Tworzony przez studentów Politechniki Rzeszowskiej zespół Legendary Rover zajął pierwsze miejsce w międzynarodowych zawodach IPAS Challenge. Organizatorzy docenili zwycięski projekt marsjańskiego drona i pokonał on 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, gotowego do działań na Marsie wraz z pełnym wyposażeniem. Zespoły mają za zadanie dokładnie zaplanować każdy podsystem, biorąc pod uwagę różne parametry pozaziemskie oraz narzucone przez organizatorów zadania, które bezzałogowy statek powietrzny (UAV) musi wykonać. W konkursie organizowanym przez Mars Society South Asia po raz pierwszy wzięli udział rzeszowscy studenci z Legendary Rover Team. Zespół biorący udział w konkursie to 12 osób w składzie: 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 oraz 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, lider projektu.
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 są znacząco różne. Wpływa to na mobilność UAV, 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.
– Analiza aerodynamiczna UAV 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
– mówi Yurii Kravets odpowiedzialny za analizy aerodynamiczne.
Podczas projektowania UAV konieczne było spełnienie warunków narzuconych przez organizatorów, czyli wykonanie rekonesansu wraz z zdjęciem z wykorzystaniem metod fotogrametrycznych, przeprowadzenie misji logistycznej, która polegała na transporcie paczki oraz wykonanie analizy 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, ze nie uszkodzi podczas wywierania nacisku na paczkę
– mówią Adam Szelec i Rafał Żytniak, konstruktorzy mechanizmu.
Jako innowację wzdłuż krawędzi natarcia oraz krawędzi spływu przewidziano użycie plazmowych wzbudników do sterowania przepływem. Układ składa się z trzech elektrod oddzielonych materiałem dielektrycznym, przesuniętych względem siebie w kierunku przepływu. Jest to tzw. układ MEE, z ang. multiple encapsulated electrode, przy czym pierwsza elektroda znajduje się na powierzchni płata, druga 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 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%, przy zużyciu mocy na poziomie 0.5W/m.
– Według badań ich użycie jest bardzo korzystne w obszarze niskich liczb Reynolds’a, które uzyskujemy na Marsie. 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, elektronik.
Legendary Rover Team zajmuje się konstruowaniem łazików marsjańskich. Dotychczas ich największym sukcesem było dwukrotne wygranie University Rover Challenge, prestiżowych, międzynarodowych zawodów odbywających się w Utah, USA. W przyszłości planują wziąć udział w kolejnych edycjach konkursu IPAS Challenge oraz wyzwaniach związanych z branżą kosmiczną.
Członkowie zespołu jednogłośnie zdecydowali o przekazaniu nagrody pieniężnej na walkę z pandemią COVID-19 w Indiach. Kwota została dostarczona przez organizatorów na PM Cares Fund.
