Команда Бимба-Мизар на 11-м Чемпионате авиационных инженерных школ 2022
Всем привет! Как у всех лето? Наверное, незабываемо. Многие уже сходили на реку, пожарили шашлык и встретили рассвет сидя у костра на даче. Но есть и те, кто встретил рассвет, сидя за компьютером, чтобы обработать данные, собранные с датчиков при запусках спутников.
В начале июля, а именно с 3 по 10 число, прошел Всероссийский чемпионат «Авиаинженерной школы». Наша команда под названием «Бимба-Мизар» приняла участие в этих соревнованиях со своим аппаратом, собранным для высшей лиги.
В состав команды входили три человека: Уливанов Сергей , Никишин Дмитрий и Смирников Андрей . Приключения нашей команды начались в самом начале разработки аппарата, ведь главный программист аппарата находился в Саратове, при том, что сам спутник находился в Самаре. Таким образом, программисту пришлось работать над спутником удаленно. При всем этом в Самаре необходимо было следить за этим процессом, находясь рядом со спутником, так как часто возникали проблемы со связью.
Электроника устройства была разработана за несколько месяцев до чемпионата. Заказали доски, но очень долго ждали их прибытия. В итоге платы мы получили только в начале июня, из-за чего нам пришлось в ускоренном темпе собирать бортовую электронику, что наш электронщик успел сделать в течение недели. Программирование тоже пришлось вести в ускоренном темпе, с чем программист справился всего за две недели.
Когда спутник был (почти) готов, мы перебрались на Владимирскую землю. Туда планировали добраться поездом, но одному из членов команды (Сергею Уливанову) не повезло. Живет в городе Новокуйбышевске, что находится недалеко от Самары. Сережа хотел сесть на поезд в своем городе. Когда он подошел к перрону и уже был готов к посадке, ему пришло в голову посмотреть, не останавливается ли его поезд в Новокуйбышевске. Погуглив, получил ответ, что поезд пройдет мимо. Но, не желая верить найденной информации, наш герой остался на месте и продолжил мысленно готовиться к путешествию, представляя, как он и его друзья пьют чай с печеньем.
Как вы думаете, Сергей Уливанов попал во Владимир? Да! Он нашел выход. Вскочив на ближайший рейсовый самолет, он вылетел в Москву, откуда уже примчался во Владимир. Чудо, да и только. Самое главное, он вез с собой важный груз: парашют, без которого главный спутник точно косил бы камень в полете.
Кстати, о спутнике. Основной целью проекта является разработка системы отделения пикоспутника PocketQube-2p от транспортно-пусковой установки (далее ТНПА), представляющей собой отделение с электроникой и отсеком квадратной формы, внутри которого размещается PocketQube . Бортовая электроника нашего устройства расположена на одной плате. ROV предназначен для безопасного перемещения пикоспутника PocketQube на высоту примерно 1 км.
Продолжая разговор о спутнике, стоит упомянуть спасательную систему ROV и PocketQube. Парашют ROV был рассчитан на массу спутника 1000 грамм и скорость спуска 9 м/с. Но на деле оказалось, что устройство вместе с помещенным внутрь PocketQube весило 450 граммов, а в разобранном виде ROV весил всего 200 граммов. То есть фактически скорость спуска должна быть 6 м/с с PocketQube и 4 м/с без него. Это очень мало, потому что спускаться аппарат будет довольно долго, в результате чего его может подхватить сильный поток ветра и унести на большое расстояние от старта.
Рис. 2. Изображение 3D-модели и собранной ТПА Массо-габаритный макет (далее МГМ) PocketQube тоже должен был лететь с большей скоростью, но снижаться он должен был медленнее.
Дело в том, что изготовленный для МГМ парашют был рассчитан на массу 500 грамм и скорость спуска 9 м/с. Фактически модель PocketQube нельзя было сделать тяжелее 250 граммов (к сожалению, доставка урановых таблеток задержалась), поэтому фактическая скорость спуска для нее составила примерно 6,5 м/с.
Наш ROV запускали дважды. Во время первого полета было зафиксировано ускорение 15,37g и достигнута высота 1161 метр.
Рис. 4. График зависимости высоты и ускорения от времени при первом полете Аппарат был обнаружен недалеко от стартовой площадки, так как во время стрельбы из ракеты атмосферный зонд зацепился за стропы парашюта ракеты, в результате аппарат опустился и себя, и ракету организаторов на своем парашюте, поднявшем ее в небо.
То есть наш парашют, сшитый с небольшим обвесом, оказался именно тем, что нужно в данной ситуации! MGM PocketQube пролетел чуть дальше от основного устройства, но все же нашелся. По радиоканалу мы получали данные, которые подвергались дальнейшей обработке, но информация с датчиков не записывалась на карту microSD.
Перед вторым полетом в прибор было внесено несколько изменений, а именно: 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 через 10 секунд вместо исходных 8, чтобы ТНПА мог улететь достаточно далеко от ракеты. Также был исправлен алгоритм записи данных на карту microSD.
Также во втором полете было принято решение использовать пикоспутник PocketQube, предоставленный командой «Полтора инженера» (студенческий клуб «Космический градиент»). Если в первом полете мы проверили с помощью MGM возможность производства устройств формата PocketQube с использованием ROV, то во втором полете решили использовать сам PocketQube вместо MGM.
Во время второго полета также обрабатывались данные, полученные по радиоканалу (поэтому можно было не корректировать алгоритм записи данных на карту microSD, а хотя бы поспи). Ракета поднялась на высоту 1202 метра, а максимальное ускорение составило 15,82g. На графике ниже показаны точки в конце полета. Это свидетельствует о том, что на какое-то время связь с устройством была потеряна и данные по радиоканалу не поступали на приемную станцию в течение нескольких секунд.
Рис. 6. График зависимости высоты и ускорения от времени во время второго полета После съемки прибора с ракеты в небе были видны два объекта: ракета и ТНПА. Как уже говорилось ранее, скорость снижения должна была быть намного меньше расчетной, поэтому в этот раз наш аппарат унесло очень далеко в лес, расположенный недалеко от аэродрома Каменово. Его унесло примерно на 2-2,5 километра по прямой. Но там дремучий лес и, соответственно, по зарослям по прямой никто не пойдет, так что пришлось обойти и пройти более 4 километров.
По полученным координатам построена траектория полета аппарата. Мы выяснили, что устройство приземлилось рядом с линией электропередач, но также возможно, что устройство застряло в дереве.
Рис. 7. Траектория полета ТНПАРис. 8. Предполагаемая площадкаПоисковая группа состояла из 7 человек. Мы пробирались через густые заросли крапивы в человеческий рост и даже больше. Лоси были замечены некоторыми членами группы. Нам также удалось запечатлеть красивых птенцов, сидящих в гнезде с открытыми клювами. Наша группа тоже попала в болото, которое могло поглотить всех нас в свое болото, но мы справились с этим препятствием! Нас тоже окружила огромная стая слепней и комаров, и даже шершней. Они буквально десятками приземлялись на тела каждого из путешественников.
Предполагалось, что когда наша поисковая группа прибудет примерно к месту посадки основного транспортного средства, мы сможем услышать зуммер. Когда мы прибыли в нужное место, все очень устали. Также выяснилось, что, во-первых, у всех членов поисковой группы закончилась вода, а во-вторых, разрядился аккумулятор ТПА, в связи с чем алгоритм поиска аппарата по зуммеру уже невозможен.
Пришлось вернуться с пустыми руками.
После запусков все команды чемпионата рассказывают о результатах практических испытаний – это называется «защита». Когда проектируешь пикоспутник, думаешь, что все пойдет по плану: что ракета поднимет его на нужную высоту, что отделение пикоспутника от ракеты, конечно, произойдет, что парашют раскроется, что на него спустится пикоспутник, и что в конце нетрудно будет найти результат его однолетнего труда. Но реальность более разнообразна. На обороне можно узнать удивительные подробности того, как взорвался ракетный двигатель при взлете или как не раскрылся парашют команды, и увидеть, что бывает, когда падаешь с высоты сотни метров в траву поля. У кого-то устройство застряло на дереве и можно послушать рассказ о том, как его оттуда вытащили. Но главное в защите – это анализ полетных данных. Это как очень очевидные вещи, вроде графика зависимости высоты от времени, так и специфические. Особенно интересно, когда нештатную ситуацию команда объясняет показаниями целого комплекса датчиков, доказывая, например, что аппарат покинул ракету слишком поздно.