Планируется ли участие в Lunar Lander Challenge с HTP 500Н?

Предварительные правила объявили:

Полный приз - 2 миллиона - легко берется ракетой с баллистикой как у "Миниморума" (только возможность дросселирования раза в 3 как минимум нужна).
Малый (500 штук) - даже с ~4 движками 500Н. Которые все равно понадобятся для управления путем дифференциального дросселирования.

Что думаете?

Движок форума глючит, упорно не могу вставить URL так чтоб вставился корректно
Поправляйте сами в строке браузера

http://www.xprizefoundation.com/news/LunarLanderRules.pdf

О себе: понимаю в программировании и железяках, имею хороших электронщиков.
Могу взять на себя работы по системе ориентации, управления и БРЭО вообще.
Есть профессиональные токарный и фрезерный станки.

Агрессивных сред коей является перекись несколько побаиваюсь.

Насколько я понимаю, там нужно зарегистрироваться до 15 мая (если позже - переезжает на следующий год, а до этого времени приз наверняка возьмут), так что надо думать быстро.

Я считаю, нет никаких поводов не уложиться.

УИ 120 сек с 500Н стопроцентно реален.
Взлетный вес 150КГ
Нагрузка 25КГ (по условиям)
Двигателей 4 штуки под углом градуса 4 градусов к вертикали, для управления тягой через дросселирование.
Запас ХС 1 км/сек (чтобы полет продлился не менее 90 сек + запас на сопротивление атмосферы, хотя скорости будут почти нулевые и большую часть полета аппарат будет вообще висеть, ну в общем резерв.
Получаем массовую долю рабочего тела 57%, или 86КГ, на конструкцию остается 39КГ.
Думаю стопроцентно реально сделать ее в таких пределах, ведь аэродинамичности конструкции не требуется, скорости копеечные, прочности тоже, потому что ускорения не превысят 1.5g. Конечно нужно иметь некое подобие шасси для посадки и навороченную электронику для управления. Если конструкцию сделать достаточно кондовой и снабдить амортизаторами и сверху и снизу, то можно обойтись и без навороченной, просто ронять ее с высоты метр-два, делая отсечку двигателя на данной высоте. Не знаю правда разрешат ли правила перевернуть обратно перевернувшийся аппарат.

Конечно, это если на 350 штук денег.
На 1000 уже сложнее и однокомпонентником не обойдешься. Хотя можно, на самом деле, но вес аппарата будет уже больше (примерно как у "миниморума", с полтонны), и весовое совершенство должно быть большим по любительским меркам, и 120 с импульса не обойдешься, нужно минимум 140-150 (а это перекись высокой концентрации и некоторая сомнительность возможности создания двигателя с радиационным охлаждением)

Ну, если к 15 мая у нас будет надёжно работающий на стенде 500Н, можно и зарегистрироваться а так - чего ради?

Хорошо. Сегодня начну подумывать над СУ.

Что можете сказать по поводу баков? Бак под 100 кг перекиси на наше давление - сколько он будет весить? А бак наддува? И сколько азота понадобится? А может, лучше гелий использовать вместо азота - стоит надорого и кажется, никакой опасности в обращении не вызывает.

Теперь детальнее про СУ: Кармак имел со своими перекисными движками проблему, заключавшуюся в некоторой непредсказуемости реакции движка на управляющее воздействие. Т.е. тяга могла возрасти резко, могла медленно, а мог движок и вообще заглохнуть если сильно "газануть" из холодного состояния, оттого что перекись заливала полухолодный катализатор, не успевала разлагаться, охлаждала его просто как жидкость и делала совсем холодным. Так что предподагаю, что после стендовых испытания СУ в работе с "виртуальным" двигателем и данными на входе от GPS (или что мы решим использовать), нужно будет огранизовать испытания ее в связке с двигателем на стенде. Т.е. к двигателю приделан динамометр, счетчик потока перекиси (так чтобы видеть какова расчетная масса аппарата на данный момент после "взлета", зная массу на момент старта, и зафиксировать, если перекись "кончится"), и штатную железку, которая будет управлять потоком - надо будет выбрать кран и актуатор из доступных коммерчески. Т.е. ракета будет "стартовать", открывая реальный кран и фиксируя динамометром получаемую тягу, пересчитывая ее с использованием данной массы в ускорение, ускорение в координату, и т.п. Это обязательно стоит будет сделать перед реальными пусками, так чтобы отработать алгоритм управления тягой.

Сам я готов уделять работе в группе много времени и много (по сравнению с другими озвучившимися расходами) денег.

Кармак использовал не перекись, а смесевое монотопливо - 50% перекись плюс спирт. Его нужно было дополнительно поджигать, иначе оно не работало вовсе - даже не полностью выкипало.

Если использовать 85%-90% перекись без добавок и катализатор из монолитного серебра (не посеребрённые сетки, а насквозь серебряные), то пусковые характеристики двигателя очень стабильны и повторяемы.

Кроме того, нужно в катализатор вставить термопару, тогда поведение движка будет строго детерминированным.

Хотелось бы верить.
Кстати, термопара - это значит мощная батарея. Т.е. вес. Батарея, способная отдавать большую мощность пусть даже в течение непродолжительного времени - не очень легкая штука.

Итак, какие у вас были мысли по поводу размеров и массы бака перекиси и баллона наддува?
Из этого вытекает потребная размерность аппарата.

Возможно ли (как это обсуждалось) создать монотопливник с УИ до 160 секунд у земли без резкого усложнения конструкции (на сайте упоминалось что это возможно если его выполнить из жаропрочной стали)? Это позволило бы сразу погнаться на мегабаксовым призом (так чтобы получить их оба сразу), т.е. обеспечить время полета не менее 180 секунд (соответственно, массовое число аппарата должно быть не менее 3-3.5, т.е. не менее 4-4.5 за вычетом ПН, чтобы не увеличивать взлетный вес до непотребной величины, т.е. обеспечить его в районе 250 кг). Погалаю, что тут придется перейти на платиновый катализатор, или нет? Серебро-то расплавится небось?

Если есть сомнения - лучше ограничиться "малым" призом, чтобы хотя бы его получить.

Как у этих движков с дросселируемостью должно быть?

Я еще думаю сделать оценочно-отладочный аппарат для СУ на основе модельного вертолета - примерно как американцы отрабатывали Apollo LM с помощью LLRV, сделанного из воздушно-реактивного двигателя. Или динамика полета настолько различна что смысла нет?

У вертолёта гироскопический момент путает все карты. Кроме того, приёмистось кардинально различается. У вертолёта принципиально невозможно остановить винт быстро.

Да, а почему термопара требует мощной батареи? Я имел в виду всего лишь измерение температуры катализатора, которое через простую программу даёт возможность оптимальной программы тяги.

Да, я уже понял что динамика вертолета кардинально отличается. С одной стороны, вертолет "хуже", потому что тяга его более инерционна из-за винта, с другой - "лучше", потому что на совсем малой высоте (менее диаметра винта) создается приземный эффект - посадка упрощается, его труднее разбить. Так что эту идею видимо придется оставить. Прогоним двигатель на большом количестве вариантов "температура" - "тяга" - "производная потока топлива", соберем данные в комп и просчитаем управляющую функцию.

Термопара - ну да, понял. Я думал ты собираешься электрический нагревательный элемент вставить, который будет дополнительно подогревать катализатор. Туплю

Да, измерять температуру необходимо, конечно.

Копаю на тему изготовления на коленке дифференциального GPS. Т.е. получения данных от двух приемников - неподвижного наземного и на аппарате - и обмене данными через WiFi. Если точность окажется недостаточной - будем делать сочетание электронного компаса и солнечного датчика с лазерным высотомером на координатной платформе. Т.е. компас дает 1 ось, солнечный датчик - еще 2, из известных действительных координат солнца определяем ориентацию аппарата в 3 осях, доворачиваем платформу с дальномером так, чтобы находилась в вертикальной плоскости, измеряем высоту. Точность типа 5 мм + 2 мм на 100 м, т.е. общая ошибка не превысит сантиметр. Требования к точности координатной платформы очень низкие, даже ошибка в 10 градусов даст всего 1.5% ошибки в высоте, а такая точность и не нужна, т.к.при посадке наберется в сумме 1-2 см ошибки, а на высоте и пара метров - не ошибка.

А какой GPS на Луне? Разве правила не требуют независимости от подобных навигационных источников? Я вообще за чистую инерциалку.

На луне GPS, во-первых, будет (местная), поскольку речь ведь идет о прототипе многоразового LM, т.е. заправляться он будет в рамках ISRU топливом, добытым на Луне, и уже будет лунная база, способная давать сигналы целеуказания.

Конкретный конкурс GPS не запрещает. Требований там по сути только два: никакого обслуживания аппарата между посадкой и взлетом кроме дозаправки и никаких аэродинамических или airbreathing способов создания тяги, т.е. ТРД или вертолет не катят.

Насчет чистой инерциалки - фантастика, это нужны оптоволоконные гироскопы, которые бешеных денег стоят, и в Россию не поставляются по соображениям нац. безопасности. Твердотельные же перестанут давать пригодные для точной посадки результаты уже через 10 секунд после запуска.

В случае Луны можно использовать 2 датчика: Солнца и Земли, при этом Земля заменит собой электронный компас. Так что вариант для Луны вполне пригодный. Земля ведь везде на видимой части Луны (за исключением зон либрации) всегда видна, а базу будут строить именно там.

Но вообще решение на базе GPS/RTK (кинематика реального времени) похоже вполне реально, ими даже асфальтоукладочными катками управляют, не то что ракетами
Учитывая время обновления до 2 секунд внутри этого интервала используем простейший твердотельный гироскоп.

Разобрался. Фигня. Сделаем. Даже дорогой комплектухи не надо. Местная система координат GPS/RTK строится на раз. Никаких лазерных дальномеров не надо - правда, высота точки посадки над уровнем земли наперед неизвестна, и тут высотомер бы не помешал, но можно просто предусмотреть спуск со скоростью типа 0.2 м/с на конечном участке и отсечку тяги при контакте минимум 1 ноги с землей. Времени полета много в запасе, и заставлять какую-то определенную его часть висеть высоко - никто не заставляет, вполне можно 50 из 90 секунд потратить на конечный этап снижения, а за остальные 40 подняться на 100 метров и перелететь на 200, затем снизившись. Это средняя скорость 10 м/с, которая еще не создает сколько-нибудь значимых аэродинамических потерь, а уж 10-метрового перепада высот от точки взлета до точки посадки (на дистанции 200 метров-то) не будет.

Сразу буду исходить из использования промышленного микроконтроллера в защищенном исполнении, и TCP/IP как средства связи с базовой станцией дифференциального GPS. Как физический канал связи будем использовать Wi-Fi или GPRS (в Штатах GPRS может не быть из-за других стандартов сотовой связи, но зато проблем с использованием Wi-Fi не должно быть).

Не, высотомер необходим - ведь если высота точки приземления будет выше чем точки взлета, полет продлится менее 90 секунд (повторно взлетать нельзя). А если сильно ниже - топлива не хватит на такой медленный подход.

Видимо можно задать, что высотомер используется, если аппарат висит уже над точкой посадки и высота менее 20 метров, тогда можно задать алгоритм управления такой, чтобы ось Y аппарата была параллельна местной вертикали все время (ведь горизонтально маневрировать ему уже не надо). И высотомер можно сделать жестко смотрящим вниз.

Высотомер стоит 300 баксов, меряет до 200 метров, без специальной мишени для лазера - на 30 метров.

Т.е. получаем связку датчиков:
1. Дифференциальный GPS со связью с базой по Wi-Fi - для измерения горизонтальных координат и грубого измерения высоты.
2. Солнечный датчик (2 веб-камеры с объективами "рыбий глаз" на противоположных сторонах аппарата) и канал компаса от GPS-приемника - для ориентации.
3. Лазерный дальномер - для точного измерения высоты в процессе посадки.
4. Твердотельные акселерометры - для измерения ускорения и они же для измерения скорости в промежутках (2 сек) между обновлениями GPS.

Да, еще нужно присмотреть парашют на случай серьезного отказа - типа, даем максимальную тягу пока топливо не закончится (ориентируясь по тем источникам данных что остались) и потом открываем парашют как ускорение достигнет 0 (т.е. в верхней точке траектории, уж его-то твердотельный акселерометр измерит точно, и он не сломается почти наверняка - уж на такую-то дубовую технику можно положиться). Правилами использование парашютов для аварийных режимов разрешено.

Вроде все связывается и ничего сильно сложного не вижу. Будем делать? К расчетной части могу приступить сегодня.

Вы вообще воспринимаете затею серьезно?

Вообще не понимаю почему эту тему в "Ракетомодельный" переместили.
Мы тут не модельки делать собираемся, а писать историю космонавтики

http://www.omnitech.com/pdf/ORIFL190_3%20rev%208.pdf

Объектив будем использовать этот, стоит $260, нужно 2.
Камеры - стандартные охранные с цифровым выходом, 1/3'', 1280x1024 (декларируют MTF >=42% и более на такой частоте линий - хм, посмотрим). Камера b/w стоит 50 баксов.

Лазерный дальномер этот:

http://www.leica-geosystems.com/ru/ru/lgs_23326.htm

Стоит $699: http://www.appraiserdepot.com/distos/d_plus.htm

Нужен будет 12-канальный GPS-приемник типа такого:

http://www.thegpsstore.com/Detail-Garmin-GPS35-Trac-Pak-receiver-for-PC.asp

Но их куча и почти ничем не отличаются, стоят 150-200 баксов.

Ну и стандартный адаптер Wi-Fi. Хорошая ударопрочная, надежная промышленная машинка, думаю простую совсем в штуку можно уложить. Итого 2500-3000 баксов на все оборудование.

Хм, возникла мысль. Что если не возиться с камерами, а определять ориентацию как разность векторов ускорения (по акселерометрам) и тяги (зная текущую массу и тягу двигателя). Т.е. определять направление силы тяжести относительно осей устройства. Постараюсь прикинуть возможную точность.

http://www.xbow.com/Products/.../Inertial_pdf/IMU300CC_Datasheet.pdf

Есть такое дело...
Чисто инерциальное решение, за 90 секунд даст ошибку не более 17 см, за 180 не более 68 см. Видимо, то и другое годится - ведь сверхточные измерения перед посадкой можно получить с помощью высотомера, который все равно нужен потому что мы не знаем разницу в высоте над уровнем моря точки взлета и точки посадки.
Думаю стоит брать и не возиться с GPS? Тем более что есть сомнения в стабильности канала Wi-Fi, без которого точность резко упадет до полного непотребства.

Это optical gyros, настоящий rocket science
Спрошу, продадут ли в Россию (чем черт не шутит). Если да - надо брать.
Только я до августа невыездной - загранник кончается, а обновить не могу т.к. кошу от армии. Надо будет по почте заказывать.

Вы вообще воспринимаете затею серьезно?

 

Рано всё это. Нужно движок хотя бы на стенде отладить, получить УИ хотя бы 110 секунд. Повторить его в четырёх экземплярах. А это - килограмм серебра, между прочим Ну, поменьше, но грамм 180 в каждом движке будет. Впрочем, килограмм серебра стоит меньше, чем лазерный высотомер.

Подождем чего они ответят насчет продажи в Россию Crossbow IMU. Если да, то проблем в общем нет - тогда система управления упрощается до предела, становясь на большую часть полета чисто инерциальной, только для посадки - инерциальной с коррекцией по лазерному высотомеру.

Серебро - а сколько оно стоит?

Когда ожидается очередное собрание группы? Я хотел бы присутствовать.

Нужно ли что-то изготовить из металла и есть ли чертежи? Шлите, сделаю и готовое привезу, если оно делается на обыкновенном (не ЧПУ) токарном и/или фрезерном станке и металл - не алюминий-литий какой-нибудь, а что-нибудь менее экзотическое . В принципе, есть даже титановый пруток.

Судя по цене на бирже, 4x180г. серебра стоят около 250 баксов. Думаю едва ли это должно задерживать процесс. Crossbow стоит $2600+.

А что осталось доделать для двигателя? В каком состоянии стенд?

Есть малый фрезерный с ЧПУ. Что нужно сделать?

С xbow сказали что не хотят продавать для "ракеты" за пределы США. Но обещали подумать, если мы заполним и отошлем им доки. Так что шансы возможно есть.

Конечно, понимаю, что говорить об этом рано, что двигатель пока один, да и то - еще не испытан на стенде, и т.д. и т.п....

И все же - прошу иметь в виду, что Кармак не выиграл Лунар Челлендж, и соревнования на приз в $2,5 млн переносятся на следующий год.

P.S.: А почему не выиграл? Если б ножки были не такие тонкие и не так узко рассавлены, то все бы обошлось. Обидно, да.

NNV> Конечно, понимаю, что говорить об этом рано, что двигатель пока один, да и то - еще не испытан на стенде, и т.д. и т.п....
NNV> И все же - прошу иметь в виду, что Кармак не выиграл Лунар Челлендж, и соревнования на приз в $2,5 млн переносятся на следующий год.
NNV> P.S.: А почему не выиграл? Если б ножки были не такие тонкие и не так узко рассавлены, то все бы обошлось. Обидно, да.

1. Правила Lunar Lander Challenge запрещают использовать перекись крепче 70%
2. Основной приз вручает NASA, а она лишена возможности награждать иностранцев.

Мы переписывались с комитетом этого челленджа.

А так - да, действительно, можно воспользоваться не 1, а 3 или 5 движков типа 500Н. Несмотря на то, что его УИ всего чуть больше сотни, необязательно его держать включённым всё время - а, значит, можно продержаться в воздухе и 180 секунд - просто баллистически подняться, затем затормозиться, при этом общее время работы двигателя будет меньше 50 секунд.