Zum Inhalt

Lamarr

Projekt Lamarr ist die Fortsetzung unseres Bi-Flüssigkeitsraketenprojekts µHoubolt. Aufbauend auf all dem während der Entwicklung von µHoubolt gewonnenen Wissens plant Projekt Lamarr, unser früheres Design mit einem robusteren und zuverlässigeren System zu verbessern und mit der Rakete „Hedy“ noch ambitioniertere Ziele zu erreichen. Der Projekt- und Raketenname wurde zu Ehren der österreichischen Schauspielerin und Erfinderin Hedy Lamarr gewählt.

Missionsziel und Anforderungen

  1. Flug bis zu einer Höhe von 9 km
  2. Erfolgreiche Bergung mit 2-stufigem Fallschirmsystem
  3. Sammeln von Telemetrie- und Leistungsdaten während der gesamten Flugdauer
  4. Ausführliche Dokumentation zur Erhaltung des Wissens in unserem Team

In den frühen Phasen unseres Projekts beschlossen wir, die Mentalität des leichtgewichtigen Designs fortzusetzen, die von µHoubolt etabliert wurde, und eine Rakete mit einem Zielgewicht von 25 kg, einschließlich aller Treibstoffe, zu bauen. Um dies zu erreichen, streben wir eine hohe Systemintegration an und setzen selbst entwickelte Lösungen um, die auf Zuverlässigkeit und Gewichtsreduzierung ausgerichtet sind. Ein perfektes Beispiel für diese Philosophie sind unsere strukturell integrierten Treibstofftanks, bei denen das Raketenkörperrohr gleichzeitig als Außenwand der Treibstofftanks verwendet wird. Um den für unsere Zielhöhe benötigten Schub bereitzustellen, wird ein neues Triebwerk selbst entwickelt, hergestellt und getestet. Auch in unseren neuen Triebwerksteststand wurde ein großer Aufwand gesteckt, ohne den unsere Testverfahren nicht möglich wären.

Antriebssystem

Das Triebwerk läuft mit einer treibstoffreichen Flüssigsauerstoff-Ethanol-Mischung und liefert den erforderlichen Schub von 2 kN. Das Fluidsystem, bestehend aus verschiedenen Ventilen, Druckreduzierern und einigen Sicherheitsfunktionen, versorgt das Triebwerk mit den benötigten Treibstoffen, und ein Pintle-Injektor wird verwendet, um einen konstanten Massenstrom aufrechtzuerhalten und eine hohe Atomisierung und Vermischung beider Treibstoffe im Brennkammer zu erreichen. Um die Temperaturen von über 2000°C im Motor zu bewältigen, wird die Brennkammer aus Phenolharz hergestellt, das als ablative Kühlung fungiert.

Aerostructure

Die Aerostructure unserer Rakete umfasst die Spitze, das Körperrohr und die Finnen, wobei die Oxidator- und Treibstofftanks als Strukturkomponenten ausgelegt sind, die den Außendurchmesser des Körperrohrs teilen. Das Körperrohr hat einen Innendurchmesser von 130 mm, mit einer Wandstärke von 2,1 mm an der dicksten Stelle in der Nähe des Oxidatortanks, reduziert auf 1,6 mm außerhalb des Tankbereichs zur Gewichtsreduzierung. Die Verklebung des Oxidatortanks stellt aufgrund der niedrigen Temperatur und der Haftungsverträglichkeit mit Flüssigsauerstoff eine Herausforderung dar, die umfangreiche Tests verschiedener Klebstoffe und Verfahren erforderte. Der Tank wird Drucktests und CT-Scans unterzogen, um Unregelmäßigkeiten wie Lufteinschlüssen zu überprüfen. Eine Isolierung wird aufgebracht, um Vereisung in der Rakete zu verhindern und das Verdampfen des Sauerstoffs zu reduzieren. Zur Optimierung der Stabilität und Massenverteilung ist der Sauerstofftank als der obere und der Ethanoltank als der untere Tank vorgesehen. Die Form der Spitze, die über parametrische CFD-Studie bestimmt wurde, basiert auf der Von-Karman-Form für optimale Leistung. Die Spitze aus Glasfaser und gehärtetem Epoxidharz hält Temperaturen von bis zu 150°C stand, was den Herausforderungen durch Überschallgeschwindigkeiten entspricht.

Bergung

Das Bergungssystem verfügt über eine zweistufige Fallschirmöffnung, wobei ein Drogue-Fallschirm am Scheitelpunkt und der Hauptfallschirm etwa 500 m über dem Boden geöffnet wird. Der Drogue-Fallschirm, der als runde Kappe konzipiert ist, gewährleistet einen stabilen Abstieg mit einer Geschwindigkeit von etwa 25 m/s. Die Öffnung wird von redundanten Altimax-Flugcomputern ausgelöst. Die Trennung der Spitze vom Hauptrohr am Scheitelpunkt erfolgt mithilfe eines Klemmbandmechanismus, der die Systemkomplexität minimiert und gleichzeitig auf bewegliche Teile oder Motoren verzichtet. Um die Kosten zu senken und mehr Vorflugtests zu ermöglichen, ersetzt ein selbstentwickelter Brenndraht teure Einwegleiterschneider. Der Hauptfallschirm wird durch Freisetzen des Drogue-Fallschirms geöffnet und gewährleistet einen kontrollierten Abstieg mit einer Geschwindigkeit von etwa 6 m/s. Laufende Verbesserungen konzentrieren sich auf die Verbesserung von Qualität, Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit, wobei Flugtests unter Verwendung einer Testrakete geplant sind, die auf 700 m fliegt.

Avionik

Die Avionik von Projekt Lamarr wird zu einem großen Teil intern entwickelt und baut auf den Erfahrungen des Vorgängerprojekts µHoubolt auf, wobei mehrere Module über eine CAN-Bus-Schnittstelle kommunizieren. Die Energie wird von mehreren Power Management Units verwaltet, wobei verschiedene Batteriesysteme und Ladetechnik enthalten sind. Ein Umbilical an den Startschienen liefert Strom und ermöglicht die Kommunikation mit der Bodenausrüstung über den Bus während der Startvorbereitungen. Telemetriedaten, einschließlich GNSS, barometrischer, IMU- und CAN-Nachrichten, werden gesammelt und über LoRa vom Radio Control Unit (RCU) zur Bodenstation übertragen, um das Antriebssystem vor der Bergung zu analysieren. Die benutzerdefinierte Motorsteuereinheit ist entscheidend und steuert Ventile und Sensoren für den Treibstoff, zusammen mit elektronischen Druckreglern. Ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einem speziellen FOC-Controller wird zur Betätigung des Hauptventils verwendet, wobei ein COTS-STMicroelectronics-DevKit aufgrund seiner kompakten Größe eingesetzt wird. Adapter-PCBs und benutzerdefinierte Steckverbinder werden verwendet, um die Komponentenintegration zu erleichtern.

Bodenausrüstung

Um unsere Rakete für den Start vorzubereiten und während des Fluges mit ihr zu kommunizieren, werden verschiedene Systeme entwickelt. Das Betankungssystem füllt das Fahrzeug effizient mit Oxidator und Druckmittel ohne manuelle Intervention und gewährleistet durch die Vermeidung von Personal in der Nähe des unter Druck stehenden Fahrzeugs Sicherheit. Eine einzelne 300-bar-Nitrogenflasche versorgt alle Systeme mit Druck, wobei verschiedene Drücke für das Betanken und die Dewar-Druckaufrechterhaltung gelten. Die auf 9 m verlängerte Startrampe aus Aluminiumprofilen sichert einen kontrollierten Abflug und ein Haltesystem verhindert einen vorzeitigen Start und dient als Maßstab zur Überwachung der Raketenmasse während des Betankungsvorgangs und misst den tatsächlichen Schub während dem Start.