Eidgenössische Technische Hochschule Zurich(ETH Zurich) 공립 대학의 ARIS(Academic Space Initiative Switzerland) 학생들은 2017년부터 연구 로켓을 만들고 있습니다. 2020/21년에 학사, 석사 또는 박사 학위를 위해 공부하는 50명 이상의 의욕적인 학생들로 구성된 팀은 PICCARD 프로젝트의 일환으로 4세대 연구 로켓을 생산하고 포르투갈의 유럽 로켓 챌린지(EuRoC)에 참가했습니다.
그들의 목표는 PICCARD 연구 로켓으로 '고도 30,000피트에 도달하는 엔진을 연구 개발한 학생' 부문에서 수상하는 것이었습니다. 처음으로 연구 로켓에는 학생들이 개발한 하이브리드 추진 엔진이 있었습니다. 시스템의 기능적 기능은 2021년 10월 EuRoC에서 성공적으로 출시함으로써 입증되었습니다. 이러한 성공은 연구 로켓의 공기 구조에 대한 하중을 측정하는 새로운 모니터링 시스템 덕분으로 도출되었습니다. 이 시스템에 사용된 HBK 스트레인 게이지는 비행의 모든 단계에서 발생하는 굽힘 모멘트와 축력에 대한 귀중한 정보를 제공했습니다.
이는 연구 로켓을 더욱 최적화하고 뉴멕시코에서 열리는 Spaceport America Cup 2022에 성공적으로 참가할 수 있도록 노력하고 있습니다. 여기에서 HELVETIA 후속 임무의 일환으로 팀은 4kg의 페이로드를 30,000피트 높이까지 성공적으로 운반하고 로켓의 모든 부품을 안전하게 지구로 다시 가져오기를 원합니다.
로켓의 구조는 비행 중 상당한 스트레스에 노출됩니다. 이 응력 중 일부는 시뮬레이션을 통해 확립될 수 있습니다. 그러나 낙하산이 열릴 때 바람이나 항력의 충격과 같은 일부 중요한 영향을 미치는 요인은 분석에서 정확하게 결정될 수 없습니다. 동시에, 임무의 목표에 도달하는 데 필요한 최대 강도를 가지고 있지만 또한 경량 로켓 에어로 구조를 생산하는 데 필요한 모든 부하 관련 요인에 대한 신뢰할 수있는 데이터가 필요합니다.
비행 조건(시뮬레이션 사용)에서 PICCARD 로켓의 항공 구조에 작용하는 하중을 확인하고 필요한 경우 수정하기 위해 실제로 발생하는 굽힘 모멘트 및 축력을 모니터링하는 시스템이 로켓에 통합되었습니다. HBK 스트레인 게이지는 극한의 조건에서도 의미 있는 측정 결과를 안정적으로 제공하는 이 실험적 응력 분석 시스템의 핵심입니다. 얻은 정보는 비행의 모든 단계를 통해 공기 구조가 받는 하중을 더 잘 이해하여 구조 부품의 표적 최적화를 가능하게 합니다.
과거에 ARIS는 시뮬레이션을 통해 단순화된 가정을 사용하여 순전히 분석적으로 비행 중인 로켓에 작용하는 힘을 설정했지만 PICCARD 임무를 위해 전용 모니터링 시스템이 처음으로 사용되었습니다. 이것은 로켓의 항공 구조에 작용하는 하중에 유용한 결과를 제공하는 견고한 스트레인 게이지와 함께 로켓에 통합되었습니다. 시험 비행에 대한 구조적 응력 분석 중에 기록된 굽힘 모멘트와 축력은 최상의 결과를 위해 모든 하중 지지 구조 부품의 설계를 중량 최적화할 수 있게 했습니다. ARIS는 이제 뉴 멕시코에서 열린 스페이스포트 아메리카 컵 2022에 참가할 준비가 되어 있습니다.
2017년 8월 ETH 취리히 공립 대학은 비영리 연구 기관인, Academic Space Initiative Switzerland(ARIS)는를 설립했습니다. ARIS는 학생들이 이론 지식을 실제 프로젝트에 적용하도록 권장했습니다. ARIS는 젊은 학자와 야심 찬 비영리 연구기관을 대상으로 하는 세계 대회에 참가하기 위해 로켓을 개발하고 있습니다.
2020년 PICCARD 프로젝트를 통해 제4차 ARIS 미션이 출시되었습니다. 이 임무의 목적은 뉴 멕시코에서 열리는 스페이스 포트 아메리카 컵 2022에서 우승하는 것입니다. 이 대회에서 ARIS는 로켓이 4킬로그램의 탑재하중을 30,000피트 높이로 운반한 다음 모든 부품을 안전하게 지구로 되돌리는 것이었습니다. 이를 위해 50명의 학생들이 완전히 새로운 PICCARD 로켓을 개발했습니다.
드라이브 기술을 아웃소싱한 이전 모델과 달리 PICCARD는 처음으로 학생이 하이브리드 추진 엔진을 연구하고 개발했습니다. 신형 로켓은 포르투갈의 유럽 로켓 챌린지에서 성공적인 첫 비행을 달성하여 시스템이 작동한다는 것을 보여주었습니다.
새로운 엔진뿐만 아니라 로켓에 통합되고 HBK 스트레인 게이지를 기반으로 하는 모니터링 시스템이 처음으로 사용되었습니다. PICCARD는 비행 중 귀중한 데이터를 수집할 수 있었고, 뉴멕시코에서 성공적으로 발사할 수 있도록 로켓을 표적으로 최적화할 수 있었습니다.
PICCARD 로켓이 성공적으로 비행을 달성하고 지구로 돌아갈 수 있도록 충분히 견고한 공기 구조가 필수적입니다. 가능한 한 가볍으면서 비행의 모든 단계에서 발생하는 모든 힘에 대처해야 합니다. 이것이 유일한 방법이며 페이로드는 원하는 높이로 자체 추진될 수 있습니다. 따라서, ARIS는 로켓이 최대 강도와 최소한의 무게로 부여 될 수 있도록 비행 중 구조에 작용하는 모든 가능한 하중에 대한 정확한 지식이 필요합니다.
PICCARD를 개발하는 동안 학생들은 시뮬레이션을 사용하여 로켓의 공기 구조를 설계하는 가장 중요한 기본 매개 변수를 결정했습니다. 그러나 모델은 바람과 같이 예측하기 어려운 외부 영향에 대한 대략적인 아이디어만 제공합니다. 반면, 기내 측정은 실제로 발생하는 힘에 대한 정확한 데이터를 제공하므로 에어로 구조의 최적의 설계가 가능합니다.
별도의 하위 프로젝트에서 학생들은 PICCARD 임무를 위한 가볍고 구현하기 쉽지만 정밀한 모니터링 시스템을 개발했습니다. 완성된 시스템은 로켓 탱크 위에 설치되어 로켓 비행 중에 발생하는 굽힘 순간과 축력을 기록할 수 있었습니다. 이 데이터는 이제 2022 스페이스 포트 아메리카 컵에서 1위를 위해 로켓의 구조 부품 설계를 추가로 최적화할 수있는 기초를 형성합니다.
총 3개의 휘트스톤 교량, x 및 y 방향의 순간2개, z 방향의 축력에 대해 각각 2개의 HBK 스트레인 게이지가 설치되어 부하 측정을 위한 모니터링 시스템에 설치되었습니다. 스트레인 게이지는 로켓의 탄소 섬유 쉘 내부에 부착되었습니다. 350Ω 스트레인 게이지를 3.3V의 고정밀 전압으로 사용하고 공급하였습니다. 모든 신호 케이블은 최적의 신호 품질을 보장하기 위해 차폐되어 회로 기판에 접지되었습니다. 이전 테스트에서 모듈이 소음이 거의 발생하지 않은 것으로 나타났습니다. 센서는 3포인트 굽힘 테스트를 통해 교정되었습니다. 굽힘 부하를 시연하기 위해 최대 3분의 1의 하중이 도입되었습니다.
굽힘 순간에 대한 스트레인 게이지 설정으로 축력과 온도에 의해 변형을 교정할 수 있었습니다. 반면에 축력에 대한 설정은 굽힘과 수직력에 의해 발생하는 힘 성분을 측정하고 온도에 의한 변형만을 보상했습니다. 축력에 대한 직접적인 정보를 얻으려면 이 측정된 데이터의 추가 처리가 필요합니다.
새로운 모니터링 시스템은 포르투갈에서 처음 사용하는 동안 그 기능을 입증했습니다. 비행 중 하중을 안정적으로 측정하고 대부분의 데이터를 전달했습니다. x 및 y 방향의 축방향 힘과 굽힘 모멘트는 로켓의 발사부터 비행의 정점(가장 높은 지점)까지 정확하게 결정할 수 있습니다.
불행히도 지구로 귀환하는 동안 의미 있는 데이터를 수집하는 것은 불가능했습니다. 낙하산 시스템의 기술적 결함으로 인해 원점에서 낙하산이 계획대로 전개되지 않았습니다. 로켓이 240m/s의 속도로 떨어지는 하강 중에만 열렸습니다. 이로 인한 충격력이 너무 커서 로켓이 부서졌습니다.
하강에 대한 측정값이 부족함에도 불구하고 데이터를 통해 시스템을 더 잘 이해할 수 있습니다. 이렇게 하면 PICCARD 로켓의 공기 구조를 더욱 최적화할 수 있어 2022년 스페이스포트 아메리카컵 우승 가능성을 높일 수 있습니다.
새로 개발된 모니터링 시스템에 사용할 측정 기술을 선택할 때 HBK의 스트레인 게이지는 1순위였습니다. 이 결정은 과거에 긍정적인 경험을 바탕으로 했으며, 가장 까다로운 환경 조건에서도 정확한 결과를 제공하는 측정 기술 공급업체이면서, 국제적인 명성을 지닌 HBK를 선택했습니다. 또 다른 장점은 '플러그 앤 측정'에 대한 HBK의 약속에 따라 스트레인 게이지를 쉽게 통합할 수 있다는 것이었습니다. 또한 HBK는 도움과 조언으로 PICCARD 프로젝트를 지원하는 데 전념했습니다. 이것은 임무의 목표에 대한 HBK의 동일시와 함께 미래의 협력과 성공적인 프로젝트를 지지하는 설득력 있는 주장입니다.
ETH 취리히 공립 대학의 산하 연기 기관인 Academic Space Initiative Switzerland에서 의욕적인 학생들은 2017 년부터 로켓 제작에 집중하고 있습니다. 그들의 목표는 이론 지식을 적용하고 심화하여 다양한 항공 우주 대회에 성공적으로 참가하는 것입니다. ETH 취리히 공립 대학은 기술과 자연 과학을 전문으로 하는 곳입니다. 1855년에 설립되었으며 오늘날 세계에서 가장 유명한 대학 중 하나입니다. 약 23,000명의 학부생과 대학원생이 16개 학과에서 연구하고 있습니다.