VIPER REXUS

Struktur

1. REXUS 300mm Module; 2. ISCA (Ice Sample Container Assembly); 3. Lift Mechanism; 4. Cupola; 5. HPPM Assembly (Heat Probe Pushing Assembly); 6. Venting System; 7. Cupola Electrical Feedthrough; 8. Spindle Drive (Part of HPPM Assembly).
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Die Struktur von VIPER muss ein erfolgreiches Experiment in ca. 80km Höhe transportieren. Sie trägt die elektronischen Systeme und sensible Messinstrumente, während sie knapp 20g Startbeschleunigung sowie 20g in allen Achsen beim Abstieg auf die Erdoberfläche widerstehen muss. Das Experiment muss dabei um das Zentrum der Rakete herum gebaut werden – um eine stabile Flugbahn zu gewährleisten – und darf nicht die Rakete selbst oder den Erfolg der anderen Experimente beeinflussen. Der Umgebungsdruck wird ca. 0,05 mbar betragen bei einer Außentemperatur von weniger als -70°C.

Anforderungen

Die Hauptanforderungen des Wissenschafts-Teams sowie des REXUS Handbuchs zum Erreichen des wissenschaftlichen Ziels lauten wie folgt:

  • Die Heizsonden sollen bei Mikrogravitation aktiviert und gegen die Eisoberfläche gedrückt werden. Mindestens 40mm tief soll die Sonde in den Eiszylinder einschmelzen. Für das Ende des Experiments und die Sicherheit der Rakete ist es erforderlich, dass die Heizsonden wieder in ihre Ausgangsposition zurück gebracht werden.
  • Das Experiment muss vollständig abgedichtet sein. Die Nebenprodukte des Experiments (hier: Wasserdampf und Luft) sollen durch Belüftungslöcher an der Außenseite der Rakete nach draußen geführt werden.
  • Die gekühlten Eisproben sollen 50 Minuten vor dem Start in das Modul eingesetzt werden. Dafür ist es erforderlich, einen austauschbaren Eisprobenbehälter (ISCA) sowie eine Luke in der Modul-Außenwand zu konstruieren.
  • Die Eisproben sollen bis zur Durchführung der Messung nicht wärmer als -30°C werden.

Bauelemente

  1. REXUS Raketenmodul und Late Access Hatch
  2. ISCA (Ice Sample Container Assembly)
  3. Hub Mechanismus
  4. Cupola
  5. HPPM (Ice Sample Container Assembly)

 

1. REXUS Raketenmodul und Late Access Hatch

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The VIPER Module on the bench.
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Für unser Experiment stellt und das REXUS/BEXUS Team ein 300mm hohes Modul zur Verfügung.

VIPER benötigt dabei eine spezielle Luke (Late Access Hatch), die das Einsetzen der Eisbehälter kurz vor dem Start erlaubt. Diese Luke wurde vom SSC (Swedish Space Corporation) entworfen.

2. ISCA (Ice Sample Container Assembly)

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The ISCA filled with Ice and dry Ice (CO₂).
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Die ISCA ist der Teil des Experiments, der so spät wie möglich eingesetzt werden soll, da das Eis ab diesem Zeitpunkt der Umgebungstemperatur ausgesetzt ist. Nach der Late Access Procedure, womit das Einsetzen der ISCA durch die Luke gemeint ist, durchläuft die Rakete noch einige Checks für 50 bis 90 Minuten. Im schlimmsten Fall (z.B. beim Abbruch des Countdowns) muss die ISCA ersetzt werden. Um einen Startabbruch wegen zu stark erwärmten Eisproben möglichst lange hinauszuzögern, wird die ISCA wenige Minuten vor dem Start mit Trockeneisschnee gefüllt.

Destilliertes Wasser wird eingefroren und auf -70°C gekühlt. Jeder Eisbehälter ist mit 9 Temperatursensoren bestückt, jeweils 3 nebeneinander. Diese Temperatursensoren sind zum Schutz in thermisch leitendes Epoxidharz gehüllt. Um die Dichtigkeit der ISCA zu gewährleisten, werden die Signale der Sensoren über eine Platine, die die Unterseite der ISCA bildet, nach draußen übertragen. Epoxidharz dichtet dabei die ISCA-Außenhaut und die Platine ab. Ein O-Ring dichtet den Übergang zwischen ISCA und Cupola ab, gegen die die ISCA durch den Hub-Mechanismus gedrückt wird.

3. Hub Mechanismus

Schnittansicht des Hub Mechanismus

Um die Eisproben gegenüber dem Rest der Rakete abzudichten und die anderen Experimente sowie die eigenen Subsysteme vor Wasserdampf zu schützen, wird die ISCA durch einen Mechanismus gegen die Cupola gedrückt. Die erfolgt mit einem Schneckengetriebe und einem Spindeltrieb während der Late Access Procedure. Das selbstsichernde Schneckengetriebe ermöglicht einen hohen Anpressdruck zwischen ISCA und Cupola.

Der Hub Mechanismus der ISCA wird dabei mittels eines Torque Schraubenschlüssels mit Flexwelle mit der Hand betrieben.

4. Cupola

Bottom view of Cupola without attached lid.
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Die Cupola ist der Deckel der ISCA. Sie ist fest im Modul montiert und enthält die HPPM Baugruppe, Kameras und ein Belüftungssystem für den entstehenden Wasserdampf während des Messvorgangs. Das Belüftungssystems sorg außerdem für einen Druckausgleich zur Umgebung (bis zu <5mbar).

Eine Kamera ist zentral an der Decke der Cupola montiert und blickt durch eine Öffnung nach unten. Dadurch können wir den Schmelzprozess von alle drei Eisproben beobachten.

5. HPPM (Heat Probe Pushing Mechanism)

 

Schnittansicht eines HPPM – 3 davon bilden die HPPM Baugruppe

Der HPPM ist der bewegliche Teil des Experiments. Im Grunde besteht der HPPM aus einer Führung, einer Feder und einer Heizsonde pro Eisprobe. Die Federn drücken die Heizsonden auf die Eisoberfläche. Um dies vor und nach dem Experiment zu verhindern, hält ein Motor mit einem Spindeltrieb die Heizsonden über einen Seiltrieb zurück. Am unteren Ende jeder Heizsonde sind optische Sensoren angebracht, die den Fahrweg und die Bewegungsgeschwindigkeit messen.

HPPM Baugruppe mit Beschriftung

Die Baugruppe enthält alle drei HPPMs und führt deren Stahlseile über einen Rollensystem zum Motor. Die gesamte Baugruppe wird als ein Teil in die Cupola eingesetzt.

Der Spindeltrieb verfügt über Stahlseile, durch die die Heizsonden auf und ab bewegt werden können. Die Federn innerhalb jeder HPPM drücken die Heizsonden nach unten, während Spannungsfedern am Motor die Stahlseile straff halten, damit diese – obwohl sie gut geführt werden – nicht von den Rollen rutschen.

Jeder HPPM hat einen optischen Encoder-Streifen an einem eigenen Ausleger, der als Referenz zur Messung des Schmelzweges dient.

 

Mitglieder dieser Untergruppe

    Lukas Gerber

    Structure

    target degree:  Aeronautical Engineering B.Eng.
    focus:                aircraft construction

     

        Martin Reiswich

        Structure (Leader)

        target degree:  Aeronautical Engineering B.Eng. (8th Semester)
        focus:                spaceflight technology

            Dennis Keller

            Structure, PR/Outreach (Leader), Design, Film

            target degree:  Aerospace Engineering B.Eng. (8th Semester)
            focus:                not yet defined 

              Marian Friedrich

              Structure, Thermal Control

              target degree:  Aeronautical Engineering B.Eng. (8th Semester)
              focus:                propulsion technology

                  Andreas Endrulat

                  Structure

                  target degree:  Aeronautical Engineering B.Eng. (6th Semester)
                  focus:                spaceflight technology