Mit den Space Team Rockets (kurz: STR) begann 2010 einst die Erfolgsgeschichte des TU Wien Space Teams. 10 Jahre lang wurde jährlich eine neue Feststoffrakete gebaut um bei dem jährlichen C’Space Event in Frankreich anzutreten und zu starten. 2016 wurde das The Hound Projekt mit dem Ziel gegründet, eine auf Flughöhe optimierte Feststoffrakete zu bauen. Seit dem wurde die Entwicklung und Fertigung der Space Team Rockets vor allem von den Neuzugängen des Space Teams durchgeführt, um ihnen die Möglichkeit zu geben, früh Verantwortung und Gestaltungsfreiheit zu geben und um Wissen innerhalb des Teams weiterzugeben. Mittlerweile wurde das STR-Projekt durch das Einsteigerprojekt FIRST abgelöst.
Im Folgenden eine Aufstellung aller 10 STRs:
STR-10 Leonor
Traditionell wird das STR-Projekt von jüngeren Mitgliedern geführt, um ihnen die Möglichkeit zu geben, früh Verantwortung und Gestaltungsfreiheit zu geben. STR-10 Leonor ist die 10. Rakete dieser Serie, sie ist erfolgreich in Portugal im Rahmen des EuRoC 2020 Events gestartet und gelandet. Die Leistung des Teams wurde von der Jury mit dem Preis für Innovation gewürdigt.
Vision & Ziele
Im Oktober 2019 wurde die Vision des STR-10 Projekts festgelegt: STR-10 soll einen Raum schaffen, in dem frei neue Ideen, Mechanismen und Fertigungstechniken entwickelt werden können. Um maximale kreative Möglichkeiten zu schaffen, haben wir STR-10 möglichst modular aufgebaut und uns keine bestimmte Flughöhe vorgenommen. Quasi jede Komponente der Rakete ist ohne Modifikation auswechselbar. So sind wir flexibel und können auch kurzfristig Änderungen vornehmen oder in Zukunft neue Komponenten mithilfe von STR-10 testen.
Das STR-Team hat sich 3 Ziele gesetzt:
- Ein Clampband zu designen, wie es oft für Satelliten benutzt wird,
- Einen gerefften Fallschirm zu entwickeln, um die Rakete mit nur einem einzigen Fallschirm bergen zu können,
- Ein Leitwerk zu implementieren, das nach hinten hin verjüngt um Basedrag und Wavedrag zu minimieren.
Aufbau
Nosecone
Die Nosecone wurde zweiteilig mit 1 mm Stärke aus PLA gedruckt und mit 4 Lagen CFK (0.3 mm) laminiert. Die Oberfläche der virtuellen Nosecone wurde wurde in 3 senkrechte Streifen geteilt und auf eine zweidimensionale Fläche unwrappt. Diese Vorlage wurde im Maßstab 1:1 gedruckt und als Schablone für die CFK Matte verwendet. Die Oberfläche war nach stundenlangem Schleifen sehr glatt und ähnlich schimmernd wie das mit der Drehbank abgedrehte Hauptrohr. Die Tip wurde aus Aluminium gedreht und hatte ein M10 Gewinde, mit dem man sie mit einer lose eingelegten Mutter an der Nosecone befestigen konnte.
Fallschirm/Reffung
Das Fallschirmgehäuse liegt in der Nosecone. Die Fallschirmleine wird durch ein Loch im Coupler nach Außen und einmal entlang der Nut des Couplers geführt. Der Fallschirm wurde aus 8 Gores genäht. Die Gores wurden mit dem ChuteMaker-Tool dimensioniert und im Happylab ausgelasert. An den Ansatzpunkt jeder Leinen am Schirm wurde je ein Schlüsselring eingenäht. Durch diese Ringe kann eine Schnur gefädelt werden, die den effektiven Umfang des Schirms verringert. Der so gereffte Schirm ersetzt die Funktion des Drogues. Wird die Reffschnur durch einen pyrotechnischen Linecutter durchtrennt, kann sich der Fallschirm zu voller Größe entfalten. Durch den Zeitdruck bei der Fertigung von STR-10 und da die Reffung keine kritische Komponente ist, beschlossen wir die Reffung für den Flug in Portugal zu verwenden, obwohl das Konzept noch nicht voll ausgereift war. Denn da der Linecutter vom Flugcomputer im Hauptrohr ausgelöst wurde, musste ein Kabel durch die Schlauchschnur des Fallschirms geleitet werden, Drehschäkel konnten wir also keinen Einbauen. Es ist vielleicht eine Überlegung wert, einen externen Controller direkt an der Reffschnur zu verbauen. So spart man sich nicht nur das Kabel zwischen Fallschirm und Flugcomputer, das Reffsystem wäre auch von der Rakete, in der es eingesetzt wird, unabhängig.
Clampband
Das Clampband wurde aus einem Aluminiumrohr mit 100 mm Außendurchmesser gedreht, das Durchgangsloch hat 80 mm. Jeweils ein Couplerteil ist radial mit der Nosecone und dem Elektronikrohr verschraubt und durch einen PLA-Tubus zentriert. Das Clampband wurde mit 30 Grad Schräge gedreht und mit einer Kappsäge in 12 Segmente zerteilt. 10 der Segmente wurden je mit einer M3 Schraube an ein Federstahllineal geschraubt. Die zwei Linealenden wurden mit einer Schnur verbunden, die durch zwei Löcher im Coupler ins Innere der Rakete geführt wird. Durch das Festschrauben einer radialen 30 mm M3 Schraube kann die Schnur von außen gespannt werden. Durchtrennt ein Linecutter am Apogeum die Schnur, entspannt sich das Federstahlband und löst die zwei Coupler voneinander.
Elektronik
Flugcomputer war eine FMS von The Hound. Eine Kamera filmt schräg nach unten, eine achsial nach oben Richtung Fallschirm. Die Elektronikhalterung liegt in einem separaten Elektronikrohr, das radial mit dem Hauptrohr verschraubt ist.
Hauptrohr
Das Hauptrohr wurde bei Peak Technology gefertigt. Kern war ein Stahlrohr mit 100 mm Außendurchmesser. Jedes zweite der 6 CFK-Prepregs (0.4 mm) wurde mit Shrinktape komprimiert, mit Überlapp kamen wir auf eine Wandstärke von 3.2 mm. Nowotny Maschinenbau hat uns das Rohr auf 2 mm Wandstärke abgedreht. Um das Stahlrohr vom CFK-Rohr zu trennen, haben wir es mit Trockeneis gefüllt und mit viel Kraftaufwand heruntergeschoben. Das fertige Rohr ist 98 cm lang und hat an jedem Ende 6 Löcher, um es mit anderen Komponenten zu verschrauben.
Leitwerk
Das Leitwerk wurde mithilfe von CFD-Simulationen auf minimalen Luftwiderstand hin designt. Es verjüngt nach hinten hin von 104 mm auf 64 mm um den Basedrag zu minimieren. Um gerade im transonischen Bereich den Wavedrag klein zu halten, ändert sich die Querschnittsfläche des Leitwerks möglichst gleichmäßig.
Das Leitwerk wurde aus PLA gedruckt und mit 4 Lagen CFK und GFK laminiert. Über einen einlaminierten Aluminiumtubus kann das Leitwerk mit dem Hauptrohr verschraubt werden. Über einen Aluminiumring wird die Kraft vom 54 mm Motor auf das Laminat übertragen. Die Einpressmuttern für den Retainerring wurden im 45 Grad Winkel in den Flossen versenkt.
EuRoC 2020
Traditionell startet STR beim jährlich stattfindenden C’Space Event in Frankreich, welches dieses Jahr jedoch pandemiebedingt abgesagt wurde. Stattdessen fand der Erstflug von STR-10 Leonor im Rahmen des EuRoC 2020 Events Mitte Oktober in Portugal statt. Teams aus 5 Ländern nahmen teil. Nach Einreichen des Technical Reports und bestehen des Flight Readiness Reviews bekamen wir Starterlaubnis, am nächsten Tag um 12 Uhr sollte das Startgelände uns gehören. Da wir vermuteten, dass das Team, das vor uns starten soll, nicht rechtzeitig alle Fehler ihrer Rakete beheben kann, kamen wir lange vor Sonnenaufgang als erstes Team auf das Flugfeld. Und tatsächlich, wir wurden kurzfristig auf den ersten Startplatz vorgereiht! Wir arbeiteten die letzten Checklisten ab und innerhalb weniger Stunden war STR-10 Leonor flugbereit. Wir starteten im Launch Tower von The Hound. Der Flug ging mit bis zu 300 m/s auf 2500 m und damit höher als erwartet. Das neu designte Leitwerk hielt allen Kräften stand, das Clampband löste gut aus. Leonor landete mit 15 m/s recht flott, der Linecutter der Reffung erlitt einen Kabelbruch, der vermutlich der Verzwirbelung der Fallschirmleine durch fehlen eines Drehschäkeln geschuldet war.
Keine halbe Stunde später wurde STR-10 durch einen portugiesischen Bergungstrupp zurück zur Launcharea gebracht, wo das portugiesische Fernsehen schon auf ein Interview hoffte, wir waren nämlich das erste Studierendenteam, das in Portugal je einen High Power Raketenstart durchführte!
Am nächsten Tag bekamen wir die Gelegenheit unser Projekt vor einem Gremium zu präsentieren, bei der Abschlusszeremonie bekamen wir für das STR-10 Leonor Projekt den Preis für Innovation verliehen.
Ein detailierterer Bericht der EuRoC inc. Videos vom Raketenstart können hier eingesehen werden!
STR-09 Asimov
On 17.7.2019 it was time for the maiden flight of the STR rocket “Asimov”. A first flight is always something exciting, you can never be sure that everything will go well. This time it didn’t
Preperation
Three days before, on July 14th, five of us left Vienna heading for France. After 24 hours of driving and little sleep we started to prepare the rocket feverishly right after our arrival. We wanted to qualify for launch on that day. In the end this did not work out because we could not pass all technical tests immediately. The next day we went back to work in the morning and fixed the problem that held us back before. However, we were confronted with the next, seemingly troublesome, problem: the ejection of the parachute took place too early. This electronic problem could be solved quickly and we qualified for the start in the morning of the 17th of July. After countless separation and other tests we were quite confident to have a nominal start.
Launch pad
Around noon the truck of the French military brought us to the launch pad. We mounted the rocket at the tower, activated our electronics and checked our telemetry. Everything looked good, we received data and we were all hopeful. After we had gone to the starting tent the pyrotechnician installed the motor. Our hands were now tied and we could only hope that everything would go smoothly.
Launch
The countdown started and after the “Ignition” was announced from the loudspeakers, the rocket engine roared and the rocket took off. The first seconds of the climb were completely nominal. Then suddenly, the fins broke off at maximum acceleration and the rocket started spinning around wildly. The forces on the rocket caused the nosecone to seperate and the parachute was ejected and opened, but the shekel, which connected the parachute with the rocket, did not cope with the non nominal separation speed of more than 500 km/h and broke off. This lead to parachute and rocket descending separately. The rocket hit the ground with a speed upwards of 100 km/h. The parachute couldn’t be found.
Unfortunately we could not retrieve the rocket on this day, because it was already too late.
On the next day we left early in the morning in an off-road vehicle and found the rocket after a short search. We were somewhat suprised to find out that the rocket was almost completely undamaged, except for the fins that broke off during flight. Our onboard electronic was still fully functional and we were able to evaluate and retrieve all flight data (including video!).
After a year of hard work not everything worked, but “shit happens”. Furthermore, we learned a lot and know exactly what we want to do better next time. There will be a second flight of STR-09 Asimov in the near future. But this time fully nominal!
STR-08 Coyote
Jedes Jahr entwickelt ein Teil der Mitglieder des TU Wien Space Teams eine neue “Space Team Rocket”, kurz: STR, so auch heuer. Am Samstag, dem 20.Juli 2018 gegen 12.00 Uhr war es dann soweit, der Jungfernflug der STR-08 in Frankreich bei dem jährlichen Event C’Space stand kurz bevor.
Die Rakete war an der Startrampe befestigt, die letzten Checks durchgeführt, alles war für einen erfolgreichen Start bereit. Auch die französischen Organisatoren ließen nicht lange auf sich warten, kurz nach 12 Uhr startete der Countdown. Als es schließlich „Three-Two-One-GO“ hieß und die Rakete sich von der Startrampe erhob, fiel wohl das erste Mal in den letzten Tagen der Stress von uns ab. Als wir wenige Minuten später erfolgreich STR-08 langsam am Fallschirm herunterkommen sahen, war der Tag perfekt. Es war eine sehr intensive letzte Vorbereitungswoche. Umso schöner war es diesen vollkommen nominalen Flug zu erleben.
Größer und schwerer als ihre Vorgänger, aber voller Innovationen, selten hatte ein STR-Projekt so viel Neues. Dies führte wohl auch dazu, dass die Entwicklungszeit etwas länger andauerte als angenommen. Wie es dennoch zu einem Start kam, erzählen die folgenden Absätze:
T-4 Tage
Einen Tag später als geplant kamen wir in Frankreich an, da noch einige Komponenten der Rakete in Wien fertiggestellt werden mussten. Leider hatte sich unsere ursprünglich siebenköpfige Reisegruppe auf nur fünf Leute reduziert, da zwei Personen kurzfristig verhindert waren. Dies stauchte den ohnehin straffen Zeitplan noch weiter zusammen. Während der Fahrt wurden noch einige Arbeitspakete erstellt um einen Gesamtüberblick für die Vollendung der Rakete zu schaffen.
T-3 Tage
Da STR-08 aus sehr vielen 3D-Druck Teilen besteht, hätte sich dieser Tag wohl wie ein Puzzlespiel anfühlen sollen. Leider passten jedoch einige Teile nicht perfekt zusammen, schweißtreibende Schleifarbeit, welche sich über zwei Tage erstrecken sollte, war die Folge. Dennoch wurde an diesem Tag fast der ganze Airframe der Rakete provisorisch fertiggestellt. Schließlich mussten die ersten technischen Abnahmen bis spätestens zum nächsten Tag um 12:00 Uhr erfolgen!
T-2 Tage
Nach einem kurzen Frühstück machten wir uns an die Arbeit und konnten fast auf die Uhr genau einen fertigen Airframe liefern. Dankenswerterweise lockerten die französischen Organisatoren die strikten Arbeitszeitvorschriften etwas. Dies kam uns sehr entgegen, um weiter intensiv an der Fertigstellung der Rakete arbeiten zu können. Es war noch einiges zu tun, aber wir waren uns sicher, dass wir es schaffen würden. Bekanntlich stirbt die Hoffnung ja zuletzt!
T-1 Tag
Der letzte Tag war angebrochen, an dem man sich für einen Start qualifizieren konnte und die letzten technischen Prüfungen der Rakete durchlaufen konnte. Dieser Tag war voller Höhen und Tiefen. Mal wurde verkündet, dass wir die Startgenehmigung hätten, wenige Minuten später hieß es wiederum „Leider Nein!“. Das erste Problem tat sich beim Schwerpunkt der Rakete auf. Das Heck der Rakete war zu schwer geworden. Allerdings war die Rakete schon an der Gewichtsgrenze für den zu verwendenden Fallschirm. Dieses Problem ließ sich lösen, doch das nächste wartete schon auf uns. Wir hatten, aufgrund von Zeitmangel, noch keinen voll integrierten Fallschirm-Öffnungstest durchgeführt. Der technische Prüfer hatte uns schon abgeschrieben, doch dann, im allerletzten Moment funktionierte die Fallschirmöffnung doch noch. Wir wurden zur allerletzten Prüfung, der „Vol simule“ zugelassen. Doch auch hier ging leider etwas schief. Die USB-Buchse unsere Funkanlage löste sich von dieser. Dadurch konnten wir die Rakete nicht manuell in den Flugmodus versetzen. Nachdem wir die defekte USB Buchse wieder angelötet hatten konnten wir auch den simulierten Flug soweit erfolgreich abschließen.
Ohne die lösungsorientierten Organisatoren & Prüfer von C’Space wäre der Start wohl nicht möglich gewesen.
C’Space 2018 waren für uns alle stressige Tage voller Höhenflüge und Rückschläge. Aber wir haben wohl eine sehr wichtige Lektion gelernt: Niemals, wirklich niemals, aufzugeben. Nicht einmal, wenn es eigentlich schon aussichtslos scheint.
Wie jedes Jahr möchten wir uns besonders bei unseren Sponsoren bedanken, ohne die all das nicht möglich gewesen wäre!
STR-07 Florent
STR – 07, Florent ist die im Jahr 2016/ 17 entwickelte Version der STR Raketenreihe. Intern wird dieses Projekt immer an die Neuzugänge vergeben, um Erfahrung zu sammeln mit dem Ziel am Ende des Studienjahres beim internationalen Raketenflugtag C’Space, von den Organisationen Planète Science und CNES, in Frankreich teilzunehmen.
Hierfür ist es notwendig zuvor gewisse projektrelevante Teilziele zu erreichen und diese vor den Veranstaltern zu präsentieren. Diese Vorabnahmen zeigten sich heuer im Gegensatz zu den vorrangegangenen Jahren etwas verschärft, weshalb die Projektleiter, Clara Fischer und Stefan Schaffer, sogar zweimal nach Paris reisen mussten.
Das erste Treffen mit den Organisatoren von Planete Science fand Ende Jänner statt, dort wurden erste Berechnungen, Projektideen und Konzepte vorgestellt. Man zeigte sich besonders begeistert über unsere Umsetzung eines „CanSat Deployment Mechanismus‘“ .
Bei der zweiten Zusammenkunft mit den französischen Kollegen, Anfang Juni, war die Vorgabe 70% der Rakete bis dahin fertiggestellt zu haben. Da die Projektleiter sich aufgrund von gewissen geopolitischen Vorkommnissen nicht unbedingt, wie von den Franzosen gefordert, mit der kompletten Rakete ins Flugzeug setzen wollten, wurden nur einzelne Teile, wie der CanSat Mechanismus und der Fallschirm mitgenommen. Die Rakete wurde dann anhand dieser und mit der vollständigen CAD Konstruktion vorgestellt und geprüft. Sämtliche Anforderungen wurden erfüllt und das Team erhielt die Erlaubnis an C’Space 2017 teilzunehmen.
Die Arbeiten an Florent erfolgten hauptsächlich in Räumlichkeiten und einer Werkstatt der TU Wien. Bei der Fertigung der Leichtbaukomponenten aus GFK und Carbon durfte das Team, wie auch schon in der Vergangenheit, auf die Expertise von PEAK Technology zurückgreifen.
Da bei dem C’Space Event keine pyrotechnischen Trennmaterialien eingesetzt werden dürfen, wurde der Trennmechanismus vom Vorjahr, das CO2 betriebene Pyroless Recovery System, von Andreas Bauernfeind weiterentwickelt.
Als weiteres Teilprojekt war in der Rakete, der oben erwähnte, rein mechanische CanSat Auswurfmechanismus, entworfen und gefertigt von Alexander Sebo, enthalten.
Die Finnen von STR07 wurden 3D gedruckt und mit GFK überlaminiert.
So wie alle anderen TU Wien Space Team Raketen wurde auch in Florent die seit Jahren bewährte Boardelektronik FMS 3.2 verbaut.
Nachdem die letzten Tests mit der fertig zusammengebauten Rakete in Wien erfolgreich durchgeführt worden waren, wurde zusammengepackt und das Team machte sich auf den Weg nach Tarbes, in Süd-West-Frankreich.
Gut im Militärlager angekommen konnten nun alle technischen Abnahmen vor Ort starten. Nach Tagen voll von Tests und Überprüfungen der einzelnen Raketenkomponenten und der erfolgreichen Absolvierung des „Vol Simulé“ gab es die Startfreigabe für Mittwoch den 19. Juli 2017.
Sobald das Team Florent startklar gemacht hatte, ging es Richtung Launchpad und die Rakete wurde auf der Startrampe positioniert.
Nachdem es überraschend zu Startverzögerungen gekommen war, stieg STR – 07 Florent kerzengrade in den wolkenbehangenen Himmel über den Pyrenäen auf. Die Sichtbedingungen erschwerten eine optische Ortung und nachdem auch die Funkverbindung bei ca. 600 Metern über dem Boden verloren gegangen war, war klar, dass bei der Landung etwas schiefgegangen sein musste. Trotz stundenlanger Suchaktion in Sumpf und Savanne blieb Florent verschollen. Eine Auswertung und Extrapolierung der vorhandenen Daten ergab eine Position in einem verlassenen Minenfeld, in welchem die Rakete bei einem nominalen Flug höchstwahrscheinlich auch gelandet wäre. Da es untersagt wurde dieses Gebiet zu betreten, musste das Team leider ohne Rakete abreisen.
Trotz dieses schweren Verlustes sind alle Team Mitglieder sehr froh über ihre gesammelte Erfahrung im Laufe des Projektes.
Mitglieder:
- Clara Fischer (Projektleiter)
- Stefan Schaffer (Projektleiter)
- Andreas Bauernfeind
- Philipp Jagschitz
- Maximilian Gruber
- Moritz Novak
- Sebastian Seisl
- Alexander Sebo
- Laila Wooninck
- Gurvinder Singh
- Fabian Ralser
- Marphi Mukkattukunnu
Besonderen Dank auch an die tatkräftige Unterstützung von Christian Plasounig, Peter Kremsner, Reinhard Rath und allen anderen erfahrenen Space Team Mitgliedern.
Unter diesem Link können Sie ein kurzes Video zu unseren Erfahrungen in Frankreich sehen.
STR-06 Watney
Seit der Gründung des TU Wien Space Teams im Jahr 2011 ist es Tradition jährlich eine Experimentalrakete für C’Space, eine von der französischen Raumfahrtagentur CNES und Planète Sciences organisierte Startkampagne in Frankreich, zu fertigen. STR-06 ist die Fortführung dieser erfolgreichen Serie von Experimentalraketen. Seit letztem Jahr wird die Entwicklung und Fertigung dieser Rakete vor allem von den Neuzugängen des Space Teams durchgeführt, um bestehendes Wissen von erfahrenen Mitgliedern weiterzugeben.
Zielsetzung
Die diesjährige Rakete besteht neben bewährten Komponenten auch aus neu entwickelten Bauteilen. Besonderes Augenmerk lag dabei auf dem Bergungssystem, wobei der bisher verwendete pyrotechnikfreie Auslösemechanismus vollständig umgestaltet wird. Für die Neuentwicklung dient das System von Troy Prideaux als Vorbild. Die Füllung der Druckkammer erfolgt jedoch mit flüssigem CO2 anstelle von Druckluft, um die Baugröße des Systems gering zu halten. Zudem soll eine zweistufige Bergung mit einem Chute Release von Jolly Logic realisiert werden.
Fertigung Airframe
Nach der Fertigung des Airframes bei Peak Technology im Februar wurden die aus PLA 3D-gedruckten Fincans auf das Körperrohr geklebt und anschließend mit GFK verstärkt. Die Spitze wurde ebenfalls aus PLA 3D-gedruckt und mit GFK verstärkt.
(Link zum Newseintrag)
Erstflug und Roll-out
Bereits Anfang Mai war das Projekt STR-06 so weit fortgeschritten, dass unser Team in Leipzig den ersten erfolgreichen Testflug absolvieren konnte. Dies war ebenso einmalig in der Geschichte des TU Wien Space Teams, wie das Roll-out beim Space Event Mitte Mai.
(Link zum Newseintrag der Flugtage in Leipzig sowie des Spacevevents)
Technische Abnahme in Paris
Sebastian Seisl und Andreas Bauernfeind reisten Ende Mai anlässlich der technischen Abnahme für C’Space 2016 nach Paris. Gemeinsam mit einem Mitarbeiter der veranstaltenden Organisation (Planète Sciences) wurde der derzeitige Projektfortschritt erhoben. Aufgrund des erfolgreichen Starts in Leipzig zwei Wochen zuvor konnten mit Hilfe eines Videos die einwandfreie Funktion der Rakete belegt werden.
(Link zum Newseintrag)
Fertigung Pyroless Recvery Mechanismus
Doch an ausruhen war nicht zu denken, da nun die Konstruktion und Fertigung des neuen Pyroless Recovery Mechanismus anstand. Nach einigen Wochen harter Arbeit, etlichen Tests und Modifikationen am Prototypen konnten drei flugfähige Mechanismen rechtzeitig vor dem großen Event C´Space fertiggestellt werden. Es wurden zwei Mechanismen in der Rakete verbaut, wobei einer als Backup diente. Ein dritter Mechanismus wurde als Ersatzteil gefertigt, falls es bei Tests zu Beschädigungen kommen sollte. Trotz einiger Kinderkrankheiten erwies sich dieses System als äußerst zuverlässig.
C´Space 2016
Nach einem Softwareupdate der FMS (Flight Management System) und einer verbesserten, leichteren Elektronikhalterung stand einem Start in Frankreich nichts mehr im Wege. Die technische Abnahme gestaltete sich sehr aufwendig, doch auch diese Hürde wurde gemeistert.
Am Dienstag, den 26.07.2016 war der Tag X gekommen. Das Team bereitete die Rakete für den Start vor und ging an der Startrampe noch einmal die Checkliste durch. Der Flug verlief wie geplant, die Rakete stieg auf eine Höhe von 2830m. Das neu entwickelte Bergungssystem trennte die Rakete und der Drogue-Schirm bremste die Rakete ab. 150m über Grund öffnete der Chute Release den Hauptfallschirm und die Rakete landete sanft.
(Newseinträge: Abfahrt, Tag 1 und 2 , Abschlussbericht)
Manching 2016
Nach C´Space waren die neuen Ziele klar, der erste Überschallflug und der erste zweistufige Flug. In Manching war es dann soweit, und der erste zweistufige Flug wurde erfolgreich durchgeführt. Aufgrund der örtlichen Gegebenheiten war es aber noch nicht möglich, auch einen Überschallflug zu starten
(Link zum Newseintrag)
Überschallflug
Kurz darauf fanden wir jedoch doch noch eine Möglichkeit, auch einen Überschallflug durchzuführen.
(Link zum Newseintrag)
Resümee
Aufgrund der vielen erfolgreichen Flüge mit unterschiedlichen Anforderungen hat das TU Wien Space Team viele wichtige Erfahrungen machen können. “Watney” zählt zu den erfolgreichsten Projekten und ist definitiv ein Wegbereiter für künftige Projekte wie “The Hound”. Dies ist unter anderem auch der immer zuverlässigeren Elektronik zu verdanken.
Mitglieder
- Andreas Bauernfeind (Projektleiter)
- Sebastian Seisl (Mechanik und Elektronik)
- Alexander Sebo (Mechanik)
- Stefan Schaffer (Mechanik)
- Markus R (Mechanik)
- Clara Fischer (Teamküken)
Besonderen Dank auch an alle Teammitglieder die uns tatkräftig unterstützt haben!
Flüge
| Description | Overall length | Take-off mass | Motor | Max. altitude | Max. velocity | Max. acceleration | Recovery | Notes |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Leipzig 2016 | 162cm | 4000g | I300-AT | 451m | pyrotechnic charge, enginge ejection charge as backup | maiden voyage, FMS and Altimax redundant | ||
| C'Space 2016 | 162cm | 5700g | K570 | 2830m | 295 m/s | 30g (50g spike) | 2x pyroless recovery | FMS and Altimax redundant |
| Manching 2016 | 162cm | 2659g | H148R-AT | 230m | 65 m/s | 6g | pyrotechnic charge | FMS and Altimax redundant |
| Manching 2016 | 247cm | 6655g | I600-AT (booster) Klima D9 (sustainer) | 361m (booster 500m (sustainer) | 92 m/s | 15g | pyrotechnic charge (booster), 2x pyroless recovery (sustainer) | two-staged fligt, FMS and Altimax redundant |
| Supersonic 2016 | 162cm | 3776g | K1100-AT | 2237m | 391 m/s | 31g (100g spike) | FMS and Altimax redundant |
STR-05 Fury
Das nächste Modell der STR Serie ist STR-05 “Fury”. Sie feierte ihren Jungfernflug in Manching, Deutschland, und erreichte eine Flughöhe von 500 Metern mit einem AT I285R Motor.
Entwicklung und erstes Modell
Nach dem Erfolg von STR-04, die im Jahr 2014 zweistufig mit einem Dummy-Motor in der Oberstufe flog, sollte STR-05 unsere erste wirkliche zweistufige Rakete werden. Dafür waren viele Änderungen und Neuentwicklungen notwendig. Unter anderm wurde die Elektronikhalterung in mehrere Module aufgeteilt, um Umbauten und Anpassungen im Inneren der Rackete zu vereinfachen. Auch ein Zündsystem für die Oberstufe und dessen Software zur Bestimmung des Zündzeitpunktes mussten entwickelt werden.
Aufgrund von mehreren kurzfristigen Änderung waren wir gezwungen für den Airframe anstelle von kohlefaserverstärktem Kunststoff ein PVC-Rohr zu verwenden. Mit einer 2,74 Meter langen, zweistufigen Rakete reisten wir zur alljährlichen C’Space Competition nach Frankreich.
C’Space 2015 (Tarbes, Frankreich)
Bei der Competion in Frankreich bestand der PVC Aiframe der zweistufigen Rakete den Druchbiegungstest leider nicht. Aufgrund der knappen Zeit und der modularen Struktur der Rakete wurde die Entscheidung getroffen einstufig zu fliegen. “Fury” wurde innerhalb von 24 Stunden komplett umgebaut. Leider konnten in dieser kurzen Zeit aber nicht alle elektronischen Problem beseitigt werden. Schlussendlich löste auf der Startrampe das Fallschirmsystem frühzeitig aus. Da wir die Rakete nicht bei einem ballistischen Flug zerstören wollten, wurde der Jungfernflug von STR-05 auf ein späters Datum verschoben.
Raketenflugtage Manching
Einen Monat nach dem Startversuch bei C’Space besuchten Mitglieder des Spacteams die Raketenflugtage in Manching, Deutschland. Nachdem zwischenzeitlich die Softwareproblem beseitig wurden, fand der Jungfernflug von STR-05 “Furry” am 22. August 2015 statt. Es wurde eine Flughöhe von 500 Metern erreicht (mehr war leider augrund der Beschränkungen durch den Veranstalter nicht möglich).
Technische Details
Details der Oberstufe
- Länge: 1650 mm
- Durchmesser: 102 mm
- Masse (ohne Motor): 4450 g
- Masse (mit Motor): 4670 g
Details Unterstufe
- Länge: 1096 mm
- Durchmesser: 102 mm
- Masse (ohne Motor): 2850 g
- Masse (mit Motor): 4315 g
Details der einstufigen Rakete in Manching
- Länge: 1590 mm
- Durchmesser: 102 mm
- Masse (ohne Motor): 3775 g
- Masse (mit Motor): 4415 g
- Schwerpunkt: 967 mm
STR-Needle
STR-Needle ist unsere erste Rakete, die zum Großteil aus 3D-gedruckten Teilen besteht.
Mit einer Länge von 1.2 Metern ist Needle auch die kleinste Rakete der STR (Space Team Rocket) Serie.
Technical Details
- Length: 123 cm
- Diameter: 5.6 cm
- Mass: 1.1 kg
STR-03A Phoenix
Black Bird reloaded
Die Rakete STR-03A Phoenix ist eine Weiterentwicklung der STR-03 Black Bird, die wegen Schwierigkeiten bei der Ansteuerung eines Ventils bei Ihrem Erstflug im August 2013 anlässlich des C’Space in Südfrankreich verloren ging. Dank der während des Fluges laufend übermittelten Telemetriedaten konnte jedoch zumindest der Flugverlauf trotz des Verlusts der Rakete nachträglich analysiert werden. Dies lieferte uns eine wertvolle Grundlage für die Weiterentwicklung.
Erfolgreicher Erstflug in Biscarosse am C’Space 2014
STR-03A Phoenix absolvierte ihren Jungfernflug am 27. August 2014 erfolgreich. Sie trennte sich nach 18 Sekunden Flugzeit am Scheitelpunkt in knapp 3 Kilometern Höhe wie vorgesehen, um vom Fallschirm gebremst zur Erde zurückzugleiten. Dank der laufend zur selbstentwickelten Bodenstation übertragenen Telemetriedaten konnte die Rakete rasch 4 Kilometer vom Startpunkt entfernt lokalisiert und geborgen werden.
Weiterentwicklung der Raketentrennung
Äußerlich unterscheidet sich die verbesserte STR-03A kaum von ihrer Vorgängerin, Maße und Masse sind beinahe identisch. Auch ist sie für denselben Treibsatz CTI K570 mit einem maximalen Schub von 893 N ausgelegt (Gesamtimpuls 2063 Ns). Neben einer verbesserten Elektronik in Form eines weiterentwickelten FMS (Version 2.2) verfügt die STR-03A zusätzlich über einen neu entwickelten pneumatischen Trennmechanismus, der überdies komplett redundant vorhanden ist. Damit kann eine zuverlässige Trennung der Rakete am Scheitelpunkt und eine sichere Rückkehr zur Erdoberfläche gewährleistet werden. Obwohl der Trennmechanismus nun doppelt vorhanden ist, blieb die Masse fast unverändert.
STR-03 Black Bird
Learning the hard way
When our rocket STR-03 “Black Bird” left the ramp it was already doomed to go on a ballistic trajectory and hit the ground at about 150m/s (540km/h). back then we didn’t know, but 18 seconds later when recovery-ejection was triggered and the dedicated servo tried to open the ball-valve (to release pressure from a CO2-capsule into the parachute-compartment) it stuck. Telemetry showed that the motor was not able to turn the valve open. therefore no Co2 from the Capsule into the parachute-compartment, no pressure to separate the nosecone-section, no drogue, later on no parachute and BANG.
Last-Minute Change of Circuit-Board
How could that be? We tested the separation-valve several times and were pretty confident in our new ejection-mechanism. However during construction we detected an issue, that the ball-valve was a lot harder to open when it was under pressure(approx. 58 Bar) for more than an hour (somehow the valve-ball got pressed into the Teflon seat). We decided to use a servo with significantly more torque (120Ncm instead of 31Ncm) and after that the valve opened reliable any time.
Rather “last minute” we exchanged the servos original circuit-board against a board based on OpenServo V2 from Sparkfun (which had the advantage to feed back actual position and speed – something that ordinary servos cannot). We tested the ejection-mechanism after that and it worked fine, but we did not do the long-time-under-pressure test…
What we did not find out was, that the pimped servo for some reasons had less torque than with its original circuit-board; the degradation in torque was not noticeable at standard conditions, but it “ate” our margin to be able to open the valve after more than an hour under pressure. And the time from pre-launch-assembly to actual launch was more than that.
Landing site
We tried to estimate the crash-site-location from the received gps-points, but sadly the search area was quite large and a rough terrain. Search time was very limited too, as it was not allowed to be around during launches. After all, there is still hope that somebody might find our rocket or parts of it later on and identify it from one of the stickers…
Conclusion
It was a “hard lesson to be learned” and it is really bad to loose a vehicle at maiden flight. At the other hand about two thirds of our effort went into making the tools for STR-03. The next version – STR-03A – will be significantly improved and easier and faster built than its predecessor. Last but not least STR-03 in fact accomplished its mission: We received most of the desired data via telemetry. Analysis is still ongoing and results will be presented later on.
STR-02 Hornet
366 Tage Vorbereitung für 3,5 Minuten Hochspannung!
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.
STR-01 Origin
The very first Space Team Project
This was our first experimental rocket and also the very first project of our team. Space team rocket numer 1 (STR-01) was built in 2010 and 2011. At C’Space 2011 in Biscarosse was the first start.
- Diameter: 89mm
- 54mm Motor (CTI K570)
- Length: 2430mm
- Mass (without motor): 5kg
- Mechanical seperation mechanism (pre-apogee seperation failure)
- GoPro camera (lost video data)
- Start-detection with Jack
- Geiger-Counter
- Flight Measurment System (FMS 1.0)
- Filament wound GFRP tubes
- Sandwich Fin-Can structure
- Prices: „Prix Espace et Industrie“ (EADS & Sodern)
A pre-apogee seperation failure caused seperation and parachute deployment at maximum velocity. This destroyed the parachute and lead to damage on our electronic system. After several seconds of tumbling, the rocket had a rough impact. Surprisingly there was only minor damage to the mechanical structure. With this rocket we gained much of experience on how to build a secure rocket.
STR-xx Tabelle
| Class | STR-01 | STR-02 | STR-03 | STR-03A | STR-04 | STR-04A | STR-Needle |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Code Name | Origin | Hornet | Black Bird | Phoenix | Strive | Strive | Needle |
| Release Date | 08/2011 | 08/2012 | 08/2013 | 08/2014 | 08/2014 | 05/2015 | 05/2015 |
| Diameter | 89 mm | 89 mm | 104 mm | 104 mm | 104 mm | 104 mm | 56 mm |
| Length | 2300 mm | 2600 mm | 1650 mm | 1700 mm | 2400 mm | 1620 mm | 1230 mm |
| Mass | 5500 g | 4900 g | 3700 g | 3750 g | 5600 g | 3300 g (CTI J420) 2800 g (AT I218R) | approx. 1100 g |
| Stages | Single | Single | Single | Single | Double | Single | Single |
| Propulsion | CTI K570 | CTI K570 | CTI K570 | i.a. CTI K570, AT I300T | CTI K570, AT I600 R | AT I218R, CTI J420 | i.a. CTI H87, AT I218 R, 3x Klima D9 |
| Separation | Mechanic | Mechanic | Pneumatic | 2x Pneumatic | 4x Pneumatic | Pyrotechnic | Pyrotechnic |
| Recovery | Single | Dual | Single | Dual | Dual | Dual | Single |
| Electronics | FMS 1.0 | FMS 1.0 FMS 2.0 | FMS 2.1 | FMS 2.3 | 2x FMS 2.2 | 1x FMS 3.0 | FMS 3.0 - 3.2 |
| Flights | 1 | 1 | 1 | 5 | 2 | 2 | 6 |
| Outline |  |  |  |  |  |  |  |
| Class | STR-05 | STR-06 | STR-06 | STR-06 | STR-07 | STR-08 | STR-09 | STR-10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Code Name | Fury | Watney | Watney Supersonic | Watney 2-staged | Florent | Coyote | Asimov | Leonor |
| Release Date | 06/2015 | 05/2016 | 08/2016 | 08/2016 | 07/2017 | 07/2018 | 07/2019 | 10/2020 |
| Diameter | 102 mm | 102 mm | 102 mm | 102 mm | 102 mm | 194 mm | 151 mm | 104 mm |
| Length | 1590 mm | 162 cm | 162 cm | 247 cm | 1940 mm | 2440 mm | 2230 mm | 1800 mm |
| Mass | 3775 g | 5700 g (max.) | 3776 g | 6655 g | 5636 g | 17790g | 6600g | 4100g |
| Stages | Single | Single | Single | 2-staged | Single | Single | Single | Single |
| Propulsion | CTI K570 | I300-AT, K570 | H148R, K1100-AT | I600-AT (booster) Klima D9 (sustainer) | Pro75 L800-P | Pro75 L800-P | Pro54 K570-7 | Pro54 K445-7 |
| Separation | 2x Pneumatic | 2x Pyroless recovery | Pyrotechnic charge | Pyrotechnic charge (booster), 2x Pyroless recovery (sustainer) | 2x Pyroless recovery | Mechanic | Mechanic | Clampband |
| Recovery | Single | Dual | Dual | Single (booster) Dual (sustainer) | Dual | Single | Single | Single refeed |
| Electronics | FMS 2.3 | FMS 3.2 | FMS 3.2 | FMS 3.2 | FMS 3.2 | FMS 3.2 | FMS 3.4 | FMS 3.4 |
| Flights | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Outline |  |  |  |  |  |  |  |  |