Skyward Experimental Rocketry, comunemente abbreviata in Skyward, è un'associazione studentesca no-profit del Politecnico di Milano, che conta più di 170 membri.
Fondata il 4 marzo 2012 da un gruppo di studenti, ha come obiettivo di progettare, costruire e lanciare razzi-sonda sperimentali.
Skyward è la prima associazione universitaria di rocketry italiana e detiene il record nazionale di altitudine di volo avendo raggiunto un apogeo di 1500 metri su territorio nazionale (settembre 2021, Roccaraso (AQ)).
L'associazione partecipa annualmente alla competizione europea EuRoC (European Rocketry Challange), alla quale ogni team universitario presenta un progetto sviluppato in autonomia. Storia Nata nel 2011 come ASMA, acronimo di Aeronautics and Space Manufactoring Association For Experimental Rocketry, con l'obiettivo di unirsi ad ESMO (European Student Moon Orbiter), un programma creato dall'European Space Agency che si conclude nel 2012, l'associazione cambia nel 2012 il proprio nome in Skyward Experimental Rocketry.
Sin dagli inizi, lo scopo dell'associazione è quello di progettare, testare e lanciare razzi sperimentali autocostruiti, consentendo ai propri membri l'acquisizione di competenze specifiche mettendo in pratica le conoscenze apprese durante gli studi, nel pieno rispetto delle leggi e delle normative vigenti, prevedendo, inoltre, attività di divulgazione nell'ambito del razzimodellismo amatoriale e collaborazioni con aziende ed università del settore.
Progetti
Fe-1 Nel 2011, ASMA crea il suo primo razzo in legno con ogiva in calcestruzzo. La decisione del nome del razzo deriva dalla scelta di usare le iniziali del nome Ferdinando, collega di uno dei fondatori dell'associazione. Il suo primo e unico lancio, effettuato nel maggio 2011, si chiude con l'esplosione del razzo sulla rampa di lancio.
Rocksanne I-X: il primo razzo sonda Nel Febbraio 2012, a seguito dell'incidente avvenuto al momento del lancio di Fe-1, Skyward cambia rotta, inizializzando il programma Rocksanne.
Il nome Rocksanne I-X deriva dall'unione di due parole: Rocket e Roxsanne, canzone del gruppo britannico The Police. Il progetto prevede la costruzione di un razzo monostadio a propellente solido, con elettronica di base che analizza il comportamento in volo del velivolo durante la fase propulsiva ed inerziale. L'obiettivo del progetto è raggiungere una quota minima di 1000 metri ed effettuare il lancio e recupero senza registrare danni, verificando il funzionamento di tutti i sistemi attivi e passivi, e garantire la possibilità di riutilizzarlo.
Il progetto copre un arco di tempo di un anno e mezzo. Nel novembre del 2013, viene effettuato il primo lancio, con condizioni meteorologiche proibitive. Il lancio avviene con successo, raggiungendo 929 metri di apogeo, una velocità pari a 501 km/h, Mach 0.6 ed accelerazione massima di 6g.
Struttura
Tutta la struttura è progettata in modo da essere modulabile: vi è la possibilità di apportare modifiche ad un elemento senza dover alterare l'intera struttura del razzo. La lunghezza complessiva è di quasi 200 cm con un diametro di 9 cm. I materiali utilizzati sono stati scelti per il basso costo e le proprietà meccaniche adatte alle sollecitazioni che possono subire durante il volo. La fusoliera è realizzata in PVC, così come tutti i tubi di accoppiamento che tengono unite le singole parti. L'ogiva è realizzata in vetroresina, mentre alette stabilizzatrici, dischi di centraggio e testate di chiusura delle singole parti sono in compensato di pioppo di diversi spessori. Sistema propulsivo Il sistema propulsivo è costituito da un motore a razzo a combustibile solido, soprannominato Lilith, in grado si sviluppare una spinta massima teorica di 1700 N e un impulso totale di 1400 Ns. Il tempo di combustione è 0,9 s, valore dovuto all'alto rateo di combustione del propellente. Tale propellente è costituito da nitrato di potassio (KNO3) come ossidante e saccarosio come combustibile nelle proporzioni 61,75%/33,25% rispettivamente, con 5% di HTPB. Questa scelta è legata al basso costo e alla facilità di preparazione e di stoccaggio della miscela. La massa totale di propellente è di 1,1 kg. Tutto il motore è riutilizzabile, eccezion fatta per la carica di propellente. Il sistema di accensione è costituito da una carica pirotecnica innescata da un sistema elettrico, permettendo al propulsore di raggiungere la pressione ottimale in camere di combustione in poco tempo. L'accensione può essere comandata a distanza, aumentando le condizioni di sicurezza. Sistema di recupero La configurazione del sistema di recupero prevede l'utilizzo di due paracadute:
la prima espulsione avviene al raggiungimento dell’apogeo, causando il distacco dell’ogiva e del vano di payload e l’eiezione del paracadute pilota. Quest’ultimo decelera solo in parte la caduta del razzo in modo tale da non farlo allontanare troppo dal sito di lancio a causa del vento.
la seconda espulsione avviene ad un determinato tempo dopo l’apogeo e provoca l’eiezione del paracadute principale. Non si tratta di una vera e propria espulsione, in quanto avviene l’azionamento di un particolare sistema di sgancio pirotecnico che libera il pilota dal paracadute.
Il materiale utilizzato per la fabbricazione dei due paracadute è il nylon ripstop, che garantisce un’elevata resistenza ed un peso minimo. Le due espulsioni sono comandate da timer elettronici preimpostati azionati automaticamente al momento del lancio.
Durante la seconda espulsione, un'anomalia improvvisa non permette al paracadute principale di aprirsi, portando il razzo a schiantarsi. Rocksanne I-X CT Nel 2013 viene sviluppato Rocksanne I-X "Carbon Tail": una versione più leggera del Rocksanne I-X, con fincan e alette stabilizzatrici in fibra di carbonio e un meccanismo di recupero più affidabile, in grado di resistere a livelli maggiori di stress meccanico. Nel giugno 2014, ha effettuato due lanci nominali in meno di 24 ore, raggiungendo 1100 metri di apogeo, una velocità pari a 533 km/h, Mach 0.66 ed accelerazione massima di 7g.
Rocksanne 2-Alpha (R2A) Nel 2015 nasce Rocksanne 2-Alpha, meglio noto come R2A, un razzo di 4,4 metri progettato con lo scopo di testare nuovi sottosistemi da installare su progetti futuri.
Il profilo di missione del lancio prevede di raggiungere un’altezza di apogeo tra i 7000 e i 10.000 metri, superare la velocità del suono e testare la resistenza dei componenti ad accelerazioni fino a 10g. La struttura di R2A è costruita completamente in carbonio, scelta che lo rende contemporaneamente leggero e resistente. Il suo sistema di recupero consiste in due parafreni e un’ala Rogallo che, pilotata autonomamente, riporta da progetto il razzo nell'area di atterraggio, utilizzando algoritmi di riconoscimento d’immagine abbinati alla telemetria registrata durante il volo. L’elettronica è pensata, progettata e realizzata completamente all’interno dell’associazione. Il sistema prevede una scheda madre che coordina tutti i sottosistemi del razzo attraverso delle daughterboards, per sfruttare al meglio i sistemi di bordo. Il sistema di comunicazione, invece, gestisce la trasmissione e la ricezione di telemetria e comandi tramite una patch di antenna, appositamente costruite per aderire alla superficie di un razzo. Presenta un vano payload che può ospitare diversi strumenti di ricerca, fino a un massimo di 5kg.
Cyrano Program Nel 2016, si pensa di ampliare l’area di interesse dell’associazione, passando dalla costruzione di un razzo-sonda, fortemente collegato all’ambiente spaziale, alla progettazione e realizzazione di un aereo-drone, di modo da suscitare un maggiore interesse verso l’ambito aeronautico.
Programma nato dalla volontà di trovare un metodo innovativo per accedere all’alta quota, progettando di realizzare tre aereo-droni con il compito di portare in quota i razzi-sonda realizzati dall'associazione, il Cyrano Program si pone come scopo la costruzione di un velivolo sperimentale radiocomandato che consentirebbe il lancio in quota della serie di razzi-sonda del programma Rocksanne. Il drone dovrebbe essere in grado di trasportare il razzo-sonda ad una desiderata altitudine, alla quale, sfruttando una manovra di richiamata, verrebbe lanciato in posizione verticale. Grazie all’aria rarefatta dovrebbe essere possibile raggiungere una quota di apogeo che, secondo le prime stime, sarebbe superiore di circa l’80% rispetto a quella raggiunta lanciando dal livello del mare. A missione completata, il drone dovrebbe ritornare verso la base, atterrando su un’aviosuperficie.
Il primo drone, la cui realizzazione è prevista per la fine del 2016,viene progettato per il raggiungimento di una quota di 6000 metri. A seguito delle prime stime, si prevede che lo stesso sfrutterebbe una configurazione canard, con due propulsori a getto e un’apertura alare di 6 metri. Grazie a un canale video in tempo reale, al controllo da remoto e a tutti i sensori necessari, è possibile pilotare il drone, garantendo gli standard di sicurezza richiesti da ENAC. Il progetto viene lasciato in sospeso per mancanza di fondi.
Hermes V0 Nel 2019, vengono sviluppati i due razzi "gemelli" Hermes V0 e Hermes V1. Hermes V0 è il primo razzo della serie di test Hermes progettato come piattaforma a basso costo per testare l'ala Rogallo e tutti i sottosistemi sviluppati per Rocksanne 2-Alpha.
L'idea dà il via alla rinascita di Skyward, permettendo ai nuovi membri di portare avanti il progetto dall'inizio alla fine. Hermes è completato in 6 mesi di lavoro da una piccola squadra di 25-30 persone e lanciato a Roccaraso nel maggio 2019 con conseguenze balistiche a causa di un guasto al sistema di espulsione.
Struttura Hermes V0 si ispira al design di Rocksanne I-X. Presenta caratteristiche simili, come la lunghezza di circa 200 cm, il diametro di 9 cm e il peso vicino alla versione "Carbon Tail". La fusoliera è divisa in due tubi di alluminio con uno spessore di 2 mm, collegate con un tubo di accoppiamento interno: il pezzo inferiore contiene il motore a propellente solido COTS e il set di alette in PLA stampato in 3D, mentre il pezzo superiore contiene l'elettronica e i paracadute. Software Il Software utilizzato per Hermes viene sviluppato per due distinti sottosistemi:
il Ground Station, che monitora lo stato del razzo. Consente ai membri del team di monitorare il razzo, sia a terra che durante il volo. Lo scopo di questo software è di ricevere e decodificare i pacchetti di dati dal razzo, inviare comandi e visualizzare i dati ricevuti in tabelle, grafici o mappe. il OBSW, ovvero il software di bordo, installato sull'elettronica del razzo. Eseguito nel sistema elettronico interno (Death Stack) di Hermes V0, viene usato per ricevere comandi, inviare dati alla stazione di terra, registrare i dati da tutti i sensori di bordo, rilevare l'apogeo, espellere l'ogiva, comandare i thermocutters per tagliare il primo parafreno e l'ala Rogallo e, infine, controllare i servomotori collegati all'ala di Rogallo. L'OBSW utilizza Miosix, un sistema operativo real time per microcontrollori, ed è modellato usando macchine a stati gerarchiche.
Elettronica di bordo Il Death Stack V1 è il primo computer di volo modulare di Skyward costruito e progettato dal dipartimento di elettronica. Presenta un microcontrollore STM32, una power board per gestire la distribuzione dell'energia da 12V LiPo e una scheda analogica con diversi sensori per recuperare i dati di volo. Le funzioni principali delle pile sono quelle di registrare i dati di telemetria e salvali su una scheda SD, rilevare l'apogeo utilizzando l'algoritmo ADA, inviare il comando per l'apertura del cono di naso e gestire il collegamento per l'invio della telemetria a terra. Sistema di recupero