Når løfteraketter bliver rene

De øverste stadier af løfteraketter er typisk fyldt med sensorer, der teoretisk kan fortælle ingeniører alt, hvad de behøver at vide om løfterakettens status og mulige sårbarheder. Endnu, begrænsede indbyggede computeregenskaber og båndbredde til jorden har hidtil gjort det umuligt at erhverve de fleste af disse data.

Dette er den kontekst, hvor MaMMoTH-Up-projektet (Massively extended Modular Monitoring for Upper Stages) kom til live. Om 42 måneder, projektkonsortiet satte sig som mål at øge mængden af ​​overvågede data med en faktor på over 2 500.

Jan-Gerd Mess, koordinator af projektet på vegne af German Aerospace Centre, diskuterer projektets resultater forud for dets afslutning i august 2018.

Hvorfor er det vigtigt at indsamle flere data fra de øverste stadier af løfteraketter?

Et af vores hovedformål er at give mere indsigt i launcherens miljø. Dette er vigtigt for bedre at forstå de forhold, det er udsat for, men vigtigst af alt den resulterende mekaniske belastning, som hele systemet skal klare.

De indsamlede data kommer fra termisk, tryk, vibrationer, stød- og accelerationssensorer samt strain gauges. Det vil hjælpe med at optimere selve systemet og også muliggøre fremtidige udviklinger med hensyn til stabilitet, vægtreduktion og sikkerhed. Dette er især vigtigt for nyligt introducerede materialer som kulfiber, da vi kun kan udnytte deres fulde potentiale, hvis vi fuldt ud forstår deres adfærd under operationelle forhold.

Hvad gør det så svært at indsamle disse data?

Den eksisterende launcher-hardware og dens telemetrikæde, selvom velafprøvet og pålidelig, er begrænset i deres ydeevne med hensyn til beregningskraft og båndbredde.

Opdateringer til en af ​​disse er meget dyre, da de involverer dyr og langvarig genkvalificering af hele launcheren, samt betydelige investeringer i jordinfrastruktur.

Hvordan foreslår du at overvinde dette problem, og hvad vil du sige gør din tilgang særligt innovativ?

Vores tilgang er at introducere et modulært system, der nemt kan tilpasses og udvides til at overholde specifikke missionskrav. Det er minimalt invasivt, og minimerer samtidig risici for løfterakettens nominelle mission.

Ved at bruge kommercielle hyldekomponenter (COTS) i et beskyttet miljø, regnekraften af ​​den indbyggede hardware kan øges betydeligt. Dette giver os mulighed for at introducere intelligent datavalg og komprimeringsalgoritmer, der optimerer mængden af ​​nyttig information til det eksisterende telemetrilink. Ved yderligere at introducere udbredte serielle grænseflader som RS422 og CAN-bus, vi sikrer også, at fremtidige udviklinger og moduler (kameraer, trådløse sensorer, osv.) kan gøre brug af det udviklede system.

Levede demonstranten op til dine oprindelige forventninger?

Til dette punkt, demonstratoren har overlevet den nødvendige kvalifikationstest for at kunne anvendes på en ARIANE 5 løfteraket med hensyn til termisk vakuum, hurtig trykaflastning og EMC. Vibrationstest afventer stadig, men testene vil blive udført i løbet af de næste måneder, inden projektets afslutning.

Fra et funktionelt synspunkt, hele systemet er blevet samlet, og missionssimuleringer baseret på ARIANE 5 flyveprofiler er blevet udført med succes. Mens dataudvælgelse stadig er et igangværende emne i både forskning og implementering, datakomprimering samt alle mekanismer til sensordataallokering og transmission er på plads og er blevet testet med succes.

Hvor langt tror du, du vil være i stand til at gå? Er du nået til demoflyvningsfasen endnu?

En kvalifikationsmodel er nu let integreret og gennemgår repræsentativ kvalifikationstest som et egentligt stykke flyvehardware. Vi er, derfor, overbevist om, at vi kan nå TRL 5/6 ved afslutningen af ​​projektet.

Hvad er dine planer for kommercialisering, og hvad vil du sige vil være dine vigtigste salgsargumenter over for potentielle konkurrenter?

Så vidt vi ved, der er i øjeblikket intet andet system, der både modulært kan øge løfterakettens muligheder med hensyn til dataopsamling, samtidig med at det introducerer en udvidelig platform til at teste nye teknologier i et sikkert miljø under flyvning. Dette skaber en helt ny use case for launcheren.

Hvad er dine opfølgningsplaner, hvis nogen?

Vi planlægger at ansøge om yderligere Horisont 2020- og ESA-midler inden for rammerne af en verifikation og demonstration i kredsløb, for at bevise anvendeligheden af ​​vores tilgang.

Derudover en tilpasning til ARIANE 6 kan være mulig, som ikke kun vil omfatte en fremtidig flyvning, men også anvendelsen af ​​MaMMoTH-Up-systemet under jordbaserede system- og subsystemtests. Dette ville øge kvalifikationsfaciliteternes dataindsamlingsmuligheder.