Raket-Madsens Rumlaboratorium

On track...

Kære læsere...

Efter mange uger - jeg ved ikke nøjagtigt hvor mange faktisk - med rigtigt meget arbejde på Nautilus, er hun nu fuldt operationel både over, og under vandet.

Det har jeg faktisk kun prøvet i nogen få uger i 2010, kort inden hendes afsejling mod Bornholm med Sputnik og HEAT 1X på slæb.

Rumlaboratoriet passerede en vigtig dato i dag de vi filmede med Nautilus sammen med et internationalt filmhold - som selvfølgelig stillede op med drone, følgebåd og det helt store crew, og forventede fejlfrit fungerede undervands teknologi. Vi fik leveret, puha, og nu kan jeg så klappe helt sammen efter så mange lange arbejdsdage på hende.

Men - her nogle timer efter jeg lukkede en varm og glad og fuld opladet Nautilus ned sammen med Kasper Feld og crewet - har jeg fået vejret igen. Det giver intet mindre end et sug i maven at stå i denne nye situation efter jobbet Nautilus nu kan hakkes af som "completed"

Vi kan nu kaste alt ind i de sidste arbejde på affyringsplatformen og samlingen af Flight Alpha´s payload.

Det er både statistisk og eksperimentelt bevist - at når RML og jeg virkelig koncentrerer kræfterne et sted - som senest med centrifugen og siden Nautilus - så kan vi faktisk godt få noget ud af porten. Hurtigt og til tiden. Så nu sætter vi LC39-C i vandet så snart service tårnet er færdigt, og udfører bugser øvelser og operationelle afprøvninger af alting.

For at rekapitulere Plan Z, så skal vi i 2017 forsøge at flyve de første tre missioner: Flight Alpha, Bravo og Charlie. De to første er HATV raketter som Sapphire, men trukket længere, så de kan flyve væsentligt højere. Ideelt kan vi nå over 30.000 meter med dem. Ideelt - fordi baneberegninger altid antager ideelle forhold - som måske ikke opstår i virkeligheden. Flight Charlie er en langt større raket, kraftigere end HEAT 1X, og en meter i diameter. Den drives af en cluster af syv HATV motorer, som forsynes fra en stor tank.

Konceptet for alle tre er at de er passivt stabile, styret af et kabel launch system som de oprindelige franske Veronique raketter. I flugten får de tildelt et langsomt rull, aka 1 hz, men payloaden roterer tilsvarende modsat, så det kun er boosteren, men ikke næsekeglen, der roterer.

Selve kabel launch systemet er grundigt afprøvet gennem godt 25 års opsendelser af Veronique, Veronique AGL og Vesta raketter - og desuden også af andre med trang til lav acceleration - og stor flyvehøjde.

Her er et par eksempler...

Illustration: Privatfoto

Dette er en ægyptisk Zafer 6 raket...og man kan se tromlen, pylonerne og wiresystemet...

Lift off af samme...

Zafer raketterne var ( som så meget på den tid ) udviklet af tyske raketforskere for Gamal Abdel Nasser, som ville bruge dem i konflikten med Isreal. På grund af wire launch systemet kunne de bare kun opsendes lodret, så i sidste ende påvirkede de ikke historiens gang. Nasser fik som bekendt frygteligt mange bank i hans krig med Isreal, og Mosad gjorde ikke livet let for de tyske raketforskere...mildt sagt. Men det er historie - teknologien er godt nok, hvis man bare vil opad.

Dette en så en fransk Vesta...som kan sende 500 kg til 300 km, uden aktiv styring, og med over 40 sek brandtid. Man kan selvfølgelig diskutere meget og længe om dette her system dur, men prøv at tage den snak med hende her:

Her ser vi nemlig hunkatten Filicette. Bemærk hendes signatur. Den 18 oktober 1963 fløj hun en wireguided Veronique til 172,8 km højde, og kom ned igen fuldkommen uimponeret, - ret sej mis, ikk?

Jeg vil gerne love at RMLs kendte og elskede maskot, hankatten Fessor, ikke skal på en tilsvarende tur, men det kan altså ikke diskuteres om katte faktisk kan flyve ud i rummet med simple midler. Det er det jeg ideelt ønsker mig at vi lykkes med, med mennesker - og derfor er temaet for Rumlaboratoriets kommende opsendelser at få undersøgt om vi kan gøre som Filicette og derved undgå de failure modes der nu engang ligger i aktiv styring.

Peter Madsen

Flight Charlie er en langt større raket, kraftigere end HEAT 1X, og en meter i diameter. Den drives af en cluster af syv HATV motorer, som forsynes fra en stor tank.

Var det ikke oprindelig en gammel multiport ø65 grain, som du ville fyre af?

Hvordan vil du sikre, at alle 6 ydermotorer yder det samme og alle starter, så raketten ikke kommer ud af kurs?

I flugten får de tildelt et langsomt rull, aka 1 hz, men payloaden roterer tilsvarende modsat, så det kun er boosteren, men ikke næsekeglen, der roterer.

Hvordan sikrer du en nogenlunde konstant rotationshastighed, og hvordan styrer du kontrarotationen af kapslen, så systemet til sin tid også vil virke uden for atmosfæren?

Det bilver spændende at se, om du kan få dette koncept til at fungere.

  • 5
  • 1

Hvordan "dry" tester I wire-systemet? - Jeg tænker der ikke må være for megen modstand i en eller flere wires, modstanden skal vel være ens?

  • 4
  • 0

Vi ruller jo, så et sving til højre bliver en halv omgang ( 0.5 sekund ) senere et sving til venstre og vise versa.

Ja, men i starten, hvor det er aller mest kritisk, er der vel stort set ingen roll - specielt ikke, hvis du agter at skabe roll rent aerodynamisk ved f.eks. svagt, skråtstillede finner, og roll-hastigheden til slut i burnet, hvor rakettens fart formodentlig nærmer sig lydens, kun er ca. 60 OPM.

Med mindre du styrer roll elektronisk, må roll-hastigheden accelerere, og skabes kraften aerodynamisk, vil den stige med rakettens hastighed, så accelerationen primært sker i den sidste del af burnet.

Hvordan skaber du en roll-hastighed tæt på 0, indtil wiresystemet har sluppet, og derefter meget hurtigt en nogenlunde konstant roll-hastighed på 60 OPM, så raketten ikke kan nå at komme langt ud af kurs, inden den har roteret en brøkdel af en omgang? Det var det, jeg spurgte om.

Desuden har du ikke svaret på, hvordan kontrarotationen af kapslen skabes. I starten kan du måske rent aerodynamisk begrænse - men ikke helt stoppe - bevægelsen vha. finner på kapslen; men uden for atmosfæren virker denne dæmpning jo ikke, og da intet leje har en friktion på 0, vil kapslen blive trukket med op i hastighed, hvis boosteren roterer.

  • 3
  • 1

Hvordan "dry" tester I wire-systemet? - Jeg tænker der ikke må være for megen modstand i en eller flere wires, modstanden skal vel være ens?

De implementeringer jeg har set gør det ganske enkelt ved at have alle 4 wires rullet op på den samme spindel. På den måde er det den der er "forrest" der trækker læsset for de 3 andre indtil de kommer i balance.

Hvordan skaber du en roll-hastighed tæt på 0, indtil wiresystemet har sluppet, og derefter meget hurtigt en nogenlunde konstant roll-hastighed på 60 OPM

Hvorfor skulle der være en roll-hastighed tæt på 0? I mindst en af de videoer jeg har set, er det tydeligt at rotationen starter allerede mens der stadig "er snor i raketten".

Hvis raketten stiger med 3G, så går der under 3 sekunder fra liftoff til den har tilbagelagt 100m, med 1 Hz rotation, giver det 3 fulde snoninger over 100 meters kabel. Det ville jeg forvente var rimeligt uproblematisk.

  • 3
  • 0

Tommy har en pointe. Det er ikke givet at systemet fejler selv hvis de snor sig en smule.

Det skriver jeg heller ikke. Jeg skriver:

en roll-hastighed tæt på 0

Min pointe er, at det ideelle forløb ikke kan lade sig gøre.

  • Først skal rotationshastigheden være så lav, at wirerne ikke snor sig sammen.
  • Så snart wirerne er sluppet, har man til gengæld brug for en rotationshastighed på minimum 60 OPM for at skævheder i motorerne ikke kan få raketten ud af kurs.
  • Sidst i burnet må rotationshastigheden ikke være ekstrem.

I det ideelle forløb er der altså ikke tale om en fast eller stigende accelleration af rotationshastigheden, men nærmest et "step", som er umuligt at styre uden elektronik. Bruger man aerodynamik og skråtstillede finner, og vil man samtidig undgå en helt vild rotationshastighed (>>60 OPM), når raketten kommer op nær lydens hastighed, vil startrotationen blive så lav, at den ikke kan forhindre raketten i at komme ud af kurs, hvis én eller flere motorer ikke starter, eller der er stor forskel i kraften. Peter agter vel ikke (som jeg har foreslået) at starte motorerne på "vågeblus" og så først give fuld gas, når man har konstateret, at alle motorer er startet og har nogenlunde samme kammertryk?

  • 5
  • 1

Min pointe er, at det ideelle forløb ikke kan lade sig gøre.

Under forudsætning af, at rotationen styres aerodynamisk af finnerne eller rorflader på dem, kan man låse med de 4 styre-wirer, sådan at udslag først blir muligt, når wirerne er afkastet. Hvordan det i givet fald helt præcist skal konstrueres, vil jeg trygt overlade til RML.

Dernæst kan en fast rotationshastighed styres med centrifugalkraften, som vel ikke påvirkes af accelleration i rakettens længderetning.

Samme princip som centrifugalregulatoren på en dampmaskine.

  • 2
  • 2

En mulighed kunne være at lave en sæt jetvanes uden nok køling på. Det kunne indstilles til at inducere noget spin i raketten før jetvanesne fordampede eller subliminerede bort. Det ville samtidigt medføre at mængden af spin-kraft ville aftage over tid.

Man kunne også sætte aerodynamiske flader på selve "benene" i pilz-systemet, så der i de første 100 meter blev induceret spin, hvorefter rorfladerne forsvinder når wiren løber ud

  • 3
  • 0

-vs en simpel styreskinne på tårnet og en N2O hovedventil, der sikrer, at motorerne kun kører på "vågeblus" lige efter start, så raketten ikke letter, før man har kontrolleret, at alle motorer er startet og har nogenlunde samme kammertryk.

Derudover wiresystem med smeltesystemer, trisser, pyloner, roll-raketter, kontraroterende kapsel etc. - vs 4 elektronisk styrede afblændingsventiler, der ikke engang skal kunne lukke tæt.

Tja, enhver sin opfattelse af KISS :-)

  • 5
  • 1

Men - bortset fra det - så glemmer du helt at det ikke først og fremmest er TVC, thrust vector control der er udfordringen ved aktiv styring - men sættet at sensorer, computer og styresoftware.

Stefan Eisenknappl lavede afgangsprojekt i RML omkring aktiv styring og konklusionen var faktisk at det skulle vi så vidt muligt undgå hvis astronauten skal genanvendes.

Med hvilken begrundelse? Det lykkedes jo med aktiv styring på modsatte side af gaden, selv om der var lidt selvsving, og med aktiv styring er der måske oven i købet en chance for, at astronauten lander nogenlunde i nærheden af et planlagt opsamlingssted, så han bliver nemmere at genanvende og ikke skal have madpakke og sovepose med til perioden, inden han bliver samlet op :-)

Det er - særligt når aerodynamik spiller med - meget kompliceret. Derfor kan det også lettere svigte end passiv stabilitet.

For det første er "passiv stabilitet" ikke i opposition til "aktiv styring" - ialtfald hvis man gør, som jeg forslår, så styring og finner ikke modarbejder hinanden. Tværtimod er aktiv styring af en passiv ustabil raket betydelig sværere end blot at skulle finjustere kursen af en passiv stabil raket, der stort set går den rigtige vej af sig selv.

Det er rigtigt, at aktiv styring vha. aerodynamik er særdeles kompliceret og dyrt at udvikle, fordi parametrene ændrer sig voldsomt undervejs, og systemet kun kan testes og udvikles ved at sende en raket op. Bl.a. derfor vil det være meget smartere og enklere at styre med trusten på 4 motorer, som de fleste moderne droner iøvrigt gør, og det har også den fordel, at det - som jeg har beskrevet før - er meget let og billigt at teste og udvikle, uden at man behøver at sende en raket op.

Når du nu på ét eller andet tidspunkt finder ud af, at det måske er smart at kunne styre g-påvirkningerne i din astronautcentrifuge, så du bedre kan simulere en reel flyvning og slipper for risikoen for G-LOC, kan du f.eks. implementere mit forslag om en simpel svingklodsregulator vha. sædevinklen, Så vil du samtidig få viden om, hvor meget motoren kan drosles ned uden at blive ustabil.

  • 4
  • 0

Aktiv styring er, og bliver aldrig enkelt, og de fejl som en crash af styrekoden kan kaste os ud i anser jeg for vanskeligere at overleve, end de fejl vi kommer ud fra ved en ren passiv stabil raket.

Ikke når du tager den kontraroterende kapsel med. Kommer du ved en fejl op på bare 60 OPM, bliver du bevistløs, og højere omdrejningstal kan måske slå dig ihjel? Desuden forhindrer systemet, at du kan lave en hensigtsmæssig kapseludformning.

Aktiv styring med trustregulering har bl.a. den store fordel, at du selv bestemmer, hvor kraftigt systemet skal virke - incl. roll aksen, som i modsætning til jet-vanes kan styres individuelt.

Iøvrigt vil jeg næsten påstå, at den aktive styring, der er nødvendig for lige at finjustere kursen af en passiv stabil raket, kunne laves med hjemmelavede roterende gyroer, trykluft og en form for ulineært p-led (trykluftforstærker), selv om elektronik er mere hensigtsmæssigt. Jeg tror ganske simpelt ikke på, at det er så pokkers kompliceret, når bare man vælger et system som mit forslag, hvor parametrene stort set ikke ændrer sig undervejs, og hvor systemet let og billigt kan udvikles og testes på forhånd uden at sende raketter af sted; men det kan vi jo vende tilbage til, hvis du engang i fremtiden må erkende, at wireguide med tilhørende spinstabilisering og kontraroterende kapsel måske ikke er verdens 8. vidunder.

Men selv uden dette...tror jeg personligt fuldt og fast på at vi flyver mennesker på raketter længe før CS, og også over 100 km.

Det gør jeg også :-)

  • 2
  • 2

Hej Peter og co.

Hvordan håndtere i lattergassens voldsomme trykændring indtil det kritiske punkt (36.42 grader C, 72.51 bar), alene fra 0-36.42 C ændres trykket ~31bar. Er rakettens lattergastank designet til at modstå lattergassens fulde tryk, eller vil I forsøge at holde lattergassens temperatur konstant?

Hilsen Jeppe N, DSC

PS: For andre interesserede er der et fint lille raketteknisk dokument om brug af lattergas som oxidationsmiddel her: http://www.aspirespace.org.uk/downloads/Th...

  • 0
  • 0

Glæder mig til at se den ide med wireguide systemet testet.

Er nysgerrig på om det virker til vands, det er jo ikke en stabil platform, så mon ikke det kan have indflydelse på systemet når platformen vipper ... Specielt efter at raketten "sparker" til den ved takeoff.

Men det er vel det som testen skal vise.

Håber også at peter ikke går alt for meget op i at teste hele pakken på samme tid. Jeg vil foreslå at spinnstabilisere raketten med skråtstillede finner. Få et højt flyv, som en astronaut sikkert ikke vil overleve og så senere koncentrer sig om at styre roll og kontrarullende kapsel :)

  • 2
  • 0

Med LOX ved 20 bar f.eks. rasler trykket ned under burnet.

Vrøvl. Se kurven side 26 i mit skrift: http://www.innovatic.dk/knowledg/diverse/R... . Man skal bare gøre det rigtigt og sørge for, at GOX aldrig bliver nævneværdig varmere end LOX.

Når du laver VaPak med N2O og lader det hele stå ved f.eks. 20 grader C i længere tid, vil gas og væske automatisk få samme temperatur, så ovennævnte betingelse er overholdt; men ved LOX skal man selv sikre det, og det vil du også skulle med N2O, hvis du engang i fremtiden beslutter dig for at reducere tankvægten og dermed også må køre med mindre tanktryk end de omkring 51 bar, du har ved 20 grader C.

  • 0
  • 2

Aktiv styring er, og bliver aldrig enkelt

Det er kun så kompliceret som du selv gør det til. Med lidt kreativitet kunne det være en arduino og mindre end hundrede linjer kode. Millioner har fundet ud af det til DIY projekter.

Ligesom at du finder forenklede mekaniske løsninger, så kan det samme gøres på elektronik siden. En simpel PID controller der styrer efter et enkelt signal, eksempelvis en gyro, er ikke kompliceret.

Handler det om at kodning ikke er din stærke side? Få hjælp og bed om et program der er så enkelt og kort at du selv kan lave og forstå et code review på det.

  • 3
  • 0