Nervepirrende fridag...
Af Peter Madsen ,
fredag 30. jul 2010 kl. 00:29
Her torsdag aften T-31 dage og 18 timer ifølge vor tidsregning - kan jeg sige, at vi er på skinner i boosterafdelingen. Så meget enda at i dag var officiel fridag i HAB. Von B har brugt dagen sammen med sin familie - og jeg har brugt dagen til stabilitetsberegninger og at bygge og montere den første af fire styrefinner. Det at arbejde roligt og koncenteret med noget finsmede arbejde er den bedste afslapning jeg kender.
Vi prøver at holde stressniveauet lavt. Faktum er dog, at der knokles helt sindsygt alt for mange timer i døgnet og alt for mange dage i ugen. Ikke så meget pga. de 31 dage og 18 timer, men fordi det er så frygteligt spændede, at man bare ikke kan lade være.
Mange af mine dage starter med at von B og jeg mødes ved 9 tiden - og i løbet af dagen kommer medlemmer af CS og laver varmeskjold, skærer materialer ud, laver elektronik og diverse tests. Ved 16 - 17 tiden tager Kristian fat på sine pligter uden for HAB - men arbejdet fortsætter ofte til ni - ti tiden om aftenen. Resultatet er vi holder os lidt foran planen hele tiden og oftest kan klare det uforudsete. Sekundært at man efter nogle dage på den måde bare skal lukke ned og være helt alene i nogle timer.
Min inspiration til alt dette er der ingen tvivl om. Jeg bygger raketter her i miniskala for at føle det samme sus og den samme fornemmelse af at være med i noget vildt, som NASA´s folk gjorde under Apollo. Suset er der, skal jeg love for. Nok er vores raket 1/ 2000 del af Saturn V - men glæden og facinationen er den samme i vores microskala. Jeg elsker at se den stribe dokumentarfim, vi har her i HAB, om 60érnes rumprogram. At se de gamle Apollokrigere med tårer i øjene fortælle om deres livs største time er altså ret inspirerende. Jeg ved, at jeg som 6 -7 årig tegnede tre trins raketter - så jeg er bare kommet hjem hvor jeg hører til efter en lærerig rejse under vandet med tre undervandsbåde.
I de første kritiske ti år af USA´s rumprogram tog man meget store risici. Det er et mirakel at det kun kostede de tre Apollo 1 astronauter livet - for målt på en normal skala var alle missionerne komplet livsfarlige. Vi har slet ikke den risikovillighed idag - og det er efter min mening et stort problem. Man må huske, at livet grundlæggende er farligt. Tænk på den unge mand der i fuldskab faldt i havnen
og druknede - eller pigen der blev myrdet nytårsaften efter en lang sindsyg gåtur gennem en frossen by i strømpesokker. Eller de mange der går til i misbrug og druk. Vi er stjerne heldige hvis vi her i
HAB kan tage en velovervejet chance og måske en dag gøre noget nyt - flyve i rummet i et DIY rumskib - frem for de, der mister livet meningsløst.
Nok filosoferen her...HEAT 1X skal opsendes om 31 dage og skal flyve på en kontrolleret måde. Vi har valgt at starte ud med at flyve HEAT uden et aktivt styresystem. Grunden er den enkle, at det at udvikle og afprøve et helt autonomt reguleringssytem, der kan holde raketten i en ønsket bane, er en enorm opgave. Nu, da vi bare gerne vil i luften starter vi med at gøre raketten aerodynamisk stabil.
I den tilstand vil den groft sagt hele tiden pege op i vinden - så har den først fået en retning holder den omtrent denne retning. Aerodynamik kræver at luften bevæger sig - så de første 12 meter af turen styrer vi ved brug af en styreskinne. Herefter skal rakettens fart være stor nok til at de aerodynamiske krafter kan tage over. Kristian von Bengtson har hele vejen både visuelle og radardata at vurdere ud fra - og fingeren på abortknappen der slukker HEAT 1X motor.
HEAT 1X forlader starttårnet med ca. 120 km/t efter de 12 meter. De næste godt 10 sekunder flyver raketten subsonisk. Styrefinnerne rykker det vi kalder angrebspunktet fra luftens krafter agter ud - sådan at det hele tiden er rundt regnet 1½ gange rakettens diameter bag tyngdepunktet. HEATs tyngdepunkt ligger ca. 5520 mm agten for spidsen af domen i toppen af TYCHO BRAHE. Eller mere korrekt - her vil det være, når raketten er udbrændt ved mach 1,7. Ved start er tyngdepunktet ca. 500 mm længere agterude. Tyngdepunktet kan bestemmes ud fra den 3D model, vi har af det samlede fartøj. Det kan ikke måles direkte da en del af raketten er brændstof som er vædskeformigt.
Trykcenteret - angrebspunktet for luftens kræfter er straks værre at bestemme. Det skal måles i en vindtunnel. Uden en sådan må vi forsøge at beregne det. Det kan gøres med freeware som ROCSIM eller AEROLAB.
Det kan downloades fra nettet hvis man vil lege med aerodynamik og raketter. Vi har brugt det og fundet at vores trykcenter ved start ligger ca. 6690 mm fra toppen af domen. Det vil sige afstanden mellem trykcenter og tyngdepunkt ved start er 966 mm eller ca. 1,5 gange diameteren af raketten. Det er god latin at lægge denne afstand mellem en og tre diametre fra hinanden. Er stabilitetsmargenen større end dette, bliver raketten meget vindfølsom og får nogle meget kraftige korrektioner. Det er lidt som et skib med for stor metacenterhøjde.
Er margen for lille kan det gå galt på en anden og ret grim måde. 11 - 12 sekunder inde i flyvningen vil HEAT nemlig forsøge at gå supersonisk. Det forandrer den måde luften strømmer omkring raketten på radikalt og rykker trykcenteret en god halv meter frem mod tyngdepunktet. Er stabilitetsmargenen så ikke stor nok vil raketten derfor kunne blive ustabil. Det vil ytre sig ved at den gradvist får større indfaldsvinkel og til sidst tumler over. HEAT er i en størrelse hvor de aerodynamiske kræfter ved at flyve sidelæns med transsonisk fart ret sikkert vil få fartøjet til at bryde op. AEROLAB fortæller os at ved den mindst stabile tilstand har vi trykcenter 6150 mm fra toppen af domen - og tyngdepunkt 5520 mm fra samme. Afstanden mellem tryk og massecenter er da faldet til 926 mm eller 1,44 diametre. Kort sagt det burde være stabilt hele vejen. Det der redder os er faktisk at tyngdepunktet vandrer frem fordi HEAT bruger mere end halvdelen af sin vægt i brændstof. Som check kan man bruge en anden og noget forenklet metode, som i princippet kan håndregnes. Den kaldes Barrowmans metode. Med denne fås et trykcenter på 5537 mm fra toppen - og vi har altså positiv stabilitet også med denne mere konservative regnemetode.
Finnerne er bygget som en rumlig pladekonstruktion i 1 mm stålplade. De har på bedste flymaner indvendige spanter som er svejst til skindet. Det minder meget om en flykonstruktion og formen er meget stabil mod flutter. Jeg har befamlet finnerne på en V2 og de var ( al respekt ) noget mindre stive. Profilet er meget konservativt - det er en kileform som har positiv indfaldsvinkel hele vejen fra forkant til bagkant og derfor har en flad bagkant. Det er det sikreste til supersonisk fart - men giver mere modstand subsonisk end f.eks. et rombeformet profil.
Det burde virke.
Hvis man vil se formen så prøv at søge billeder af SCUD B missiler på Google - de ligner til forveksling. SCUD B er aktivt styret men bruger sine finner til at gå fra komplet instabil til labil. Det er optimalt for en aktiv styret raket. Den har jo tunge turbopumper og brændkammer agter så naturligt ville den blive for tung i den ende. Saturn V har også finner af de samme grunde.
Det her lyder måske meget fint. Men jeg garanterer at det giver mig nerver at tænke på. Hvis jeg har brugt programmet galt - eller hvis de modeller det baserer sig på ikke holder i HEATs størrelse og med dens specielle næsekonfiguration kan vi komme i meget alvorlige vanskeligheder.
Går raketten ustabil, vil den ganske sikkert ikke komme ret langt - selvom det ikke er farligt for nogen, så gør det jo, at vi ikke får afprøvet kapslen rigtigt - og det er jo formålet med flyvningen.
Frem for alt må jeg bare her fastslå at det sagtens kan ske at vi får et crash der kommer fra finne designet. Jeg kan ikke gøre andet at at bygge det bedst mulige design med den viden vi nu har.
Ad Astra,
Peter Madsen