Wells-Cosmos

Nous sommes un groupe de dix étudiants à l’ENSMA intéressés par le secteur spatial et inscrits au club de construction de fusée de notre école, l’ESP. Nous avons décidé de fabriquer une mini fusée afin d’acquérir de l’expérience dans la fabrication, la conception et la gestion de projet.

Nous avons choisi de réaliser une fusée bi-étage qui se séparerait complètement et qui retomberait au sol grâce à deux parachutes. Notre projet initial était de faire atterrir le deuxième étage à la verticale et de le faire atterrir sur des pieds qui seraient sortis de la fusée lors de la séparation.

            Nous avons décidé de nous répartir les tâches en créant trois pôles : un pôle mécanique s’occupant de la structure générale de la fusée, un pôle électronique gérant la partie programmation et un pôle expérience responsable de la conception du système de séparation de la fusée.

Description mécanique

Notre fusée est basée sur une peau porteuse en PVC, la répartition des éléments dans la fusée a été validée par une mise en plan sur le logiciel Catia v5.


            Cette partie s’est aussi concentrée sur l’intégration du moteur grâce à deux bagues aluminiums réalisés par l’atelier de notre école. Nous avons choisit de maintenir le haut du moteur par un croisement des ailerons au dessus du moteur ce qui nous a contraint à faire des ailerons assez long. Cependant durant la RCE3 nous avons appris que cette méthode était impossible avec le moteur Pandora… Nous avons donc été contraint d’allonger le logement pour que le moteur ne touche plus les ailerons et que la reprise se fasse par la petite bague présente sur le moteur. Pour cela nous avons placé deux tiges filetées dans les bagues de fixation, placé deux cales en bois qui permette d’avancer le moteur et nous avons fixé un cercle d’aluminium percé avec un diamètre inférieur au moteur, un fois au C’Space nous avons lentement limé l’intérieur de la bague afin de l’ajuster exactement au moteur. Pour que le moteur ne retombe pas nous avons installé une petite languette maintenue par un écrou que l’on vient mettre en travers pour bloquer le moteur en translation.

Schéma et photographie des bagues de fixation du propulseur

Système de récupération

Le système de récupération devait être en trois parties : une pour la récupération du premier étage, deux pour la récupération de deuxième étage.
Pour le premier étage un parachute suffit il sort par une trappe latérale qui s’ouvre sous la pression d’un ressort accroché à un bout de carton poussant sur le parachute, le déverrouillage de la trappe est effectué par un servomoteur.
Pour le deuxième étage nous avions choisit de mettre deux parachutes de même taille afin d’assurer que cet étage atterrisse droit. L’ouverture est déclenchée directement par le système de séparation via une tige tournante au milieu de la fusée nous y reviendrons plus précisément dans la partie expérience. Finalement après avoir fabriqué le système nous avons gardé le système d’ouverture mais pour un seul parachute à cause d’un manque de place pour en mettre deux.

Expérience

Notre expérience consiste en la séparation de la fusée en deux parties comme nous l’avons mentionné plus haut. A l’origine du projet nous devions déployer des pieds lors de la séparation nous avons abandonné cette idée par la suite car la conception était trop en retard au moment du rendu du StrabTraj.

Nous avons opté pour la séparation pour un système de serrure qui se déverrouille par rotation d’un axe entraîné par un servomoteur. La tige traversant la fusée devant être séparée en deux nous avons donc un système de clé-serrure qui transmet la rotation mais qui laisse la translation libre d’avoir lieu au milieu de cette pièce se trouve un ressort qui aide la séparation à se faire. Ce système est imprimé dans sa quasi totalité en 3D et l’assemblage est fait par collage et par blocage mécanique via des vis traversant les tiges ce qui permet de transmettre idéalement le couple.

Un des enjeux majeurs de ce système est la flèche de la fusée pour cela nous avons imprimé un tube permettant de faire la jonction entre les deux étages et ainsi limiter la flèche.

Fichier Catia du système de séparation des deux étages

Déroulement du C’Space et du vol

Lorsque nous sommes arrivés au C’Space le Samedi 13 Juillet en début d’après midi, la fusée était bien avancée mais il restait encore certaines choses à régler. Nous avons commencé par faire quelques courses pour acheter le matériel manquant.

            Nous avons fait un premier passage au contrôle dans la journée du dimanche. Nous nous sommes alors rendu compte que notre système de fixation moteur ne fonctionnait pas. Ainsi les tiges filetés pliées pour retenir le moteur après la phase de poussée n’étaient pas adaptées. Nous avons choisi de placer une languette en aluminium pour empêcher le moteur de tomber par gravité. Après avoir limé la bague pour que le propulseur puisse passer, nous avons fait contrôler le système de fixation du moteur.

            Nous avons eu un problème durant la journée du lundi puisqu’un de nos servomoteur ne fonctionnait plus. Ce servomoteur était essentiel à la séparation des deux étages de notre fusée. Après l’avoir démonté puis montré à la debug team, nous avons trouvé un nouveau moteur grâce au club Leofly. Nous avons du refaire le système de transmission du couple qui n’était pas adaptée à ce nouveau moteur.

Le mardi, nous sommes parvenu à faire fonctionner notre système de séparation. Cependant,  le ressort que nous avions prévu était trop petit. Malgré le lubrifiant, la séparation n’était pas satisfaisante et le deuxième étage restait coincé dans le tube de séparation servant à limiter la flèche. Un autre problème était la taille de la trappe du parachute du deuxième étage qui était trop petite. De plus , la trappe ne se fermait pas correctement. C’est pourquoi, nous avons décidé d’assembler définitivement les deux étages et de lancer notre fusée en un seul étage.

            Après des derniers réglages concernant la chronologie et le programme informatique, nous sommes allés faire contrôler notre fusée le mardi après-midi. Le dernier problème concernait le parachute qui ne s’éjectait pas suffisamment. Nous avons donc placé un morceau de carton entre le parachute et un ressort fixé au tube en PVC pour faciliter l’ouverture. Après ce dernier réglage, notre fusée a passé les contrôles le mardi en fin d’après-midi. Le lancement a eu lieu le mercredi 17 Juillet dans la matinée. Le ciel était nuageux mais les conditions semblaient plutôt bonnes puisque le vent était faible. Ainsi, la fusée n’est pas retombée loin de la rampe. Le parachute s’est bien ouvert quelques instants après l’apogée mais il s’est emmelé dans les ailerons malgré les longues suspentes. Ainsi, la fusée a touché le sol à une vitesse trop rapide. L’impact a détruit la fusée et notre vol a été classé vol balistique. Nous n’avons aucune donnée précise mais nous pensons que l’altitude atteinte par la fusée est comprise entre 150 m et 200 m.

Une petite photo en vol !

Retour sur le vol en torche

Nous avons déterminé quelques pistes qui peuvent expliquer cet échec. En effet même si l’éjection du parachute était facilitée par le ressort, celui-ci pouvait s’emmêler dans la trappe qui était fixée à la fusée par une charnière. Pour résoudre ce problème, nous aurions pu concevoir une trappe accrochée aux suspentes du parachute qui s’éjecte avec celui-ci lors de l’ouverture.

            Notre deuxième erreur est le choix du moment d’ouverture du parachute. Ce dernier s’est ouvert après l’apogée, au moment où la fusée commence à redescendre et que la coiffe pointe vers le sol. A cause de cette orientation, la fusée descend verticalement, la coiffe vers le bas. Ainsi, les suspentes du parachute ne peuvent que toucher les ailerons. Nous aurions pu ouvrir le parachute avant ou au moment de l’apogée. Une autre solution aurait été d’avoir le centre de gravité en dessous de l’attache du parachute pour que la fusée retombe ailerons en bas.

            De plus, notre fusée devait se séparer. Donc le parachute du premier étage devait se fixer à la fusée dans la partie supérieure de l’étage. Comme nous avons renoncé à la séparation, la fixation du parachute était située sous le centre de gravité de notre fusée, ce qui a obligé la fusée à retomber la coiffe vers le sol et donc a favorisé l’ouverture difficile du parachute.

            L’électronique de la fusée n’était pas très bien organisé. En effet beaucoup de fils étaient emmêlés et la détection d’un faux contact était difficile. Nous aurions pu utiliser une carte elec qui aurait permis d’ordonner les fils et les composants électroniques.             Nous sommes allés récupérer la fusée dans l’après midi, quelques heures après le lancement. Celle ci était retombée quelques dizaines de mètres de la rampe grâce au faible vent. L’impact avec le sol l’a brisée en deux gros morceaux et de nombreux fragments plus petits. La carte Arduino, la coiffe et quelques bagues en bois étaient également séparées de la fusée.