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.


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.

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.

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.

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.



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.

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.

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.