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.
rumfart på den anden måde cs banner bloghoved

Rumkapsel part I - grundlæggende konstruktioner og funktioner

Jeg har fået tildelt et ganske overvældende ansvar. Nemlig at holde liv i Peter på den suborbitale flyvning, ved at skabe en solid og velfungerende rumkapsel. Men, han skal også kunne nyde turen... eller i hvert fald opleve den. Der ville ikke være meget ved det, hvis Peter fik blackout efter lift off, og vågnede op igen med livet i behold, når kapslen bliver bjerget af et skib. Derfor stiller afdelingen for rumkapsel (mig) visse skrappe krav til afdelingen for løfteraketter (Peter). Ikke at de skal virke efter hensigten, der må sige at være en nødvendighed, men krav om accent acceleration der skal stemme overens med kendte værdier for kroppens påvirkning af g-kræfter, i en halvt stående/siddende stilling.. Det tager vi fat i lidt senere, i et andet blog-indlæg.

Som vi har nævnt tidligere, er der en masse ting vi allerede har besluttet os for og som ser ud til være fastfrosset allerede nu...indtil vi ændrer dem. Vi arbejder med en total kapseldiameter på 608 mm, som er bestemt af det standardrør, udfra hvilke JF-Smedeservice vil producere vores rustfri ståltanke til flydende oxygen (LOX). 608 mm bliver en udfordring, hvis den skal rumme én person, men vi anser det slet ikke som umuligt.. faktisk ganske muligt. Denne diameter skal give plads til ét sæde, og en vis bevægelsesfrihed for arme.

Toppen af rumkapslen består af en 30 mm tyk plexiglas-halvkugle med en diameter på ca. 580 mm, der giver passageren udsyn både oppe, til siderne og fremad. Ind- og udgang til rumkapslen foregår ved at åbne kapslen lige under denne topkuppel, med en kæmpe specialnøgle, der roterer hele låget. Flere analyser og designiterationer har vist os at indgang og udgang foregår bedst her, kræver den simpleste konstruktion, laveste vægt og bibeholder den bedste skrogkonstruktion for hele kapslen.

Selve skroget laves i 1.25 mm stål, med en forstærket krans under plexikuplen til åbnemekanisme og konstruktionsmæssig støtte. Mængden af isoleringsmateriale inde i kapslen er endnu ikke fastsat, da vi ikke kender til opvarmningsdata ved genindtrædelse i atmosfæren. Under det tryksatte kammer placerer vi et centreret rør, til de to pilotskærme, og uden om disse, de 3 hovedskærme. Alle faldskærmstyper er forankret i den kraftige krans under plexikuplen.

Kapslen skal være tryksat med 1 atmosfære og naturligvis have ilt nok til hele turen, plus adskillige timer til både afventning af lift off og turen i vandet indtil bjergning. Et simpelt kontrolsystem foran passageren, vil bestå af affyringsknap, abortsystem og de funktioner som står for booster-separation, pilot- og hovedskærme frigørelse. De sidstnævnte systemer vil køre per automatik, men kan betjenes manuelt ved eventuel fejl. (se det nuværende flowchart, for disse muligheder her: link)

Sædet sørger for en maksimal fordeling af accelerationskræfter, ved at lade så meget af kroppen røre og tage tryk fra sædet i kapslens længderetning. Derfor den halvt stående/siddende position. Sædet skal have støddæmpning, men også mere om sædet i detaljer, ved en anden lejlighed.

Yderst på siden af kapslen, lige overfor passageren placerer vi en kamera bom-arm, der kan udfoldes på vejen op, når atmosfæren er tynd nok, for at filme i alle ønskede retninger. Denne arm, tænkes også brugt under descent til at støtte en korrekt orientering af kapsel, der placerer passageren med ryggen direkte på accelerationen under opbremsning i atmosfæren. Denne vigtige kapselorientering bliver primært skabt, ved den korrekt (skæve) vægtfordeling inde i kapslen.

Illustration: CS

Illustrationer af kapslen, som den ser ud, januar 2009.

En tidligere kollega og ven fra Johnson Space Center sendte mig i december, det billede du ser forneden. Det viser den redningskapsel der hører til von Braun´s rumfærgekoncept, som han tegnede på i 50´erne. Der er tale om nogenlunde samme radius og samme kropsposition i samme accelerationsretning. Vores acceleration gennem opsendelse, von Braun´s acceleration gennem opbremsning, men resultatet er det samme.

Von Braun´s redningskapsel fra 50érne.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

"Flere analyser og designiterationer har vist os at indgang og udgang foregår bedst her, kræver den simpleste konstruktion, laveste vægt og bibeholder den bedste skrogkonstruktion for hele kapslen." Er der ikke en risiko for at selv en ganske lille deformation af stålcylinderen, ved landing f.eks, kan låse 'låget' så det ikke kan komme af?
Bliver Peter ikke psykologisk belastet, når han ikke selv kan åbne låget, f.eks. ved en mindre brand/kortslutning inde i kapslen. (tænk på branden i CM012 for 42 år siden. I bruger selvfølgelig ikke ren ilt i kapslen, men alligevel)
Oprindelig havde man ikke planlagt at sætte vinduer i de første rumkapsler (deraf "Spam in a Can" renomeet blandt testpiloter), det var astronauternes protester, der fik dem ind. her har vi et vindue, men ikke et dørhåndtag.

  • 0
  • 0

Tak for dit indlæg. Nu er du allerede med:)
Vi forventer faktisk en deformation af selve kapslens svøb og bund, ved nedslag. Bundrøret til pilotskærmen, skal gerne folde sig delvist og derved tage nogle nedslagskrafter og selvom selve kropscylinderen gerne skulle bibeholde sin form (da vi jo har en mand indeni), så skader en mindre deformation ikke. Topkransen som danner ingress/egress systemet er temmelig kraftigt og vi forventer ikke nogen deformation her. Deformations simulering indtil videre, viser at topkransen holder sin form under landing. Til gengæld er det kræfterne ved faldskærmsudfoldning, som er tilknyttet denne samme krans, der kan være en udfordring. Men det er et spørgsmål om dimensionering. Skulle vi ende med et låst system, så må vinkelsliberen frem i siden af kapslen, efter opsamling.

Mht til det psykologiske. Så er planen at Peter ikke bør åbne kapslen selv, hvis hele turen forløber som den skal. Han ender i vand, i en vinkel hvor vandet, vil fosse ind, hvis han åbnede. Derfor må han afvente. Grundet vores vægtfordeling i kapslen, mener vi ikke at det er lige for, at skabe en kapsel som "står op" i vandet, hvor åbningen vil være fri af bølgerne. Og så er det jo også altid et spørgsmål om, hvor store bølgerne er. Der skal ikke meget til før vandet skvulper ind og så synker kapslen til bunds på 0,5. Derfor åbnes der udefra når han er bjerget. MEN, skulle der være en grund til at han ønsker at kommer ud, så kan han godt selv åbne. Pt. er der designet et dørhåndtag ud fra hver arm, så peter kan rotere toppen selv, med et par moment-arme. Denne option er også beskrevet i linket, som der henvises til i indlægget. Det vil dog kun ske hvis han vil ud og hoppe med sin skærm på ryggen. Jo, det er måske nok psykologiske hårde sager, men peter har ikke brokket sig indtil videre... :)

  • 0
  • 0

hejsa,-

uden at have meget forstand på rumfart vil jeg fra en naiv betragtning tillade mig at mene at rumkapslen bør være kugleformet -kugleformen kan opnås ved filament vikling i glasfiber eller kulfiber og derved opnå et højt styrke til vægtforhold og der kan indvilkes forstærkninger til adgangskraven - kapslen kan vikles på en oppustelig form således som vi i 70 erne viklede 25000 olietanke til parcelhuse--og derved blive billig---
kugleformen kan give meget mere komfort til peter og formen er mere neutral aerodynamisk end cyllinderen -videre repræsenterer kugleformen den form der giver mest indhold i forhold til overfladen og vægten --

mvh børge c.

  • 0
  • 0

Opgavens grundlæggende præmis er at vi skal kunne opsende en mand med en raket af den mindst mulige strøelse. Faktisk ville vi gerne holde os under 1000 kg drivmiddel.

Kugleformen er interessant fordi det er den enkleste form på en reentry kapsel, Vostok som Juri Gagarin fløj som den første fløj i orbit med. Det er også en ideel for m.h.t. vægt volumen forhold.

Men her med slutter fordelene. Vores booster kan blive ned til 608 mm i diameter med den stående konfiguration, og det du skriver bliver konkurrence dygtigt hvis vi kan have en mand i samme diameter kugle, altså 608 mm. Det er naturligvis umuligt.

Har du arbejdet med viklede komposit tanke ?

Peter Madsen

  • 0
  • 0

tak for svaret -man kunne jo ændre den grundlæggende præmis eller hyre en dværg !-
jeg har i 60 erne opfundet et system til vikling af kugleformede beholdere og lavede en fabrik der fremstillede de 25000 tanke jeg nævnte -der blev solgt maskiner efter patentet til mange lande herunder japan ,usa, tyskland m. fl. ---efter naturassens indtog forsvandt markedet for olietanke i dk -- vi lavede tanke op til 10.000 liter på maskiner der hovedsageligt var fremstillet af gamle bilkomponenter og andet skrot--
mvh

  • 0
  • 0

Børge Kristensen,

Jamen vi elsker skam kugler !

Jeg kommer lidt ind på hvorfor vores præmis er vigtigt i det sidste og de kommende blog indlæg.

Kugletanke er ganske rigtigt ekstremt effektive. Det være sig som tryk beholdere, for indvendigt eller udvendigt tryk. Med effektive mener jeg at hvis du skal spærre et givet volumen inde under et givet tryk så vil en maskine viklet kulfiberkugle give baghjul til næsten alt.

Specielt for kugler gælder vidst nok at vikleteknikken ikke er særligt kompleks.

Der er, om ikke lige nu, så på sigt nogle meget interessante aspekter i kugletanke for vores projekt.

Mellem "far out" projekterne kunne man nok finde en reentry kapsel aka Vostok designet for orbital reentry, og tanke for LOX viklet op på en LOX kompatibel hud af f.eks. tund aluminum.

Gør man det rigtigt tror jeg den løsning slår turbinepumper i både vægt og pålidelighed - ikke mindst fordi vi i hybridmotorer kan benytte LOXéns eget damptryk til at tryksætte tanken med.

Jeg byggede i 1992, mens jeg var DARK, en kulfiberviklemaskine, som skulle producere kulfiber casinger til faststof raketter. Den var også meget enkel og produktet var ikke helt tosset. At den ikke kom rigtigt i brug skyldes at vi den gang havde det basale problem at ammonium perchlorat - som er nødvendigt for at lave faststofraketter - ikke kunne skaffes i større mængder.

Denne viklemaskine brugte 12 volt DC viskermotorer fra biler.

Hvis du skulle have lyst til at dele lidt af din viden om viklede tanke med os, måtte du meget gerne kontakte os via vores hjemmeside.

Tak,

Peter Madsen

  • 0
  • 0

det er korrekt at det ikke er teknisk kompliceret at vikle kugler -det jeg specielt fik patent på var at vikle en kugle med kun een polar åbning og så selve den oppustelige form--
jeg vil i begrænset omfank gerne være viklekonsulent for jer og vil kontakte jer på hsiden--
mvh

  • 0
  • 0

Hvis I ønskede at bibeholde cylinder-formen (modsat kuglen) var der vel ikke noget galt i at de to cylindre ("motor"/"kabine") ikke havde samme diameter? Altså at "kabinen", for at give Madsen mere albuerum havde en større diameter (ved at det jo også giver mere vægt!)
Med "kun" 1,25 mm(??) stål er der jo ikke meget at give af...kunne astronauten ikke forlade kapslen inden landingen så man undgik risiko for drukning ved landing i vand?
John

  • 0
  • 0

Vores diameter på 608 er faktisk ganske fornuftig. Som det ser ud er der både plads til albuer, ben og et sæde. Jeg ser som sådan ikke nogen pladsproblemer pt. Vi ønsker ikke at have en stor top som man kender det fra fx ariane 4. Det kunne også give problemer med affryingsproceduren, hvor selve løfteraketten skal have direkte kontakt til affryingstårnet med launch-lugs..

Mht landingen, så har vi ingen grund til at tro at kapslen ikke vil flyde som den skal og derfor mener vi at det er bedst personen bliver derinde. At få manden til at åbne og hoppe ud inden landing er langt mere risikabelt og farligt og denne procedure bør kun bruges i nødstilfælde. Der skal naturligvis øves på indgang og udgangsbevægelsen, men uanset hvor meget man kan gøre dette med bind for øjnene, så er det stadig mere sikkert at blive hjulpet ud end at skulle gøre det i et stramt tidsrum, netop da der ikke er meget plads at give af og det bør helst gøres i "ro og mag"

Kristian

  • 0
  • 0

Det er en imponerende viden I har samlet om dette område/projekt..!

Er de 608 mm. valgt fordi det er et std. "rør"? Jeg ved at virksomheder der producere/anvender trykbeholdere (køleanlæg) køber rør i std. dia. og "blot" påsvejse endebunde.

  • 0
  • 0

Hej John,

Det er faktisk boosterraketten der bestemmer diameteren af rumskibet. Kunne vi lavede vi det sådan at astronauten lå på ryggen - men boosterafdelingen kan ikke pt. løfte den opgave.

Vores boosterdiameter bliver 640 mm. Det er nemlig den diameter der fremkommer hvis man valser en 2000 x 100 x 4 mm standard plade rund til et rør med een langsøm. Resten af projektet styres af det tal.

Når rumskibet er lidt mindre er det fordi den diameter Kristian har at arbejde med er indersiden af fartøjet. Det består af et knap femten millimeter tykt varmeskjold uden på et 1.25 mm tykt metal trykskrog.

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