CTU Space Research – český tým, který rozhodně stojí za pozornost

Dnešní článek začneme otázkou. Kdo z Vás někdy slyšel název CTU Space Research? Pokud jste ho ještě neslyšeli, nevadí. Sám jsem ho ještě před pár měsíci neznal, ale uvidíte, že je rozhodně o co se zajímat. Moc českých studentských týmů, které by vyvíjely vlastní raketu a dostaly se na prestižní evropskou mezinárodní soutěž EuRoC opravdu není. A protože je podle mě důležité, aby se vědělo, jaké unikátní projekty v Česku vznikají a jací neuvěřitelně šikovní lidé za nimi stojí, rozhodl jsem se realizovat tento článek, který Vám představí tým CTU Space Research, jejich projekty, soutěž EuRoC a jejich plány do budoucna. Takže se pohodlně usaďte a můžeme začít.

Abych objasnil, jak bude tento článek vypadat. Na začátek si něco povíme o soutěži EuRoC a jelikož jsem měl tu čest navštívit dílnu, kde tyto úžasné projekty vznikají, využil jsem nejen této příležitosti a položil vedoucímu celého týmu Viktoru Haisovi pár otázek, které najdete právě v tomto článku.

Nyní už ale k samotnému EuRoCu. Jde o prestižní studentskou soutěž konanou od roku 2020 pravidelně každý podzim v Portugalsku. V rámci soutěže mají jednotlivé týmy za úkol postavit raketu (ještě mimo soutěž), kterou do ní následně přihlásí. To může udělat každý, ovšem to neznamená, že se můžete účastnit. Musíte být totiž vybráni. Soutěž se dále dělí do dvou kategorií podle doletu rakety (do 3 nebo 9 kilometrů) a do třech kategorií podle druhu pohonu – solid, hybrid nebo liquid. Na EuRoCu jsou nastavená velmi přísná bezpečnostní pravidla a provádí se dokonce i tzv. Flight Readiness Review, tedy proces, který posuzuje připravenost rakety ke startu. O náročnosti celé soutěže Vám ale nebudu prozrazovat všechno, jelikož to vše najdete v otázkách níže.

Pro milovníky technických specifikací tu ještě přidám parametry rakety Ilustria, se kterou tým na EuRoCu soutěžil v roce 2023 a bude soutěžit i v roce 2024. Raketa měří na výšku 3,52 metru, v průměru 16,1 centimetru a její suchá hmotnost je 28,817 kilogramu. Tyto čísla z ní dělají největší studentskou raketu, která byla v Česku vyrobena. Velká většina pláště rakety je vyrobena z uhlíkových vláken, která jsou vinuta podélně, což zlepšuje mechanické vlastnosti těchto dílů. Modularitu jí dodávají RADAX spojky mezi jednotlivými částmi rakety. Díky tomu lze snadno vyměnit například sekci s nákladem. O pohon se stará hybridní raketový motor Phoenix, který poskytuje tah až 1,85 kN. Jelikož jde o hybridní raketový motor, potřebuje ke svému provozu palivo, v tomto případě tuhé ABS (Akrylonitrilbutadienstyren) a okysličovadlo, kterým je oxid dusný. Jako tlačný plyn, který slouží pro vhánění okysličovadla do spalovací komory se používá dusík. Vraťme se ale ještě k palivu. Původní plán byl využít HDPE, také známý pod názvem mikroten. Ten můžete velmi dobře znát v jeho nejběžnější podobě mikrotenového pytlíku v obchodě. Mimo jeho vlastností, kterých využíváme v potravinářském průmyslu jako to, že je bez zápachu nebo netoxický, tak výborně hoří. Ovšem nakonec bylo z finančních důvodů zvoleno právě ABS tištěné na 3D tiskárně. Ze stejného materiálu se vyrábí například LEGO kostičky. O Ilustrii je ale dobré vědět ještě jednu informaci. Nemyslete si, že jde o raketu seskládanou z nakoupených dílů. 95% všech dílů konstrukce, avioniky (včetně hlavního letového počítače, který dostal název Cimrman), motoru, nádrží, padáku nebo rampy jsou od základu navrženy a vyrobeny týmem CTU Space Research. Když jsem zmínil rampu, tak ta pro raketu velikosti Ilustrie není zrovna malá, slušně řečeno. Ve skutečnosti měří dvanáct metrů, což zhruba odpovídá výšce čtyřpatrového domu. Díky tomu se stala nejvyšší civilní startovní rampou v České republice.

Kvůli problémům na soutěži, o kterých se dozvíte dále v rozhovoru, raketa Ilustria z dílny ČVUT bohužel neodstartovala, ovšem i tak tým získal mnoho cenných zkušeností. Před samotným rozhovorem se ještě můžete podívat na rekapitulační video z vývoje a testování Ilustrie. To by ale bylo ode mě vše a nyní již pojďme na samotné otázky a odpovědi mnohem povolanějšího člověka.

Kdo stál za prvotním nápadem založit tým zaměřující se na výrobu vlastních raket, kdy došlo k založení týmu a kdy poprvé došlo k odhalení brandu CTU Space Research?
S myšlenkou na založení studentského týmu jsme si pohrávali velmi dlouhou dobu. Prvotní pokusy o založení se datují až někdy do roku 2018, kdy jsem se o studentských raketách a soutežích v zahraničí dozvěděl poprvé. Projekt ale tehdy neměl na škole velkou podporu a tým se nepodařilo založit. V roce 2021 se díky vzniku soutěže Czech Rocket Challenge otevřela nová možnost, které se chopili Marek Dominik Pavelec a Petr Kolouch, kterým se tým podařilo úspěšně založit. Prvního ročníku CRC se tak již tým účastnil pod současným jménem.

Pokud se nemýlím, Váš první projekt byl StratoSat. Jednalo se pro Vás o takový prvotní krok, na kterém jste si chtěli ověřit například práci s avionikou, nebo jaký byl důvod k realizaci tohoto projektu? (StratoSat – meteorologický balon vybavený kamerou a avionikou – pozn. autora)
Když pomineme Czech Rocket Challenge, tak byl StratoSat první úspěšně dokončený projekt. Ve spolupráci s ČHMÚ jsme vyslali na meteorologickém balon sondu, v rámci které byl i náš letový počítač Cimrman mini, který byl posléze i naším letovým počítačem pro další projekty. StratoSat jsme plánovali, přesně jak říkáš, jako létající zkušebnu pro avioniku – zda senzory měří, zda letový software správně funguje. V tomto ohledu byl projekt mimořádný úspěch.

Mimo jiné jste se účastnili i soutěže Czech Rocket Challenge. S jakou raketou jste soutěžili, byl výsledek podle vašich představ a co jste se při soutěži naučili?
Ročníku 23 jsme se účastnili s řekněme silně experimentální raketou, která používala samotný trup jako část návratového zařízení. Samotný let rakety nebyl úplně nominální, ale všechny důležité avionické subsystému fungovaly podle očekávání, což pro nás byla skvělá zpráva. Soutěž jsme totiž trochu pojali jako přípravu na EuRoC, kde jsme měli možnost otestovat si nejen hlavní letový počítač a komunikaci s ním, ale například i checklisty a postupy pro integraci raket. Navíc jsme získali ocenění za nejlepší technickou zprávu a druhý tým složený z našich členů zvítězil v kategorii nováčků. Naší účast na soutěži tedy hodnotíme rozhodně kladně. Rád bych poděkoval organizátorům soutěže, spolku Czech Rocket Society, za skvělou organizaci a super soutěž.

Další otázka k Czech Rocket Challenge. Četl jsem, že v roce 2023 spočívala výzva i v přípravě výzkumné sondy, která byla součástí nákladu rakety. Jakou sondu jste připravili?
Výzvu jsme pojali poněkud dadaisticky a připravili jsme si sondu fiktivního standartu CuteSat. Od CubeSatů se liší rozměry, jednotka není definována hranou krychle 100 mm, ale 10 mm. Naše sonda ale měla funkční (nikoliv efektivní) napájení solárními panely, displej pro zobrazení měření (tlak a teplota) a LED pásky pro vysílání kódu v morseovce.

Kdy přišel návrh postavit raketu Ilustria? Byl tým už založen s tímto cílem? Potažmo dostat se do soutěže EuRoC? Proč zrovna jméno Ilustria?
Že se plánujeme účastnit soutěže EuRoC bylo jasné od začátku, s tím cílem jsme jakožto soutěžní tým vznikli. Takže samotný návrh přišel již velmi dávno, koncept Illustrie tak, jak byla nakonec opravdu postavena je ale záležitostí posledního roku. Jméno bylo odhlasováno členy týmu a symbolizuje první záři série studentských raket o kterých věříme, že přijdou.

Jak probíhal její vývoj? Narazili jste při něm na nějaké problémy?
Mohli bychom mít samostatný článek o problémech při vývoji Illustrie, byl jich vážně ranec. Ale to je z mého pohledu správné – chybami se člověk učí a tým jsme zakládali s cílem poskytnout studentům bezpečné prostředí, kde se můžou prakticky učit. Chyby k tomu zkrátka patří a posunou vás asi nejvíce. Namátkou můžu jmenovat nádrž na okysličovadlo – to byl projekt, který nás provází i ve snech. Při snaze udělat odlehčenou nádrž se kupily chyby při návrhu i výrobě a výsledná nádrž je až asi čtvrtou návrhovou verzí.

Proč jste se rozhodli pro Ilustrii využít zrovna hybridní motor?
Nechtěli jsme chodit cestou „solidu“, který z technického hlediska není tak komplexní, jako hybrid. Vývoj složitějšího systému nám umožnil od počátku zapojit větší množství studentů a zároveň zvýšil šance na přijetí na EuRoC.

Dočetl jsem se, že napájení Ilustrie na rampě zajišťuje bezdrátová nabíječka, což je velmi inovativní a zajímavé řešení. Jak tato dobíječka vlastně funguje? Na podobném principu jako klasické bezdrátové nabíječky například k telefonu?
Nabíječka vznikla jako diplomová práce našeho člena Adama Peška, který se s ní dokonce dostal na finále soutěže IEEE Global Student Wireless Power Competition 2023 do Ameriky. Pro nás šlo o příkladnou spolupráci na závěrečných pracích, kdy se Adam chtěl věnovat bezdrátovému nabíjení pro netradiční aplikaci a Illlustria se právě jako skvělý aplikační projekt osvědčila. Základní princip je podobný jako u běžných bezdrátových nabíječek k telefonu, naše navíc ale zvládá obousměrnou komunikaci – přes jeden „bod“ tedy máme přenos energie i dat.

Jaká nálada panovala v týmu poté, co jste se dozvěděli, že jste byli nominováni do soutěže EuRoC?
Jednoduše euforická. Zároveň jsme cítili zodpovědnost, abychom soutěž nepodcenili a neudělali ostudu.

Jak složité byly přípravy na tuto prestižní soutěž a co vše jste museli splnit ještě před přesunem do Portugalska?
Přípravy byly složité ve všech ohledech, obzvlášť pokud nevynecháme logistiku spojenou s přesunem dvaadvaceti lidí a rakety do Portugalska. Před odjezdem jsme museli samozřejmě splnit všechny standardizované testy, bez kterých by nás na start nepustili. Na moc víc nám letos nezbyl čas, stále považuji za malý zázrak, že se nám vše podařilo splnit včas. Tady patří absolutorium celému týmu za extrémní nasazení a práci, zejména těm, kteří v dílně trávili i noci. Pro ročník 24 máme v plánu rozhodně přidat nácviky integrace rakety a testy přípravy ke startu. Zkušenosti ze soutěže nám ukázaly, že dvě hodiny časového okna na přípravu se zdají hodně, ale zmizí jak pára nad hrncem.

Na soutěži EuRoC jsou nastavena bezpečnostní pravidla poměrně striktně, a dokonce probíhá i Flight Readiness Review. Jak „přísný“ tento proces na soutěži vlastně je? Nalezla komise u vaší rakety nějaký nedostatek?
Proces celé soutěže je opravdu náročný a z organizátorů je cítit, že bezpečnost všech zúčastněných je prioritou. Celý proces ale nezačíná až na soutěži, první technická kontrola formou reportu a videokonference probíhá už v červnu tak, aby týmy měly dostatečný čas na odstranění nedostatků. Na Flight Readiness Review má porota vyhrazené dvě hodiny, během kterých dojde k opravdu velmi důkladné kontrole samotné rakety, výpočtů a i testů, které týmy před soutěží provedly. Porota u nás objevila šest nedostatků z něco přes devadesáti kontrolovaných bodů, všechny se nám ale v následujících dvou hodinách podařilo úspěšně odstranit… Porota moc nevěřila tomu, že by se nám vše podařilo vyřešit ten samý den a zbytek soutěže si nás trochu dobírala, že jsme tým MacGyverů.

Jaké bylo zázemí na soutěži EuRoC? Bylo něco, co vám na soutěži chybělo?
Soutěž se koná na dvou místech. Jedním je tzv. Paddock, což v letošním případě byla velká tělocvična, která byla přestavěna na jakési výstavní prostory. Každý tým měl svůj stánek, ve kterém svou raketu prezentoval veřejnosti, ostatním týmům a hlavně obhajoval svá technická řešení před porotou při Flight Readiness Review (FRR). Po úspěšném splnění FRR a domluvení data startu dostane tým povolení k přesunu na Launch site, což je vojenská střelnice portugalské armády. Tam mají týmy k dispozici zázemí více spartánské – pro přípravu rakety má tým k dispozici jeden velký nafukovací stan vybavený dvěma stoly a jednou židlí. S tím jsme ale počítali a na cestu jsme se vybavili vlastními skládacími stoly a alespoň trochu si pracovní prostor rozšířili. Rozhodně si ale nemyslím, že by nám na soutěži něco zásadně chybělo. Organizátorům patří velké díky za to, jak soutěž každý rok organizují a jaké podmínky dokáží všem týmům připravit.

Podle textu na vašem Instagramu nastal první startovací den problém s deskou, které ovládala hlavní ventil, a i po pokusu o opravu stále dělala problémy. Podařilo se vám zjistit, proč deska nepracovala tak, jak měla?
První den jsme měli velký problém s komunikací daný topografií místa – mezi raketou a kontrolním stanovištěm byl val, za který se při vojenských střelbách parkovaly tanky. Ne všechny zprávy proto chodily v pořádku. To jsme měli startovací sekvenci řízenou letovým počítačem na pokyn z řídícího střediska. Kluci z avioniky přes noc odvedli skvělý kus práce a druhý den jsme již měli startování rakety řízené z pozemního segmentu.

Druhý startovací den přišel silný déšť, který zapříčinil poruchu elektroniky na pozemním vybavení. Víte již, kde přesně nastala chyba? Byla to skutečně řídící deska, která se stará o automatické tankování? 
V Portugalsku jsme po celou dobu pobytu bojovali s velkými vedry – odpolední maxima dosahovala 35 °C. Box s elektronikou pozemního segmentu jsme tedy vybavili dvěma velkými ventilátory, které se staraly o to, aby se nám elektronika neuškvařila. Bohužel příchod deště nám s elektronikou zamával. I když jsme box uchránili před přímým deštěm, nasály pravděpodobně ventilátory dostatek vzdušné vlhkosti, která nám rozhodila ovládací karty. Pro nás je to veliké ponaučení do příště, a musíme se naučit očekávat nečekané.

Jak byste celkově shrnuli soutěž EuRoC?
Jako veliký úspěch. V naší kategorii jsme se umístili na třetím místě, poznali spoustu skvělých lidí a získali nespočet nových zkušeností. A hlavně jsme dokázali, že šikovné české ručičky se neztratí a i s výrazně nižším rozpočtem, než jaké měly přední týmy, jsme jim dokázali konkurovat. Za to bych chtěl poděkovat všem, kteří náš tým podporují – od našich sponzorů, fanoušků a zejména učitelům, kteří nám věnují spoustu cenného času a rad.

Jaké jsou vaše plány s Ilustrií dál? Budete pracovat na vylepšeních a zúčastníte se soutěže příští rok?
Aktuálně připravujeme raketový motor na tuhé pohonné látky, který by Illustrii vynesl do jednoho kilometru. Rádi bychom v ČR odstartovali Illustrii i v původní konfiguraci s hybridním raketovým motorem do výšky tří kilometrů, ale pro tento projekt se nám stále nedaří získat vhodné a bezpečné zázemí. Do soutěže EuRoC 2024 se budeme hlásit s vylepšenou verzí Illustrie, půjde tak spíše o evoluci než revoluci.

Máte již nějaké plány, co bude po Ilustrii? Vývoj větší a složitější rakety?
Myslím si, že logickým krokem je posunout se příští sezonu v soutěži z kategorie 3 km do 9 km. Výrazně velký posun ale neočekávám, jelikož jde o projekt, kterého se účastní studenti bakalářského a magisterského studia, máme velikou obměnu studentů. Ti, kteří projdou zaškolováním a stanou se zkušenými členy týmu tak s nadsázkou už hned školí své nástupce.

Viktorovi bych chtěl na závěr mnohokrát poděkovat za skvělou prohlídku na fakultě a odpovědi na všechny dotazy. Zároveň bych Vás chtěl ujistit, že o CTU Space Research na Kosmonautixu rozhodně neslyšíte naposledy.

Zdroje informací:
https://spaceresearch.cvut.cz/
https://www.youtube.com/@ctuspaceresearch2144

Zdroje obrázků:
CTU Space Research