Raketudviklingen får et kolossalt løft

University of California San Diegos afdeling af Studenter for Udforskning og Udvikling af Rummet (SEDS) gennemførte en vellykket live-brandtest af sit statiske raketmotorteststand, Kolossen, i Mojave-ørkenen den 16. juni.

De studerende besluttede at udvikle Colossus, da de løb ind i en vejspærring i 2016, da de byggede den første raket drevet af en 3-D-printet motor:det var svært at teste rakettens motor i en hurtig, realistisk, forholdsvis billig måde. De ønskede ikke at affyre raketten, da det ville betyde, at de ikke længere kunne gentage dets design, men test i laboratoriemiljøer ville ikke give tilstrækkelig information til at sikre, at motoren ville fungere som planlagt. Det, de havde brug for, var en statisk brandteststand, der sætter motoren igennem hele processen med en opsendelse, men mens den er boltet til jorden.

Problemet? Der var kun én af disse raketmotorteststande til rådighed til brug på en akademisk institution - Purdue University - men den havde en lang venteliste og var dyrere end de studerende havde råd til.

Så, med støtte fra NASA, de byggede deres eget.

"Den store idé med dette testsystem er at gøre adgangen til rum- og rumforskning mere tilgængelig for folk, der ikke har et massivt budget på 19 milliarder dollars, " sagde Jack Najarian, en tredje års elektroingeniørstuderende ved Jacobs School of Engineering og præsident for SEDS ved UC San Diego.

SEDS kæmpede for og udviklede teststanden for statiske raketmotorer, og havde en vellykket første live-brandtest på Friends of Amateur Rocketry-teststedet i Mojave-ørkenen den 16. juni. SEDS' egen 3-D-printede raketmotor, Ignus-II, blev motoren testet. Ignus-II har mere tryk og et mere effektivt kølesystem end sin forgænger Ignus-I, den første 3-D-printede motor lanceret af en studenterorganisation.

Efter at have erkendt dette tomrum for testtilgængelighed på markedet og ønsket at skabe et system til at løse deres testbehov såvel som andre studerendes grupper og akademiske forskerhold, Colossus-eleverne arbejdede tæt sammen med NASA for at definere de tekniske retningslinjer for et sådant system. NASA tildelte også gruppen en $100, 000 tilskud til at bygge Colossus testsystemet, og har deltaget aktivt i hele den treårige design- og byggeproces. I løbet af de tre år, omkring 60 bachelorstuderende har bidraget til raketmotorteststanden.

Colossus-systemet rummer en bred vifte af motordesign, og er udstyret med et udskifteligt motorinterface og en alsidig, dobbeltkryogent væskesystem for at gøre det muligt. Et eksplosionsskjold beskytter den indviklede elektronik og VVS mod eksplosionen fra motoren.

Under en test, motoren, der testes, forlader aldrig jorden, men gennemgår den samme proces, som den vil, når den rent faktisk lanceres. Tryk, temperatur, tryk og kraft måles ved ultrahøj hastighed og nøjagtighed med live datavisning tilgængelig. Systemet er anbragt i en mobil trailer for at transportere det til Friends of Amateur Rocketrys udpegede sikre teststed i Mojave-ørkenen, hvor dens stålstøvler bliver boltet ned til beton for at sikre, at motoren forbliver statisk. Colossus-systemet er i stand til at køre flere test på en dag.

"Det er stort set, hvad hele dette projekt handler om - at give samfundet af raketfremdriftsforskere og udviklere muligheden for at kunne validere deres ideer på en virkelig hurtig måde, " sagde Dennis Ren, en fjerde års elektroingeniørstuderende ved UC San Diego og Colossus-projektlederen.

3, 2, 1...fejlfinding

Processen op til den vellykkede varme ild var en neglebider. SEDS-holdet kørte Colossus-systemet til ørkenen fredag, 15. juni, og brugte lørdag morgen på at køre systemet gennem en tjekliste før test. Alle systemer gik kl. 15.00, men en tændingsfejl betød, at drivmidlet ikke ville tænde, og det første forsøg var en buste.

Elektronikteamet, ledet af UC San Diego-studerende Matt Santos, diagnosticeret problemet og efter flere forsøg, jerry-rigget en løsning. Tid til at tage to.

Der blev gjort forberedelser til andet forsøg, men denne gang var der en fejl forårsaget af løsningen på tændingsfejlproblemet.

"Da vi havde vores anden fiasko, klokken var allerede 21.30, " sagde Ren. "Vi løb meget lavt på drivmidler og nærmede os slutningen af ​​testvinduet kl. 22.00. Holdets moral gjorde ondt. Testlederne i bunkeren vurderede hurtigt situationen og besluttede at samle ressourcer for at give den en endelig forfølgelse."

Holdet rekonsoliderede drivmidler og gasser, geninstallerede tænderen og omprogrammerede testproceduren inden for 30 minutter. Derefter, det var 3, 2, 1….

"Når timeren ramte nul, gnister begyndte at komme ud af motoren, så en smuk, vedvarende motorflamme højere end noget, vi har hørt. Det var en succes, og holdet jublede vores hjerter. Vi skreg, hoppe, råbte - glæden var overvældende. To års hårdt arbejde gav endelig pote!" sagde Ren.

Demokratiserende raketter

Colossus vil være tilgængelig for andre studentergrupper eller akademiske forskere mod et mindre gebyr for at dække udgifterne til vedligeholdelse - i størrelsesordenen $1, 000 til $2, 000 — hvilket er væsentligt mindre end de nuværende omkostninger på titusindvis af dollars for at bruge et eksisterende industritestsystem i dag.

Ren sagde, at der allerede er interesse for at teste på Colossus fra grupper på USC, UC Irvine, Texas A&M og University of Alabama, og SEDS kontakter andre universiteter for at se, hvordan Colossus kunne hjælpe dem med statisk test.

"Al interessen har været fra den akademiske verden, fordi det historisk set har været et område, der manglede overkommelig testkapacitet, " sagde Ren. "Der er kun to teststande lige nu - vores og en på Purdue, og Purdue har virkelig travlt og har ikke megen kapacitet til at rumme andre skoler.

"Vi bygger dette, så vi kan køre flere test på samme dag, lader folk komme og gå, at få deres resultater og forbedre deres motordesign hurtigt."

For hold, der ønsker at bruge testplatformen, SEDS-teamet skal først gennemgå, om deres motor og udstyr er kompatibelt med systemet. Hvis så, de planlægger et tidspunkt for en test på det udpegede sikre teststed.

Holdet planlægger at holde vedligeholdelsen og forvaltningen af ​​Colossus en bachelor-drevet bestræbelse, med et dedikeret driftsteam dedikeret til at sikre vellykkede tests for alle brugere i løbet af systemets 10-årige levetid.

Sponsorer af Colossus live-brand teststand inkluderer NASA, Parabilis Space, National College Resources Foundation, Ganter instrumenter, Gosco ventiler, Altium, OSML, Cryoquip, Virgin Orbit, Sentech målinger, kadence, Rustfri processystemer, IMS, Avancerede kredsløb, ECMS, 80/20 Inc., Najarian Trading and Reliance Metal.