close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser og accepterer, at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.
rumfart på den anden måde cs banner bloghoved

Ouch - respekt for højdevindene

Kære læsere

Ouch!

"Hvordan kan nedslagspunktet ligge 2400 meter væk? det skal vel blæse meget for at skubbe en så lille, men stadig ganske tungt emne, så langt væk?" Således blev jeg spurgt forleden dag, da jeg deltog i en drøftelse om et forventet nedslagspunkt for den gasgenerator der skal skubbe næsekeglen af. Svaret på mit svar findes i dette afsnits titel: "Ouch!".

Årsagen til drøftelsen var sikkerhed i forbindelse med opsendelsen. I forbindelse med generel risikoanalyse og planlægning af placering skibene, analyserer vi derfor - for hvert enkelt element der skal falde ned for sig selv - hvor hurtigt det vil foregå, samt hvor meget den vil flytte sig. Efter denne analyse vurderer vi om vi er trygge ved det, eller om vi eksempelvis ønsker at tilføre emnet en faldskærm eller anordning der påvirker faldet.

Hvad var det så min "kollega" manglede af viden, siden han blev overrasket over resultatet? Jo, han manglede selvfølgelig at prøve den skønne oplevelse det er, at have sprunget ud af et velfungerende fly i fire kilometers højde :-)

Ikke intuitivt

Problemet med at arbejde med vejr og vindmodeller er, at vinden nogle gange opfører sig på en meget uventet måde, og hvis ikke man går op i hvordan højdevindene kan påvirke ens system, så kan man blive taget godt og grundigt med bukserne nede. Første gang jeg selv oplevede det, var før der var noget der hed Copenhagen Suborbitals. Historien starter en gang jeg var ude og springe faldskærm i min hjemklub, Nordsjællands Faldskærms Klub, og med i flyveren var der nogle af de mest erfarne springere klubben kunne byde på, og så mig.

Allerførst er det vigtigt at fortælle, at det sted, hvorfra man forlader en flyver, afgøres ud fra princippet om at man skal sørge for at man, når man er nået ned i 1.000 meters højde, skal være nær landingspunktet. Simpelt sagt, så er det under typiske forhold nok at kigge på vindposen på jorden i landingsområdet, og så beslutte sig for at forlade flyveren lodret over et punkt der er et stykke væk imod vindretningen. Antagelsen er der, at vinden er den samme hele vejen fra jordhøjde til 4 km. Det er den så ikke altid.

Tilbage til flyveren der nu befinder sig i næsten fire km's højde. Jeg skal være 3. mand der forlader flyet, og har ikke fulgt så meget med i hvor vi er fløjet hen. På det tidspunkt kigger jeg så endelig ud af flyet for at orientere mig, og forventer at være omkring 200 meter nord for landingsområdet, i nordgående retning. I stedet er vi 8-900 meter syd-øst for klubhuset flyvende i samme retning, og da jeg kiggede ned for at vurdere vores fart i forhold til jorden, virkede det nærmest som om vi stod stille. Vi endte altså med at forlade flyet meget langt væk fra klubhuset, og på de 3.000 meter vi faldt, til vi skulle åbne faldskærmene, var vi stort set kommet tilbage til landingsområdet igen, og jeg landede selvfølgelig på pladsen igen uden store sværdslag.

Undertegnede lægger an til landing efter vellykket test i Odense. Foto: Henrik Jordahn

Hvad var det så jeg lærte? Lektien her var tydeligvis, at selv så relativt tæt på jorden:

  • så kan vinden i forskellige højder gå i stik modsatte retninger

  • Kan vindhastigheden være meget høj

  • Skal vinden nok hive dig med, selvom du er en voksen mand med tungt udstyr på ryggen

Landingsforudsigelser

For at forudsigelserne kan have nogen som helst værdi, skal man kende sin faldskærm og dagens vind rigtig godt.

Det er derfor vi rigtig mange gange har brugt hele dage på at køre til vores venner i Center Jump, for at få karakteriseret vores faldskærm så præcist som muligt. Linelængde, åbningshastighed, vægt af hvad den bærer, er bare nogle af de parametre der påvirker om den overlever åbningen og hvordan faldskærmen flyver efterfølgende. Har man ikke disse målinger på plads, samt en fornuftig ide om vind- og vejrforholdene, har man ikke en jordisk chance for at forudsige hvor faldskærmen lander henne. Dermed vil en sikkerhedsvurdering og beskrivelse af nedslagszone i bedste fald bygge på ukendte parametre, og jeg vil have det meget dårligt med at påstå overfor nogensomhelst myndighed, at jeg ville vide hvor raketten landede, for det kunne jeg simpelthen ikke vide. Selv i en ballistisk situation, hvor Nexø II's faldskærmssystem ikke kom ud, vil vinden påvirke hvor raketten lander. Det så vi sidste år med Nexø I, og det ses i de modeller vi arbejder med. Sidste år kunne det eksempelvis høres i radiokommunikationen, at der blev diskuteret hvilken bane der skulle holdes fri, samt hvor langt væk og i hvilken retning vi forventede at raketten ville lande. Det betød, at da raketten fløj en ikke helt nominel tur, så var der stadig ryddet for skibe i den korridor hvor nedslagspunktet kunne være. Har vi ikke styr på dette, så er vi ikke seriøse nok om sikkerheden.

Målinger

Vi har været noget tid undervejs med at udvikle værktøjet, der arbejder med at forudsige den bane som raketten, og i sidste ende rumkapslen beskriver, når den er på vej ned igennem atmosfæren. Tilbage i 2015 viste jeg eksempelvis dagen før vores faldskærmstest denne guesstimerede baneberegning for faldskærmens rute:

Den forventede rute, som beskrevet af modellen dagen før. Grafik: Mads Stenfatt.

Fra selve springet fik vi en måling der viser den bane der blev taget i jordplan, det er den blå linje i nedenstående grafik. Og hvis vi korrigere for udhopspunkt (Det kan være svært som springer at vurdere præcist hvilket punkt der er lodret under en) samt bedre kendskab til faldskærmens egenskaber får man nedenstående sammenligning mellem model og måling:

Blå linje: målt rute i jordplan. Rød linje: Teoretisk rute i jordplan. Grafik: Mads Stenfatt.

Og nedenfor ses så en fremvisning af hvilken rute faldskærmen tog i alle 3 dimensioner.

Faldskærmens rute på sin tur ned fra 2.500 meter. Grafik: Mads Stenfatt

Og her bliver konsekvensen af højdevindenes effekt synlig. For havde det dengang været Nexø I der havde taget turen ned fra eksempelvis 10 km, så havde turen set således ud:

Nexø I's rute, som den ville have set ud over Beldringe. Grafik: Mads Stenfatt

Konsekvenser af højdevinde

Hvad betyder det så for vores raket, når nu vi flyver i disse vinde, som vi ikke kan undgå, før vi kommer ud i vacuum? Jo, netop på grund af højdevinde har vi faktisk et af de rigtig stærke argumenter for hvorfor det er vigtigt at kunne kontrollere flyvningen hele vejen op, og ikke bare de første 10-50 meter. Hvis du kan kontrollere flyvningen hele vejen op, så er din raket kun i vindens vold og magt på halvdelen af flyveturen, når den skal ned igen. For på vejen op kan du eksempelvis kontinuerligt kommandere den til at holde sig over et givent punkt, eller hvis du er mere frisk, kan du give den besked på at flyve en rute der gør, at den i vinden vil returnere til tæt på opsendelsesstedet.

Lad os prøve at kigge lidt på hvilke konsekvenser det kan have. Jeg har i nedenstående eksempler taget udgangspunkt i en vindprofil, som den så ud for ESD139 søndag den 6. august kl 12 UTC. Det er altså ægte data på en mulig opsendelsesdag, som indeholder mere end 50 datapunkter for vindstyrke og -retning til lidt over 30 km's højde.

Sådan fordelte vindhastighederne og -retningerne sig 6. august. Bemærk vindhastigheden på 37,3 m/s i 9.700 meters højde.

I forbindelse med planlægning af hvor flåden skal sendes hen, laver vi en oversigt over hvor det kan forventes at Nexø II lander under forskellige scenarier. I nedenstående graf ses splashdown punkter for en flyvning der går fra 2 til 30 km med 2 km intervaller og planlagt åbning af hovedskærm i 4 km's højde. Grafen medtager tre forskellige scenarier: Nominel returflyvning, returflyvning uden hovedskærm og returflyvning uden hverken hovedskærm eller ballute. Det længste vi i den situation kommer til at drive væk er 9,5 km ved en flyvning der går til 22 km's højde. 9,7 km flyvning lyder voldsomt, men er inden for vores sikkerhedszone. Et apogee på 22 km er lidt uden for vores rækkevidde denne gang, men det er godt med et overblik over potentialet, så vi er sikre på at kende den maksimale afdrift vi kan risikere.

forskellige splashdownkoordinater. Maks downrange: 9,5 km.

Minimering af kræfter på hovedskærmen

Det kan generelt være fristende at smide alt bærende materiale ud i toppunktet af flyvningen, for at få den blideste åbning. Som med alt andet indenfor rumfart er der dog en masse kompromiser der skal tages. En af konsekvenserne ved at åbne sin hovedfaldskærm i stor højde er, at man risikere at flyve endog meget langt væk fra det sted man forlod jorden. Hvis vi eksempelvis tænker os, at vi lod Nexø II flyve til 30 km og gik direkte til hovedskærmen i toppunktet, så ville vi i søndags have haft nedenstående splashdown scenarier i jordplan. Konsekvensen ville have været, at raketten var endt mere end 30 km væk på grund af de høje vindhastigheder højt oppe i atmosfæren!

forskellige splashdownkoordinater ved åbning af hovedskærm ved apogee. Maks downrange: 30,9 km

Bemærk til sammenligning i ovenstående de gule markeringer der illustrerer hvordan det så ud hvis vi åbnede hovedskærmen i 4 km's højde i de samme scenarier.

Hvor langt er 30,9 km så?

Jo, det er meget nemt at vise på nedenstående kort. Kortet viser faktisk, at selv hvis vi skød fuldstændig lodret i ESD139, og lod faldskærmen komme ud i fuld højde, så ville vi potentielt kunne ødelægge noget i Nexø by, hvis vinden ved opsendelsen gik i en uheldig retning.

Radius 30,9 km

Ovenstående grafik viser den afstand vores raket kunne have drevet søndag den 6. august, givet et kontrolleret toppunkt, altså at vi kan styre raketten på vejen op.

Dengang vi sendte Smaragd til himmels var tingene lidt anderledes. Der skød vi skråt og havde også en usikkerhed at tage højde for, i forhold til at det var en passivt stabil raket på en gyngende opsendelsesplatform. Hvis vi lægger den usikkerhed oveni den forrige radius, ender vi med at kigge på en radius på næsten 39 km. Dette betyder dog ikke, at det var en situation Smaragd kunne være endt i, idet dens størrelse og faldskærm var markant anderledes - bare lige for at holde tingene adskilt.

Radius: 38,9 km

Konsekvensen af så stor en radius fra ESD 139 er, at det meste af østbornholm kan rammes.

Radius 38,9 km, zoomet ind på Bornholm.

Konklusionen er altså, at hvis vi fra en ustabil platform fløj en passiv stabil raket der ikke kunne slukkes undervejs, og havde i vores missionsbeskrivelse, at den skulle have faldskærmen ud i sit højdepunkt, mere end 30 km oppe, så ville hele Bornhoms østkøst være i farezonen.

Og det er altså et af hovedargumenterne for hvorfor vi venter med at åbne hovedfaldskærmen til 4 km's højde, hvorfra vi vil drive et langt kortere stykke væk fra opsendelsespunktet.

Hvad så med rumturen?

Men bliver det så ikke problematisk når I skal op i 100 km?

Ikke specielt. Nøglen er igen at have elektronik ombord der kan bestemme hvornår faldskærmen skal folde sig ud. Hvis vi kigger på hvordan turen vil se ud i jordplan, ved en nedstigning fra 100 km, så er det ikke så slemt, så længe man venter med at åbne faldskærmen til relativt lav højde.

Eksempel på ruten i jordplan ved returrejse fra 100 km. splashdown 9,3 km fra opsendelsespunktet.

Ovenstående graf viser ruten i jordplan, skulle Nexø II have fundet på at nå 100 km, dalet ned i atmosfæren under ballute, og åbnet faldskærmen i 4 km's højde. En af nøglerne til en sikker opsendelse og returrejse er altså at kunne kontrollere hvornår de enkelte faser skal påbegyndes, så vi eksempelvis ikke driver for langt væk med raketten/rumkapslen.

Tilbage til Nexø II

Ovenstående er selvfølgelig nogle ekstremer trukket frem for at vise nogle worst case scenarier ud fra hvordan vejret var en tilfældig søndag.

Afslutningsvis er det på sin plads og kigge på hvordan det så vil se ud, givet en nominel flyvning.

Jeg har prøvet at illustrere hvordan turen vil tage sig ud i 3 dimensioner hvis vi antager en fuldstændig nominel tur. Det vil sige fuldstændig lodret opsendelse hvor jeg antager at vi når 13 km's højde. For at få en mere intuitiv forståelse af afstandene har jeg valgt at lade opsendelsen foregår ved vores værksted.

Eksempel på hvordan returflyvningen kunne se ud for Nexø II

Nøgletallene for denne flyvning viser, at vi denne søndag ville lande 8,8 km væk i kurs 82 fra opsendelsespunktet, godt 9 minutter efter at have nået apogee.

Opsendelsen er flyttet

Som vi skrev om tidligere, så er vi blevet udfordret af at Marinehjemmeværnet desværre ikke kan stille op i weekenden 26-27. august. Vi arbejder på at finde en alternativ løsning med et andet skib. Det betyder dog, at vi er nødt til at flytte opsendelsen, for at vi kan nå at få logistikken på plads i det nye setup, så nu bliver opsendelsen tidligst 2-3. september.

Næste test - første gang i Danmark

Vi har i øvrigt skønt nyt, i forhold til at teste faldskærmssystemet til den første Spicarumkapsel. Vi har nemlig fået formel tilladelse til at foretage en test, hvor vi skal have et cluster af 3 faldskærme over vores springer! Det er så vidt vides af én af de godkendende personer, første gang sådan en test bliver foretaget i Danmark, så det bliver helt sikkert en spændende oplevelse!

Snart vil himlen over Beldringe prydes med tre af denne smukke faldskærm. Foto: Ahmad Rahman.

Det bliver faktisk så spændende og interessant, at det blev skrevet ind som et formelt krav i godkendelsen, at Dansk Faldskærms Union ønsker at jeg efterfølgende skriver en artikel til medlemsbladet om Copenhagen Suborbitals og vores testserie. Det var selvfølgelig skrevet med et glimt i øjet, men sådan et krav skal naturligvis overholdes :-)

Ad Astra,

Mads Stenfatt
er et af flere medlemmer af Copenhagen Suborbitals, der skriver på denne blog. Mads er ansvarlig for udviklingen af faldskærmssystemerne.

Husk at der er forskellige retninger på vinden i forskellige højder.
Så vidt jeg husker er vinden i ca 10 km højde på denne årstid fremherskende mod SØ og lavere nede mod Ø-NØ.
I skulle jo nødig ringe til Kaliningrad og bede om at få den udleveret.

  • 3
  • 13

Det er lige præcis det, der er pointen med bloggen, og det illustreres med grafen der viser vejr- og vindforholdene som de var den 6. august.

Vi er altså meget bevidste om vind- og vejrforhold, og vores model kan netop forudsige hvor vi ender henne, givet forskellige situationer. Denne viden bruger vi så til at sætte sikkerhedsmæssige begrænsninger på eksempelvis hvorfra vi skyder og hvor langt vi risikerer at drive med faldskærmen under forskellige scenarier. Dette kan så eksempelvis bruges til at lave en no-fly zone og en korridor på havet, hvor skibene ikke bør sejle.

  • 12
  • 1