{"id":201,"date":"2024-04-03T22:00:17","date_gmt":"2024-04-03T20:00:17","guid":{"rendered":"https:\/\/spacecoffee.net\/?page_id=201"},"modified":"2026-02-12T18:40:29","modified_gmt":"2026-02-12T17:40:29","slug":"sterowiec","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/spacecoffee.net\/pl\/projekty\/sterowiec\/","title":{"rendered":"Sterowiec"},"content":{"rendered":"\n

Wprowadzenie<\/h3>\n\n\n\n

Sterowiec stanowi projekt budowy autonomicznego pojazdu unoszonego gazem lotnym, wraz z dedykowanym systemem stacji kontroli lot\u00f3w i stacj\u0105 dokowania. Jest to r\u00f3wnie\u017c najwi\u0119kszy dotychczas projekt, kt\u00f3rego realizacji podj\u0119\u0142o si\u0119 SKN SpaceCoffee.<\/p>\n\n\n\n

Ide\u0105 stoj\u0105c\u0105 za projektem jest rozw\u00f3j transportu powietrznego z wykorzystaniem pojazdu l\u017cejszego ni\u017c powietrze. Od czasu zaprzestania wykorzystania sterowc\u00f3w, zapotrzebowanie na zr\u00f3wnowa\u017cone, alternatywne rozwi\u0105zania transportowe w XXI wieku ponownie o\u017cywi\u0142o temat bada\u0144 nad takimi systemami lataj\u0105cymi. Zaprojektowany i skonstrowany przez nas sterowiec ma mie\u0107 stosunkowo niewielkie wymiary, jego \u0142adowno\u015b\u0107 ma si\u0119ga\u0107 5 kg, a jego g\u0142\u00f3wnym celem ma by\u0107 transport \u0142adunk\u00f3w na kr\u00f3tkie odleg\u0142o\u015bci. Sukces projektu ukazuje mo\u017cliwo\u015b\u0107 dalszego rozwoju i szerszego wykorzystania takich sterowc\u00f3w jako alternatywy dla dron\u00f3w transportowych i innych urz\u0105dze\u0144, kt\u00f3rych \u0142adowno\u015b\u0107 jest ograniczona, a czas dzia\u0142ania skr\u00f3cony. Du\u017c\u0105 zalet\u0119 stanowi ich d\u0142ugi czas wznoszenia si\u0119, niskie zu\u017cycie energii oraz niewielkie wymagania infrastrukturalne, a tak\u017ce skuteczne dzia\u0142anie w sprzyjaj\u0105cych warunkach przy s\u0142abym wietrze.<\/p>\n\n\n\n

Projekt konstrukcyjny<\/h4>\n\n\n\n

Konstrukcja statku powietrznego ma maksymalizowa\u0107 wydajno\u015b\u0107 no\u015bn\u0105 przy jednoczesnym zapewnieniu trwa\u0142o\u015bci, modu\u0142owo\u015bci i niskiej masy ca\u0142kowitej. Rama podtrzymuj\u0105ca uk\u0142ad nap\u0119dowy, elementy elektroniczne i mechanizm mocowania \u0142adunku zosta\u0142a zbudowana z wytrzyma\u0142ych pr\u0119t\u00f3w w\u0119glowych, element\u00f3w drewnianych i cz\u0119\u015bci drukowanych w 3D, takich jak elementy mocuj\u0105ce. Pozwala to na precyzyjne regulacje podczas fazy testowej. Dzi\u0119ki temu r\u00f3wnie\u017c, prototypowanie staje si\u0119 przyst\u0119pne cenowo. Kosz gondoli pod poszyciem zawiera g\u0142\u00f3wn\u0105 jednostk\u0119 obliczeniow\u0105 (Raspberry Pi 5), baterie i g\u0142\u00f3wne czujniki. Jego projekt umo\u017cliwia szybki dost\u0119p do komponent\u00f3w. Sterowiec b\u0119dzie unosi\u0142 si\u0119 w powietrzu dzi\u0119ki balonom stratosferycznym wype\u0142nionym gazem no\u015bnym, kt\u00f3re zamontowane s\u0105 na ramie pod poszyciem. Poszycie ma na celu zmniejszenie ryzyka wynikaj\u0105cego z gromadzenia si\u0119 elektryczno\u015bci statycznej na zewn\u0119trznych powierzchniach sterowca. Podczas test\u00f3w gazem no\u015bnym b\u0119dzie wod\u00f3r, jednak podczas publicznych prezentacji konieczne b\u0119dzie u\u017cycie stabilnego helu.<\/p>\n\n\n\n

Aby zako\u0144czy\u0107 budow\u0119, konieczne by\u0142o okre\u015blenie rozk\u0142adu ci\u0119\u017caru i stabilizacji \u015brodka ci\u0119\u017cko\u015bci, poniewa\u017c oba te czynniki maj\u0105 kluczowe znaczenie dla osi\u0105gni\u0119cia stabilno\u015bci lotu i zapewnienia responsywnej autonomicznej nawigacji. Aby uwzgl\u0119dni\u0107 rozszerzanie si\u0119 i kurczenie gazu w sterowcu podczas lotu, w projekcie zastosowano r\u00f3wnie\u017c elastyczny system mocowania mi\u0119dzy poszyciem a sztywnym korpusem.<\/p>\n\n\n\n

\n
\"\"
Render sterowca z poszyciem, 1<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"\"
Render sterowca z poszyciem, 2<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"\"
Render sterowca z poszyciem, 3<\/figcaption><\/figure>\n<\/figure>\n\n\n\n

System nap\u0119dowy<\/h4>\n\n\n\n

Uk\u0142ad nap\u0119dowy docelowo ma by\u0107 zintegrowany z systemem autonomii. Ka\u017cdy zesp\u00f3\u0142 silnika sk\u0142ada si\u0119 z dw\u00f3ch serwomotor\u00f3w po\u0142\u0105czonych lekkimi wspornikami wydrukowanymi w technologii 3D, na ko\u0144cu kt\u00f3rych umieszczony jest silnik elektryczny.
Wsporniki s\u0105 po\u0142\u0105czone ze sob\u0105 w spos\u00f3b umo\u017cliwiaj\u0105cy niezale\u017cny obr\u00f3t silnika w dw\u00f3ch osiach, co zapewnia operatorowi wysoki stopie\u0144 manewrowo\u015bci i precyzji. Takie rozmieszczenie pozwala r\u00f3wnie\u017c na prac\u0119 w zamkni\u0119tych pomieszczeniach lub w warunkach wymagaj\u0105cych ci\u0105g\u0142ych korekt, np. przy bocznym wietrze.<\/p>\n\n\n\n

Skupiaj\u0105c si\u0119 na przeznaczeniu pojazdu jako lekkiego \u015brodka transportu \u0142adunk\u00f3w o masie do 5 kg, wybrane zosta\u0142y elementy nap\u0119dowe zapewniaj\u0105ce r\u00f3wnowag\u0119 mi\u0119dzy si\u0142\u0105 ci\u0105gu a zu\u017cyciem energii. System sk\u0142ada si\u0119 z wielu silnik\u00f3w elektrycznych, rozmieszczonych w spos\u00f3b zapewniaj\u0105cy wielokierunkow\u0105 sterowno\u015b\u0107 i stabilne utrzymywanie si\u0119 w powietrzu w warunkach s\u0142abego wiatru. Specjalnie zaprojektowane ramiona monta\u017cowe, wydrukowane w technologii 3D z lekkiego filamentu kompozytowego, zapewniaj\u0105 wsparcie dla silnik\u00f3w. Uk\u0142ad nap\u0119dowy musi by\u0107 \u015bci\u015ble zintegrowany z architektur\u0105 sterowania statkiem powietrznym, umo\u017cliwiaj\u0105c przej\u015bcie mi\u0119dzy trybem r\u0119cznym a w pe\u0142ni autonomicznym trybem lotu. Jednostki nap\u0119dowe s\u0105 zasilane akumulatorami litowo-jonowymi.<\/p>\n\n\n\n

Podczas lotu nale\u017cy aktywnie utrzymywa\u0107 stabilno\u015b\u0107 statku powietrznego, zw\u0142aszcza w odpowiedzi na zmiany po\u0142o\u017cenia, warunki wiatrowe i rozk\u0142ad \u0142adunku. Aby to osi\u0105gn\u0105\u0107, uk\u0142ad nap\u0119dowy dynamicznie dostosowuje poziom ci\u0105gu na podstawie danych z czujnik\u00f3w pok\u0142adowych \u2013 modu\u0142\u00f3w pozycjonuj\u0105cych i danych inercyjnych. Koordynacj\u0105 zajmuje si\u0119 system operacyjny. Precyzyjne sterowanie si\u0142\u0105 no\u015bn\u0105 i ruchem do przodu jest niezb\u0119dne do nawigacji podczas odbioru i dostawy \u0142adunku.<\/p>\n\n\n\n

Dzia\u0142anie systemu<\/h4>\n\n\n\n

Sterowiec SpaceCoffee dzia\u0142a w oparciu o zintegrowan\u0105 architektur\u0119 sterowania, kt\u00f3ra \u0142\u0105czy dane zbierane z czujnik\u00f3w, autonomiczne podejmowanie decyzji i zarz\u0105dzanie si\u0142ownikami w czasie rzeczywistym. Sercem systemu jest mikrokontroler Raspberry Pi 5, kt\u00f3ry koordynuje logik\u0119 lotu, komunikacj\u0119 czujnik\u00f3w i polecenia nap\u0119du. Oprogramowanie pok\u0142adowe zawiera modu\u0142y dostosowane do planowania trasy, omijania przeszk\u00f3d, kontroli wysoko\u015bci i procedur l\u0105dowania. Nawigacja opiera si\u0119 na po\u0142\u0105czeniu modu\u0142u LIDAR, systemu pozycjonowania GPS i czujnik\u00f3w zbli\u017ceniowych, co pozwala sterowcowi dok\u0142adnie odczytywa\u0107 swoj\u0105 pozycj\u0119 i dynamicznie reagowa\u0107 na otoczenie. Algorytmy sterowania s\u0105 zaimplementowane z mo\u017cliwo\u015bci\u0105 prze\u0142\u0105czania mi\u0119dzy trybem manualnym, p\u00f3\u0142autonomicznym i w pe\u0142ni autonomicznym, w zale\u017cno\u015bci od wymaga\u0144 misji lub interwencji operatora.<\/p>\n\n\n\n

Wszystkie krytyczne dane telemetryczne s\u0105 bezprzewodowo przesy\u0142ane do stacji bazowej w celu monitorowania w czasie rzeczywistym i analizy po zako\u0144czeniu misji. Aby zwi\u0119kszy\u0107 bezpiecze\u0144stwo operacyjne, zastosowano redundantne protoko\u0142y komunikacyjne i podstawowy modu\u0142 zachowania awaryjnego, dzi\u0119ki czemu statek powietrzny wykona l\u0105dowanie awaryjne w przypadku awarii systemu lub utraty zasilania. Protoko\u0142y operacyjne i sterowanie stanowi\u0105 podstaw\u0119 niezawodnego i powtarzalnego dzia\u0142ania.<\/p>\n\n\n\n

Nawigacja autonomiczna<\/h4>\n\n\n\n

System autonomiczny jest opracowywany w celu umo\u017cliwienia w pe\u0142ni samodzielnego lotu, eliminuj\u0105c potrzeb\u0119 ci\u0105g\u0142ego nadzoru ze strony cz\u0142owieka. Podstawow\u0105 innowacj\u0105 przedstawion\u0105 w projekcie jest wykorzystanie modelu uczenia maszynowego, kt\u00f3ry zosta\u0142 przeszkolony do sterowania nawigacj\u0105 statku powietrznego i wykonywania podstawowych zada\u0144. Proces szkolenia koncentruje si\u0119 na osi\u0105gni\u0119ciu wysokiej wydajno\u015bci przy u\u017cyciu minimalnego zestawu danych, co odzwierciedla rzeczywiste ograniczenia w gromadzeniu obszernych danych lotniczych.<\/p>\n\n\n\n

Zamiast polega\u0107 wy\u0142\u0105cznie na logice opartej na regu\u0142ach, system zosta\u0142 zaprojektowany tak, aby uczy\u0107 si\u0119 i dostosowywa\u0107 poprzez ekspozycj\u0119 na wyselekcjonowane scenariusze lot\u00f3w, co pozwala mu wykonywa\u0107 zadania takie jak pod\u0105\u017canie wyznaczon\u0105 tras\u0105, omijanie przeszk\u00f3d i transport lekkich \u0142adunk\u00f3w. Szkolenie odbywa si\u0119 na dedykowanej jednostce obliczeniowej skonfigurowanej do zada\u0144 zwi\u0105zanych ze sztuczn\u0105 inteligencj\u0105, a ostateczny model jest nast\u0119pnie uruchamiany jako cz\u0119\u015b\u0107 systemu na podk\u0142adzie sterowca.<\/p>\n\n\n\n

Wst\u0119pne testy terenowe s\u0105 planowane w sprzyjaj\u0105cych warunkach pogodowych, aby zweryfikowa\u0107 zachowanie modelu w przyjaznym \u015brodowisku. Ostatecznym celem projektu jest wdro\u017cenie adaptacyjnego, opartego na uczeniu si\u0119 systemu autonomicznego. Podej\u015bcie to otwiera drog\u0119 do dalszych opcji, np. uczenia si\u0119 przez wzmocnienie w dynamicznych \u015brodowiskach.<\/p>\n\n\n\n

Jak powstawa\u0142 sterowiec:<\/h2>\n\n\n
\n\t
<\/div>\n\t
<\/div>\n\t
<\/div>\n\t
<\/div><\/div>