Si të bëni një rokun: Projekti HAAS: 9 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:27

Ideja pas këtij Udhëzuesi është të sigurojë një metodë alternative, sado e pabesueshme të duket, për lëshime raketash me kosto efikase. Me zhvillimet e fundit të teknologjisë hapësinore të fokusuara në uljen e kostos, mendova se do të ishte mirë të prezantoja rokon në një auditor më të gjerë. Ky udhëzues ndahet kryesisht në katër pjesë: hyrje, dizajn, ndërtim dhe rezultate. Nëse doni të anashkaloni konceptin e rokunëve dhe pse e krijova timen ashtu siç bëra, shkoni direkt në pjesën e ndërtesës. Shpresoj që të kënaqeni, dhe do të më pëlqente të dëgjoja nga ju për mendimet tuaja mbi projektin tim ose për modelin dhe ndërtesat tuaja !!

Hapi 1: Informacioni i historikut

Sipas Encyclopedia Astronautica, një rakunë (nga raketa dhe tullumbace) është një raketë që së pari transportohet në atmosferën e sipërme nga një tullumbace e mbushur me gaz më e lehtë se ajri, pastaj ndahet dhe ndizet. Kjo lejon që raketa të arrijë një lartësi më të madhe me më pak shtytës, pasi raketa nuk ka pse të lëvizë nën fuqi përmes shtresave më të ulëta dhe më të trasha të atmosferës. Koncepti origjinal u konceptua gjatë një sulmi të gjuajtjes Aerobee të Norton Sound në mars 1949, dhe u lançua për herë të parë nga grupi i Zyrës së Kërkimeve Detare nën James A. Van Allen.

Kur fillova projektin tim në rokun, nuk e kisha idenë se çfarë ishte një rokun. Vetëm pasi mbarova dokumentacionin pas projektit tim, zbulova se kishte një emër për këtë pajisje që kisha bërë. Si një student i Koresë së Jugut i cili është i interesuar në teknologjinë hapësinore, unë kam qenë i frustruar nga zhvillimi i raketave në vendin tim që i ri. Edhe pse agjencia koreane e hapësirës, KARI, ka bërë disa përpjekje për të lëshuar automjete në hapësirë, dhe ka pasur sukses një herë, teknologjia jonë nuk është askund pranë agjencive të tjera hapësinore si NASA, ESA, CNSA ose Roscosmos. Raketa jonë e parë, Naro-1, u përdor për të tre përpjekjet e lëshimit, dy prej të cilave dyshohet se kanë dështuar për shkak të ndarjes së etapave ose faraingut. Raketa tjetër që do të bëhet, Naro-2, është një raketë me tre faza, gjë që më bën të pyes, a është e mençur të ndash raketën në disa faza? Përfitimet e kësaj do të ishin që raketa të humbasë masë të konsiderueshme ndërsa ndahen etapat, duke rritur kështu efikasitetin e shtytësit. Sidoqoftë, lëshimi i raketave me shumë faza gjithashtu rrit mundësinë që lëshimi të përfundojë si një dështim.

Kjo më bëri të mendoj për mënyrat për të minimizuar fazat e raketave duke maksimizuar efikasitetin e shtytësit. Nisja e raketave nga aeroplanët si raketa, përdorimi i materialit të djegshëm për trupat e raketave, janë disa ide të tjera që kisha, por një opsion që më tërhoqi ishte platforma e nisjes në lartësi të madhe. Mendova, Pse nuk mund të lëshojë një raketë nga një tullumbace me helium, mbi pjesën më të madhe të atmosferës? Raketa atëherë mund të jetë një raketë që tingëllon në një fazë, e cila do të thjeshtonte ndjeshëm procesin e lëshimit, si dhe do të pakësonte koston.” Kështu, vendosa të krijoj dhe ndërtoj një rakun vetë si një dëshmi të konceptit, dhe ta ndaj këtë Instructables në mënyrë që të gjithë ta provoni nëse dëshironi.

Modeli që unë ndërtoj quhet HAAS, shkurt për High Altitude Aerial Spaceport, me shpresën se një ditë, rokunët nuk do të jenë vetëm një platformë lëshimi e përkohshme për raketa, por një platformë e përhershme e përdorur për lëshimin, karburantin dhe uljen e automjeteve të lëshimit të hapësirës Me

Hapi 2: Projektimi

Unë hartova HAAS bazuar në format intuitive dhe llogaritjet themelore

Llogaritjet:

Duke përdorur udhëzuesin e NASA -s mbi "Dizajnimi i një tullumbaceje me lartësi të madhe" kam llogaritur se do të më duheshin rreth 60L helium për të ngritur maksimumi 2kg, kufirin e sipërm të vendosur për peshën HAAS, duke marrë parasysh se temperatura dhe lartësia do të kenë një efekt në forca lundruese e heliumit, siç u përmend në "Efekti i lartësisë dhe temperaturës në kontrollin e vëllimit të një aeroplani hidrogjen" nga Michele Trancossi. Sidoqoftë, kjo nuk ishte e mjaftueshme, për të cilën do të flas në mënyrë më të detajuar, por kjo ndodhi sepse nuk mora parasysh efektin e avullit të ujit në lulëzimin e heliumit.

Korniza:

• Forma cilindrike për të minimizuar efektin e erës
• Tre shtresa (lart për të mbajtur raketën, e mesme për mekanizmin e lëshimit, poshtë për kamerën 360)
• Shtresa e mesme e trashë për qëndrueshmëri shtesë
• Binarët vertikalë për vendosjen dhe drejtimin e raketave
• Kamera 360 ° për xhirime
• Parashutë e palosshme për një vend të sigurt
• Tullumbace e hollë cilindrike me helium për këndin e kompensimit minimal të raketës

Nisni Mekanizmin

• Mikroprocesor: Arduino Uno
• Metodat e nisjes: Kohëmatësi / Altimetri dixhital

• Metoda e aktivizimit të shtytësit: Duke shpuar një vrimë në një kapsulë CO2 me presion të lartë

  • Kulmi metalik i bashkangjitur burimeve
  • Mekanizmi i lëshimit përbëhet nga dy grepa
  • Lëshuar nga lëvizja e motorit
• Mbrojtja e pajisjeve elektronike kundër temperaturave më të ulëta

Kam dalë me disa metoda për lirimin e majës me një lëvizje motorike.

Duke përdorur një dizajn të ngjashëm me një bllokim të derës me zinxhirë të kyçur, duke tërhequr pllakën metalike derisa çelësi i fundit të përafrohet me vrimën më të madhe, goditja mund të lëshohet. Sidoqoftë, fërkimi doli të ishte shumë i fortë dhe motori nuk mund të lëvizte nga pllaka.

Të kesh një grep që mbante mbi majë dhe një kunj që mbyllte grepin në një objekt të palëvizshëm ishte një zgjidhje tjetër. Ashtu si e kundërta e kunjit të sigurisë të një zjarrfikës, kur kunja nxirret jashtë, grepi do të lëshonte rrugën dhe do të niste pikun. Ky dizajn gjithashtu prodhoi shumë fërkime.

Dizajni aktual që unë përdor është duke përdorur dy grepa, një dizajn të ngjashëm me një këmbëzën e armës. Grepi i parë mbahet në majë, ndërsa grepi tjetër kapet në një nofkë të vogël në pjesën e prapme të grepit të parë. Presioni i burimeve i mban grepat në vend, dhe motori ka çift rrotullues të mjaftueshëm për të zhbllokuar goditjen dytësore dhe lëshimin e raketës.

Raketë:

• Shtytës: CO2 nën presion
• Minimizoni peshën
• Kamera aksioni e integruar në trup
• Kapsulë e zëvendësueshme CO2 (raketë e ripërdorshme)
• Të gjitha tiparet kryesore të raketave model (hunda, trupi cilindrik, pendët)

Meqenëse shtytësi i fortë i raketave nuk ishte opsioni më i mirë për t'u lëshuar në një zonë të populluar, më duhej të zgjidhja lloje të tjera të shtytësit. Alternativat më të zakonshme janë ajri dhe uji nën presion. Për shkak se uji mund të dëmtojë elektronikën në bord, ajri nën presion duhet të ishte shtytës, por edhe një mini pompë ajri ishte shumë e rëndë dhe konsumonte shumë energji elektrike për të pasur në HAAS. Për fat të mirë, mendova për kapsulat mini CO2 që kisha blerë disa ditë më parë për gomat e biçikletës dhe vendosa që do të ishte një shtytës efektiv.

Hapi 3: Materialet

Për të bërë një HAAS, do t'ju duhet sa më poshtë.

Për kornizën:

• Pllaka druri të hollë (ose ndonjë dërrasë e lehtë dhe e qëndrueshme, MDF)
• Arra dhe bulona të gjata
• Rrjetë alumini
• Rrëshqitës alumini 4x
• 1x tub alumini
• Kamera 360 ° (opsionale, Samsung Gear 360)
• Copë e madhe pëlhure dhe litar (ose një parashutë rakete model)

Për mekanizmin e nisjes

• 2x burime të gjata
• 1x shufër metalike
• Teli i hollë
• Disa pllaka alumini
• 1x Breadboard
• 1x Arduino Uno (pa lidhës USB)
• Sensori i temperaturës dhe presionit (Adafruit BMP085)
• Piezo Buzzer (Adafruit PS1240)
• Motor i vogël (Motorbank GWM12F)
• Telat e kërcyesit
• Kontrolluesi i motorit (L298N Kontrolluesi motorik i dyfishtë H-Bridge)
• Bateritë dhe mbajtësja e baterisë

Për raketën ajrore

• Kanaçe për mbushjen e gomave të biçikletave CO2 (Bontager CO2 Threaded 16g)
• Disa kanaçe alumini (2 për secilën raketë)
• Pllaka akrilike (ose plastike)
• Shirita
• Shirita elastikë
• Tela të gjata
• Kamera e Veprimit (opsionale, Kamera e Veprimit Xiaomi)

Mjetet:

• Armë ngjitëse
• Stuko epoksi (opsionale)
• Prerës sharre/diamanti (opsionale)
• Printer 3D (opsional)
• Prerës me lazer ose mulliri CNC (opsionale)

Kujdes! Ju lutemi përdorni mjetet me kujdes dhe trajtojini me kujdes. Kërkoni dikë tjetër për të ndihmuar nëse është e mundur dhe merrni ndihmë duke përdorur mjete të zgjedhura nëse nuk dini si t'i përdorni ato.

Hapi 4: Kornizë

1. Përdorni një prestar lazer, një makinë bluarëse CNC ose ndonjë mjet sipas dëshirës tuaj për të prerë tabelën e hollë prej druri në formën në fotografitë e bashkangjitura. Shtresa e sipërme përbëhet nga dy dërrasa të lidhura me bulona për stabilizim. (Për bluarje ose prerje me lazer, skedarët janë dhënë më poshtë.
2. Pritini rrëshqitësit e aluminit në gjatësi të barabarta dhe futini ato në çarje përgjatë unazës së brendshme të secilës shtresë. Duke përdorur një armë zam, ngjitni shtresat në mënyrë që të ketë vend për raketën në krye.
3. Vendoseni tubin e aluminit në qendër të shtresës së mesme. Sigurohuni që të jetë e qëndrueshme dhe sa më vertikale të jetë e mundur në shtresë.
4. Shponi një vrimë në shtresën e poshtme dhe bashkoni kamerën opsionale 360 °. Kam bërë një mbulesë gome të lëvizshme për kamerën, në rast se kamera merr një goditje gjatë fazës së uljes.
5. Palosni pjesën e madhe të rrobave ose rrobave në drejtkëndësha më të vegjël dhe bashkoni 8 litarë me gjatësi të barabartë në qoshet më të largëta. Lidheni litarin në skajin e largët në mënyrë që të mos ngatërrohet. Parashuta do të ngjitet në fund.

Hapi 5: Nisni Mekanizmin

1. Bëni dy grepa, një për t'i thënë shufrës metalike dhe një për të qenë shkas. Kam përdorur dy modele të ndryshme: një duke përdorur pllaka metalike dhe një duke përdorur një printer 3D. Dizenjoni grepat tuaja bazuar në fotot e mësipërme, dhe skedarët e printimit 3D janë të lidhur më poshtë.

2. Për të qenë në gjendje të lëshoni këmbëzën dhe të lëshoni raketën duke përdorur një kohëmatës ose një lartësimatës dixhital, duhet të bëhet qarku Arduino i specifikuar në foton më lart. Altimetri dixhital mund të shtohet duke i lidhur këto kunja.

   • Arduino A5 -> BMP085 SCL
   • Arduino A4 -> BMP085 SDA
   • Arduino +5V -> BMP085 VIN
   • Arduino GND -> BMP085 GND
3. Shtoni qarkun në HAAS. Lidheni grepin e këmbëzës me motorin me një tel dhe rrotulloni motorin për të provuar nëse grepi mund të rrëshqasë pa probleme jashtë.
4. Grini fundin e shufrës së hollë metalike dhe futeni në tubin e aluminit. Pastaj, lidhni dy burime të gjata në fund të shufrës dhe lidheni atë me shtresën e sipërme. Përkulni skajin e shufrës në mënyrë që të lidhet lehtësisht me mekanizmin e lëshimit.
5. Provoni disa herë për t'u siguruar që shufra të fillojë pa probleme.

Dosjet e printimit 3D:

Hapi 6: Raketë

1. Përgatitni dy shishe alumini. Pritini pjesën e sipërme të njërës shishe, dhe pjesën e poshtme të tjetrës.
2. Pritini një kryq të lehtë në majë të shishes së parë dhe pjesën e poshtme të shishes së dytë.
3. Përdorni tela dhe rroba për të bërë një mbajtëse për kapsulën CO2 në shishen e parë.
4. Futni një kapsulë CO2 në pjesën e sipërme dhe shtrydheni atë në pjesën e poshtme të shishes së dytë në mënyrë që hyrja në kapsulën CO2 të jetë e kthyer poshtë.
5. Dizenjoni dhe prerë finat me plastikë ose akril, pastaj ngjitini ato në anën e raketës. Përdorni çdo material të preferuar, në këtë rast stuko epoksi, për konin.
6. Pritini një vrimë drejtkëndore në anën e raketës për kamerën e veprimit opsional.

Për të përfunduar HAAS, pas instalimit të mekanizmit të lëshimit, mbështilleni rrjetën e aluminit rreth kornizës, lidheni atë me vrimat e vogla në buzën e jashtme. Pritini një vrimë në anën në mënyrë që të arrini me lehtësi në pajisje. Bëni një shtresë të vogël për parashutën dhe vendoseni në shtresën e sipërme. Mblidhni parashutën dhe vendoseni në zorrë.

Hapi 7: Kodimi

Mekanizmi i lëshimit mund të aktivizohet në dy mënyra të ndryshme: me një kohëmatës, ose një lartësimatës dixhital. Kodi Arduino ofrohet, kështu që komentoni metodën që nuk dëshironi të përdorni para se ta ngarkoni në Arduino tuaj.

Hapi 8: Testimi

Nëse jeni duke përdorur kohëmatësin për të lëshuar raketën, provoni disa herë me kapsulën rezervë të CO2 në pak minuta.

Nëse jeni duke përdorur një lartësimatës, provoni nëse mekanizmi i lëshimit funksionon pa raketën duke vendosur lartësinë e lëshimit në meters 2 metra dhe duke ecur nëpër shkallët. Pastaj, testojeni atë në një lartësi më të madhe nisjeje duke u ngjitur në një ashensor (Testi im u vendos në 37.5 metra). Provoni që mekanizmi i lëshimit në fakt lëshon një raketë duke përdorur metodën e kohëmatësit.

Përfshirë janë 12 video testuese të HAAS

Hapi 9: Rezultatet

Shpresoj se deri tani, ju keni provuar të bëni një rakun vetë dhe ndoshta edhe keni festuar një lëshim të suksesshëm të raketës. Më duhet të raportoj, megjithatë, se përpjekja ime e nisjes përfundoi në një dështim. Arsyeja kryesore për dështimin tim ishte se unë nënvlerësova sasinë e heliumit të nevojshëm për të hequr HAAS. Duke përdorur raportin e masës molare të heliumit me masën molare të ajrit, si dhe temperaturën dhe presionin, përafërsisht kisha llogaritur se kisha nevojë për tre tanke me gaz heliumi 20L, por zbulova se kisha gabuar tmerrësisht. Meqenëse ishte e vështirë të blinte tanke heliumi si student, unë nuk mora asnjë rezervuar rezervë dhe nuk arrita as të hiqja HAAS mbi 5 metra nga toka. Pra, nëse nuk keni provuar të fluturoni akoma me rokon tuaj, këtu është një këshillë: merrni sa më shumë helium që të keni në dorë. Në fakt, ndoshta do të ishte më e arsyeshme nëse llogarisni sasinë tuaj të nevojshme, duke marrë parasysh që presioni dhe temperatura zvogëlohen me rritjen e lartësisë (brenda rrezes sonë të fluturimit), dhe se sa më shumë avuj uji, aq më pak helium lundrues do të ketë, atëherë merrni dyfishin e shumës.

Pas lëshimit të dështuar, vendosa të përdor kamerën 360 për të kapur një video ajrore të lumit dhe parkut përreth, kështu që e lidha me tullumbace me helium me një fije të gjatë të ngjitur në pjesën e poshtme, pastaj e lëmë të fluturojë. Papritur, era në një lartësi pak të madhe po shkonte në drejtim krejt të kundërt ndërsa erërat e ulëta dhe balona me helium u fut në një instalim instalimesh elektrike aty pranë. Në një përpjekje të dëshpëruar për të shpëtuar kamerën time dhe për të mos dëmtuar instalimet elektrike, unë tërhoqa litarin e bashkangjitur, por ishte e padobishme; balona ishte kapur tashmë në tela. Si mund të shkojnë kaq shumë gjëra në Tokë brenda një dite? Përfundimisht, thirra kompaninë e instalimeve elektrike dhe u kërkova që të merrnin kamerën. Me mirësi, ata e bënë atë, megjithëse më duheshin tre muaj për ta rikthyer atë. Për argëtimin tuaj, bashkangjitur janë disa foto dhe video nga ky incident.

Ky aksident, edhe pse nuk më shkoi në mendje në fillim, zbuloi një kufizim serioz të përdorimit të rokonëve. Balonat nuk mund të drejtohen, të paktën jo me një mekanizëm të lehtë dhe të lehtë për tu kontrolluar që mund të instalohet në HAAS, dhe për këtë arsye, është pothuajse e pamundur të lëshosh raketën në një orbitë të synuar. Gjithashtu, meqenëse kushtet e çdo lëshimi janë të ndryshme dhe vazhdojnë të ndryshojnë gjatë ngjitjes, është e vështirë të parashikohet lëvizja e rokonës, e cila më pas kërkon që lëshimi të bëhet në një vend pa asgjë rreth tij për disa kilometra, sepse një lëshim i dështuar mund të provojë të jetë i rrezikshëm.

Unë besoj se ky kufizim mund të kapërcehet duke zhvilluar një mekanizëm të lundrimit në një aeroplan 3D me tërheqje nga balona, dhe interpretimin e erës si forca vektoriale. Idetë për të cilat kam menduar janë velat, ajri i ngjeshur, helikat, dizajni më i mirë i kornizës, etj. Zhvillimet e këtyre ideve janë diçka për të cilën do të punoj me modelin tim të ardhshëm të HAAS dhe do të pres me padurim të shoh disa nga ju të zhvillohen edhe ata gjithashtu.

Me pak kërkime, zbulova se dy drejtues të hapësirës ajrore në Stanford, Daniel Becerra dhe Charlie Cox, përdornin një dizajn të ngjashëm dhe kishin një nisje të suksesshme nga 30, 000 këmbë. Pamjet e nisjes së tyre mund të gjenden në kanalin Stanford Youtube. Kompani të tilla si JP Aerospace po zhvillojnë "Specialitete" në rokonët, duke projektuar dhe lëshuar rakona më komplekse me lëndë djegëse të ngurta. Sistemi i tyre me dhjetë balona, i quajtur "The Stack", është një shembull i përmirësimeve të ndryshme në rokon. Unë besoj se si një mënyrë me kosto efikase për lëshimin e raketave që tingëllojnë, disa kompani të tjera do të punojnë drejt prodhimit të rokonëve në të ardhmen.

Unë do të doja të falënderoja profesorin Kim Kwang Il, që më mbështeti gjatë këtij projekti, si dhe siguroi burime dhe këshilla. Gjithashtu do të doja të falënderoja prindërit e mi që ishin entuziastë për atë që jam i apasionuar. E fundit, por jo më pak e rëndësishme, do të doja t'ju falënderoja për leximin e këtij Udhëzuesi. Shpresojmë, teknologjia miqësore me mjedisin do të zhvillohet së shpejti në industrinë e hapësirës, duke mundësuar vizita më të shpeshta në mrekullitë atje.