Projekt Svarog se díky simulacím Ansys dostává do nových výšin

Všichni jsme viděli videa a obrázky raket při startu, které stoupají do vesmíru a za sebou zanechávají stopy ohně a kouře. To je obraz, který si vybavíme, když pomyslíme na cestování do vesmíru, a po desetiletí to byla standardní metoda vesmírných letů. Jakmile se však raketa dostane na oběžnou dráhu, spoléhá se na omezené množství paliva, aby mohla dokončit svou misi. Nelze popřít, že ve vesmíru se může mnoho věcí pokazit. Co kdyby se s ohledem na to podařilo vyvinout udržitelnější způsob vesmírné dopravy?

Imperial College Space Team

Projekt Svarog, pojmenovaný po slovanském bohu ohně a nebe, je studentský tým z Imperial College London, jehož cílem je stát se prvním studentským týmem, který vyšle kosmickou loď mimo sluneční soustavu. K dosažení tohoto cíle se tým rozhodl dále rozvíjet technologii solárních plachet.

Solární plachty jsou jedinečnou metodou průzkumu vesmíru, která zatím není široce používána. Solární plachta nevyžaduje pohonný mechanismus ani palivo. Místo toho využívá tlak slunečního záření částic světla (fotonů) ze Slunce. Cestuje vesmírem tím, že využívá tuto volnou energii, podobně jako plachetnice využívá vítr k pohonu. Reflexní povrch solárního plachty a jeho schopnost otáčet se mu umožňují zachytit maximální množství světla v závislosti na jeho poloze. Výsledkem je, že tato metoda vesmírného cestování je výrazně udržitelnější a spolehlivější.

Tým se snaží využít specifickou trajektorii solární plachetnice známou jako „sun diving“ k opuštění naší Sluneční soustavy. Sun diving označuje přiblížení se velmi blízko ke Slunci a ponoření se do jeho paprsků. Využíváním intenzivního tlaku slunečního záření může daný objekt dosáhnout významného zrychlení. To mu umožňuje spirálovitě se vzdalovat od slunce a efektivně zvyšovat své apogeum mnohem rychleji.

Tým byl založen v roce 2021 jako součást Imperial College Space Society. „V současné době má projekt Svarog přibližně 25 aktivních členů, z nichž všichni jsou studenti Imperial College. Vzhledem k povaze jejich studia mohou v projektu zůstat pouze několik let, než absolvují,“ říká Matthew Acevski, student druhého ročníku doktorandského studia a vedoucí mise týmu. Díky těmto změnám zajišťují vedoucí projektu nepřetržitý pokrok ve všech oblastech tím, že neustále přijímají a doplňují podtýmy.

Navzdory fluktuaci studentů tým neztratil ze zřetele svůj cíl: dostat se do vesmíru. „Rádi bychom to dokázali v příštích šesti až osmi letech,“ říká Acevski.

REXUS/BEXUS...

Tým se zúčastnil jedné kompletní kampaně REXUS/BEXUS (2023–2024). Tým byl znovu přijat do aktuální kampaně 2024–2025 s cílem vyvinout všechny své subsystémy do plně funkčního CubeSatu. Program zahrnuje vysílání experimentů navržených studenty do vzdálených oblastí atmosféry buď raketou (REXUS), nebo meteorologickým balónem (BEXUS). Program je společným projektem Německého centra pro letectví a kosmonautiku (DLR) a Švédské národní kosmické agentury (SNSA) ve spolupráci s Evropskou kosmickou agenturou (ESA), jehož cílem je podporovat vědecký výzkum pomocí raket a balónů.

Tým vypustil svůj předběžný návrh na balónu BEXUS, přibližně 30 km nad povrchem Země, na nízkou oběžnou dráhu (LEO) za účelem sběru dat. Během letu balónu, který může trvat celkem tři až pět hodin, byl tým schopen provádět experimenty v podmínkách blízkých vesmíru s nízkým atmosférickým tlakem.

Cesta do vesmíru pomocí simulace

Během celého projektu bylo důsledné využívání simulace klíčovým prvkem úspěšného výzkumu a vývoje solárního plachty. Členové týmu používají nástroje Ansys pro mechanické simulace a jejich plánem je s postupem projektu využívání simulace ještě více rozšířit.

„Využili jsme Ansys Mechanical prostřednictvím Workbench k provedení kritických simulací startovacího prostředí, včetně modálních, kvazistatických, náhodných vibrací a analýz nárazů,“ říká Golf Rojnuckarin, vedoucí simulací struktur v projektu Svarog. „Klíčovou výhodou Ansys Workbench byla jeho schopnost hladké integrace. To nám umožnilo efektivně kombinovat a spravovat různé případy zatížení, jako je superpozice náhodných vibrací s kvazistatickými zatíženími, což výrazně zefektivnilo náš pracovní postup. Integrace s Ansys Granta také poskytla okamžitý přístup k rozsáhlé databázi materiálů, které mají vlastnosti specifické pro naše potřeby.“

Tým projektu Svarog bude i nadále využívat možnosti simulačního softwaru Ansys k modelování a testování strukturálních, mechanických a fluidních vlastností solární plachty, jak se blíží její vypuštění do vesmíru.

Významným vylepšením v připravovaném prototypu, jehož cílem je demonstrovat a zaznamenat nasazení membrány solární plachty ve formátu CubeSat, je integrace páskových pružinových ramen v konfiguraci s jednou cívkou. Aktualizovaný design využívá nová a vylepšená ramena s spolehlivějším systémem nasazení. Díky použití jediného centrálního válce k nasazení ramen vyžaduje mechanismus méně prostoru, což umožňuje kompaktnější formát vhodný pro aplikace CubeSat. Tyto změny představují významné zlepšení jak z hlediska výkonu, tak z hlediska efektivity konstrukce.

Na obzoru

Tým projektu Svarog se neustále vyvíjí a hledá příležitosti, jak uvést svou technologii solárních plachet na oběžnou dráhu. Jejich odhodlání k inovacím je vede k hledání nových metod a konstrukcí, které zlepší účinnost a funkčnost jejich systémů. Díky těmto snahám posouvá tým hranice lehké, snadno využitelné vesmírné technologie.

Vize projektu Svarog stát se prvním studentským týmem, který vyšle kosmickou loď na okraj sluneční soustavy, se začíná naplňovat, protože tým se pomalu blíží k vypuštění své solární plachty na oběžnou dráhu. „Doufáme, že v nadcházejících letech mohou kumulativní zkušenosti z našich mnoha experimentů a misí vést k vývoji skutečně inovativních a nových vylepšení technologie solárního plachtění, které budou moci být využity v budoucích vesmírných misích po celém světě,“ říká Acevski.

Tým dělá významné pokroky v kosmickém průmyslu a inspiruje ostatní, aby solární plachtění vnímali jako životaschopnou alternativu k dlouhodobým kosmickým misím. Díky spolupráci s předními evropskými kosmickými agenturami se jejich cíl stává realitou.

Prozkoumejte partnerství studentského týmu Ansys a zjistěte, jak můžete získat bezplatný přístup k softwaru Ansys ještě dnes.

Podívejte se na náš dokument Simulating Space a dozvíte se více o tom, jak se simulace používá v kosmickém sektoru.

Převzato ze stránek Ansys.

Přeloženo s podporou DeepL.