Raket-Madsens Rumlaboratorium

Flight Alpha nu samlet og klar i HAB - opsendelse 26. august 2017.

Kære læsere...

Jeg har rigtigt godt nyt at dele med jer i denne blog !

Først og fremmest så har vi endelig fået samlet og klargjort den første nye raket i HAB siden Sapphire i 2013.

Illustration: Peter Madsen - Raket-Madsens Rumlaboratorium

Flight Alphas missions mål er dels en afprøvning i fuld skala af primært wire guide systemet, og sekundært, den nye modulære raketopsendelses platform. Det tredje og meget spændende missions mål er at lande en instrument kapsel fra står højde, med brug af et flertrins faldskærmssystem.

Flight Alpha ligger nu strakt med sine 8,4 meter, og vi er næsten klar til malerarbejdet. Som Sapphire før er Flight Alpha en HATV raket, hvilket står for noget så mundret som "Hybrid Atmospheric Test Vechile" men det er alligevel en meget kraftigere raket end Sapphire. For jeg har i dette design strakt min oprindelige 2009 konstruktion så langt som vi strukturelt og praktisk kan. Det gør nemlig at vi - populært sagt - har meget mere drivmiddel bag det luftmodstands tværsnit som vi nødvendigvis må leve med. På grund af tryktanks designet kan man faktisk gå ret langt, før det bliver strukturelt kritisk.

Flight Alpha raketten er stort set en flyvende brændstoftank, så rakettens krop er altså under tryk over det meste af længden. Det vil sige at strukturen er træklastet, så den modsat en kompressionslastet struktur, godt tåle at være rimeligt lang uden at det bliver et problem. Med sin 1:38 L/D ratio er vi dog nået til grænsen for hvor meget mere vi kan få ud af HATV designet. Sapphire har stadig rekorden for en dansk bygget amatørraket med sine godt 8500 meters flyvehøjde, men Alpha kan teoretisk nå flyvehøjder over 30.000 meter.

Længde gør faktisk en forskel.

Det er - sådan rent teoretisk - således at den relative luftmodstand for en raket faktisk kun afhænger af længden. I regnestykket går diameteren ud. Så pr. kg masse, inerti og drivmiddel har alle 8,4 meter lange raketter altså samme relative luftmodstand. Overlejret dette har man så at den aerodynamiske facon for ekstrem tyk og kort raket ikke ville være optimal - men for en nemhed skyld, nu længere, nu mindre luftmodstand pr. volumen inden i raketten. Man kan også sige det sådan at når nu man har fået boret et ø 220 mm hul i lydmuren, kan man lige så godt hælde en god lang raket igennem hullet før man lukker det igen...

derfor er den så lang og derfor kan denne HATV potentielt flyve så meget højere end standardmodellen jeg benyttede til Sapphire missionen.

Lad os lige tage et dyk mere ned i detaljen og kikke nærmere på missionsmålene...

Test af wireguide systemet.

Advarsel: teknikbask.

Det vigtigste mål for Alpha missionen er at se om vi kan få dette mekaniske styresystem til at fungere i en opdateret 2017 udgave. Vi har masser af kilder der beskriver hvordan andre har bygget den slags systemer, og fået dem til at fungere. Vi ved fra disse historiske kilder at man har opsendt nyttelaster på op til 500 kg til højder over 350 km, og i øvrigt har brugt systemet i over femogtyve år. Så diskussionen om det kan bringes til at fungere er ikke rigtigt relevant. For det kan det - siger historiebøgerne altså.

Her er det en fransk Vesta raket - som tager af under kontrol af fire stålwirer, som holder kursen til solid styrefart er opnået. Det var netop denne rakettype den nåede op til 350 km højde med 500 kg nyttelast.

Wireguide systemet er rent mekanisk og ret enkelt.

Systemet består af fire pyloner, påmonteret bagkanten af finnerne. Disse fire pyloner har en ca. 50 meter lang tynd stålwire monteret på tippen, som løber ned til affyringsplatformen. Her går de over en trisse ind på en fælles tromle, som de er spolet op om. Når raketten letter holdes de fire wire under tension af inertimomentet i tromlen, som jo accelererer op i omdrejninger ganske som raketten accelerer op i fart. Fordi de fire wire kommer fra samme tromle, holdes de lige lange, og derfor holder raketten kursen de første 50 meter, næsten som hvis den havde en skinne at køre på. Fra 50 meter til raketten brænder ud, lever man af simpel passiv aerodynamisk stabilitet. Så hvordan kunne Vesta nå 350 km hvor der en fuldkommen vacuum ? Jo, burnout skete mens den stadig var i atmosfære, så "tyk" at den ved mach 4 kunne holde kursen. Men der skal heller ikke meget til ved den fart.

Efter de 50 meter løber wirerne som sagt ud, og pylonerne kastes af. På dette tidspunkt har Flight Alpha en hastighed på godt 350 km/t og bør så kunne holde kursen for resten af banen. Det kunne Vesta raketten fra historie bøgerne i alle fald. Så hvis naturlovene er omtrent konstante over tid...burde det samme gælde Alpha...

Men at bygge et praktisk system er dog en anden sag. For billederne giver os ikke data til at dimensionere systemet. Så vi har været nødt til at finde en måde at analysere systemet og beslutte vores specifikke dimensionering. Vi har gjort den antagelse at systemet skulle kunne levere et opretnings moment på raketten, der som minimum skulle svare til et thrust vector system med en thrust vektor drejet 10 grader fra ligeud. Aktivt styrede raketter drejer deres thrust vektor mindre, eller aller højst, op til knap 10 grader, og det vil i de aller fleste tilfælde kunne kompensere for vindstød og lignende påvirkninger. Det kan ud fra pylonernes længder, og rakettens acceleration, direkte give det nødvendige træk på wirene og dermed inerti momentet på wiretromlen. Så er det bare at tegne en tromle med det ønskede inertimoment.

Vi lavede i efteråret en serie test, hvor vi målte hvor længe gevindstænger af forskellige tykkelser kunne holde til at befinde sig i en raketstråle med netop den temperatur, hastighed og kemiske sammensætning som Alpha´s raketmotor producerer. Vi bruger disse måle data til at lave et unikt enkelt separations system til pylonerne - de er parvis spændt fast med gevindstænger som krydser over dysen og som vi har målt destruktionstiden for.

Det er i god tråd med "KISS" ideen bag vores motor og bag vores "hold down" system, som alt sammen baserer sig på termisk destruktion af diverse fibre med kort eller længere tid. Det er så enkelt og fejlsikkert ( - de pyloner kommer af og det til tiden og ikke før - garanteret...) som det overhovedet kan bygges.

Test af den ny platform

Det giver lige som sig selv at vi endelig får afprøvet systemet med en semisubmersible, modulær, containeriseret erstatning for MLP Sputnik. Platformen som sådan står færdig, og RML´s to franske medarbejdere Hugo Sellet og Julien Blanc - lægger lige nu sidste hånd på det 12 meter høje service umbilical tårn. I Sønder Refshalebassin her på øen ligger undervandsbåden Nautilus bunkret og standby til at tage den nye platform under slæb. Jeg håber at vi den 22 - 23 juni kan have den ny platform på vandet til bugseringsforsøg. Den 225 meter lange bugseringsline er leveret, og jeg ser meget frem til at opleve systemet sammen.

Nautilus netop kommet i havn. Foto: Chistina Toldbo.

Vi skal ikke bugsere til Bornholm som under den - i øvrigt fuldkommen legendariske - 2010 HEAT 1X mission, men kun den meget kortere distance fra Nexø til opsendelses positionen. Det er for vores vedkommende kun et kort stykke ind i ES D 139 området. Det vil sige et par timers sejlas fra Nexø.

Test af faldskærmssystem

I Flight Alpha bruger vi en 6 meter diameter tidl. reserveskærm af den runde type til hovedskærm for den godt 15 kg tunge instrument kapsel. Denne frigøres ved hjælp af et højtryks-trykluft baseret system, så raketten medfører altså ikke pyrotekniske sprængbolte eller tilsvarende. I stedet haves en tank med højtryks trykluft, som via en stor kugleventil tryksætter faldskærmstanken til denne blæses af. Den er forbundet til raketten med fire "dogbones" eller sprængblik - som brydes ved et overtryk på lige over en bar.

Ud kommer en pilotskærm som trækker en deployment bag fri, og denne deployerer så hovedskærmen. Det sker i meget tynd luft og ved den lavest mulige hastighed i banen - og derfor også med de mindst mulige påvirkninger af systemet.

Vi ønsker selvfølgelig at øve recovery - fordi Deres hengive blogger kun kan blogge videre efter en bemandet mission hvis denne delopgave lykkes i et rimeligt omfang. Men den anden grund til at vi ønsker at lykkes med recovery er indholdet i vores payload. RML har nogle gode venner i Sønderborg, og en af dem har bygget en helt fantastisk ting, vi skal have med ombord.

Den vil jeg beskrive i en kommende blog.

Til den blog kommer så vil jeg bare dele min glæde med jer..!

Vi har nemlig ENDELIG fået bygget en flyvbar raket, og en sødygtig affyringsplatform, og fundet en skøjte, der kan bugsere den. Vi har ENDELIG fået sat et system sammen som faktisk gør at vi har en god chance for at blive raketflyvende med Rumlaboratoriet. Vi har potentiale til at flyve rigtigt højt, vi har potentiale til at lande blødt, og vi har fået samlet alle delelementerne til det.

-Og hvad hvis så Flight Alpha ikke helt lykkes...?

Jo, så kommer Flight Bravo lige efter. For vi har faktisk raket nummer to af samme type på trapperne - helt magen til og alle delene til BRAVO kommer sammen netop i disse dage. Opsendelses vinduet for Flight Alpha åbner lørdag 26 august og lukker søndag 27 august 2017, og for Flight Bravo åbner det lørdag 3. september og lukker søndag 4. september 2017. Sent ja, med bedre sent end aldrig !

Peter Madsen

"I stedet have en tank med højtryks trykluft, som via en stor kugleventil tryksætter faldskærmstanken til denne blæses af. Den er forbundet til raketten med fire "dogbones" eller sprængblik - som brydes ved et overtryk på lige over en bar."

Er en bar margin nok eller er faldskaermstanken ventileret med et lille hul saa trykket udlignes over tid?

  • 0
  • 0

Hej Peter,

Superspændende!! Glæder mig til at se den flyve!

Lige et spørgsmål til separationen: Som jeg forstår dig så skal de fire pyloner parvist separeres ved at to gevindstænger brydes. Er separationen ikke ret timingkritisk? Mao. hvad ville konsekvensen være ved at den ene gevindstang brydes f.eks. 10 ms før den anden?

  • 3
  • 0

Hej Peter,

Hvordan vikler I wiren op på tromlen?

Det må være kritisk at enhver wire er lige lang fra berøring med tromlen til raketten, ellers kommer der uens træk på wirerne, og så flyver raketten ikke lige.

Derfor skal wirerne rulles helt ens op i ensartede lag med lige mange omgange. Når wirerne 'vandrer' henover tromlen ved afspoling, skal wirerne også forblive lige lange. Jeg forestiller mig at halvdelen af wirerne skal rulles op 'højre til venstre' og den anden halvdel 'venstre til højre' for at få længderne til at passe hele tiden.

  • 3
  • 0

Når pyloner og wirer har gjort deres pligt og skal ned igen, hvad så? - Er det et kontrolleret fald eller er det frit fald? - Og hvad risikerer det at ødelægge når det rammer i eller omkring platformen?

Og hvis jeg forstår dig rigtigt, så vil I skyde kort inde i ESD139 og sigte længere ind i ESD139? Jeg er lidt skeptisk for om det er en god ide, når det er 1) første test af wiresystem, 2) danske (større) passivt stabile amatørraketter har en track record på niveau med billige faldskærmsraketter med knækket pind.

  • 6
  • 0

Efter de 50 meter løber wirerne som sagt ud, og pylonerne kastes af. På dette tidspunkt har Flight Alpha en hastighed på godt 350 km/t og bør så kunne holde kursen for resten af banen.

Det forudsætter vel én eller anden form for spinstabilisering, så små motor- og/eller finneunøjagtigheder ikke får raketten ud af kurs, som det netop skete med HEAT 1X. Hvordan skabes den spinstabilisering, så den er nogenlunde konstant hele vejen op, og hvordan vil I til sin tid etablere en kontraroterende kapsel?

Med f.eks. skråtstillede finner vil spinhastigheden accelerere voldsomt, og med 2 raketmotorer med kort brændtid, der aktiveres lige efter, at wiresystemet har sluppet, som du tidligere har talt om, stoppes spinnet relativt hurtigt igen af finnerne, og raketten kan nok te sig temmelig vildt i kritisk lav højde, hvis kun den ene motor starter, eller motorerne ikke yder nogenlunde det samme.

Jeg har altid ment, at hvis en teknik ikke kan skaleres til det endelige mål dvs. bemandet rumflyvning til 100+ km højde, er den spild af tid at udvikle og afprøve, så I bør allerede nu have planen for den endelige flyvning klar - forudsat naturligvis at systemerne lever op til det forventede, så I ikke tvinges til at gå andre veje.

Ud kommer en pilotskærm som trækker en deployment bag fri og denne deployerer så hovedskærmen. Det sker i meget tynd luft og ved den lavest mulige hastighed i banen - og derfor også med de mindst mulige påvirkninger af systemet.

Hvad sker der, hvis raketten f.eks. går ind i et gravity turn, så hastigheden aldrig når særlig langt ned, som det netop også skete for HEAT 1X? Hvordan løber I hastigheden af, inden faldskærmen foldes ud, så det hele ikke bare flås fra hinanden?

Begå nu ikke samme fejl som på HEAT 1X, hvor de forskellige funktioner afhang af, at andre funktioner fungerede korrekt. Det ser så nydeligt ud med en flot tegning, der viser, hvad der sker i de forskellige højder; men det går ikke altid som præsten prædiker. Uanset hvad, der sker, bør der være en Plan B, som sikrer astronautens overlevelse.

  • 9
  • 0

Men kan ikke løse opgaven, ved ikke at udføre den. Hvad er efter din opfattelse den sikreste model ?

Jeg synes jeg har givet argumenterne i mit første indlæg, men jeg gentager dem gerne. Jeg ville sende fra midten af området fordi: 1) første test af wiresystem 2) danske (større) passivt stabile amatørraketter har en track record på niveau med billige faldskærmsraketter med knækket pind.

Du har ret i det bør og skal kunne lade sig gøre, det er jeg helt enig i. Men det mangler vi stadig at se udført og indtil da har jeg ingen tillid til det. Ligesom min tillid til wiresystemet heller ikke er stor lige nu. Men, når Alpha og Bravo går godt, så er tilliden selvfølgelig i top.

Min bekymring om de faldende objekter var helt reel. Frit fald fra 50m kan gøre stor skade. Det er første gang (her i kommentaren) at jeg læser at platformen vil blive "slæbt" under affyring, for på den måde at påvirke affyringsretningen. Hvis det har været nævnt før, har jeg misset det.

  • 2
  • 1

Host, Host...

DSC har opsendt ganske mange passive raketter, med temmelig god track reckord! Og selv når vores raketter lander efter en balistisk flyvning kan vi genbruge adskillige dele.

Jeg har været med til at trække en halv meter raket op ad jorden, som fint kunne flyve igen, på trods af en hård landing.

Hilsen Jeppe N, DSC

  • 6
  • 1

DSC har opsendt ganske mange passive raketter, med temmelig god track reckord! Og selv når vores raketter lander efter en balistisk flyvning kan vi genbruge adskillige dele.

Det er jeg med på og anerkender, hvorfor jeg har skrevet (større) raketter. Så vidt jeg husker har I også haft problemer med jeres store udgaver (SSRV? - detaljerne er lidt svære at finde).

Og al ære og respekt for det aktive arbejde i gør med de små raketter, men så kan de (ret mig gerne), ikke fare ud af skydeområdet. Det vil Alpha og Bravo sagtens kunne, især når man skyder af tæt på kanten. Søen er stor, risikoen er lille, men konsekvenserne kan være enorme og kan sætte en ret stor prop i raketforhåbningerne.

  • 6
  • 1

Det er jo en første af mange ting!

Første test af wireguided system fra en flydende platform - spændt på hvordan det går!

Første raket fra Rumlaboratoriet!

Første gang i har flere skud med - elsker den tilgang, næste gang bør i bringe endnu flere små raketter med, med et væld af konfigurationer, og så engang for alle få sat en stopper for alle de diskurtioner!

Første raket til en højde hvor der er en chance for at den, eller dens "nyttelast" lander uden for skydeområdet - Glæder mig til at få den del testet ... Den ramte havet - Uh big deal!

Potentiel ny rekord - igen.

Glæder mig!

  • 1
  • 3

Hej Peter,

Med fare for at have misset eller misforstået én eller flere pointer :

Jeg kan forstå på ovenstående debat, at du planlægger at skyde skråt. Jeg gætter på, at platformen tiltes ved delvist at opfylde en eller to af de yderste opdriftsmoduler (?)

Hvis det er korrekt - bliver det så et problem at holde denne vinkel stabil i fasen med træk i wirene?

Konkret kan man forestille sig, at wiretrækket angriber excentrisk i forhold til platformens massemidtpunkt, hvorfor den kan tænkes at rotere og dermed i yderste konsekvens give raketten en (utilsigtet?) rotation/skæv vinkel?

Ovenstående bør kunne estimeres relativt let, og evt kompenseres for.

Teis

  • 3
  • 1

Hvordan påvirker bølgegang systemet? Selvom raketten flyver snorlige, så kan der komme styreinput såfremt platformen krænger undervejs som følge af bølger eller måske som følge af skvulp ved affyring.

  • 5
  • 1

Hej Peter,

Du skriver :

"Da kraften virker netop ved dette midtpunkt opstår intet moment og ingen rotation."

Det må betyde, at forudsætningen for min post er forkert: at raketten enten skydes lodret, eller at vinkling sikres på en anden måde end asymmetrisk last. Det er jo fint.

En af de ting, jeg selv synes er mega spændende er netop affyring fra vandet. Personligt er jeg spændt på, om erfaringerne fra wire systemet (på land) kan overføres til platformen.

I forbindelse med dit svar herover: Har i tænkt over, om der kan opstå resonanssvingninger som følge af en kobling mellem platformens krængning og slingren af raketten? - Og hvordan problemet skalerer med thrust og masse af (fremtidige) raketter?

Teis

  • 0
  • 1