym.

spacefish_001
SpaceFish – wizja artystyczna

Skąd wziął się SpaceFish?

Z końcem 2008 roku grupa hiszpańskich studentów postanowiła zbudować autopilota do sterowania małym samolotem bezzałogowym oraz wziąć udział w kampanii eksperymentów studenckich REXUS/BEXUS 8/9 (RX/BX). W krótkim czasie pojawił się Koni Schafroth, szwajcarski inżynier, który zaoferował swoją pomoc – projekt samolotu SmartFish jako nośnik dla autopilota.

Czym jest REXUS/BEXUS?

Start rakiety MAXUS
Start rakiety MAXUS

REXUS/BEXUS to skrót od Rocket/Balloon Experiments for University Students, czyli eksperymenty studentów europejskich na rakietach lub balonach. Europejska Agencja Kosmiczna ESA wraz z Niemiecką Agencją Lotniczą i Kosmonautyczną DLR oraz Szwedzką Korporacją Kosmiczną SSC od wielu lat organizują co roku kampanię eksperymentów, gdzie studenci z całej Europy mogą wykonać swoje doświadczenia na pokładzie balonu stratosferycznego lub rakiety sondującej.

Balony wznoszą się na wysokość nawet 35 km – na takiej wysokości wyraźnie widać krzywiznę Ziemi, a niebo jest już granatowo-czarne, lot takiego balonu trwa około 6 godzin. W trakcie jednej kampanii wypuszcza się zwykle 2 balony, a gondola każdego wypełniona jest studenckimi eksperymentami i studencką aparaturą badawczą.

Rakiety wznoszą się na wysokość około 100 km (co jest umowną granicą kosmosu), w szczytowym momencie rakieta wraz z eksperymentami znajduje się w stanie mikrograwitacji (nieważkości) i jest to czas na wykonanie doświadczeń niemożliwych do wykonania na powierzchni Ziemi.

Zanim drużyny wykonają swoje eksperymenty w ESRANGE, muszą przejść wieloetapowy proces selekcji i kontroli. Pierwszy etap to przesłanie propozycji doświadczenia do ESA, gdzie sztab specjalistów dokonuje pierwszej, wstępnej selekcji (listopad). Następnie wybrane drużyny zapraszane są do ESTEC w Holandii – Centrum Technologicznego Europejskiej Agencji Kosmicznej, gdzie przed specjalistami i pozostałymi drużynami z całej Europy prezentują swoje projekty, jest to drugi etap selekcji (grudzień). W okolicach lutego i marca odbywa się trzecie spotkanie – PDR (Preeliminary Design Review), na którym projekty powinny prezentować pewien postęp i zaawansowanie. Od tego momentu zaczyna się prawdziwa praca nad naszymi eksperymentami, gdyż na kolejnym spotkaniu kontrolnym (w czerwcu) należy zaprezentować efekty dotychczasowej pracy. W wakacje przychodzi czas na krytyczne spojrzenie na nasze dokonania – Critical Design Review – gdy postępy są niezadowalające drużyna może zostać usunięta z kampanii RX/BX. Końcówka wakacji to praca na pełnych obrotach, gdyż na październik eksperyment musi być gotowy do lotu – to czas na finałową kampanię – Launch Campaign w ESRANGE.

Finałowa kampania, czyli starty balonów i rakiet, odbywają się w ESRANGE. ESRANGE znajduje się w Szwecji, jest ośrodkiem naukowym położonym około 200 km za kołem podbiegunowym północnym, 20 km od Kiruny. Jest to miejsce, w którym każdego dnia kontroluje się największą w Europie liczbę satelitów, jest to miejsce z którego wielokrotnie w ciągu roku wypuszcza się badawcze balony stratosferyczne oraz rakiety sondujące – w tym największą, jaka startuje z Europy – rakietę MAXUS (wysoka jak 4-5 piętrowy budynek, maksymalna wysokość lotu 700-1400 km – ISS krąży na wysokości około 380 km).

Po kampanii przychodzi czas na analizę zebranych danych, przygotowanie podsumowującego raportu i publikacje wyników… oraz zbieranie laurów :)

Początki

W listopadzie 2008 drużyna dostarczyła do ESA dokument z propozycją eksperymentu, tzw. proposal. Po przejściu przez pierwszy etap selekcji drużyna została zaproszona do ESTEC (European Space Research and Technology Centre) w Holandii na prezentację na żywo przed komisją złożoną ze specjalistów branży kosmicznej. Chcąc wypaść jak najlepiej SpaceFishTeam, wtedy jeszcze jako drużyna czysto hiszpańska, postanowił zwrócić się o pomoc do Kamila Glebowicza, członka SKA – uczestnika poprzedniej kampanii RX/BX. Współpraca rozwijała się szybko i sprawnie i w krótkim czasie Kamil dołączył do drużyny jako „specjalista od mechaniki i aeronautyki”.

SpaceFish od strony technicznej

Konstrukcja

spacefish_003
Jeden z prototypów SmrtFisha

SpaceFish jest dolnopłatem wolnonośnym z klasycznym usterzeniem składającym się z usterzenia pionowego oraz poziomego z wydzielonym sterem wysokości. Nie posiada lotek ani steru kierunku – cale sterowanie jest realizowane przy pomocy steru wysokości – wychylanego różnicowo (funkcja lotek) lub zgodnie. Samolot ma kadłub nośny co oznacza, że również wytwarza siłę nośną. SpaceFish jest szybowcem, nie posiada podwozia, lądowanie odbywa się na spadochronie. Start odbywa się z innego nośnika – w przypadku kampanii BEXUS będzie to balon stratosferyczny. W ramach wcześniejszych testów będzie to inny samolot.

Samolot wykonany będzie z kompozytu – tkaniny szklanej przesączonej żywicą epoksydową. Foremnik składa się z trzech części: dolnej oraz dwóch, symetrycznych górnych połówek, więc cały samolot będzie ostatecznie sklejony z trzech takich elementów.
Ogólnie struktura prezentuje się następująco:
2 warstwy tkaniny szklanej o gramaturze 150 g/m2 – najbardziej zewnętrzna;
1 warstwa pianki grubości 4 mm;
1 warstwa tkaniny szklanej o gramaturze 150 g/m2.
Całość będzie utwardzana w podciśnieniu.
Wewnątrz kadłuba będą dwie wręgi wykonane również z kompozytu szklanego.
Wyposażenie będzie umocowane do wręg oraz do dodatkowych elementów mocujących.

Misja

Symulacja trasy lotu
Symulacja trasy lotu

Celem eksperymentu jest wykonanie autonomicznego lotu po wcześniej zadanej trasie, zbadanie własności lotnych SpaceFisha oraz automatyczne lądowanie.

Przed startem wprowadzane są współrzędne punktów, do których ma dolecieć samolot oraz miejsce lądowania. SpaceFish odłączy się od balonu gdy osiągnie wymaganą wysokość (15 km) lub gdy temperatura wewnątrz kadłuba spadnie poniżej -40°C. Autopilot porówna swoją pozycję i zwrot z układem punktów (waypoints) i opracuje trasę jaką ma podążać samolot. Misja zakłada lot od punktu do punktu, wykonywanie zwrotów w tych punktach (ósemki) oraz lądowanie na spadochronie w wybranym miejscu.

Archiwalny plakat
Archiwalny plakat