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
Like every year a part of the TU Wien Space Team developed a new “Space Team Rocket”, STR in short. On Saturday, the 20th of July 2018 at 12 o’clock the maiden flight of the STR-08 was imminent.
The rocked was fastened to the launch pad, the last checks were done, everything was ready for a successful launch. The French organizers were not long in coming, shortly after 12:00 the countdown was initiated. When “Three-Two-One-GO” was finally announced and the rocket rose from the launch pad we felt relieved from the stress of the last days. A few minutes later, when we saw STR-08 descend slowly on the parachute, the day was perfect. It was a very intense last week of preparations. So it was all the better to experience this completely nominal flight.
Bigger and heavier than its predecessors, but full of innovations, rarely did a STR project have so much new components. This also lead to a longer development time than initially projected. The following paragraphs tell how it nevertheless came to a successful launch:
T-4 Days
One day later than initially planned we arrived in France because some components of the rocket needed to be completed in Vienna. Unfortunately, our originally seven-person group had been reduced to only five people since two people had to cancel on short notice. This compressed the already tight schedule even further. During the trip, some work packages were created to provide a complete overview of the needed steps for completion of the rocket.
T-3 Days
Since STR-08 consists of a lot of 3D printed parts this day should have felt like a puzzle game. However, some parts did not fit together perfectly. Sanding, which took over two days, was the result. Nevertheless, almost the entire airframe of the rocket was provisionally assembled on that day. After all, the first technical tests had to be passed no later than 12:00 o’clock the next day!
T-2 Days
After a quick breakfast we got down to work and were able to deliver a finished airframe almost to the clock. Thankfully, the French organizers relaxed the strict working hour regulations on that day. This was very helpful to us, in order to be able to work intensively on the completion of the rocket. There was still a lot to do, but we were sure we could do it. Hope dies last!
T-1 Days
The last day on which we could qualify for a launch and go through the final technical tests had dawned . This day was full of ups and downs. Sometimes it was said that we had starting permission, but a few minutes later it was changed to “unfortunately no!”.
The first problem arose because of the center of gravity of the rocket. The stern of the rocket had become too heavy. However, the rocket was already at the weight limit for the parachute. This problem could be solved, but the next one was already waiting for us. Due to lack of time we have not yet performed a fully integrated parachute opening test yet.
The technical examiner had already written us off, but at the very last moment the parachute opening mechanisms worked. We were admitted to the very last test, the “Vol simule”. But here, again, something went wrong. The USB socket of our radio-station broke away. This did not allow us to manually put the rocket into its flight mode. After we had resoldered the defective USB socket, we were able to complete the “Vol Simule” successfully.
Without the solution-oriented organizers & examiners of C’Space the start would probably not have been possible.
C’Space 2018 were stressful days for all of us and full of highlights and setbacks. But we have learned one very important lesson: Never, never, give up. Not even when everything seems hopeless.
Like every year we would like to thank our sponsors without whom all this would not have been possible!
STR-07 Florent
STR – 07, Florent, is the newest addition to the Space Team Rocket series. The STR project is usually assigned to new members to the Space Team with the goal to ultimately launch at the international rocket launch day C’Space, organised by the Organisationen Planète Science and CNES in France.
It is necessary to reach certain requirements and milestones before the launch which is overviewed by the event organisers. This year, the requirements became stricter which is why the project leaders, Clara Fischer and Stefan Schaffer, had to travel to Paris twice.
The first meeting with the organisers of Planete Science took place end of January where project ideas and concepts were presented. There was a lot of interest in our „CanSat Deployment Mechanism‘“.
For the second meeting with the event organisers the requirements were to have an at least 70% ready to launch rocket. Since the project leaders were hesitant to fly to France with a rocket due to the current geopolitical climate, only select rocket parts such as the CanSat mechanism and the parachute were brought with. The rocket was then presented and judged using these and the complete CAD construction. All requirements were met and the team got the green light to launch at C’Space 2017.
Work on Florent occured mostly in the workshops of TU Wien. For the construction of light-weight components using fibre glass and carbon the team had the opportunity to use the workshop and expertise of PEAK Technology.
Since the use of pyrotechnical rocket separation mechanism is not allowed at C’Space the separation mechanism from the year before was used. This was the Pyroless Recovery System designed by Andreas Bauernfeind.
The second project was the, as previously mentioned, CanSat mechanism designed and constructed by Alexander Sebo.
The fin can of STR07 were 3D printed and laminated with fibre glass.
This rocket, just like all other Space Team rockets, was equipped with the FMS 3.2.
After the last tests with the assembled rocket were done in Vienna, the team made their way towards Tarbes in the south west of France.
After safely arriving in France, all mechanical and electronic requirement tests were started and passed, including the successful completion of the ‘vol simule’. We were given the launch permission for Wednesday, the 19th July 2017.
As soon as Team Florent got the permission to launch, they made their way towards the launchpad and the rocket was positioned on the launchpad.
After a few surprising launch delays STR07 finally managed to launch by flying straight up into the air, overlooking the Pyrenees. The viewing conditions were not advantageous to track the rocket with the naked eye and the radio communication with the rocket were lost after around 600 meters over the ground. After this, it was clear to the team that something went wrong during the launch of Florent.
The search for Florent in the area yielded no results. After processing and extrapolating the available data for the theoretical position of Florent it was discovered that it has probably fallen in a mine field. Since it was forbidden to enter this mine field the team had to leave France without the rocket.
Despite this heavy loss all team members are happy about the collected experience during the course of the rocket.
Members.
- Clara Fischer (Project leader)
- Stefan Schaffer (Project leader)
- Andreas Bauernfeind
- Philipp Jagschitz
- Maximilian Gruber
- Moritz Novak
- Sebastian Seisl
- Alexander Sebo
- Laila-Marie Wooninck
- Gurvinder Singh
- Fabian Ralser
- Marphi Mukkattukunnu
A big thank you to the continuous support from Christian Plasounig, Peter Kremsner, Reinhard Rath and all other experienced Space Team members.
Under this link you can find a short video.
STR-06 Watney
Ever since the TU Wien Space Team was founded back in 2011, it has been an annual tradition to build a new experimental rocket for the French space agency CNES and Planète Sciences in order to launch at their annual launch campaigns. STR-06 is the new installment of our successful rocket series. Ever since 2015 the design, creation, and launch of the new rockets has been entrusted to new team members in order to bestow the existing knowledge to newcomers.
Aim
This years rocket, while still housing trusted components from previous rockets, has a few new additions, one of which is the new recovery system. The old pyrotechnic free release mechanism was completely redesigned based on the system developed by Troy Prideaux. The pressure chamber was filled with liquid CO2 instead of pressurized air however, which reduces the size of the recovery system. For a two staged recovery, the chute release is realized with the chute release by Jolly Logic.
Constructing the Airframe
After the construction of the airframe at Peak Technology back in February 2016, the out of PLA 3D printed fincans were attached to the frame and reinforced using fibreglass. The nosecone was also 3D printed out of PLA and reinforced with fibreglass.
(Link to the news entry)
Maiden Voyage and Roll-out
For the first time in TU Wien Space Team’s history, the new rocket for the CNES event was ready already by May. This meant that STR-06 experienced its successful maiden voyage in Leipzig, Germany and was already rolled out at our Space Event later that month.
(Link to the news entries of Leipzig and of the Spacevevent)
Technological Requirement Evaluation in Paris
At the end of May, Sebastian Seisl and Andreas Bauernfeind travelled to Paris for the technological requirement evaluation for C’Space 2016. Here, STR-06’s ability to launch without problem was demonstrated using videos from the launch event just two weeks prior.
(Link to the news entry)
Finishing the Pyroless Recovery Mechanism
Despite passing the evaluation, project STR-06 wasn’t quite done yet. The new pyroless recovery mechanism had to be finished. After several weeks of hard work, dozens of tests, and several modifications three new systems were created just in time for the C’Space event. Two of the systems were installed in the rocket and the third acted as a backup in case one of the first two would be damaged during testing. Despite a few hiccups, the newly developed system proved to be reliable.
C’Space 2016
After a software update of the Flight Management System (FMS) and the construction of an improved electronics mount, there was seemingly nothing that could stand in the way of a successful launch in France. The final technological requirement evaluations at the event itself proved to be quite time consuming, however even these were passed after hard work.
Tuesday, the 26th July 2016 was the dreaded day. The team prepared the rocket for the launch and nervously checked the final checklist. The flight took place as planned and climbed to an altitude of 2830 meters. The new recovery system separated the rocket as planned and the drogue, and later the main parachute, brought the rocket back to earth at a controlled speed.
(News entries of the departure, day 1 and 2 and the final report)
Manching 2016
After C’Space it was clear that the next goal was going to be- the first supersonic flight and the first two staged flight. While the supersonic flight was not possible due to regulatory reasons, the first two-staged flight was fulfilled in Manching, Germany and celebrated with more members of the Space Team on site.
(Link to the news entry)
Supersonic flight 2016
But shortly after that, we found a launch site where it was possible to start STR06 with supersonic velocity.
(Link to the news entry)
Summary
Thanks to the many launches with different technological requirements, the TU Wien Space Team was able to gain a lot of experience from STR-06. “Watney” is one of our most successful projects and is a great foundation for next projects, such as “The Hound”. This is largely thanks to the always reliable electronics of all Space Team rockets.
Project members
- Andreas Bauernfeind (Project leader)
- Sebastian Seisl (Mechanics and electronics)
- Alexander Sebo (Mechanics)
- Stefan Schaffer (Mechanics)
- Markus R (Mechanics)
- Clara Fischer (Fresh team member)
A big thank you to the rest of the Space Team’s members for all of your help!
Susscessful flights
| 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
The next instalment of the STR series is the STR-05 “Fury”. The sixth rocket in the series celebrated its maiden voyage in Manching, Germany, and reached an altitude of 500 meters with an AT I285R motor.
Design Phase and First Model
Following the success of STR-04 the previous year, which flew with a dummy motor in the upper stage, STR-05 was intended to be our first successful two staged rocket, which meant that a lot of new strategies had to be developed. The electronics mounter was split up into several modules, allowing for easy rearrangement of the modules within the rocket. An igniter was also designed, allowing for the ignition of the second motor once the rocket had reached an appropriate altitude and attitude.
Due to some last minute changes, Fury’s airframe material had to be changed from carbon fibre to reinforced PVC. With a 2.74 meter long, two staged, PVC rocket, the team made its way to the annual C’space competition.
C’Space 2015 (Tarbes,France)
At the competition itself it was apparent that the rockets PVC airframe was not capable of withstanding the bending tests of the competition. Due to time constraints and the anyway modular structure of the electronics mounter, the decision was made to fly Fury as a one staged rocket. Fury was rebuilt within 24 hours, however not all electronical problems were solved within this time frame. Thus, the decision was made to postpone Fury’s maiden voyage to a later date in order to not risk a ballistic flight.
Rocketry Day Manching
One month after the C’Space competition the Space Team attended the rocketry days in Manching, Germany, organized by the Arbeitsgemeinschaft Modellraketen and Solaris-RMB. With enough time to iron out the remaining software problems and a fresh coat of paint, Fury’s maiden voyage was celebrated on the 22nd of August and reached an altitude of 500 meters.
Technical Details
Details on the upper stage
- Length: 1650 mm
- Diameter: 102 mm
- Mass (without motor): 4450 g
- Mass (with motor): 4670 g
Details on the lower stage
- Length: 1096 mm
- Diameter: 102 mm
- Mass (without motor): 2850 g
- Mass (with motor): 4315 g
Details on the rebuilt rocket in Manching
- Length: 1590 mm
- Diameter: 102 mm
- Mass (without motor): 3775 g
- Mass (with motor): 4415 g
- Centre of gravity: 967 mm
STR-Needle
STR-Needle is our first rocket with major 3D printed components.
At an ominous length of near 1.2 meters, Needle is our smallest rocket of the STR (Space Team Rocket) series.
Technical Details
- Length: 123 cm
- Diameter: 5.6 cm
- Mass: 1.1 kg
STR-03A Phoenix
Black Bird reloaded
The rocket STR-03A Phoenix is the next level of the STR-03 Black Bird, which was lost during its maiden voyage in the south of France (C’Space) as a result of complications in triggering the valve for the separation mechanism. Thankfully, due to the live telemetry data we received during its launch, we were able to analyse the rockets flight. This proved to be indispensable for the further development of the rocket, leading to the development of Phoenix.
Successful Maiden Voyage in Biscarosse at C’Space 2014
STR-03A Phoenix completed its first flight on the 27th August, 2014. It separated as planned after 18 seconds flight time at an altitude of 3 km and slowly returned to earth via parachute. As a result of the live telemetry data sent to the self-programmed ground station, the rocket was quickly located 4 km away from the launch point.
Further Developments on the Rocket Separation
Optically, STR-03A Phoenix is indistinguishable to STR-03 Black Bird. It is also built to use the same reload, CTI K570, with a maximum thrust of 893N (total impulse 2063 Ns). The FMS (Version 2.2) has been further improved and Phoenix has a newly developed pneumatic separating mechanism which has been redundantly designed to house two separating mechanisms. This way a reliable separation at the highest point of its flight path and the safe return of the rocket to earth can be guaranteed. Furthermore, even though the rocket houses two separating mechanisms, the mass of Phoenix remains identical to that of Black Bird.
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
Success
On Thursday the 30.08.2012 at 11:04 CET, the second experimental rocket of the TU Wien Space team launched in Biscarrosse, France. As planned, the rocket separated at apogee releasing the small and later the main parachute. After a soft landing 1.2 km from the launch site “STR-02 Hornet” finished its maiden voyage “VOL NOMINAL” and sent it’s GPS Coordinates via RF Telemetry to the control station.
STR-02 Hornet was designed and built in a time frame of 12 months by 8 students with the help of many sponsors and various institutes of the TU Wien.
Technical Details
- Diameter 89mm
- Length 2,6m
- Weight 5000g (without Motor)
- 54mm Motor (CTI K570)
- FMS 2.0 (Nose cone section)
- FMS 1.0 (Body tube)
- Telemetry, control station
- Communication via Opto-Koppler
- Rotation stabilizer
- Mechanical separation mechanism
- GoPro camera
- Start detection via Jack
- Mini camera at separation point
- Pitot tube
- Radar
- Two staged recovery
- Stretch analysis of tubes with strain gauges
Flight Data
Apogee 1800 m, maximum velocity 250m/s (Mach 0.74), maximum acceleration 123m/s², climb duration 16s, separation time 14s, total flight time 3.5 min.
…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 |  |  |  |  |  |  |  |  |