26. září 2023 studenti z ČVUT oficiálně představili svoji nejnovější a doposud největší soutěžní raketu Illustria. Měří 3,5 metrů a váží bezmála 29 kilogramů

26. září 2023 studenti z ČVUT oficiálně představili svoji nejnovější a doposud největší soutěžní raketu Illustria. Měří 3,5 metrů a váží bezmála 29 kilogramů

CTU Space Research začínal s malou oranžovu raketkou. Po dvou letech vývoje se zrodila mnohem větší Illustria. Na cesty k hranicím vesmíru bude ale potřeba opět několikanásobně větší macek

CTU Space Research začínal s malou oranžovu raketkou. Po dvou letech vývoje se zrodila mnohem větší Illustria. Na cesty k hranicím vesmíru bude ale potřeba opět několikanásobně větší macek

Illustria je největší česká civilní raketa. Větší už má pouze armáda

Illustria je největší česká civilní raketa. Větší už má pouze armáda

Letový počítač s řídícím SoC  LoRA-E5-HF , který v sobě kombinuje jak  armový mikrokontroler  od ST, tak sungigagertzový rádiový vysílač  SX126X  (LoRa). Všimněte si hlasitého bzučáku, který dá po dopadu už z dálky vědět, kde raketa leží

Letový počítač s řídícím SoC LoRA-E5-HF, který v sobě kombinuje jak armový mikrokontroler od ST, tak sungigagertzový rádiový vysílač SX126X (LoRa). Všimněte si hlasitého bzučáku, který dá po dopadu už z dálky vědět, kde raketa leží

Letový počítač a další funkční deska (vlevo), která obsahuje mimo jiné GNSS přijímač U-blox. Všimněte si GNSS antény s typickým čtvercovým půdorysem

Letový počítač a další funkční deska (vlevo), která obsahuje mimo jiné GNSS přijímač U-blox. Všimněte si GNSS antény s typickým čtvercovým půdorysem

Povinnou výbavou každé soutěžní rakety je nezávislý počítač od pořadatele, který ověří, jaké skutečné výšky raketa opravdu dosáhla

Povinnou výbavou každé soutěžní rakety je nezávislý počítač od pořadatele, který ověří, jaké skutečné výšky raketa opravdu dosáhla

Řídící jednotka pohonu. Všimněte si modrých superkondenzátorů, které slouží jako zdroj rychlé a vysokoproudé energie pro aktuátory – ventily okysličovadla aj.

Řídící jednotka pohonu. Všimněte si modrých superkondenzátorů, které slouží jako zdroj rychlé a vysokoproudé energie pro aktuátory – ventily okysličovadla aj.

Prstenec oddělující kopuli od zbytku rakety. Kovové bombičky na oxid uhličitý se na povel prorazí, uvolněný plyn vyrobí přetlak a kopule s padákem se otevře

Prstenec oddělující kopuli od zbytku rakety. Kovové bombičky na oxid uhličitý se na povel prorazí, uvolněný plyn vyrobí přetlak a kopule s padákem se otevře

Mezi tlačným plynem a okysličovadlem se nachází stupeň rakety, který lze odkrýt. Nachází se zde řízení pohonu

Mezi tlačným plynem a okysličovadlem se nachází stupeň rakety, který lze odkrýt. Nachází se zde řízení pohonu

Plášť rakety je vyrobený převážně z karbonu. Jen stupeň s palubním počítačem a vysílačem je pokrytý laminátem ze skelných vláken, kterým snáze projde rádiový signál. Anténa je totiž uvnitř rakety

Plášť rakety je vyrobený převážně z karbonu. Jen stupeň s palubním počítačem a vysílačem je pokrytý laminátem ze skelných vláken, kterým snáze projde rádiový signál. Anténa je totiž uvnitř rakety

Veškerou elektroniku si navrhli členové týmu svépomocí. Každý dělá něco a desky tištěných spojů zvládnou i studenti prvního ročníku

Veškerou elektroniku si navrhli členové týmu svépomocí. Každý dělá něco a desky tištěných spojů zvládnou i studenti prvního ročníku

Plášť rakety je vyrobený převážně z karbonu

Plášť rakety je vyrobený převážně z karbonu

Do tubusu rakety se ze spodní částí zavede kovová spalovací komora s tuhým palivem a výměnnou tryskou, která je na jedno použití (vlevo v pozadí)  

Do tubusu rakety se ze spodní částí zavede kovová spalovací komora s tuhým palivem a výměnnou tryskou, která je na jedno použití (vlevo v pozadí)
 

Účastníci letošního ročníku EuRoC 2023

Účastníci letošního ročníku EuRoC 2023

Schéma plánovaného letu Illustrie

Schéma plánovaného letu Illustrie

Letový počítač s řídícím SoC  LoRA-E5-HF , který v sobě kombinuje jak  armový mikrokontroler  od ST, tak sungigagertzový rádiový vysílač  SX126X  (LoRa). Všimněte si hlasitého bzučáku uprostřed dole, který dá po dopadu už z dálky vědět, kde raketa leží Foto: CTU Space Research

Letový počítač s řídícím SoC LoRA-E5-HF, který v sobě kombinuje jak armový mikrokontroler od ST, tak sungigagertzový rádiový vysílač SX126X (LoRa). Všimněte si hlasitého bzučáku uprostřed dole, který dá po dopadu už z dálky vědět, kde raketa leží | Foto: CTU Space Research

Skromné začátky s mnohem menšími raketkami. Illustria bude úplně jiné sousto Foto: CTU Space Research

Skromné začátky s mnohem menšími raketkami. Illustria bude úplně jiné sousto | Foto: CTU Space Research

Jako tuhé palivo slouží válec z ABS vytištěný na běžné 3D tiskárně 

Jako tuhé palivo slouží válec z ABS vytištěný na běžné 3D tiskárně 

Ve vytištěných otvorech probíhá samotné hoření. Palivo je zasunuté v  kovové spalovací komoře s výměnnou tryskou na konci. Všimněte si zbytků spalin z testu (viz video níže)  

Ve vytištěných otvorech probíhá samotné hoření. Palivo je zasunuté v  kovové spalovací komoře s výměnnou tryskou na konci. Všimněte si zbytků spalin z testu (viz video níže)  

Ve vytištěných otvorech probíhá samotné hoření. Palivo je zasunuté v  kovové spalovací komoře s výměnnou tryskou na konci. Všimněte si zbytků spalin z testu (viz video níže)  

Ve vytištěných otvorech probíhá samotné hoření. Palivo je zasunuté v  kovové spalovací komoře s výměnnou tryskou na konci. Všimněte si zbytků spalin z testu (viz video níže)  

Ve vytištěných otvorech probíhá samotné hoření. Palivo je zasunuté v  kovové spalovací komoře s výměnnou tryskou na konci. Všimněte si zbytků spalin z testu (viz video níže)  

Ve vytištěných otvorech probíhá samotné hoření. Palivo je zasunuté v  kovové spalovací komoře s výměnnou tryskou na konci. Všimněte si zbytků spalin z testu (viz video níže)  

Okysličovadlo a tlačný plyn se postarají o to, aby se plastový táborák proměnil v plamenomet s tahem, díky kterému vyletí 28kg Illustria do povětří Foto: CTU Space Research

Okysličovadlo a tlačný plyn se postarají o to, aby se plastový táborák proměnil v plamenomet s tahem, díky kterému vyletí 28kg Illustria do povětří | Foto: CTU Space Research

Illustria je jen jedním z prvních článků větší a mnohem ambicióznější vize

Illustria je jen jedním z prvních článků větší a mnohem ambicióznější vize

CTU Space Research začínal s malou oranžovu raketkou. Po dvou letech vývoje se zrodila mnohem větší Illustria. Na cesty k hranicím vesmíru bude ale potřeba opět několikanásobně větší macek
Illustria je největší česká civilní raketa. Větší už má pouze armáda
Letový počítač s řídícím SoC  LoRA-E5-HF , který v sobě kombinuje jak  armový mikrokontroler  od ST, tak sungigagertzový rádiový vysílač  SX126X  (LoRa). Všimněte si hlasitého bzučáku, který dá po dopadu už z dálky vědět, kde raketa leží
Letový počítač a další funkční deska (vlevo), která obsahuje mimo jiné GNSS přijímač U-blox. Všimněte si GNSS antény s typickým čtvercovým půdorysem
23
Fotogalerie

Takhle vypadá největší česká civilní raketa Illustria. Měří skoro čtyři metry a pohání ji palivo z 3D tiskárny

  • Studenti z ČVUT představili svoji doposud největší raketu
  • Váží 29 kg, měří 3,5 metrů a ostrý start ji čeká letos v říjnu
  • Motor na hybridní palivo má tah 1 849 N a raketa přistává na padáku

Laboratoř CTU Space Research představila dlouho očekávanou civilní raketu Illustria. Elonovi a NASA sice zatím konkurovat nebude, i tak je to ale doposud největší raketa svého druhu vyrobená v Česku.

Illustria je studentská soutěžní raketa, kterou posledních několik let vyvíjeli budoucí inženýři z ČVUT s přispěním dalších chytrých hlav z matfyzu nebo třeba liberecké techniky. Svoji premiéru si odbude už za pár týdnů na portugalském klání EuRoC – European Rocketry Challenge.

Video: Z čeho se skládá raketa Illustria (detailní fotky najdete v galerii)

208 sekund nadějí a obav

Pokud proběhne vše podle plánu, Illustria by měla po startu zažehnout své hybridní palivo a během 26 sekund dosáhnout apogea ve výšce 3 000 metrů nad zemí. Poté dá palubní počítač povel k přetlakování kopule, ta se uvolní a raketa se snese na padáku zpět k zemskému povrchu, na který dopadne v čase T+208 sekund.

Raketa Illustria v číslech

  • Délka: 3 520 mm
  • Průměr: 161 mm
  • Hmotnost: 28,817 kg
  • Plánovaný dostup: 3 000 metrů
  • Charakter letu: Úvodní zážeh, setrvačný let, vystřelení padáku
  • Celková doba letu: 208 sekund (26,7 sekund pro dosažení apogea)
  • Palivo: tuhé ABS, okysličovadlo N₂O, tlačný plyn N₂ 
  • Tah: 1 849 N (celkový impuls 9 035 Ns)
  • Užitečný náklad: 2 cubesaty
  • Komunikace: LoRa
  • Přistání: Padák
  • Zapojení studenti: 86
  • Doba vývoje: 2 roky

V soutěžích nejde o to, kdo dolétne nejvýše

Teď si možná řeknete, že dostup do výšky tří kilometrů má k nějakému českému objevování vesmíru ještě opravdu daleko, nicméně to ani není cílem podobných soutěží. Jde o něco mnohem složitějšího, než jen narvat raketu palivem, stisknout velký rudý čudlík a doufat, že právě ta moje dolétne ze všech nejvýše.

b84f8531-8a2a-4a3c-8722-d1f386be723de22295e8-3ddb-4d01-802f-3f759baaa636
Účastníci letošního ročníku EuRoC 2023 a schéma plánovaného letu Illustrie

Vavříny vítězství totiž získá ten tým, který dosáhne právě výšky 3 000 metrů. Ani o chlup více a ani o chlup méně. No, a právě to je ten matematický kumšť, hodiny strávené s kalkulačkou v ruce a dílem i náhoda, jestli raketu zrovna nezasáhne třeba nějaký silný poryv větru.

Cubesaty

I když raketa nedolétne do vesmíru, inženýři už testují, jak by mohla fungovat nákladová část – payload. Celá raketa se proto skládá z několika funkčních modulů spojených hliníkovými prstenci. Ten pod kopulí s padákem slouží pro užitečný náklad.

02428661-1117-45b8-9c86-29ed61722e7b
Letový počítač s řídícím SoC LoRA-E5-HF, který v sobě kombinuje jak armový mikrokontroler od ST, tak sungigagertzový rádiový vysílač SX126X (LoRa). Všimněte si hlasitého bzučáku uprostřed dole, který dá po dopadu už z dálky vědět, kde raketa leží

Nebude prázdný, ale naopak ponese měřící zařízení na odebírání vzorků. Konstrukčně se bude jednat o sondu s rozměry dvou cubesatů – minisatelitů. Po dopadu rakety mohou vědci vzorky analyzovat.

Podobně fungují komerční suborbitální rakety (viz třeba švédský kosmodrom Esrange Space Center), které nevynášejí družice na oběžnou dráhu, ale vracejí se na padáku zpět do atmosféry. Illustria si to vyzkouší také, byť pochopitelně (zatím) v mnohem menším měřítku. 

Jak dolétnout právě do 3 km a ani o píď výše?

Konstruktéři mají v podstatě tři základní možnosti, jak docílit přesné hladiny apogea (nejvyššího bodu letu). Dvě aktivní a jednu pasivní. Buď budou raketu řídit úpravou tahu motoru, anebo aerodynamicky brzdit třeba pomocí křidélek a dalších prvků.

c0acc9e3-7159-4280-b8c4-e7e2e78e9aca
Skromné začátky s mnohem menšími raketkami. Illustria bude úplně jiné sousto

Třetí pasivní možností, kterou v říjnu použijí i studenti z ČVUT, je vypočet ideálního počátečního impulzu raketového motoru, který Illustrii dodá veškerou kinetickou energii hned na začátku.

Raketové palivo z běžné 3D tiskárny

A co vlastně takový raketový motor spaluje? Technologií je celá řada, fanoušky domácího 3D tisku ale možná překvapí a šokuje, že Illustria (a mnohé další modelářské rakety na tuhé palivo) spaluje prachsprostý termoplast ABS.

8d85540c-1854-4b1d-8b29-55d658d70f91
Jako tuhé palivo slouží válec z ABS vytištěný na běžné 3D tiskárně 

Takže ano, když si nakoupíte tři-čtyři kotouče filamentu pro domácí 3D tiskárnu, můžete si v pokojíčku vytisknout raketové palivo v podobě tuhého válečku z umělé hmoty a se středovým průřezem, ve kterém bude probíhat samotné hoření.

efaa35cf-fa20-408c-838e-1f7be1db3d373c21a248-836b-4693-9fa6-9625f2f225a02a560628-ee16-4b7a-a4d8-ca7a75dfb7cb
Ve vytištěných otvorech probíhá samotné hoření. Palivo je zasunuté v  kovové spalovací komoře s výměnnou tryskou na konci. Všimněte si zbytků spalin z testu (viz video níže)  

Hoření potřebuje kyslík a Illustria jej vyrábí z vlastních zdrojů. Tuhý váleček z akrylonitrilbutadienstyrenu proto doplňuje ještě okysličovadlo pod vysokým tlakem, který reguluje další pomocný – tzv. tlačný – plyn. Jako okysličovadlo slouží oxidu dusíku N₂O a jako tlačný plyn čistý dusík N₂.

718ed08a-65a8-40c5-a075-744b018bfe4a
Okysličovadlo a tlačný plyn se postarají o to, aby se plastový táborák proměnil v plamenomet s tahem, díky kterému vyletí 28kg Illustria do povětří

Tah 1 849 N

Suma sumárum, když operátor stiskne knoflík, elektronický zápalník zažehne tuhé palivo, N₂O dodá kyslík pod vysokým tlakem a raketa se promění v plamenomet s tahem 1 849 N a celkovým impulsem 9 035 Ns.

Video: Vývoj rakety a test raketového motoru

Váleček plastu během několika málo sekund celý shoří a raketa bude pokračovat tiše ve stoupání, dokud nevybije veškerou počáteční kinetickou energii, nedosáhne apogea (ideálně v oněch 3 000 metrech nad zemí) a nevystřelí padák, na kterém se snese zpět k zemi.

Držíme palce, ať to vyjde

Nelze než doufat, že přesně tak dopadne i první ostrý start rakety na portugalském klání EuRoC. Pokazit se může skoro všechno, budou to tedy nervy a studenti z CTU Space Research se jistě pochlubí výsledkem na svých sociálních sítích. Můžete je sledovat na Instagramu, Facebooku a také LinkedInu.

4a0d71ab-a0c9-4edf-a781-dbadc166e510
Illustria je jen jedním z prvních článků větší a mnohem ambicióznější vize

Pokud to vyjde, v dohledné době bychom se prý mohli dočkat i ostré zkoušky na území Česka. To by byla jistě podívaná, ve zdejších soutěžích se totiž zpravidla létá jen do výšky okolo jednoho kilometru a s mnohem menšími raketami. 

Určitě si přečtěte

Články odjinud