Cześć! Tym razem to my, ekipa RQLabs, mamy przyjemność przejąć bloga sklepu 3D Reaktor! Jesteśmy hobbystami rakietowymi i w wolnych chwilach budujemy własną rakietę – Mini Neutrinę. Chcemy, aby wersja „mini” poleciała na zaledwie kilka, kilkadziesiąt metrów, ale naszym głównym celem jest zbudowanie pełnowymiarowej Neutriny, zdolnej latać na dziesiątki kilometrów w górę! W tym wpisie chcemy opowiedzieć, w jaki sposób działają niektóre z naszych urządzeń oraz do czego wykorzystaliśmy filamenty od 3D Reaktora.

Komponenty

Zdecydowaliśmy się, że z otrzymanych filamentów wydrukujemy:

• nosek rakiety z czerwonego PLA od firmy Nebula,
• wewnętrzny szkielet do naszego systemu zapalnika z czarnego PET-G od firmy Print-me,
• stelaż na komputer pokładowy z białego ASA od firmy Print-me,
• uchwyty do stelażu oraz na linki spadochronu z przezroczystego PET-G od firmy Print-me.

Nosek

Pierwszy nosek, jaki wydrukowaliśmy do rakiety, był wykonany z materiału PET-G. Co więcej, był to jeden z naszych pierwszych wydruków 3D i popełniliśmy przy nim kilka błędów. Ustawiliśmy w nim bardzo duże wypełnienie całej konstrukcji – 50%, a przy około 80% wysokości wypełnienie zmieniło się na 90%. Tak przygotowany nosek był wytrzymały, ale za to mega ciężki.

Zgodnie z prawami fizyki związanymi z konstrukcją rakiet środek ciśnienia w rakiecie powinien znajdować się poniżej środka ciężkości. Aby osiągnąć taką korelację ośrodków, wszystko, co znajduje się w górnej części rakiety, powinno być jak najlżejsze.

Dodatkowo podczas pierwszych lotów Mini Neutrina nie będzie posiadać systemu spadochronowego. Zakładamy, że nosek (zaraz obok lotek) będzie elementem najbardziej narażonym na uszkodzenia.

Biorąc pod uwagę powyższe, zdecydowaliśmy, że do stworzenia noska wykorzystamy PLA. W razie uszkodzenia komponent będzie łatwy do wydrukowania ponownie, a resztki, które pozostaną po locie, będą w pełni biodegradowalne. Wybrany przez nas kolor Fire Red idealnie wpasowuje się w design naszej rakiety.

Nosek Mini Neutriny wykonany z PLA od Nebuli

Wewnętrzny szkielet systemu zapalnika

Zadaniem systemu zapalnika jest, jak sama nazwa wskazuje, podpalenie lontu, który następnie zapala silnik. System ten w przyszłości będzie miał również rozszerzone zastosowanie – zostanie przekształcony w naziemny system sterowania startem rakiety.

Wewnątrz czarnego pudełka znajdziemy Raspberry Pi 3b (w przyszłości 4), moduł przekaźnika, przetwornicę prądu, ogniwo 18650 30A, brzęczyk oraz powerbank.

Raspberry Pi to mikrokomputer zdolny do obsługi systemu operacyjnego (Linux), WiFi oraz, co mega dla nas ważne, języka Python. Dodatkowym atutem jest możliwość obsługi kontenerów Dockerowych. Wykorzystujemy je do opakowywania naszego oprogramowania w odpowiednie środowisko i łatwego przenoszenia między naszymi komputerami.

Wśród części zapalnika wyszczególniliśmy dwa potencjalne źródła zasilania. Pierwsze, czyli ogniwo, wykorzystujemy do nagrzania drutu oporowego. Drut ten jest w stanie nagrzać się tak mocno, że powoduje zapłon lontu idącego bezpośrednio do silnika. Postawiliśmy na ogniwo, które jest w stanie wygenerować wysokie natężenie prądu, gdyż wpływa to na prędkość nagrzewania się drutu oporowego – im wyższe natężenie, tym szybciej się nagrzeje.

Drugim z nich jest powerbank, wykorzystywany jako zasilanie komputera. W przyszłości planujemy się go pozbyć. System zasilania będzie czekać gruntowne przeprojektowanie, tak by całość podgrzewania drutu oporowego i zasilanie Raspberry Pi pochodziły z jednego układu.

Obwód ogniwa 18650 oraz drutu oporowego przerywa i załącza moduł przekaźnika. Moduł ten jest podłączony bezpośrednio do mikrokomputera i po otrzymaniu odpowiedniego sygnału zwiera obwód.

Uruchomienie sekwencji startowej możliwe jest dzięki specjalnie zaprojektowanej do tego aplikacji. Możemy ją otworzyć przy pomocy dowolnego urządzenia posiadającego WiFi i przeglądarkę internetową! Sekwencja rozpoczyna się od odliczania do trzech sekund. Co każdą sekundę słyszymy dźwięk brzęczyka, co daje nam znak do odsunięcia się od platformy startowej. Następnie przekaźnik zwiera obwód na sześć sekund, by podgrzać drut oporowy i odpalić silnik.

Nie raz spotkaliśmy się z sytuacją, że przez złą aranżację okablowania któryś kabelek wypadł ze swojego złącza, przez co występowały nieprawidłowości w funkcjonowaniu zapalnika. Dzięki wydrukowanemu stelażowi nastał w obudowie porządek, a nieprawidłowości wynikające z wypinających się kabelków przestały być dla nas jakimkolwiek utrapieniem! Jeszcze nigdy nie mieliśmy tak ładnego i uporządkowanego wnętrza zapalnika.

Wewnętrzny szkielet systemu zapalnika rakiety z PET-G od Print-me

Stelaż na komputer pokładowy

Już podczas pierwszego startu naszej rakiety chcemy zebrać dane z czujników rakiety, by udostępnić je publicznie w Internecie. Jest to jedna z głównych misji RQLabs – dzielenie się danymi.

Wspominaliśmy wcześniej, że podczas pierwszego startu czeka nas twarde lądowanie. Musimy więc dobrze zabezpieczyć całą elektronikę przed gwałtownym wstrząsem.

Pod pojęciem elektroniki rakiety kryje się ESP8266, ogniwo, przetwornica napięcia, brzęczyk, czytnik kart pamięci oraz dwa czujniki – ciśnienia oraz akcelerometr.

ESP 8266 to moduł kompatybilny z Arduino wzbogacony o moduł WiFi. Będzie on odpowiedzialny za przetwarzanie sygnałów pochodzących od czujników i zapisywania ich na karcie pamięci. Przy komponencie z poprzedniego akapitu wspomnieliśmy, że w jego skład wchodzi mikrokomputer wyposażony w WiFi. Zgodnie z naszym konceptem rakieta jeszcze na ziemi będzie komunikować się z przyszłą centralą a obecnym zapalnikiem przy pomocy właśnie tego typu sieci. Typ oraz treść danych jakie będą między tymi komponentami wymieniane zostaną jeszcze ustalone.

Brzęczyk będzie nas informował o tym, że cały system przetwarza w prawidłowy sposób dane z czujników. Przy pomocy czujnika ciśnienia będziemy w stanie określić wysokość, na jaką poleciała rakieta oraz zebrać dane dotyczące temperatury wewnątrz obudowy rakiety.

Akcelerometr działa w obrębie trzech osi: X, Y i Z. Dla każdej z nich jest w stanie wyznaczyć odchylenie oraz wartość przyspieszenia. Jeżeli wszystko pójdzie zgodnie z planem, na naszej stronie będzie możliwe przygotowanie animacji uwzględniających realne położenie rakiety w każdej chwili lotu.

Oba czujniki jednak nie będą mogły być zamontowane bezpośrednio na stelażu, a dlaczego, dowiecie się już w następnej sekcji!

Wszystkie komponenty udało nam się zamontować na naprawdę małym elemencie o średnicy 4,5 cm i wysokości 17 cm. Wiemy, że wydruki z materiału ASA można dalej obrabiać przy pomocy acetonu. Z naszych doświadczeń wynika, że tak obrobione wydruki mają zwiększoną wytrzymałość, a to jest najważniejsze wymaganie dla tego komponentu, któremu musimy sprostać. Mamy nadzieję, że taki wybór ochroni w pełni elektronikę i pozwoli jej przetrwać upadek.

 Stelaż na komputer pokładowy wykonany z ASA od Print-me

Uchwyty na stelaż i linki spadochronowe

Jako obudowę naszej rakiety wykorzystaliśmy rurkę PVC i to właśnie do niej będziemy mocować stelaż. Zastanawialiśmy się, w jaki sposób zapewnić ochronę przed siłami uderzenia i uznaliśmy, że dobrym rozwiązaniem będą sprężyny.

Z przezroczystego PET-G wydrukowaliśmy uchwyty w kształcie okręgów. Przymocowane będą na sztywno do obudowy rakiety, a na nich na sprężynach trzymać się będzie stelaż z elektroniką. W ten sposób stworzymy swego rodzaju przestrzeń zdolną do absorpcji sił pochodzących z uderzenia.

W poprzednim akapicie wspomnieliśmy również o tym, że czujniki nie mogą być zamontowane na stelażu. Opisaliśmy, że będą one śledzić zmiany w ruchu rakiety, a umieszczenie ich na ruchomym stelażu fałszowałoby dane. Z tego względu przenieśliśmy czujniki na jeden (górny) uchwyt montażowy stelażu.

Uchwyt

W kwestii uchwytu na linki spadochronu postawiliśmy na wydrukowanie płaskiego walca, w którym wywierciliśmy otwory i zamontowaliśmy metalowe mocowanie na karabińczyk. To właśnie do niego będą przypięte linki. Uchwyt ten musi być wyjątkowo wytrzymały, by wytrzymać pierwsze szarpnięcie wynikające z otwierającego się spadochronu. Samo PET-G mogłoby nie wytrzymać takiej siły i dlatego uchwyt został wzmocniony metalowymi podkładkami. Póki co uchwyt znajduje zastosowanie w testach spadochronu.

Mamy nadzieję, że w tym artykule dobrze przedstawiliśmy niektóre z komponentów, których używamy. Dziękujemy raz jeszcze sklepowi 3D Reaktor za dostarczone materiały, dzięki którym mogliśmy stworzyć elementy ważne dla naszego projektu. Zapraszamy na naszą stronę i social media, gdzie staramy się na bieżąco pokazywać postępy prac!

Wszystkie zdjęcia autorstwa RQLabs.

Icon made by Freepik from www.flaticon.com