|
|
|
|
NERO  Projecten H10 raket H10a
vlucht |
 |
Verslag H10a raketvlucht |
|
|
|
|
|
Op de lanceerdag van 27 mei j.l. werd de eerste tweetraps
raket uit het hoogterecord project gelanceerd, de tweetraps H10a. Bij deze vlucht werden een aantal mechanische
aspecten van de raket getest, zoals het ontkoppelsysteem en parachutes. |
|
|
|
|
1. |
Inleiding [Top] [Inhoud] |
|
|
|
Op de lanceerdag van 27 mei j.l. werd de eerste tweetrapsraket uit het hoogterecord
project gelanceerd, de tweetraps H10a. Bij deze vlucht werden een aantal mechanische aspecten van de raket getest,
zoals het ontkoppelsysteem en parachutes. De aėrodynamica van de separatie is onderwerp van studie, de enige
kwantitatieve gegevens die tot op heden beschikbaar zijn van de separatie van een tweetrapsraket, zijn afkomstig van de
vlucht van de H7e uit 1999. De H10a lijkt uiterlijk wel enigszins op zijn voorganger maar is toch geheel nieuw
ontworpen. Verder vloog de H10a met Thrust-18 motoren in zowel de eerste als de tweede trap. Om de maximale hoogte
binnen de limiet van het ASK te houden moest niet minder dan 3 kg lood worden toegevoegd. De elektronica aan boord
bestond uit een set timers voor het uitvoeren van de separatie en ontsteking van de tweede trap, en een RDAS voor
instrumentatie en de parachutering van de tweede trap. De eerste trap had een eigen timer en parachute |
|
|
|
|
|
2. |
Vluchtverloop [Top]
[Inhoud] |
|
|
|
Probleem van de vluchten van tweetrapsraketten is dat er binnen korte tijd zoveel
gebeurt dat je niet weet waar je je aandacht op moet richten. Gelukkig was de AWBM met een Doppler-radar systeem
aanwezig voor het vastleggen van de snelheid van de raket en zou via de RDAS detailinformatie over het verloop van de
vlucht kunnen worden verkregen. In ieder geval steeg de raket op het oog stabiel op en een lichte koersverandering zou
kunnen worden geļnterpreteerd als om de wind klimmen. Ook de separatie verliep volgens het boekje. De raketdelen
verwijderden zich gelijkmatig van elkaar en de ontsteking van de twee trap was uitstekend waar te nemen tegen de
overigens wolkenloze blauwe lucht. Wat er kort na het ontsteken van de tweede trap gebeurde was echter een unicum in de
geschiedenis van de NERO: halverwege de brandtijd kantelde de raket in een fractie van een seconde naar voren en
vervolgde zijn weg recht van het publiek af waardoor hij leek op lossen in de lucht. De raket, die niet in staat is
zichzelf te redden vanuit een dergelijke scheve vluchtbaan, boorde zich kilometers verder in de grond. Door een groot
toeval werd de inslag waargenomen door twee alerte toeschouwers die in staat waren de richting aan te geven. Mede door
deze aanwijzingen kon de tweede trap van de raket een week later door personeel van het ASK worden gevonden (dit was op
de lanceerdag zelf niet gelukt doordat aanvankelijk in een verkeerde sector was gezocht). De plaats van de inslag lag
op 2660 meter van de lanceertoren. De tweede trap was volkomen samengeperst door de inslag. Door een wonder was de RDAS
in het wrak echter deels intact gebleven, in ieder geval zo dat het mogelijk bleek de flash EEPROM met de vluchtdata er
uit te peuteren en (na rechtbuigen van de pootjes) in een andere RDAS uit te lezen. Daarbij bleek ook nog eens de
volledige vlucht tot en met de inslag door de RDAS te zijn vastgelegd, dus er was geen data verloren gegaan! De vlucht
analyse is dan ook voor een groot deel gebaseerd op gegevens uit de RDAS, en hierdoor kon meteen al een aantal
mogelijke faalscenario's naar de prullenbak verwezen worden. |
|
|
|
3. |
Vluchtanalyse [Top] [Inhoud] |
|
|
|
Figuur 1 geeft het verloop van de vlucht weer aan de hand van de drukhoogte-tijd, dus
de hoogte berekend uit de drukregistratie van de RDAS. Hierbij is gecorrigeerd voor afwijkingen van de
standaardatmosfeer. De belangrijkste gegevens zijn samengevat in de onderstaande tabel. |
|
| Gebeurtenis |
tijd (sec) |
hoogte (m) |
snelheid (m/s) |
baanhoek (graden) |
| verlaten toren |
0,40 |
7,5 |
40 |
85 |
| max. snelheid 1e trap RDAS radar
| 1,03 |
|
79,45 79,5 |
|
| einde brandtijd eerste trap |
~1,1 |
52 |
78,9 |
84,4 |
| separatie (ontsteker, timer) |
2,06 |
|
|
|
| laatste contact twee trappen |
2,3 |
|
|
|
| ontsteking tweede trap (timer) |
3,8 |
|
|
|
| tweede trap levert stuwkracht |
4,71 |
277 |
41 |
~ 79,2 |
| begin anomalie stuwkracht |
5,135 |
|
|
|
| koersverandering (drukpiek) |
5,2 - 5,7 |
|
|
|
| einde brandtijd tweede trap |
~5,9 |
~ 326 |
> 190,2 |
< 40,9 |
| hoogste punt |
18,4 |
1160 |
|
0 |
| uitwerpen
luik ("loods") |
22,0 |
1090 |
|
|
| activeren deblocking device ("main") |
32,5 |
178 |
|
~ -70 |
| einde registratie / inslag |
43,635 |
|
|
-80
-90 |
|
|
Tabel 1: vluchtverloop H10A (cursief: uit reconstructie of Flight3 simulatie)
|
|
Uit de data blijkt dat de elektrische systemen aan boord goed hebben gewerkt: de timers
werkten op de geprogrammeerde tijdstippen en de smart recovery acties van de RDAS werden ook correct uitgevoerd. De
volgende observaties kunnen worden gemaakt:
- Separatiesysteem Het totale proces van activeren
ontsteker tot het laatste contact tussen de trappen duurt ongeveer 0,24 seconde.
- Thrust-18 motor eerste trap Piekstuwkracht,
brandduur en stuwkrachtsverloop lijken sterk op dat van de motor gebruikt bij de vlucht van de H11C. Totale en
specifieke impuls moeten nog gereconstrueerd worden.
- Thrust-18 motor tweede trap Er was een vrij lange vertraging van niet minder dan 0,9 seconde tussen het activeren van de
ontsteker en het uitblazen van het membraan (wat een piek in de versnelling veroorzaakt). Het ging mis door een
anomalie bij het branden van de motor, en het moment waarop deze optrad kan met vrij grote nauwkeurigheid worden
aangegeven omdat dit hoogstwaarschijnlijk correleert met een grote negatieve spike op 5,135 sec na lift-off, dat is
0,43 sec na het wegblazen van het membraan. Het totale plaatje van het stuwkrachtsverloop, gebaseerd op de axiaal
gemonteerde RDAS accelerometer, toont op het oog geen verdere bijzonderheden. Ook voor deze motor moeten de
geleverde prestaties nog worden gereconstrueerd.
Door gegevens uit de RDAS te combineren met Flight3 simulaties, foto- en videobeeld-
en geluidsmateriaal (in het bijzonder de foto (vorige pagina) van het rookspoor van de tweede trap, met de bizarre knik
erin) is het mogelijk vrij nauwkeurig de hoogte, snelheid en koersverandering te berekenen die de raket heeft ondergaan
a.g.v. de anomalie. De oorzaak van de koersverandering kan niet aėrodynamisch geweest zijn, de raket was ruim stabiel
voor en ook na de separatie. Het kan redelijkerwijs alleen verklaard worden uit een niet-axiaal gerichte
stuwkrachtsvector en daarom kan er een relatie zijn met het gegeven dat de Thrust motor een vrijstaande en
rondombrandende stuwstofpil heeft. Om die reden zijn een aantal verbeteringen aan de Thrust motor uitgevoerd, waarover
in een volgend Bulletin uitvoerig zal worden gerapporteerd. De radarwaarnemingen lijken gevoelig te zijn voor snelle
veranderingen van de koers. De radar kon goed uit de voeten met de eerste trap en het deel coasting. Maar vrij snel na
het ontsteken van de tweede trap en het begin van de koersverandering nam de signaal-ruis verhouding sterk af wat
leidde tot loss-of-track. Het systeem ging daarna over tot extrapolatie van de gemeten snelheid, en kwam daarmee na een
paar seconden over de grens van de instellingen (225 m/s limiet). De gemeten waarde van de eerste trap snelheid komt
wel binnen 0,1% overeen met de integraal van RDAS accelerometer. Gedetailleerde analyse van de dynamiek van de
separatie heeft de lezer ook nog te goed. De verwachting is dat uit de verandering van de luchtweerstand voor en na de
separatie beter begrip van de aėrodynamica zal ontstaan. Vooral zal het mogelijk blijken het luchtweerstandsmodel
gekoppeld-ontkoppeld te verifiėren. Ook zal de precieze waarde van de horizontale snelheid op het hoogste punt kunnen
bepaald. Er kan een link worden gelegd met de weerstandstoename door het uitwerpen van het luik, en dit kan weer
gebruikt worden voor een betere berekening van de snelheid bij het activeren van het deblocking device en, last but not
least, de inslag. Zo blijven wij ons verbeteren. |
|
|
|
 |
|
Figuur 1 - de H10a drukhoogte als functie van de tijd |
|
 |
|
Figuur 2 - de H10a accelerometer data |
|
|
|
|
|
