Paano Gumawa ng isang Rockoon: Project HAAS: 9 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Ang ideya sa likod ng Instructable na ito ay upang magbigay ng isang alternatibong pamamaraan, gayunpaman hindi ito maipahiwatig, para sa mga mahusay na gastos na paglulunsad ng rocket. Sa mga kamakailang pagpapaunlad ng teknolohiya sa kalawakan na nakatuon sa pagbawas ng gastos, naisip kong magiging mahusay na ipakilala ang rockoon sa isang mas malawak na madla. Ang mga Instructable na ito ay nahahati sa higit sa apat na bahagi: pagpapakilala, disenyo, pagbuo, at mga resulta. Kung nais mong laktawan ang konsepto ng mga rockoons at kung bakit ko dinisenyo ang minahan sa paraang ginawa ko, dumiretso sa bahagi ng gusali. Inaasahan kong nasiyahan ka, at nais kong marinig mula sa iyo ang tungkol sa iyong mga saloobin sa aking proyekto o tungkol sa iyong sariling disenyo at pagbubuo !!

Hakbang 1: Impormasyon sa Background

Ayon sa Encyclopedia Astronautica, ang isang rockoon (mula sa rocket at lobo) ay isang rocket na unang dinala sa itaas na kapaligiran ng isang mas magaan-kaysa-hangin na lobo na puno ng gas, pagkatapos ay pinaghiwalay at sinindihan. Pinapayagan nito ang rocket na makamit ang isang mas mataas na altitude na may mas kaunting propellant, dahil ang rocket ay hindi kailangang ilipat sa ilalim ng kapangyarihan sa pamamagitan ng mas mababa at mas makapal na mga layer ng kapaligiran. Ang orihinal na konsepto ay ipinaglihi sa panahon ng isang Aerobee firing cruse ng Norton Sound noong Marso 1949, at unang inilunsad ng Office of Naval Research group sa ilalim ni James A. Van Allen.

Noong una kong sinimulan ang aking proyekto sa rockoon, wala akong ideya kung ano ang isang rockoon. Pagkatapos ko lamang matapos ang dokumentasyon pagkatapos ng aking proyekto na nalaman kong mayroong isang pangalan para sa aparatong ito na aking ginawa. Bilang isang mag-aaral sa South Korea na interesado sa teknolohiyang kalawakan, nabigo ako sa pagpapaunlad ng mga rocket ng aking bansa mula pa noong bata pa ako. Bagaman ang Korean space agency, KARI, ay gumawa ng maraming mga pagtatangka sa mga sasakyang paglulunsad ng kalawakan, at nagtagumpay nang isang beses, ang aming teknolohiya ay wala kahit saan malapit sa iba pang mga ahensya ng kalawakan tulad ng NASA, ESA, CNSA, o Roscosmos. Ang aming unang rocket, Naro-1, ay ginamit para sa lahat ng tatlong mga pagtatangka sa paglunsad, dalawa sa mga ito ay hinihinalang nabigo dahil sa paghihiwalay ng mga yugto o pagnanasa. Ang susunod na rocket na gagawin, Naro-2, ay isang tatlong-yugto na rocket, na gumagawa sa akin ng katanungan, matalino bang hatiin ang rocket sa maraming mga yugto? Ang mga pakinabang ng paggawa nito ay ang rocket na mawalan ng makabuluhang masa habang ang mga yugto ay pinaghiwalay, samakatuwid ay nagdaragdag ng kahusayan ng propellant. Gayunpaman, ang paglulunsad ng maraming mga yugto ng rocket ay nagdaragdag din ng pagkakataon na ang paglunsad ay magtatapos bilang isang pagkabigo.

Pinag-isipan ako nito ng mga paraan upang mabawasan ang mga yugto ng rocket habang pinapalaki ang kahusayan ng propellant. Ang paglulunsad ng mga rocket mula sa mga eroplano tulad ng mga missile, na gumagamit ng nasusunog na materyal para sa mga rocket stage body, ay ilan pang mga ideya na mayroon ako, ngunit ang isang pagpipilian na akit sa akin ay ang mataas na platform ng paglulunsad ng altitude. Naisip ko, "Bakit ang isang rocket ay hindi lamang ilulunsad mula sa isang helium balloon, sa itaas ng karamihan sa kapaligiran? Ang rocket ay maaaring maging isang solong yugto ng tunog ng rocket, na magpapasimple sa proseso ng paglulunsad, pati na rin mabawasan ang gastos. " Kaya, napagpasyahan kong magdisenyo at bumuo ng isang rockoon mismo bilang isang patunay ng konsepto, at upang ibahagi ang Mga Instructionable na ito upang masubukan mo itong lahat kung nais mo.

Ang binubuo kong modelo ay tinatawag na isang HAAS, maikli para sa High Altitude Aerial Spaceport, sa pag-asa na balang araw, ang mga rockoons ay hindi lamang isang pansamantalang platform ng paglulunsad para sa mga rocket, ngunit isang permanenteng platform na ginagamit para sa paglulunsad, refueling, at paglulunsad ng mga sasakyang puwang sa landing space.

Hakbang 2: Disenyo

Dinisenyo ko ang HAAS batay sa madaling maunawaan na mga hugis at pangunahing mga kalkulasyon

Mga pagkalkula:

Gamit ang gabay ni Nasa sa "Pagdidisenyo ng isang Balloon ng Mataas na Altitude" Kinakalkula ko na kakailanganin ko ng halos 60L ng helium upang maiangat ang halos 2kg, ang itaas na limitasyon na itinakda namin para sa timbang na HAAS, isinasaalang-alang na ang temperatura at altitude ay magkakaroon ng epekto sa buoyancy force of helium, tulad ng nabanggit sa "Epekto ng Altitude at Temperatura sa Volume Control ng isang Hydrogen Airship" ni Michele Trancossi. Gayunpaman, ito ay hindi sapat, na pag-uusapan ko nang mas detalyado, ngunit ito ay dahil hindi ko isinasaalang-alang ang epekto ng singaw ng tubig sa buoyancy ng helium.

Frame:

• Cylindrical na hugis upang mabawasan ang epekto ng hangin
• Tatlong mga layer (Itaas upang hawakan ang rocket, gitna para sa paglulunsad ng mekanismo, sa ibaba para sa 360 camera)
• Makapal na gitnang layer para sa sobrang katatagan
• Vertical riles para sa pagkakalagay ng rocket at patnubay
• 360 ° camera para sa footage
• Foldable parachute para sa ligtas na disente
• Manipis na Cylindrical helium balloon para sa minimum na anggulo ng offset ng rocket

Paglunsad ng Mekanismo

• Microprocessor: Arduino Uno
• Mga pamamaraan ng paglulunsad: Timer / Digital Altimeter

• Paraan ng pag-aktibo ng propellant: Sa pamamagitan ng pagbutas ng isang butas sa isang mataas na presyon ng CO2 capsule

  • Ang metal spike ay nakakabit sa mga bukal
  • Ang mekanismo ng paglabas ay binubuo ng dalawang kawit
  • Inilabas sa pamamagitan ng paggalaw ng motor
• Proteksyon ng mga elektronikong aparato laban sa mas mababang temperatura

Nakuha ko ang maraming mga pamamaraan ng paglabas ng spike sa isang paggalaw ng motor.

Ang paggamit ng isang disenyo na katulad ng isang keyed chain lock ng pinto, sa pamamagitan ng paghila ng metal plate hanggang sa tumugma ang end key sa mas malaking butas, maaaring mailunsad ang spike. Gayunpaman, ang alitan ay napatunayan na napakalakas, at hindi maikilos ng motor ang plato.

Ang pagkakaroon ng isang kawit na humahawak sa spike at isang pin na nakakilock ang kawit sa isang nakatigil na bagay ay isa pang solusyon. Tulad ng baligtad ng pin ng kaligtasan ng isang fire extinguisher, kapag nakuha ang pin, ang hook ay magbibigay daan at ilulunsad ang pako. Ang disenyo na ito ay gumawa din ng labis na alitan.

Ang kasalukuyang disenyo na ginagamit ko ay sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang kawit, isang katulad na disenyo sa isang gatilyo ng baril. Ang unang kawit ay humahawak sa spike, habang ang iba pang kawit ay nahuli sa isang maliit na nick sa likod ng unang hook. Ang presyon ng mga bukal ay humahawak sa mga kawit sa lugar, at ang motor ay may sapat na metalikang kuwintas upang ma-unlock ang pangalawang kawit, at ilunsad ang rocket.

Rocket:

• Propellant: Pressurized CO2
• I-minimize ang timbang
• Action camera na isinama sa katawan
• Kapalit na kapsula ng CO2 (reusable rocket)
• Lahat ng mga pangunahing tampok ng mga modelong rocket (ilong, katawan na cylindrical, palikpik)

Dahil ang solidong rocket propellant ay hindi ang pinakamahusay na pagpipilian upang ilunsad sa isang lugar na may populasyon, kailangan kong pumili para sa iba pang mga uri ng propellant. Ang pinakakaraniwang mga kahalili ay ang presyon ng hangin at tubig. Dahil ang tubig ay maaaring makapinsala sa mga electronics onboard, ang naka-presyur na hangin ay dapat na tagapagtaguyod, ngunit kahit isang mini air pump ay masyadong mabigat at natupok ang sobrang kuryente upang magkaroon ng HAAS. Sa kabutihang palad, naisip ko ang mini CO2 capsules na binili ko ilang araw na ang nakakaraan para sa aking mga gulong sa bisikleta, at nagpasya na ito ay isang mabisang propellant.

Hakbang 3: Mga Kagamitan

Upang makagawa ng isang HAAS, kakailanganin mo ang mga sumusunod.

Para sa frame:

• Manipis na mga board na kahoy (o anumang magaan at matatag na board, MDF)
• Mahabang mga mani at bolt
• Aluminium Mesh
• 4x Aluminium slider
• 1x Aluminium na tubo
• 360 ° camera (opsyonal, Samsung Gear 360)
• Malaking piraso ng tela at lubid (o isang modelo ng parokute ng rocket)

Para sa mekanismo ng paglulunsad

• 2x Mahabang bukal
• 1x metal rod
• Manipis na kawad
• Ang ilang mga plate na aluminyo
• 1x Breadboard
• 1x Arduino Uno (w / USB konektor)
• Temperatura at pressure sensor (Adafruit BMP085)
• Piezo Buzzer (Adafruit PS1240)
• Maliit na motor (Motorbank GWM12F)
• Jumper wires
• Motor Controller (L298N Dual H-Bridge Motor Controller)
• May hawak ng baterya at baterya

Para sa air rocket

• CO2 lata ng refill ng gulong ng bisikleta (Bontager CO2 Threaded 16g)
• Maraming mga lata ng aluminyo (2 para sa bawat rocket)
• Mga plate na acrylic (o plastik)
• Mga laso
• Mga nababanat na banda
• Mahaba ang mga string
• Action Camera (opsyonal, Xiaomi Action Camera)

Mga tool:

• Pandikit baril
• Epoxy masilya (opsyonal)
• Saw / Diamond cutter (opsyonal)
• 3D printer (opsyonal)
• Laser cutter o CNC milling machine (opsyonal)

Mag-ingat! Mangyaring gamitin ang mga tool nang may pag-iingat at hawakan nang may pag-iingat. Magkaroon ng ibang tao sa paligid upang makatulong kung maaari, at kumuha ng tulong gamit ang mga piling tool kung hindi mo alam kung paano gamitin ang mga ito.

Hakbang 4: Frame

1. Gumamit ng isang laser cutter, isang CNC milling machine, o anumang tool na gusto mo upang gupitin ang manipis na kahoy na board sa hugis sa mga nakakabit na larawan. Ang tuktok na layer ay binubuo ng dalawang board na konektado sa bolts para sa pagpapapanatag. (Para sa paggiling o paggupit ng laser, ang mga file ay ibinibigay sa ibaba.
2. Gupitin ang mga slider ng aluminyo sa pantay na haba, at ipasok ito sa mga crevice kasama ang panloob na singsing ng bawat layer. Gamit ang isang pandikit gun, idikit ang mga layer upang may puwang para sa rocket sa tuktok.
3. Ilagay ang tubo ng aluminyo sa gitna ng gitnang layer. Tiyaking matatag ito at patayo sa layer hangga't maaari.
4. Mag-drill ng butas sa ilalim na layer at ilakip ang opsyonal na 360 ° camera. Gumawa ako ng isang naaalis na takip ng goma para sa camera, kung sakaling makatanggap ng isang pagkabigla ang camera sa panahon ng landing phase.
5. Tiklupin ang malaking piraso ng tela o tela sa mas maliit na mga parihaba at ilakip ang 8 lubid na pantay ang haba sa pinakamalayo na sulok. Itali ang lubid sa dulong dulo upang hindi ito malito. Ang parachute ay ikakabit sa pinakadulo.

Hakbang 5: Ilunsad ang Mekanismo

1. Gumawa ng dalawang kawit, isa sa sasabihin sa pamalo ng metal at ang isa ang magiging gatilyo. Gumamit ako ng dalawang magkakaibang disenyo: ang isa gamit ang mga metal plate, at ang isa gamit ang isang 3D printer. Idisenyo ang iyong mga kawit batay sa mga larawan sa itaas, at ang mga 3D print file ay naka-link sa ibaba.

2. Upang ma-bitawan ang gatilyo at ilunsad ang rocket gamit ang alinman sa isang timer o isang digital altimeter, dapat gawin ang circuit ng Arduino na tinukoy sa larawan sa itaas. Ang digital altimeter ay maaaring idagdag sa pamamagitan ng pagkonekta sa mga pin na ito.

   • Arduino A5 -> BMP085 SCL
   • Arduino A4 -> BMP085 SDA
   • Arduino + 5V -> BMP085 VIN
   • Arduino GND -> BMP085 GND
3. Idagdag ang circuit sa HAAS. Ikonekta ang trigger hook sa motor gamit ang isang wire, at paikutin ang motor upang masubukan kung ang hook ay maaaring maayos na dumulas.
4. Grind ang dulo ng manipis na metal rod at ipasok ito sa aluminyo na tubo. Pagkatapos, ikabit ang dalawang mahahabang bukal sa dulo ng tungkod, at ikonekta ito sa tuktok na layer. Bend ang dulo ng tungkod upang madali itong mai-hook sa mekanismo ng paglulunsad.
5. Subukan ang ilang beses upang matiyak na ang rod ay maayos na naglulunsad.

Mga 3D file sa pag-print:

Hakbang 6: Rocket

1. Maghanda ng dalawang bote ng aluminyo. Gupitin ang tuktok na bahagi ng isang bote, at ang ibabang bahagi ng isa pa.
2. Gupitin ang isang bahagyang krus sa tuktok ng unang bote, at sa ilalim ng pangalawang bote.
3. Gumamit ng kawad at tela upang makagawa ng isang may hawak para sa kapsula ng CO2 sa unang bote.
4. Ipasok ang isang CO2 capsule sa tuktok na bahagi, at pisilin ito sa ilalim ng pangalawang bote upang ang pasukan sa CO2 capsule ay nakaharap pababa.
5. Magdisenyo at gupitin ang mga palikpik na may plastik o acryl, pagkatapos ay idikit ang mga ito sa gilid ng rocket. Gumamit ng anumang ginustong materyal, sa kasong ito epoxy masilya, para sa kono.
6. Gupitin ang isang hugis-parihaba na butas sa gilid ng rocket para sa opsyonal na camera ng pagkilos.

Upang tapusin ang HAAS, pagkatapos i-install ang mekanismo ng paglulunsad, balutin ang aluminyo mata sa frame, itali ito sa maliliit na butas sa labas ng gilid. Gupitin ang isang butas sa gilid upang madaling makarating sa aparato. Gumawa ng isang maliit na pambalot para sa parachute at ilagay ito sa tuktok na layer. Tiklupin ang parachute at ilagay ito sa pambalot.

Hakbang 7: Pag-coding

Ang mekanismo ng paglulunsad ay maaaring buhayin sa dalawang magkakaibang paraan: sa isang timer, o isang digital altimeter. Ang Arduino code ay ibinigay, kaya puna ang paraan na hindi mo nais gamitin bago i-upload ito sa iyong Arduino.

Hakbang 8: Pagsubok

Kung gumagamit ka ng timer upang ilunsad ang rocket, subukan ang ilang beses sa ekstrang kapsula ng CO2 sa ilang minuto.

Kung gumagamit ka ng altimeter, subukan kung gagana ang mekanismo ng paglunsad nang wala ang rocket sa pamamagitan ng pagtatakda ng altitude ng paglunsad sa ~ 2 metro at paglalakad sa hagdanan. Pagkatapos, subukan ito sa isang mas mataas na altitude ng paglulunsad sa pamamagitan ng pag-angat ng isang elevator (Ang aking pagsubok ay naitakda sa 37.5 metro). Subukan na ang mekanismo ng paglulunsad talagang naglulunsad ng isang rocket sa pamamagitan ng paggamit ng timer na pamamaraan.

Kasama ang 12 pagsubok ng mga video ng HAAS

Hakbang 9: Mga Resulta

Sana sa ngayon, sinubukan mong gumawa ng isang rockoon mismo at marahil ay ipinagdiwang ang isang matagumpay na paglulunsad ng rocket. Kailangan kong iulat, gayunpaman, na ang aking pagtatangka sa paglunsad ay natapos sa isang pagkabigo. Ang pangunahing dahilan ng aking pagkabigo ay na minaliit ko ang dami ng helium na kinakailangan upang maiangat ang HAAS. Gamit ang ratio ng molar mass ng helium sa molar mass ng hangin, pati na rin ang temperatura at presyon, halos nakalkula ko na kailangan ko ng tatlong tanke ng 20L helium gas, ngunit nalaman kong napakasindak ko. Dahil mahirap na bumili ng mga tanke ng helium bilang isang mag-aaral, hindi ako nakakuha ng anumang ekstrang tank, at nabigo na makuha ang HAAS sa itaas ng 5 metro mula sa lupa. Kaya, kung hindi mo pa sinubukang ilipad ang iyong rockoon, narito ang isang payo: kumuha ng maraming helium hangga't maaari mong makuha ang iyong mga kamay. Sa totoo lang, marahil ay mas makatwiran kung kinakalkula mo ang iyong kinakailangang halaga, isinasaalang-alang na ang presyon at temperatura ay bumababa habang tumataas ang taas (sa loob ng aming saklaw na paglipad), at na mas maraming singaw ng tubig, mas mababa ang buoyancy helium, pagkatapos ay makakuha ng dalawang beses ang halaga.

Pagkatapos ng nabigong paglunsad, nagpasya akong gamitin ang 360 camera upang makunan ang isang pang-aerial na video ng nakapalibot na ilog at parke, kaya't tinali ko ito sa helium balloon na may isang mahabang string na nakakabit sa ilalim, pagkatapos ay hayaan itong lumipad. Hindi inaasahan, ang hangin sa isang medyo mataas na altitude ay patungo sa kumpletong kabaligtaran ng direksyon habang ang mas mababang hangin, at ang helium balloon ay naaanod sa isang de-koryenteng pag-install ng mga kable. Sa isang desperadong pagtatangka upang iligtas ang aking camera at hindi makapinsala sa mga kable, kinuha ko ang nakakabit na lubid, ngunit ito ay walang silbi; ang lobo ay nahuli na sa kawad. Paano sa Mundo ang maraming bagay na maaaring magkamali sa isang araw? Maya-maya, tumawag ako sa kumpanya ng mga kable at hiniling sa kanila na kunin ang camera. Mabait, ginawa nila, kahit na tumagal ako ng tatlong buwan upang maibalik ito. Para sa iyong kasiyahan, nakalakip ang ilang mga larawan at video mula sa pangyayaring ito.

Ang aksidenteng ito, kahit na hindi ito nangyari sa akin noong una, ay nagsiwalat ng isang seryosong limitasyon sa paggamit ng mga rockoons. Ang mga lobo ay hindi maaaring patnubayan, hindi bababa sa hindi may isang ilaw at madaling kontrolin na mekanismo na maaaring mai-install sa HAAS, at samakatuwid, halos imposibleng ilunsad ang rocket sa isang inilaan na orbit. Gayundin, dahil ang mga kundisyon ng bawat paglulunsad ay magkakaiba at patuloy na nagbabago sa buong pag-akyat, mahirap hulaan ang kilusan ng rockoon, na kung saan ay hinihiling ang paglunsad na gawin sa isang site na walang paligid nito sa loob ng maraming kilometro, dahil ang isang nabigong paglunsad ay maaaring patunayan upang mapanganib.

Naniniwala ako na ang limitasyon na ito ay maaaring mapagtagumpayan sa pamamagitan ng pagbuo ng isang mekanismo ng pag-navigate sa isang 3D na eroplano na may drag mula sa lobo, at pagbibigay kahulugan ng hangin bilang mga puwersang vector. Ang mga ideyang naisip ko ay ang mga paglalayag, naka-compress na hangin, mga propeller, mas mahusay na disenyo ng frame, atbp. Ang mga pagpapaunlad ng mga ideyang ito ay isang bagay na pagtatrabaho ko sa aking susunod na modelo ng HAAS, at inaasahan kong makita ang ilan sa iyo na bubuo sila rin.

Sa kaunting pagsasaliksik, nalaman ko na ang dalawang mga jurusan ng aerospace ng Stanford, sina Daniel Becerra at Charlie Cox, ay gumamit ng isang katulad na disenyo at matagumpay na inilunsad mula 30, 000 talampakan. Ang kanilang footage sa paglulunsad ay matatagpuan sa Stanford Youtube channel. Ang mga kumpanya tulad ng JP Aerospace ay bumubuo ng "specialty" sa mga rockoons, pagdidisenyo at paglulunsad ng mas kumplikadong mga rockoons na may solidong gasolina. Ang kanilang sistema ng sampung lobo, na tinawag na "The Stack", ay isang halimbawa ng iba't ibang mga pagpapabuti sa rockoon. Naniniwala ako na bilang isang mahusay na paraan ng paglulunsad ng mga tunog ng rocket, maraming iba pang mga kumpanya ang gagana upang gumawa ng mga rockoons sa hinaharap.

Nais kong pasalamatan si Propesor Kim Kwang Il, sa pagsuporta sa akin sa buong proyektong ito, pati na rin ang pagbibigay ng mga mapagkukunan at payo. Nais ko ring pasalamatan ang aking mga magulang sa pagiging masigasig tungkol sa kung ano ang aking kinasasabikan. Panghuli, ngunit hindi pa huli, nais kong magpasalamat sa iyo sa pagbabasa ng Mga Instructionable na ito. Sana, ang teknolohiyang palakaibigan sa kapaligiran ay mabubuo sa industriya ng kalawakan sa lalong madaling panahon, na nagpapagana ng mas madalas na pagbisita sa mga kababalaghan doon.