Câu lạc bộ tên lửa Spaceshot dành cho sinh viên - Phần 1 (Hoa Kỳ)

Một cuộc khảo sát về sức đẩy của động cơ tên lửa lỏng và nỗ lực bắn vào không gian của sinh viên ở Mỹ

Trong vài năm trở lại đây, các câu lạc bộ tên lửa đẩy bằng chất lỏng và tên lửa bắn vào vũ trụ đã mọc lên tại các trường trung học và đại học trên toàn thế giới. Các câu lạc bộ này cung cấp cho sinh viên kinh nghiệm thực hành về thiết kế, chế tạo và thử nghiệm tên lửa bằng cách sử dụng chất phóng lỏng. Câu lạc bộ nổi tiếng nhất trong số những câu lạc bộ này có lẽ là câu lạc bộ tại Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Nhóm Tên lửa MIT đã có hơn 50 năm và đã phóng nhiều tên lửa thành công, trong đó có một tên lửa gần đây đạt độ cao trên 30 km. Các câu lạc bộ đáng chú ý khác bao gồm các câu lạc bộ tại Đại học Stanford, Đại học Nam California và Đại học Purdue. Các câu lạc bộ này cho phép sinh viên tìm hiểu về một lĩnh vực kỹ thuật tiên tiến. Họ cũng cung cấp một con đường cho những người quan tâm đến sự nghiệp trong kỹ thuật hàng không vũ trụ và các lĩnh vực liên quan khác.

MASA tại UMich

Đội bắn tên lửa sinh viên của Michigan là MASA. Các kỹ sư được tập hợp lại với nhau để thiết kế, chế tạo và phóng tên lửa sử dụng nhiên liệu lỏng bằng cách tiếp cận đa ngành. MASA được chia thành bảy nhóm phụ, cho phép các thành viên trong nhóm phát triển các kỹ năng kỹ thuật, kinh doanh, tiếp cận và lãnh đạo của họ. Với tư cách là một nhóm, MASA đang nỗ lực để đưa Michigan lên một tầm cao mới!

masa.engin.umich.edu

Tên lửa Clementine được MASA thiết kế như một tên lửa phóng âm thanh một tầng, siêu thanh. Ngoài hệ thống kerolox được cung cấp áp suất, Clementine còn có các bồn chứa chất đẩy bằng thép không gỉ được hàn nối, hệ thống điện tử hàng không tiên tiến, cấu trúc khí tổng hợp, v.v. Đây là tên lửa do sinh viên chế tạo lớn nhất ở Hoa Kỳ, cao hơn 20 'và đường kính 10,5 ".

Phòng thí nghiệm sức đẩy tên lửa của Đại học Nam California (USCRPL)

Đặt mục tiêu chế tạo tên lửa từ đầu, USCRPL là tổ chức sinh viên đầu tiên trên thế giới phóng và thu hồi thành công một tên lửa (Traveller IV) được thiết kế và sản xuất hoàn toàn bởi sinh viên. Đường Karman, nằm ở độ cao 100 km (328.084 feet), là một ranh giới không gian quốc tế. Phòng thí nghiệm hiện đang tiến về phía trước với những mục tiêu đầy tham vọng hơn trong và ngoài bầu không khí của chúng ta.

Một chiếc xe có đường kính 8 inch, Traveler IV đã được phóng từ Spaceport America vào mùa xuân năm 2019. Nó đạt đến đỉnh cao 339.800 ft với độ không chắc chắn là 16.500 ft, lập kỷ lục về độ cao cao nhất từng đạt được bởi một chiếc xe do sinh viên thiết kế trong lịch sử; nó cũng là phương tiện được thiết kế hoàn chỉnh đầu tiên do học sinh chế tạo để vượt qua ranh giới Kármán với độ tin cậy 90%.

www.uscrpl.com

Các cạnh hàng đầu của vây của Traveller IV bị nóng quá mức, và lớp sơn đã bị cháy hoàn toàn. Ngoài ra, các điểm không hoàn hảo trong quỹ đạo bay đã được quan sát thấy ngay lập tức khỏi tấm đệm, vì tên lửa dường như dao động trong vài giây đầu tiên của chuyến bay. Không biết điều gì đã gây ra hiện tượng này; lời giải thích rất có thể là nó được gây ra bởi thiệt hại quan sát thấy sau chuyến bay. Việc triển khai hệ thống phục hồi đảm bảo rằng phương tiện hạ cánh nhẹ nhàng và bộ phận điện tử hàng không đã ghi lại thành công dữ liệu trên một số thiết bị sẽ xác định độ cao apogee.

Họ thậm chí còn có một bộ phim tài liệu về nỗ lực lịch sử của họ.

Đội tên lửa MIT

Với sứ mệnh thúc đẩy hoạt động khám phá không gian đạt tiềm năng cao nhất, Nhóm Tên lửa MIT đi đầu trong việc phát triển tên lửa định âm cho các trường đại học. Khoảng 100 sinh viên chưa tốt nghiệp thành lập Nhóm, chuyên chế tạo tên lửa để vươn tới không gian, học hỏi càng nhiều càng tốt khi làm như vậy và chia sẻ kinh nghiệm chế tạo tên lửa của chúng tôi.

Nhóm ra mắt vào năm 2014 và đã leo lên độ cao hơn 30.000 ft kể từ đó. Hàng năm, họ sử dụng ít bộ phận rời hơn và tìm hiểu thêm về cách tiếp cận không gian.

rocketry.mit.edu

Bên cạnh việc thiết kế, sản xuất và thử nghiệm động cơ tên lửa lỏng, nhóm động cơ đẩy chất lỏng của họ cũng sản xuất tất cả cơ sở hạ tầng thử nghiệm và hệ thống cấp dữ liệu cần thiết để thử nghiệm. Các thành viên trong nhóm sản xuất tất cả các thành phần trong khuôn viên trường. Gần đây chúng tôi đã hoàn thành việc chế tạo động cơ Ethanol / LOX 1,6 kN tản nhiệt sẵn sàng cho lửa nóng và hiện chúng tôi đang thiết kế một động cơ Kerosene / LOX làm mát bằng năng lượng tái sinh.

Họ đã thực hiện một video giới thiệu một số hoạt động của đội.

SEDS UC San Diego

SEDS tại UCSD là viết tắt của sứ mệnh đơn giản là thúc đẩy thế hệ tiếp theo của ngành thám hiểm và phát triển không gian. Những sinh viên này là một trong những sinh viên sáng giá nhất và có năng lực nhất trên hành tinh. Thông qua các tiến bộ kỹ thuật sáng tạo và phát triển kinh doanh, SEDS đẩy lùi ranh giới của những gì được cho là có thể. Trong khi thực hiện các nghiên cứu thúc đẩy ngành công nghiệp vũ trụ phát triển, họ đi tiên phong trong các dự án tên lửa cấp ngành và nuôi dưỡng các nhà lãnh đạo trong cả lĩnh vực kỹ thuật và kinh doanh.

Nhóm Động cơ đẩy của SEDS UCSD tập trung vào việc thúc đẩy các ranh giới của công nghệ động cơ đẩy cả trong đại học và trong ngành. Nhóm nghiên cứu có một lịch sử đã được chứng minh về những lần đầu tiên, chẳng hạn như động cơ tên lửa được sản xuất bổ sung đầu tiên có thể đốt nóng (Tri-D) và động cơ tên lửa được sản xuất bổ sung đầu tiên có thể bay (Ignus I).

Ignus II Hot-fire đã được xuất bản trên YouTube.

Một động cơ tên lửa thế hệ tiếp theo, Nephas, hiện đang được thiết kế và xác minh bởi Nhóm đẩy.

www.sedsucsd.org

Động cơ tên lửa Nephas là một động cơ tên lửa điều tiết, lực đẩy, tái sử dụng, có thể khởi động lại, nạp áp suất, động cơ tên lửa LOX-LCH4 được sản xuất từ ​​hợp kim siêu hợp kim đồng. Được thiết kế để vận hành như một gói hoàn chỉnh độc lập với sự tích hợp tối thiểu với xe của nó, Nephas sẽ hỗ trợ cả Odyssey và Halya.

Dự án tên lửa trường đại học bang San Diego

Được thành lập bởi các sinh viên Đại học Bang San Diego, Dự án Tên lửa SDSU thiết kế, chế tạo và phóng tên lửa lỏng và rắn. Bằng cách cung cấp kinh nghiệm kỹ thuật thực hành, họ nhằm mục đích phát triển kỹ năng kỹ thuật và chuyên môn của các thành viên trong khi tạo ra các hệ thống hàng không vũ trụ sáng tạo. Nhiệm vụ này thúc đẩy Dự án Tên lửa SDSU xây dựng các tên lửa phức tạp đi đầu trong lĩnh vực kỹ thuật của trường đại học.

Tính đến năm nay, Kármán San Diego, dự án đang thực hiện của họ, đang được thiết kế ảo.

www.sdsurocketproject.org

Kármán San Diego (KSD) không tham gia một cuộc thi bắn tên lửa truyền thống. Dựa trên thử thách từ chất lỏng sang không gian Cơ sở 11, Dự án Tên lửa đặt ra để đạt được mục tiêu dễ đạt được hơn: tiếp cận không gian qua hai giai đoạn, sử dụng giai đoạn tăng cường chất lỏng và giai đoạn thứ hai. Họ hiện đang làm việc trong giai đoạn tăng cường của KSD, đây là một trong ba bước sẽ giúp chúng tôi tiếp cận không gian. Sau khi xác thực giai đoạn đầu tiên, hai lần phóng tiếp theo sẽ là một cuộc mô phỏng hàng loạt, sau đó là một vụ bắn vào không gian thực! Nếu Kármán San Diego thành công, nó sẽ trở thành tên lửa đầu tiên bay vào vũ trụ bằng tên lửa lỏng ở cấp độ đại học.

Dự án Tên lửa SDSU có một video quảng cáo trên YouTube.

Tên lửa Waterloo

Được thành lập vào năm 2009, Waterloo Rocketry là một nhóm thiết kế sinh viên kỹ thuật, khoa học và toán học tại Đại học Waterloo. Hiện tại họ có khoảng 50 thành viên. Mỗi tháng 6 tại Spaceport America, New Mexico, họ chế tạo, phóng và thiết kế tên lửa đến độ cao mục tiêu 30.000 'cho Cuộc thi Kỹ thuật Tên lửa Liên trường.

Mục tiêu chính của nhóm là cung cấp cho sinh viên trải nghiệm học tập thực hành trong tất cả các khía cạnh của thiết kế kỹ thuật, bao gồm nghiên cứu, thiết kế, phân tích, chế tạo và thử nghiệm.

www.waterloorocketry.com

Kết quả của một tuần dài tại Spaceport America Cup (SAC) 2022, họ tự hào đã nhận được giải thưởng từ ban giám khảo SAC cho một số thành tựu kỹ thuật của chúng tôi. Ngoài việc giành được Giải thưởng Jim Furfaro về Kỹ thuật xuất sắc cho bài thuyết trình trên bục giảng về Thiết kế và Đặc tính hóa hệ thống khôi phục Reefing, họ cũng đã chiến thắng Thử thách tải trọng SDL cho Tải trọng trông chuyên nghiệp nhất!

Waterloo Rocketry đã xuất bản Ngọn lửa tĩnh động cơ lỏng của họ trên YouTube.

Một động cơ tên lửa lỏng mới do sinh viên nghiên cứu và thiết kế đã được bắn lần đầu tiên tại địa điểm thử nghiệm mới của Waterloo Rocketry. Được cung cấp năng lượng từ etanol và oxit nitơ, động cơ này là bước đầu tiên của Waterloo Rocketry trong việc phát triển động cơ chất lỏng. Bắt đầu từ năm 2022, nó sẽ cung cấp năng lượng cho tên lửa của họ.

Waterloo Rocketry sử dụng phần mềm mô phỏng ANSYS để mô phỏng cấu trúc phức tạp, dao động và tải nhiệt mà các bộ phận tên lửa của chúng tôi phải trải qua trong quá trình bay. Kết quả là, chúng tôi có thể nhanh chóng lặp lại các thiết kế và phát triển các bộ phận nhẹ hơn, hiệu quả hơn.

Đối với phần động cơ của tên lửa, họ đã sử dụng mô phỏng nhiệt ANSYS và các tính năng tối ưu hóa cấu trúc liên kết để thiết kế vòi phun tên lửa Inconel in 3D của họ, "Ghost Pepper". So với vòi phun than chì trước đây của chúng tôi, nó nhẹ hơn đáng kể và có thể xử lý khí thải ở 2326 ° C.

Họ đã xuất bản Ngọn lửa tĩnh ma tiêu trên YouTube.

Hiệp hội Sức đẩy Tên lửa Tiên tiến (SARP UW)

Tại Đại học Washington, Hiệp hội Sức đẩy Tên lửa Tiên tiến (SARP), sinh viên thiết kế và chế tạo tên lửa có sức công phá cao nhất. Tên lửa đẩy sinh học chất lỏng đầu tiên của họ, Pacific Impulse, dự kiến ​​sẽ được phóng và họ dự định cạnh tranh trong FAR Dollar Per Foot Challenge (DPF) với nó. Trước đó, họ đã tham gia Cuộc thi Kỹ thuật Tên lửa Liên trường (IREC) do Hiệp hội Tên lửa Kiểm tra Âm thanh Thử nghiệm (ERSA) tổ chức cùng với 95 đội khác. Năm 2019, họ đứng đầu trong hạng mục 30.000 feet và giành được Cúp Spaceport America.

Hiện tại, Pacific Impulse có đường kính 8 inch và cao 20 feet. Nó nặng 160 pound khô và 190 pound ướt. Một lực đẩy trung bình khoảng 1200 lbf sẽ được tạo ra bởi động cơ lớp O của tên lửa, được cung cấp nhiên liệu bởi 75% etanol / nước, được oxy hóa bởi oxit nitơ và được tạo áp suất bằng heli.

sites.uw.edu/sarpatuw

Một số thành phần tạo nên cụm buồng đẩy. Chúng bao gồm một buồng đốt bằng nhôm, kim phun pintle, bộ đốt trước phenolic, bộ đánh lửa kẹo tên lửa và vòi phun hình nón bằng than chì.

Trọng tải sẽ bao gồm một máy bay không người lái tự động giữ liên lạc và bay gần tên lửa đang hạ xuống. Máy bay không người lái sẽ chứa một camera để thu thập dữ liệu trong suốt chuyến bay.

Họ đã xuất bản Nghiên cứu Thương mại Máy bơm tiêm của họ trên YouTube cùng với một video cường điệu.

Hiệp hội Hàng không Vũ trụ Bang Portland (PSAS)

Ngoài việc chế tạo tên lửa mã nguồn mở, chi phí cực thấp, động cơ tên lửa nhiên liệu lỏng và vệ tinh, Hiệp hội Hàng không Vũ trụ Bang Portland còn duy trì tất cả sự phát triển công nghệ nguồn mở. Trong ngành hàng không vũ trụ, có những silo có ý nghĩa lịch sử, tạo ra những công nghệ độc quyền được bảo vệ cao.

LV4 (Launch Vehicle 4) là tên lửa thứ hai của họ, nhằm mục đích giành chiến thắng trong thử thách Cơ sở 11. Khi đến rìa không gian, nó sẽ làm nên lịch sử với tư cách là tên lửa chạy bằng nhiên liệu lỏng đầu tiên được chế tạo bởi một trường đại học.

'

www.pdxaerospace.org

Dựa trên mục đích của chúng, động cơ của chúng được in bằng nhôm, nhựa hoặc thép theo quy trình sử dụng tập lệnh Python. Phiên bản hiện tại, sẽ sản xuất 2,2kn và có quy mô 14.000, đã được in bằng nhôm và các thử nghiệm "lửa nóng" sẽ sớm bắt đầu. Để đạt được mục tiêu của họ, LV4 sẽ cần một động cơ 6kn. Động cơ sẽ được in 3D bằng thép không gỉ.

Triết lý của PSAS là tất cả mọi người đều cần thiết. Có các kỹ sư, nhà toán học, nhà hóa học và nhà phát triển phần mềm, nhưng họ cũng có các nhà quản lý dự án, nghệ sĩ kỹ thuật số và các chuyên gia tiếp thị sắp trở thành trong nhóm của họ. Nó là một tổ chức giống như một doanh nghiệp và bất kỳ ai quan tâm đến việc giúp đỡ ngành công nghiệp vũ trụ đều được hoan nghênh đóng góp. Họ có những người đóng góp từ khắp tiểu bang và từ mọi lĩnh vực nghiên cứu.

Họ đã xuất bản một video định hướng trên YouTube.

Chương trình Không gian Purdue

Nhiệm vụ của PSP là trao quyền cho sinh viên đổi mới trong khám phá không gian, nhưng công việc của họ còn vượt ra ngoài học thuật.

Boomie Zoomie là một tên lửa do sinh viên thiết kế và phát triển từ PSP Liquids. Đây là tên lửa lỏng-lỏng đầu tiên được thiết kế hoàn toàn bởi các sinh viên trường Purdue, đạt độ cao 45.000 feet và đáp ứng các yêu cầu của Cuộc thi Tên lửa Chất lỏng FAR MARS 2017–2019.

purdueseds.space

Họ đã xuất bản một bài báo có tên là Phát triển Sinh viên về Oxy lỏng, Tên lửa Định âm Mêtan lỏng và Cơ sở hạ tầng Khởi động trên một tạp chí AIAA.

Họ cũng đã thực hiện nhiều video giới thiệu sự tiến bộ của họ trong những năm qua. Giống như Tên lửa Mêtan lỏng Đầu tiên cho Chương trình Không gian Purdue.

Và Boomie Zoomie Hotfire 1.

Là một tên lửa methalox với lực đẩy 900 lbf và áp suất bình chứa 500 psi, Boomie Zoomie B được thiết kế và chế tạo bởi các sinh viên tại Đại học Purdue, nơi SEDS (Sinh viên Khám phá và Phát triển Không gian) có chương lớn nhất trong nước. Vào tháng 3 năm 2022, họ đi đến sa mạc Mojave và phóng Boomie Zoomie B như một phần của cuộc thi FAR-Mars. Họ đã thu hồi tên lửa một cách an toàn, tái chế và phóng nó một lần nữa.

Chương trình Không gian Purdue đã phóng tên lửa mêtan lỏng của mình hai lần trong một ngày cuối tuần.

Thật là một thời gian tuyệt vời để được là một sinh viên. Các câu lạc bộ này cho phép sinh viên tìm hiểu về một lĩnh vực kỹ thuật tiên tiến. Họ cũng cung cấp một con đường cho những người quan tâm đến sự nghiệp trong kỹ thuật hàng không vũ trụ và các lĩnh vực liên quan khác. Các chương trình này mang đến cho sinh viên trên khắp thế giới cơ hội có được kinh nghiệm thực tế trong lĩnh vực khám phá không gian. Với sự trợ giúp của các chương trình này, chúng ta có thể thấy thế hệ phi hành gia, kỹ sư và nhà khoa học tiếp theo, những người sẽ đưa chúng ta tiến xa hơn nữa vào vũ trụ.

Hãy theo dõi Phần 2, nơi chúng ta sẽ khám phá các câu lạc bộ tên lửa sinh viên khác từ khắp nơi trên thế giới.

Thông tin về các Tác giả

Tôi là Nhà khoa học dữ liệu, Nhà khoa học về tên lửa nghiệp dư và Nhà phát triển trò chơi độc lập. Trong thời gian rảnh, tôi làm việc trên Meco Rocket Simulator - Một trò chơi dựa trên vật lý thực tế, nơi bạn có thể thiết kế, chế tạo và thử nghiệm động cơ tên lửa đẩy chất lỏng.

Cũng được xuất bản tại đây