STR-02 Hornet

Erfolg

Am Donnerstag den 30.08.2012 um 11:04 CET hob die zweite Experimentalrakete „made @ TU Wien“ in Südfrankreich bei Biscarrosse im Zuge des C’Space 2012 ab. Wie vorgesehen trennte sich am Apogäum die Spitzen- von der Leitwerksektion und erst ein kleiner Vorschirm und dann der Hauptfallschirm wurden freigegeben. Mit dem sanften Aufsetzen in ca. 1,2km Entfernung beendete “STR-02 Hornet” den Flug mit der Bewertung “VOL NOMINAL” und übermittelte unserem Leitstand via RF-Telemetrie die GPS-Koordinaten der Landestelle. Mit diesem tollen Erfolg wurden wir für die lange Vorbereitungszeit entlohnt. Das Projekt STR-02 „Hornet“ wurde in einem Zeitraum von 12 Monaten von 8 Studenten mit Hilfe von Sponsoren aus der Wirtschaft und diversen Instituten der TU Wien entwickelt und gebaut. Mit dem Wissen und den Erfahrungen aus dem Vorjahr und einem hervorragend zusammenarbeitenden Team konnten wir jetzt eine wesentlich komplexere und gleichzeitig zuverlässigere Rakete verwirklichen:

Eigenschaften

• Durchmesser 89mm
• Länge 2,6m
• Gewicht 5000g (ohne Motor)
• 54mm Motor (CTI K570)
• FMS 2.0 (Spitzen_Sektion)
• FMS 1.0 (Leitwerk_Sektion)
• Telemetrie, Leitstand
• Kommunikation über Opto-Koppler
• Rotations-Stabilisierung
• Mechanischer Trennmechanismus
• GoPro Kamera
• Start-Detektion über Jack
• Mini Kamera im Trennmechanismus
• Pitot-Rohr
• Radar
• Zweistufige Bergung
• Dehnungsanalyse am Leitwerk über DMS

Flugdaten

Gipfelhöhe ca. 1800m, maximale Geschwindikeit ca. 250m/s (Mach 0.74), maximale Beschleunigung ca. 123m/s², Aufstiegsdauer 16s, Trennzeitpunkt 14s,  Flugzeit Gesamt 3,5min.

…post-flight-simulation mit OpenRocket

Entwicklung

Viele Entwicklungsstunden flossen in den Entwurf und Bau einer zuverlässigen Trennmechanik. Denn davon, ob sich am Scheitelpunkt der Flugbahn die Rohre trennen und der Fallschirm ausgeworfen wird, hängt sprichwörtlich das “Überleben” der Rakete ab. Bei der – ebenso essentiellen – Boardeletronik gelang es mit dem Flight Measurement System (FMS) 2.0 einen großen Schritt vorwärts zu machen. Neben einem wesentlich potenteren Rechenkern wurde sie für eine größere Anzahl von Sensoren ausgelegt und um Telemetrie und optische Signalgeber erweitert. Viel Energie und Arbeitszeit haben wir auch in das neue Leitwerk gesteckt, denn die Finnen haben dieses Mal einen aerodynamisch bikonvex geformten Querschnitt. Das im Vakuumverfahren hergestellte Faserverbundwerkstoffteil wurde in einer speziellen Vorrichtung auf XPS-Kerne laminiert, und in einem eigens dafür konstruierten Ofen warmgehärtet. Die Struktur des Körperrohres ist durch selbst entwickelte Universalverbinder (USBSS) modularisiert, sodass Sektionen im Bedarfsfall ausgetauscht oder auch erneuert werden können. Außerdem sichtbar, verbauten wir noch ein Pitot-Rohr zur Geschwindigkeitsmessung in der Raketenspitze (ebenfalls ein Vakuumlaminat) und eine Rotationsstabilisierung unterhalb der Elektroniksektion, welche mittels Canards (kleine Vorflügel) eine Stabilisierung der Rotation um die Vertikalachse ermöglichen sollte.

Rückschläge

Da alle Teammitglieder entweder Vollzeit Studieren oder schon Arbeiten und wir so nie genug Zeit für umfassende Tests hatten kam es klarerweise auch zu kleineren Rückschlägen. Etwa kam es zu einem Totalausfall der unteren – zum Glück nicht essentiellen – Bordelektronik(FMS1.0) da sich der Start unserer Rakete – währende sie schon auf der Startrampe stand – um mehr als eine Stunde verzögerte. So büßten wir die Messwerte der DMS und die richtig verzögerte Zweistufigkeit der Bergung ein. Vor allem bei der Elektronik zeigte sich auch, dass wir sehr darunter leiden, dass es in Österreich eigentlich keine Testmögichkeiten gibt. So konnten wir ohne Erfahrungswerte keinen hinreichend zuverlässigen Algorithmus für die Rotationsstabilisierung erstellen und beschränkten uns darauf die Canards während des Fluges kurz in beide Richtungen auszuschwenken um eben erste Messwert zu erhalten. Da wir von den Mitarbeitern der C’space zusätzlich zur Vorsicht gemahnt wurden, und sehr vorsichtig auslenkten ist der Effekt im Video kaum zu sehen. Zu guter Letzt, haben wir uns unabsichtlich beim finalen Zusammenbau an der Startrampe das Kabel zum Pitot-Differnzdruck-Sensor und zum Radar durchtrennt. Alles in allem keine Probleme die wir nicht mit dem Start von STR-02a im April ausbügeln können.

Reise

Wie im vergangene Jahr erfolge unsere Anreise nach Frankreich per Auto. Nach 20 stündiger Fahrt durch Österreich, Deutschland, die Schweiz und Frankreich kamen wir am Sonntag, den 26. August 2012 ziemlich geschlaucht aber top motiviert am Testgelände der DGA in Biscarosse an. Gleich bauten wir unseren Stand auf und nützten die Zeit bis Mitternacht um STR-02 startklar zu machen. Am darauffolgenden Tag bauten wir zum ersten Mal die gesamte Rakete zusammen und konnten sie als Gesamtsystem auf Herz und Niere testen. Dabei stellten wir schnell fest, dass auf Grund der Komplexität von STR-02 die Systemintegration einige Probleme machte und somit wurde nichts aus den geplanten stressfreien Tagen. Weitere zwei Tage intensiver Arbeit von sieben Uhr Morgens bis Mitternacht waren notwendig und der Erfolgsdruck war sehr groß, denn die Vorbereitungen eines ganzen Jahres standen auf dem Spiel. Durch Schlafmangel und Sehnsucht nach dem nahen Meeresstrand war das eine Nervenprobe für das ganze Team, die wir im Nachhinein betrachtet sehr gut gemeistert haben.

Abnahme

Bei der mechanischen Abnahme am Prüfstand konnte STR-02, wie auch schon der Vorgänger STR-01, seine Stärken zeigen. Die beim Kompressionstest aufgebrachte Last von 218 kg in vertikaler Richtung stellte kein Problem für die Struktur dar und auch alle anderen Teile bestanden die weiteren von dem Veranstalter geforderten Tests ohne Probleme. Bei der Bordelektronik zeigte sich, dass die diesjährigen Ziele zu hoch gesteckt waren. Die Sensoren, sowie die RF-Kommunikation und Datenspeicherung des FMS 2.0 arbeiten einwandfrei, jedoch wurde etwa der geplante Regler für die Rotationsstabilisierung auf Grund fehlender Messwerte und des zu geringen Testzeitraums nicht in Betrieb genommen. Durch harte Arbeit konnten wir STR-02 am Mittwoch, 29.09.2012 qualifizieren und die Rakete wurde für den am darauffolgenden Vormittag geplanten Start vorbereitet.

Start

Gegen 09:45 Uhr positionierten wir STR-02 „Hornet“ auf der Rampe und warteten gespannt auf den Start. Die Rakete hob nach einem Unterbrechungsfreien Countdown um 11:04 CET perfekt ab und stach mit 230m/s durch die tief hängenden Wolken in ca. 1km Höhe. Dieses Mal lief alles nach Plan, nach den vorausberechneten 15 Sekunden teilte sich die Rakete und der Fallschirm wurde ausgeworfen. Nach weiteren ca. 5 Minuten Flug landete STR-02 sanft etwa 1,2 km von Launchpad entfernt. Während des gesamten Fluges konnten wir sowohl Daten in Echtzeit übertragen als auch auf SD Karte speichern. Außerdem wurde von einer GO Pro HD Kamera ein OnBoard Video aufgezeichnet. Unser Flug wurde von der Mission Control als „VOL NOMINAL“ gewertet und konnte auch sicher geborgen werden. Nach Auswertung von Messdaten und Video können wir nun sagen, dass STR-02 „Hornet“ ein großer Erfolg war.

 
Erholung

Am anschießenden – verdienten – Strandtag haben wir die nahegelegenen Dünen von Arcachon bewandert und wie bei der zwanzigstündigen Heimfahrt bereits über die zukünftigen Pläne des TU Wien Space Teams diskutiert. Im kommenden Jahr wird, neben der Teilnahme am C’Space 2013 mit STR-03, auch ein weiterer Flug von STR-02A im April in Leipzig angepeilt. Dabei sollen die oben bereits genannten Funktionen, wie Rotationsstabilisierung und zweistufige Bergung sowie die fehlenden Sensordaten nachgeholt werden.

Danksagung

Abschließend möchten sich das gesamte Team bei allen beteiligten Sponsoren, Professoren und Instituten sowie den Freunden des TU Wien Space Teams bedanken, denn ohne diese Unterstützung wären Projekte in dieser Größenordnung nicht möglich.