Cílem konstrukce experimentální rakety je navrhrnout pokud možno univerzální stavebnici sondážní rakety s motorem pro opakované použití na tuhé palivo. Nápad na realizaci takového projektu vznikl na astronomické expedici 2014 v návaznosti na již několik let trvající starty malých primitivních raket bez užitečné zátěže.

Naopak tento projekt by měl přinést možnost na raketě pracovat dlouhodoběji a vytvořit návrh, který bude schopen nést alespoň částečně užitečnou zátěž.

Odpalovací rampa bude muset být modifikována tak, aby raketu dokázala při startu podpírat i ze spodku.

Mechanická konstrukce rakety by měla být modulární pro přizpůsobení různým experimentům. Ideálně, kdyby jednotlivé části rakety byly tisknutelné na 3D tiskárně, nebo byly tisknutelné alespoň jejich modely.

Pro modelářské účely je dostupný opakovaně použitelný motor na tuhé palivo. Opakovaným použitím se myslí fakt, že pro další start jej stačí doplnit o palivovou patronu, která stojí přibližně 30 Kč.

Tuhé palivo pro opakovatelně použitelný motor je ve formě patron s kanálkovým vyhoříváním. Do motoru na obrázcích výše se dávají dvě patrony nad sebe oddělené gumovými O-kroužky pro zamezení jejich volnému pohybu.

Zajímavou větví vývoje sondážní rakety by mohl být vývoj raketového motoru na jedno použití. Navrženého tak, že by byl vytisknutelný na 3D tiskárně.

Na raketě musí být z bezpečnostních důvodů umístěn padák, který je spolehlivě rozvinut v konečné fázi letu.

Vyhození padáku bude realizováno náloží ze střelného prachu, která vystřelí špičku a vymete padák. Elektronika spouštěče bude v takovém případě využívat obvod 555 spojený s výkonovým tranzistorem HEXFET. Úlohou časovacího obvodu 555 je vytvořit časově posunutý jednotkový skok, který otevře výkonový tranzistor. Čas výbuchu by byl nastavitelný SMD trimrem na PCB. A jako spínač by byl použit HEXFET se spínacím napětím menším než 2V. V takovém případě by bylo možné celé zařízení spolehlivě napájet z jednoho lithiového článku o nominálním napětí 3,7V, protože napěťový úbytek na HEXFETu je zanedbatelný.

Takové řešení je lepší než klasický tyristorový časovač především v tom, že nepotřebuje na rozdíl od tyristoru vysoké napájecí napětí. Navíc je možno ve větším rozsahu měnit časování.

V klasickém návrhu modelářských raket je uvažováno o stabilizačních plochách běžné křidélkové konstrukce. Takový tvar je ale problematický pro vytištění na 3D tiskárně. Z technologických důvodů by bylo lepší použít Решётчатые рули. Tato konstrukce je testována i v podobném projektu kde je vyvíjen rocket guidance system.

Nový přistup byl proto testován na zmenšeném modelu.

Každý z výtisků na fotografii výše má hmotnost 7g. Jejich pevnost je pravděpodobně větší, než při stejné konstrukci vytvořené z papíru. Pevnost výtisku s grid-finem je navíc podstatně větší, nez u verze s klasickými křidélky. Problémem gridfinu je požadavek na jeho pravidelnost, který není tiskem jednoduché splnit, proto bude pravděpodobně využíván hybridní design obou konceptů.

Pro první starty bude pro záznam letu jako payload umístěna kamera se záznamem na mikroSD kartu.

Ještě během Astronomické expedice byla otestována konstrukce dohledávacího vysílače složeného ze součástek zaletovaných do vzduchu. Konstrukce fungovala ale nebyla dostatečně odolná pro použití v raketě.

Jako další krok je proto navrhován plošný spoj, který má sloužit jako mechanická podpora celého vysílače. Použitý plošný spoj bude dvouvrstvý s tloušťkou laminátu 0.3mm.

Anténa takového vysílače má být tažena volně podél trupu rakety ve vodících trubičkách. Vysílač by měl být umístěn ve špičce a během vymetení špičky by se anténa měla vytáhnout z vodících trubiček.

V další fázi vývoje rakety, kdy bude natrénováno odpalováni opakovaně použitelného motoru bude dohledávací vysílač nahrazen komplikovanějším modulem schopným vysílat telemetrii ze základních čidel. Vysílač bude proto spojen s mikroprocesorem, který bude mít možnost řídit výmět padáku podle odhadnuté výšky, změřeného zrychlení atd.

Pro simulaci aerodynamiky letu rakety je použit program OpenRocket.

Zdrojové soubory simulace jsou uloženy v Github repozitáři.

Pro měření tahu opakovaně použitelných motorů by bylo potřeba navrhnout přípravek využívající tenzometrický element z elektronických vah. Tento tenzometr by pak byl v můstkovém zapojení připojen k ADC, přes které by byl vyčítán tah motoru.

Na měřící stolici by měl být k dispozici i výstup pro připojení palníku s autodiagnostikou podobně, jako na odpalovací rampě.

Technické parametry:

• Nutnost začít měření synchronizovaně se zážehem motoru.
• Časové rozlišení měření křivky ideálně 10ms, maximálně však 100 ms. Doba hoření motoru je přibližně 1,5 s

Úkoly k vyřešení:

• Nalézt tenzometrický element do elektrické váhy s dostatečným měřícím rozsahem.
• Navrhnout připojení ADC k můstkovému zapojení rezistorů v tenzometru.

• REDALS.

Celý článek o prvním pokusu je Expedičním blogu. Elektroniku v tomto případě konstruoval Ondra Šesták a skládala se ze dvou částí. Telemetrického vysílače a časovače pro odpálení padáku. Technická výkresová dokumentace k oboum zařízením je v Git repozitáři.