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Fusée Constellation

CONSTELLATION est une fusée expérimentale initiée pendant l’année scolaire 2015-2016 avec pour objectif de participer au C’Space 2017. L’expérience principale est le guidage d’un parachute hémisphérique pendant la phase de descente. Ce type de parachute est largement utilisé dans de nombreux domaine dont le spatial. Son guidage reste un enjeu et une problématique majeure.

Test parachute

Système de guidage

Le guidage est assuré par l’inclinaison du parachute dans une direction donnée grâce à 4 suspentes principales. Le système de guidage est composé de deux poulies, chacune étant actionnée par un micromoteur. Chaque poulie est reliée à deux suspentes opposées, de sorte que tirer sur l’une permet de relâcher l’autre. Le parachute est éjecté par la coiffe. Afin d’éviter que le mécanisme du guidage prenne le choc de l’éjection, nous avons mis en place une autre suspente reliée au parachute, plus courte que les autres suspentes au moment de l’éjection et qui sera allongée après quelques secondes par un mécanisme. Cette suspente va jouer aussi le rôle de suspente de secours : si une des suspentes de guidage se détache ou si un problème fatal se produit pendant le guidage, le parachute sera toujours bien relié à la fusée. Pour les capteurs de navigation nous avons choisi d’utiliser une centrale inertielle (accéléromètre, gyroscope et magnétomètre) et un GPS. Le calculateur est une carte Arduino Méga.

Nous avons essayé de prévoir le comportement du parachute en réalisant quelques expériences avec un petit parachute largué d’un pont de plus de 20 m de hauteur. Nous avons essayé de piloter ce parachute avec un robot LEGO. Nous n’avons pas réussi à déduire une loi de comportement, mais nous avons remarqué que le guidage n’était pas évident à cause du vent et des oscillations.

 

 

Puisque nous n’avons pas une connaissance précise des lois de guidage, le pilotage du parachute sera passif. L’algorithme de pilotage va exécuter une série d’actions programmées au préalable. Notre but n’est pas le guidage de la fusée vers un point donné mais plutôt l’étude du comportement du parachute et son influence sur la trajectoire de la fusée pendant la descente afin de déduire les lois de guidage.

 

Nous avons également mis une caméra orientée vers le haut pour étudier le comportement du parachute.

 

Interieur constellation

Expérience secondaire

En plus du guidage du parachute, la fusée comporte une expérience secondaire : l’étude de la stabilité dynamique de la fusée. Cela consiste à mesurer l’amplitude et la fréquence des oscillations de la fusée pendant la montée.

Le C’Space :

Le système d’éjection et la chaîne d’alimentation nous ont posé beaucoup de problèmes et nous avons perdu beaucoup de temps à les corriger pendant le C’space. Ainsi, nous n’avons pas réussi à qualifier le guidage du parachute par manque de temps. Cependant, nous avons pu régler les suspentes de sorte à incliner le parachute de façon permanente. Le système d’absorption de choc a pu être mis au point, et une caméra pointant vers le haut a pu être mise en place pour filmer l’ouverture.

La fusée a donc volé en mode dégradé, mais a réalisé un vol nominal. Le plafond nuageux était bas et nous n’avons pas pu voir l’ouverture du parachute. Elle est sortie des nuages 5 longues minutes après, et s’est posée presque en douceur près du public. Deux ailerons se sont pliés lors de l’atterrissage et le moteur est tombé en vol.

Décollage

 

 

Pour ce qui est de l’expérience, la principale source de résultats était la vidéo prise par la caméra. Grace à celle-ci nous avons pu observer précisément ce qui se passe à l’ouverture, et observer les mouvements du parachute lors de la descente. Les conclusions sont que le système d’ouverture est validé, et que le parachute bouge énormément durant la descente. Un problème de connexion entre le séquenceur et les autres cartes électronique n’a pas permis d’enregistrer les données de vol pour étudier précisément la stabilité de la fusée. Cependant, les différentes vidéos de la fusée prises lors du décollage montrent une bonne stabilité, comme prédit par les calculs.

La conception mécanique était un point fort du projet puisque la fusée a réussi à passer tous les tests mécaniques dès la première fois.

La fusée étant quasi intacte et presque finie, elle sera lancée à nouveau lors du prochain C’Space pour réaliser les expériences. Le guidage du parachute sera peut-être perfectionné pour prendre en compte les mouvements naturels et violents du parachute.