Sapphire-succes baner vej for raket til ekstreme højder
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Sapphire-succes baner vej for raket til ekstreme højder

Illustration: Bo Tornvig

En stor sten på vejen mod opsendelsen af en privat rumraket er ikke alene blevet fjernet. Den blev knust af raketten Sapphire.

Med en næsekegle, der hele tiden pressede mod lydmuren, strøg Sapphire op til 8,3 kilometers højde, og var det ikke for et nyudviklet styresystem, var det gået gruelig galt.

Foreløbige beregninger viser, at raketten var så ustabil, at den havde tumlet rundt i luften uden styresystemet. Men styrerorene i rakettens jetstråle korrigerede raketten så præcist, at den slukkede sin motor næsten lodret over affyringsplatformen.

Faktisk bevægede raketten sig kun med få meter i sekundet, da den nåede sin maksimale flyvehøjde, hvilket beviser, at den stort set stod stille i et par sekunder, før den vendte næsen nedad.

Forud for opsendelsen havde raketbyggerne i Copenhagen Suborbital understreget, at der ville gå mindst en time, før de kunne vurdere, om opsendelsen var en succes, men det løfte brød de. Kort efter lift-off var der jubel på alle fartøjer i affyringsområdet i Østersøen.

Sapphire bevægede sig som en blyant, der blev balanceret på en pegefinger, indtil den fandt sin kurs og strøg lodret op.

I kontrolcentret på raketforeningens skib Vostok lød der et højt råb fra missions-leder Kristian von Bengtson:

»Flemming, du er fandme et geni!«

Råbet var til manden bag styresystemet, Flemming Nyboe.

Sapphires himmelflugt blev også oplevet af Peter Madsen om bord på orlogsfartøjet Hjortø, og da raketten forsvandt i skyerne, rev han sine hovedtelefoner af, udstødte et kæmpe brøl, slog ned i bordpladen foran sig og omfavnede den nærmeste person.

Jublen var velbegrundet. I flere år har alle i CS været fuldstændig klar over, at aktiv styring af en raket ikke alene er en usædvanlig kompliceret opgave, men også en nødvendighed for at flyve højt.

Alle raketter indtil videre er enten fløjet skævt eller har tumlet rundt - men ikke Sapphire. Den fløj så lodret, at den i 8 kilometers højde kun var drevet 188 meter væk fra en fiktiv linje lodret over affyringsplatformen Sputnik.

Læs også: Se opsendelsen af Sapphire-raketten

Væskemotor skal klare lang brændtid

Med Sapphires styresystem er der bred enighed om, at næste raket bliver Heat 2X, der bliver mellem 9 og 13 meter høj og skal flyve til mellem 60 og 130 kilometers højde næste år.

Men udfordringerne er stadig mange. Raketbyggerne har valgt at flyve Heat 2X med en væskemotor, og det er ikke alene usædvanligt for amatører, men heller aldrig forsøgt før i CS.

Peter Madsen har godt nok en væskemotor, TM65/Tordenskjold, der har virket fint i en prøvestand på Refshaleøen, men den har aldrig brændt længe nok til at simulere en tur ud i rummet. En mindre udgave af Tordenskjold-motoren skal bygges til Heat 2X, og om materialerne kan holde til en så lang brændtid, skal nye test vise.

En anden udfordring er at tilpasse styresystemet til en større raket. Elektronikfolkene i CS føler sig sikre på, at opgaven er overkommelig, men i modsætning til Sapphire kan Heat 2X have en tendens til at vride sig mere i luften, og dens form kræver en markant ændring af koderne i programmet bag.

Der skal også større og anderledes styreror i bunden af raketten, og byggeriet af raketten i aluminium kan skabe risiko for større skævheder i designet. Det kan medføre, at styresystemet skal kompensere yderligere for unøjagtighederne.

Illustration: André Christensen

Endelig viste flyvningen af Sapphire, at raketbyggerne endnu ikke har helt styr på udløsningen af deres faldskærme. Foreningens faldskærmsbygger, Søren Gregersen, må være en af CS' mest tålmodige mennesker. I snart fem år har han bygget et utal af faldskærme til alle CS' raketter, og de fleste er havnet på havets bund eller er blevet revet i stykker på grund af for høj fart.

Fejlberegninger bag faldskærmssvigt

I år kom hovedfaldskærmen aldrig ud, fordi rakettens inertialprogram blev mere og mere unøjagtigt for hvert sekund, der gik.

Programmet skulle udløse først den lille faldskærm, kaldet en drouge, når raketten nåede sit højdepunkt. Når raketten var faldet ned til 3.000 meter, skulle programmet udløse hovedfaldskærmen.

Men udløsningsmekanismen er ikke koblet til f.eks. et barometer, der måler højden, eller en GPS-sender. Højdemålingen sker på baggrund af beregninger, som rakettens styreprogram foretager undervejs.

Raketten gætter med andre ord på, hvor den er i luften på baggrund af data om acceleration, kammertryk osv., men systemet får aldrig en GPS-position eller højdemåling, som den kan kalibrere ud fra.

Én lille fejl i beregningen kan derfor pludselig vokse eksponentielt, og det var netop, hvad der skete. Drougen blev udløst korrekt, men kort efter var målingerne fyldt med så store unøjagtigheder, at raketten troede, den var på vej op, da den rent faktisk styrtede mod Østersøen.

Læs også: Overblik: Se alle detaljer på raketten Sapphire

En GPS-måling kunne have afhjulpet problemet, men GPS-systemet er behæftet med en restriktion fra amerikanernes side, der skal forhindre for eksempel slyngelstater i at udvikle missiler baseret på GPS-systemet.

Derfor er GPS-systemet ubrugeligt ved acceleration over 4 g, og for Sapphire betyder det, at GPS’en om bord er ubrugelig, så længe raketmotoren er tændt. Unøjagtigheder kan også optræde, hvis raketten falder for hurtigt.

Udløsningen af faldskærmen var langt nede på raketbyggernes prioriteringsliste, og derfor ærgrer de sig også over, at de ikke valgte en anden metode til at udløse skærmen. Løsningerne ligger nemlig lige for. En mulighed er at lade en selvstændig højdemåler med et barometer udløse skærmen, eller lade en timer udløse skærmen nogle sekunder efter apogee.

Kalibrering i luften ønskes

Inertialsystemets problemer med at fastslå korrekt højde er en anden udfordring for CS. Hvis systemet allerede begynder at lave fejlberegninger efter få kilometers højde, så risikere det at gå helt galt under en tur til rummet. Derfor er det centralt at give raketten mulighed for at kalibrere systemet undervejs.

En metode kan være at lade et kamera pege mod horisonten og på den baggrund udregne hældningen. Det system var om bord på Sapphire, men data sank i havet sammen med raketten.

Hør jubelbrølene og se data fra rakettens FIDO-system, der hjælper med at bestemme rakettens position i luften, og dens nedslag i havet

Spænd sikkerhedsbæltet

Sapphire-missionen var også en test på sammenholdet i Copenhagen Suborbitals, der til tider har været plaget af uoverensstemmelser og frustrationer.

Efter sidste års opsendelser har Kristian von Bengtson og Peter Madsen forsøgt at løse konflikterne ved gøre det helt klart, at CS er vokset til en størrelse, der kræver en større grad af professionalisme fra de enkelte afdelinger.

Strategien ser ud til at have båret frugt. Både før og efter opsendelsen gav flere indtryk af, at opsendelsen var den mest velforberedte nogensinde, og stemningen mindede om den gamle ånd fra første forsøg på at opsende Heat 1X.

Fokus for raketopsendelserne er ikke længere kun på motoren og rumskibet, Peter og Kristian. Sapphires raketmotor var gammel teknologi i CS. Raketten var en gennemprøvet arbejdshest, og den virkede som sædvanlig.

Al fokus var derfor på Flemming Nyboe og hans styreprogram. Det vidner om, at forgreningerne i CS har fået en styrke, der skaber en større gensidig afhængighed mellem alle involverede.

Sapphire-missionen blev af flere betegnet som den bedste mission i CS historie, og på spørgsmål fra journalister om, hvorvidt CS er kommet tættere målet om at skyde Peter Madsen i rummet, svarede han selv:

»Vi er kommet et meget, meget, meget farligt skridt nærmere«.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Én lille fejl i beregningen kan derfor pludselig vokse eksponentielt, og det var netop, hvad der skete. Drougen blev udløst korrekt, men kort efter var målingerne fyldt med så store unøjagtigheder, at raketten troede, den var på vej op, da den rent faktisk styrtede mod Østersøen.

Det kan undre at sekvensen efter udløsning af drougen ikke er rent timerbaseret. Evt. kombineret med en simpel tælling af hvor længe motoren har kørt. "G" er jo en kendt enhed og dermed er det relativt let at komme med et godt estimat om man er i en eller to eller tyve km højde. Forudsætningen her er jo at man kan flyve lige op, kan man ikke det, ville drougen sansynligvis ikke være blevet udløst og hvis den var blevet udløst ved mach 1, ville det jo være ligegyldigt alligevel...

  • 3
  • 0

En metode kan være at lade et kamera pege mod horisonten og på den baggrund udregne hældningen.

Er det ikke en usikker metode i let dis og skyer. Horisonten kan sommetider over havet være fuldstændig diffus.
Kan nogle forklare den "eksponentielle" fejl, for selv får jeg det til noget med tid^2.

  • 0
  • 0

ang fejl på IMU data.

Du bruger accelerometeret til at bestemme accelerationen i de 3 akser, det kræver 2 integreringer at nå til en position (acceleration -> hastighed -> position), men raketten er jo ikke statisk i sin retning, så vi må også vide hvordan den vender.

Det klarer gyroerne, der typisk måler vinkelhastighed. Der skal derfor også lige integreres en enkelt kan på gyro-outputtet for at få vinkel.

Fordelen ved IMU systemer er at de kan opdatere lynhurtigt, og at de er komplet uafhængige af eksterne holdepunkter. Men da fejlene (og her er både noget støj, noget fast bias, der kan være skaleringsfejl, osv) bliver integrerede hhv dobbeltintegrerede har de tendens til at vokse rigtig hurtigt.

Så kan man bruge magnometer (kompas) og GPS til at give nogle holdepunkter der kan nulstille fejlmålingerne hen af vejen.

  • 3
  • 0

@Martin

En (næsten) rent timerbaseret løsning mellem drogue og hovedskærm var på et tidspunkt i spil, men blev valgt fra, da vi gerne ville have Sapphire ned så hurtigt som muligt for at undgå for stor vindafdrift. Se i bagklogskaben burde der selvfølgelig have ligget en timer og luret i baggrunden som backup.

Foreløbige undersøgelser tyder dog på, at det ikke ville have reddet os, da vi er ret sikre på, at drogue'n ikke var korrekt deployet, og dermed ville hovedskærmen heller ikke blive det :o(

mvh Flemming

  • 4
  • 0

Af og til priser man sig lykkelig over, at Peter Madsen, vonB og co er raketamatører, og ikke kernevåbenentusiaster. For når de sætter sig noget for, skal de nok opnå det...

  • 4
  • 1

Kernevåbensamatør... Det har en vis forbudt klang, pas på du ikke inspirere Peter unødigt :o)

HEATX2000 (atomdrevet - inspireret af tintin)

  • 3
  • 0

En (næsten) rent timerbaseret løsning mellem drogue og hovedskærm var på et tidspunkt i spil, men blev valgt fra, da vi gerne ville have Sapphire ned så hurtigt som muligt for at undgå for stor vindafdrift. Se i bagklogskaben burde der selvfølgelig have ligget en timer og luret i baggrunden som backup.


En evaluering er jo altid i bagklogskabens lys og det jeg kommer med har jo sjældent mulighed for at blive til andet.

Foreløbige undersøgelser tyder dog på, at det ikke ville have reddet os, da vi er ret sikre på, at drogue'n ikke var korrekt deployet, og dermed ville hovedskærmen heller ikke blive det :o(


Se - det giver jo ikke argumentet for IKKE at implementere det. Det kunne have være været at en timer baseret back-up løsning havde reddet stumperne. Den ville ikke have gjort det værre ;-)

Held og lykke med næste iteration :)

  • 1
  • 0

Jeg kunne forestille mig at man kan komme langt med et kamera i det infrarøde spektrum.

Umiddelbart tænker jeg at det burde kunne se forskel på land/vand og himmel i højere grad end et alm. kamera - specielt også hvis vejret er dårligt.
Men... det er der garanteret nogle andre som ved meget mere om end jeg.

  • 0
  • 0

hvorfor kan cypres'en ikke bruges. det er da den jeg har i min faldskærm, jeg har ikke brugt den thi vil jeg heller ikke.
men den har da reddet mange menneskeliv gennem de sidste 15-20 år.
så mon ikke den kan åbne jeres skærm.
http://www.cypres.cc/
blue skies

  • 0
  • 0

Hej der er noget jeg ikke forstår... men måske er det bare ings artikel der er lidt upræcis?

Først kommentaren med at raketten skulle være så upræcis at den ville tumle afsted hvis det ikke var for styringen, alligevel når den toppen bare 188 meter horisontalt fra affyrings platformen (ret flot)... så må den da have været temmelig retnings stabil specielt på de sidste 4-5 km hvor motoren (altså styringen) var færdig med at virke?

Så er der nedslaget 2 km væk fra Sputnik?
2 km på et skud på 8 km, er det så lig med 40 km på et skud til 160 - eller er det tegn på at der alligevel var noget af faldskærmen der virkede (tabt næsekegle - eller andet der får raketten til at "svæve" lidt)

Flotte billeder forresten!

  • 0
  • 0

"Derfor er GPS-systemet ubrugeligt ved acceleration over 4 g, og for Sapphire betyder det, at GPS’en om bord er ubrugelig, så længe raketmotoren er tændt. Unøjagtigheder kan også optræde, hvis raketten falder for hurtigt."
Men hvad er så årsagen til at GPS ikke bruges ved apogee i nul fart ?
Og som vejledende højdeangiver under 2g ?
Der er vel -2g til -1g fra motoren stopper (i 4km højde?) og op til apogee i 8km.
For lidt tid til udvikling?

Samkøring af GPS med de andre metoder kan trænes med små raketter. 3 uafhængige systemer (GPS, baro, inertial mv.) som demokratisk stemmer om korrekt tilstand er sikkert noget I overvejer, men det er nok et ressourceområde i sig selv. Et udfaldstræ bør kunne fange de fleste situationer inklusive motorfejl og drogue-fejl.
Er det et område I kan "udlicitere" til fjerntboende frivillige?

Evt. udlicitering af (konstruktion af) dybtflydende stabil kamerabøje, så raketten kan følges på turen?

Mon finnestyringen er hurtig nok til overlydsbetingelser? Med stor næsekegle?

  • 0
  • 0

fokus slingrer så voldsomt.
- Må jeg foreslå et kamera på større afstand, til næste gang!?
Jeg var/er dybt fascineret og imponeret over den succesfulde affyring i søndags men, jeg ville ønske mig en noget bedre videodækning end den, jeg har set indtil nu.
(Håber jeg har overset noget?) :-)
Uanset hvad, så et stort tillykke! :-)

  • 1
  • 0

tjo, det var noget i den stil jeg tænkte... Med 4g er den vel temmelig hurtigt oppe i fart, og dermed stabil? Det store er vel at den retter op og ikke stikker af i en 65 graders vinkel?

jeg ved ikke nok om det der gravitational turn... er det noget der kan rettes op på med store nok finner (så længe der er en atmosfære altså)?

  • 0
  • 0

Beklager at video slingrer voldsomt, men videokameraet var sat ovenpå linsen til mit Canon kamera, bare som et forsøg, det var ikke primært formål. Og så er optagelserne lavet i en rib båd. Jeg vil prøve at tracke i After Effects og se om ikke jeg kan rette lidt op videoen. Syntes bare at noget skulle ud hurtigt.

  • 3
  • 0

Det er helt fint som du har gjort Ruben. Når man som jeg blev nødt til, at løbe ud af døren 30min før i trykkede på knappen er det fedt at få en dedikeret YT video hurtigt. Så er jeg ligeglad med kvaliteten. Især når der kommer en compilation fra 5+ vinkler 30 timer efter lift-off. Så der er intet at brokke sig over.

Medie-gruppen gør det fortsat godt og vi glæder os alle sammen til næste bidrag.

  • 2
  • 0

Claus

hvorfor kan cypres'en ikke bruges. det er da den jeg har i min faldskærm.

Det har skam også været på banen, og jeg har også fremvist min egen cypres. Og så har vi da også snablen nede i en bunke gode brugte, som vi kunne suge til os, om nødvendigt. Det blev dog besluttet at samkøre systemerne, blandt andet for at undgå at der ikke var et autonomt system der pludselig besluttede sig for at gøre noget, som de andre ikke var enige i.

  • 2
  • 0

Jeg var selv en meget ivrig fortaler for at indføre en Cypres i raketten - Netop fordi det er noget jeg selv kender fra faldskærmsverdenen. Men efter at have set hvad "byg-selv" elektronikken kan opnå, er jeg helt tryg ved at holde fast i nuværende metode.
Vi er ikke færdige med at debugge hvad pokker der er sket med Sapphire, men jeg tror fortsat på at vi er på rette spor. Uanset hvad konklusionen bliver på denne mission, så er der allerede nu lært meget nyt, som bringer 2X et godt skridt nærmere en sikker landing - sgu'!

  • 2
  • 0

Jeg ville finde det bydende nødvendig at finde ud af hvorfor man valgte et system der svigtede, var det ikke testet nok, troede man at man have gjort det optimale, hvorfor er det så svært at lave noget der kan tænkes så umiddelbar let at få til at virke, hvad er hensynene der skal tages?

  • 0
  • 0

Hej Kurt
Vi arbejder som sagt stadig med at forstå hændelsesforløbet - Det er lidt af et detektivarbejde uden den rygende raket :-)
Der er mange teorier, hypoteser og spørgsmål der skal afklares, og vi knokler naturligvis for at finde den mest sandsynlige årsag til hvorfor nedturen ikke gik som planlagt, når nu den svære del gik så perfekt.

Konkret, så skal toppen af raketten, inden det er muligt at cypressen kan gøre en forskel. Og for at toppen skal kunne komme af, så er der et system der skal have håndteret måling af højde (teknisk metode uagtet) korrekt, og handlet herefter. Det vil altså sige, at hvis systemet har taget første skridt korrekt, må det alt andet lige vurderes, at resten også lader sig gøre, med mindre at der er sket menneskelige fejl - enten i koden eller i pakningen/syning af faldskærmene. Og dermed er Cypres altså ligegyldig, hvis ikke toppen kommer af.
Et åbenlyst løsningsforslag, som er nævnt i flere tråde, er at koble flere målemetoder sammen. Men det tror jeg er op til Nyboe at forholde sig til...

  • 3
  • 0

Jeg smiler lidt at din kommentar "når nu den svære del gik så perfekt" bjergbestigere siger at det sværeste er at komme ned igen - i live ;O)
Nå spøg til side, nedfarten kan jo hurtig vise sig at blive det sværeste at sikre, måske især fordi man vil gøre den så sikker, mange gange er en man der hiver i en snor det sikreste.

  • 2
  • 0

1 højdemålere og en flipflop, på vejen op trigges flipflop når den passerer udløsnings højden, og næstegang den passerer udløses udskydnings ladningen, for failsafe lav 3 enheder og lad en logisk kreds trigge udskydnings ladningen når 2= sand. På denne måde undgås at et system fucker up, når 2 af 3 skal være sande.

  • 1
  • 0

1 højdemålere og en flipflop, på vejen op trigges flipflop når den passerer udløsnings højden, og næstegang den passerer udløses udskydnings ladningen, for failsafe lav 3 enheder og lad en logisk kreds trigge udskydnings ladningen når 2= sand. På denne måde undgås at et system fucker up, når 2 af 3 skal være sande.

Paa Sapphire var den vigtigste feature ved faldskaermssystemet at det under ingen omstaendigheder maatte oedelaegge opsendelsen og det klarede det jo fint. Det ville have vaeret en katastrofe hvis systemet var blevet udloest i 500 meters hoejde paa vej op saa derfor var det ikke saa tosset at IMUen skulle virke 100% for at systemet gik igang.

Med en hoejdemaaler vil det vaere vigtigt at indbygge hysterese saa tre stoejfyldte maalinger omkring omslagspunktet paa vej op ikke faar systemet til at udloese. Der skal nok ogsaa koeres en test paa hvordan lufttrykket inde i raketten udvikler sig under opsendelsen - sker der noget naar den gaar gennem lydmuren og vil aabningerne i rakettten enten toemme eller fylde hulrummet med luft.

En hoejdemaaler vil ogsaa have den ulempe at systemet ikke har et godt svar paa mission abort i lav hoejde.

  • 6
  • 0

En hoejdemaaler vil ogsaa have den ulempe at systemet ikke har et godt svar paa mission abort i lav hoejde.

joe, det vil jeg nu nok mene - det er især Cypres' styrke og formål.
Logikken går meget simpelt på, at hvis du under en defineret højde bevæger dig hurtigere end en given (nedadgående) hastighed så er noget galt, og så skal du bare udløse faldskærmene.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten