Pred tým, ako by som pokračoval v opise daného projektu, bolo by asi vhodné ozrejmiť označenia jednotlivých typov chystaných rakiet, prečo sa chystajú a čo budeme od nich očakávať. Od počiatku projektu dochádza stále k nejakým zmenám a je to dôsledok zmien priorít v priebehu vývoja (pravdaže závisia od finančných prostriedkov, materiálových i technologických požiadaviek a hlavne od našich možností). Preto len v krátkosti zopakujem, čo je hlavná úloha projektu, jeho hlavná vízia a aký trh v kozmickom biznise má zacieliť:
- Je to otázka našej prestiže, ako Slovenska – dosiahnuť hranice kozmického priestoru vlastnými prostriedkami (výška 120km)
- Kvôli mobilite a cene za štart sa budeme sústrediť pre menšie nosné prostriedky s užitočným zaťažením niekoľkých kilogramov(meracích a iných prístrojov) pre sondáž vysokej atmosféry a niektoré pokusy v mikrogravitácii, alebo oblasť aerodynamických skúšok
- Vývoj konštrukcie rakety smeruje jednoznačne k použitiu moderných kompozitných materiálov a technológií a to jak pri jednorázovom použití raketových motorov(boosterov) – tzv. expendable approach, ale aj reusable, tzn. opakované využitie celej rakety pre dramatické zníženie ceny za štart.
- Zmenšovanie geometrických rozmerov aj štartovacej hmotnosti rakety prináša nutnosť použitia nových konštrukčných filozofií a prístupov – napríklad vývoj unikátnej technológie pre výrobu celého raketového motoru prakticky v jednej komplexnej forme má za cieľ hlavne eliminovanie rôznych skrutkových, lepených a iných spojov pre obmedzenie mŕtvej konštrukčnej hmotnosti rakety a tým bude zvyšovať celkovú spoľahlivosť systému. Na druhej strane, zníženie prácnosti konštrukcie, montáže a menšej dôležitosti ľudského faktoru pri použití takéhoto výrobného systému pri väčších sériách bude môcť zabezpečiť nižšiu cenu danej pohonnej jednotky.
- Od začiatku sa vyvarujeme používaniu nebezpečných chemických látok, alebo flegmatizovaných pyrozlúčenín, resp. výbušnín (napr. motory na tuhé pohonné hmoty) – preto voľba padla na kombináciu vosk/N2O. I keď táto kombinácia má nižší hustotný špecifický impulz, tieto nedostatky sú kompenzované relatívne bezpečnou manipuláciou, resp. výrobou zkvapalniteľného tuhého paliva – vosku, ktorá je inertná zmes rôznych prídavkov s parafínom. Táto kombinácia signifikantne znižuje cenu vývoja danej pohonnej jednotky a hlavne je to tzv.“green propellant“, ktorý bude čím ďalej, tým viac ovplyvňovať exploatáciu výskumných prostriedkov, sondážnych rakiet hlavne v európskom priestore.
- Nižší impulz systému bude kompenzovaný premyslenou konštrukciou a to s čo najnižšou hmotnosťou.
- Multifunkčnosť niektorých dielcov bude tiež kľúčovou záležitosťou pre znižovanie hmotnosti konštrukcie – napr. hlavný ventil pre ovládanie plnenia rakety pred štartom, ovládania prítoku okysličovadla (N2O) do spaľovacej komory hybridného motoru pri horení, bude mať aj úlohu drenážneho, poistného ventilu a čo je obzvlášť dôležité – bude môcť tlakovať dodatočne hlavnú nádrž s okysličovadlom pomocou ďalšieho výtlačného plynu, ako je napr. plynný kyslík, hélium, alebo stlačený dusík. Pri opúšťaní rakety z vypúšťacej rampy bude schopný daný multifunkčný ventil dané tlakové prívodné hadice odhodiť od tela rakety preč, aby nedošlo k ich nepredvídanej kolízii pri danom štarte rakety so samotným štartovacím zariadením.
- A v neposlednom rade sa budeme snažiť vyvinúť systémy riadenia rakiet, manévrovateľných návratových hlavíc, ktoré potom vyústia do vývoja plne znovupoužiteľných nosných raketových prostriedkov.
Pre dosiahnutie uvedených cieľov je však treba postupovať krok za krokom, poučiť sa z chýb predošlého vývoja a vždy vyskúšať niečo nové, čo posunie vývoj dopredu. Momentálne sa pripravujú 3 typy rakiet – demonštrátorov, každá so špecifickou úlohou – viz obr.1.
ARDEA ZERO
Koncepcia danej rakety sa menila často, podľa výsledkov vývoja a momentálnych možností . V lete tohto roku dôjde k vypusteniu danej rakety – bude obsahovať daný špeciálny multifunkčný ventil, s ktorým sa odskúšajú všetky základné úkony pre prvý, dúfajme úspešný let. Pohonná jednotka rakety AZero vychádza z predošlých vnútrobalistických skúšok vo VÚPCH Pardubice-Semtín. Celková hmotnosť hybridného paliva cca 1000g a rakety asi 6000g – viz obr.2. Celkový pohľad na horný celok daného multifunkčného ventilu a jeho chystané časti sú na obr.3.
Napriek tomu, že prakticky má 7 funkcií, jeho hmotnosť je relatívne nízka – asi 400g. Pravdaže prvému štartu budú predchádzať pozemné skúšky, ako tlakové testy, funkčné kvalifikačné testy pomocou CO2(na molekulárnej úrovni je podobné s N2O) a nakoniec statický test na vypúšťacej rampe. Raketa má max. priemer 60mm a dlžku 2100mm.
ARDEA 1
Ďalší vývojový stupeň projektu Ardea. Novým testovaným prvkom je ovinutá nádrž o objemu cca 7l pre okysličovadlo z duralových zliatin pomocou predpätého uhlíkového vlákna – výrobok fy Carbon Technic s r.o. z Pezinka – viz obr.4. Rovnaký koncept pohonu, ako u Ardea Zero. Hlavný multifunkčný ventil z predošlého vývoja. Priemer spalovacej komory 86mm. Novinkou bude použitie turbulizačnej clony v spaľovacej komore pre turbulizovanie produktov spaľovania – kvôli lepšiemu a efektívnejšiemu využitiu voskového paliva. Ďalšou novinkou bude nová interná podporná pomocná štruktúra pre pevné udržanie vosku so stenami vnútornej izolácie. S danou požiadavkou súvisí aj delená spaľovacia komora z hliníkovej zliatiny – viz súbor obr.5.
Daná komora bude obsahovať približne 1 200g voskového paliva. Je dobre viditeľný nosič štyroch stabilizátorov rakety a miesto pre tryskové dno z grafitu.
Predbežné výpočtové analýzy trajektórie letu rakety A1 ukazujú zhruba dostup 10km, max. dosiahnutú rýchlosť okolo 600 ms-1. Pravdaže dané výkony sú predbežné, všetko bude závisieť od skutočnej štartovacej hmotnosti, skutočného aerodynamického odporu a skutočnej ťahovej krivky hybridného raketového motoru. Dané výsledky sú graficky spracované na obr.6.
ARDEA 2
Ardea 2 bude raketa už prakticky v životnej veľkosti finálnej rakety A3 do 120km výšky(ako som spomenul, číslovanie daných rakiet vývojového programu je posunuté o jedno číslo ďalej, kvôli vsunutiu ďalšieho skúšobného letu A1, aby sme otestovali efekt merítka pri zákonoch horenia palivových zŕn od priemeru 50(AZero), 80(A1) a nakoniec 150mm finálnej rakety). V predošlých článkoch som predostrel postup vývoja výroby rakety vo forme z uhlíkových vlákien, kde konečný trup rakety bude zložený z 3 výliskov(pozdĺžny výsek rakety po 120 stupňoch) z 5-ich vrstiev 45st. twill prepregu s gramážou 200g/m2, v mieste stabilizačných plôch posilnený polyamidovou štruktúrou na báze včelieho plástu pre zlepšenie stability pomerne veľkých plôch stabilizátorov. Celý trup rakety bude zlepený pomocou prídavného skeletonu(kostry), ktorý bude mať tiež zpevňujúci efekt. Dá sa povedať, že Ardea 2 je koncipovaná ako veľký raketový model, ktorý bude obsahovať podrážované pohonné jednotky( budú mať menší priemer ako plášť rakety). Celý trup rakety s padákovou schránkou z hliníkových zliatin a hlavicou z uhlíkových vlákien bude mať finálnu hmotnosť asi 9kg, čo pre raketu o priemere trupu 150mm a dĺžky 4500mm nie až tak zlý výsledok( I keď bez pohonnej jednotky). Pre finálnu raketu (booster)A3 s použitím špeciálnej tlakovanej a temperovanej formy je očakávaná hmotnosť konštrukcie bez paliva zhruba na rovnakej úrovni(tzn., že je to spolu s prázdnou pohonnou jednotkou!). Máme v pláne vyrobiť 2 trupy uvedenej rakety A2. V záujme čo najnižšej hmotnosti konštrukcie je napríklad padáková schránka odľahčovaná vyfrézovaním pozdĺžnych drážok na obvodovej stene – viz obr.7.
Mali sme určité problémy so stabilitou uhlíkovej formy pre výrobu trupových výsekov pre danú raketu – preto sa forma upravila s použitím tužšieho oceľového rámu na kolieskach s pozdĺžnymi Al – drážkovanými profilmi – viz obr.8. Dané usporiadanie umožňuje lepšiu mobilitu formy pre samotný vytvrdzovací proces v autokláve a presun medzi oddeleniami vo výrobnej firme. Veľký dôraz sa musí klásť na vzduchotesnosť danej formy, ktorá je podmienkou pre kvalitné výlisky.
MOBILNÝ SKÚŠOBNÝ RAKETOVÝ STEND A VYPÚŠŤACIA RAMPA
Po určitých technických problémoch a nedostatkoch pôvodnej technickej dokumentácie bol pôvodný prívesný vozík vrátený pôvodnému majiteľovi a prijalo sa rozhodnutie nechať vyrobiť prívesný vozík nový, presne podľa našich požiadaviek – viz obr.9. Pôvodný podvozok s dvoma nápravami bol zmenený na jednu nápravu kvôli lepšej manipulácii, s možnosťou použitia rôznych ťahačov-vozidiel. Kvôli požadovanej flexibilite daného systému bola použitá upravená konštrukcia rampy, ktorá umožňuje odstránenie daného prívesného vozíka zo skúšobného priestoru ako pri testoch motorov, tak pri strelbách. Momentálne sa pracuje na mechanických problémoch lafety i samotnej vypúšťacej rampy.
Poďakovanie
Ešte mi dovolte, aby som sa zvlášť poďakoval vedeniu SOSA – Miške Musilovej, Jakubovi Kapušovi, Borisovi Fuggerovi a iným, ktorých asi nemusím zvlášť predstavovať a ďalším mnohým podporovateľom, na ktorých ešte určite príde rad v budúcich článkoch a prezentáciách o tomto fakt zaujímavom projekte. Pravdaže opakovane ďakujem firme C2i Patricka Hessela za pomoc. Teraz mi dovoľte, aby som Vám, milým čitateľom predstavil tých ľudí, bez ktorých by to fakt asi nefungovalo:
Gúnya Zoltán – absolvent strednej priemyselnej školy v Komárne, odbor strojárstvo – grafické systémy. Výrazne participuje na tvorbe programov pomocou CAD/CAM technológií pre 3 a 5-osové obrábacie centrá, Jeho prínos je neoceniteľný pri výrobe strojných častí pre daný projekt, skúsený prototypár, má veľa skúseností z výroby kovových foriem a rôznych špecializovaných prípravkov.
Bohuslav Chrenko Ing. – spoluzakladateľ Slovenskej organizácie pre vesmírne aktivity(SOSA), absolvent Slovenskej Technickej Univerzity, materiálovo-technologická fakulta v Trnave – manažment priemyselných podnikov, momentálne konateľ firmy. Podporovateľ i prispievateľ do projektu, významne pomáha v organizačnej sfére a veľmi mu leží na srdci rozvoj kozmonautiky na Slovensku.
Farský Juraj Ing. – absolvent Slovenskej Technickej Univerzity – fakulta strojnícka so zameraním na výrobné automatizačné systémy. Má dlhoročnú prax vo výskume, vývoji nadrozmerných kovových zváraných prútových konštrukcií a tvorbe výkresovej dokumentácie. Momentálne pracuje na vývoji mobilného raketového skúšobného stendu a vypúšťacieho zariadenia pre projekt Ardea.
František Samseli – absolvent strednej priemyselnej školy vo Frýdku-Místku v Českej republike – obor mechanik strojov a zariadení. Je modelár, špecializuje sa na výrobu leteckých RC-modelov a drónov, má širokosiahle skúsenosti s výrobou moderných kompozitných dielcov, momentálne je vedúcim prototypovej výroby a vývoja nových technológií na poli kompozitnej výroby. Pracuje na trupe rakety A2 z uhlíkových vlákien, takže mu všetci držíme palec.:)
Bence Nagy – študent 3-tieho ročníka Slovenskej Technickej Univerzity – strojníckej fakulty so zameraním na aplikovanú mechaniku a mechatroniku. Intenzívne pomáha pri výrobe pozitívnych modelov pre raketu A2 a rôznych prípravkov, momentálne rieši ako svoju semestrálnu prácu modelovanie letových dráh suborbitálnych rakiet v programoch Matlab/Simulink. Zaoberá sa tiež aerodynamikou a pôsobením rôznych síl na letiacu raketu, teda vonkajšou balistikou.
Piatka Michal Bc. – absolvent Slovenskej Technickej Univerzity – fakulta chemických technológií, majiteľ fy Carbon Technic s r.o.v Pezinku. Špecialista pre navíjacie systémy hlavne pomocou uhlíkových vlákien. Je to kľúčová technológia pre ultraľahké tlakové nádoby pre raketovú techniku. Spoluvytvára a vyvíja jednoúčelové stroje pre danú technológiu – palec hore !
Miroslav Rozložník PhD. – absolvent prírodovedeckej fakulty univerzity Komenského – biológ, aplikovaný výskum. Pedagóg, potápač, profesionálne sa zaoberá vplyvom extrémnych prostredí na ľudský organizmus (hyperbarické prostredie, vplyv extrémnych výšok). V projekte Ardea je prispievateľom aj podporovateľom. V danom projekte sa zaoberá chemickým zložením voskového paliva pre hybridný raketový motor a technológiou výroby voskových náplní do spaľovacej komory.
….a niečo o autorovi… 🙂
Csaba Boros Ing.PhD. – absolvent Leteckého ústavu strojníckej fakulty v Brne, doktorát z hybridného raketového pohonu na Univerzite Obrany v Brne. Pracoval som pre letecký i automobilový priemysel, v oblasti návrhu jednoúčelových strojov a zariadení, transportnej techniky a vo výrobe kompozitných dielcov.