Sottosistemi
Avionica: tutto fatto in casa
Il sistema avionico di Spyke è interamente progettato e realizzato internamente al team — dalla scheda fino al firmware. Il cuore del sistema è una PCB custom suddivisa in due schede distinte, PCB_A e PCB_B, una scelta resa necessaria dalla fusoliera stretta che non avrebbe permesso di alloggiare una singola scheda delle dimensioni necessarie.
PCB_A ospita i due microcontrollori principali — un Teensy 4.1, che si occupa del controllo del volo, ricezione e gestione comandi radiocomando, gestione telemetria in uplink e downlink, attuazione dei comandi e logging su una SD card, e un ESP32, dedicato esclusivamente alla raccolta dati dai sensori. Questa separazione fisica tra controllo e acquisizione dati è una delle innovazioni più significative rispetto agli anni precedenti: l’ESP32 gestisce tutte le richieste ai sensori e le passa al Teensy via seriale, eliminando il problema delle richieste GPS che in passato bloccavano il loop di controllo. PCB_B ospita invece il GNSS, il barometro e il multiplexer — il componente che permette al pilota di prendere il controllo manuale in qualsiasi momento e condizione.
La Power Board è anch’essa custom: un convertitore DC-DC a 4 fasi che abbassa la tensione del pacco batterie 12S fornendo linee stabilizzate a 8.4V, 5V e 3.3V, con protezioni integrate da sovracorrente e sovratensione e ridondanza sufficiente a sopravvivere a guasti parziali senza danneggiare i sistemi collegati.
Antenne e radiomoduli: comunicare in ogni condizione
Le comunicazioni di Spyke si basano su tre link radio indipendenti, ognuno su una frequenza dedicata per minimizzare le interferenze reciproche e con gli altri team in gara. Il controllo del velivolo e il sistema RTK operano su 2.4 GHz con protocollo Spread Spectrum, gestiti da un link X21 separato. La telemetria — i dati di volo trasmessi in tempo reale alla ground station — opera sulla banda 868 MHz, più robusta alle interferenze in ambienti affollati.
I moduli radio sono forniti da ThunderFly, partner del team, mentre le antenne sono fornite da TrueRC — antenne dedicate sia per il controllo radio che per il sistema RTK. Tutti i sistemi sono certificati conformi alle normative radio britanniche (IR2030), con tecniche LBT (Listen Before Talk) e frequency hopping per garantire la coesistenza con altri sistemi in gara.
Autopilota: scritto da zero
Uno degli aspetti più ambiziosi — e più distintivi — di Spyke è il suo autopilota completamente custom. Nessun firmware open-source, nessuna soluzione commerciale: ogni algoritmo, dal controllore di assetto alla logica di navigazione, è stato progettato, sviluppato e scritto dal team.
Il controllore di volo orizzontale segue un’architettura classica a PID in cascata su canali disaccoppiati — un loop esterno che riceve i riferimenti dalla navigazione e calcola i setpoint per il loop interno, che comanda direttamente gli attuatori. Per il volo verticale, dove la sensibilità ai disturbi è molto maggiore, è stato implementato un controllore geometrico basato su matrici di rotazione, che controlla simultaneamente 5 attuatori — 3 motori e 2 tilting anteriori — privilegiando sempre la stabilità di assetto rispetto al controllo di posizione.
La logica di navigazione è basata su un algoritmo tangente-arco-tangente sviluppato internamente, che genera traiettorie sempre conformi ai requisiti di competizione — passando sempre all’esterno dei waypoint e rispettando il geofence. Tutto il codice è stato testato in ambiente SITL prima di ogni fase di test in volo.
Ground Station: ingegno prima del budget
La ground station di Spyke è forse l’esempio più emblematico della filosofia del team: risolvere problemi con intelligenza, non con budget. Il computer al suo interno è un laptop recuperato dal laboratorio, non funzionante, che il team ha smontato, riparato e ridotto ai componenti essenziali — schermo e scheda madre — alimentati da un buck converter 6S. Il software di missione è una versione personalizzata di QGroundControl, collegata al modulo di telemetria via TTL.
La struttura esterna è realizzata in legno e PLA stampato in 3D, progettata e assemblata internamente per ottenere le dimensioni più compatte possibili. All’interno è integrato anche il modulo GPS per il sistema RTK, che permette di correggere in tempo reale le derive del GPS di bordo con precisione centimetrica. Un dettaglio apparentemente minore ma rivelatore della cura nei dettagli: il dispositivo di puntamento è una trackball, scelto deliberatamente perché funziona in qualsiasi condizione meteorologica — pioggia, sole diretto, polvere — dove un mouse ottico convenzionale fallirebbe.
Serbatoio e sistema di sgancio
Il sistema di sgancio è a gravità, con una valvola a cilindro azionata da un servo, che, quando si attiva, permette la fuoriuscita d’acqua attraverso un condotto che abbassa il punto di uscita, evitando interferenze con il piano di coda.
Un sistema più complesso avrebbe aggiunto peso, complessità costruttiva e punti di failure. Il team ha invece concentrato il lavoro di ottimizzazione sul peso, riducendolo al minimo senza compromettere l’affidabilità. Il risultato è un meccanismo leggero, affidabile e testato: il tempo di svuotamento completo del serbatoio è stato verificato sperimentalmente e rispetta il requisito di 10 secondi.
La soluzione adottata per il serbatoio è un sistema di pareti anti-sloshing perforate. Questo sistema riduce drasticamente i movimenti bruschi della massa liquida durante il volo e lo sgancio. Il serbatoio è inoltre posizionato il più vicino possibile al centro di massa del velivolo, così che la variazione del baricentro del velivolo tra serbatoio pieno e vuoto rimanga minima — circa 1 cm — e non influenzi le caratteristiche di volo. Il serbatoio è realizzato in PLA stampato in 3D e rivestito internamente con resina epossidica per garantire la tenuta all’acqua nel tempo.
