Beiträge zum Verhalten von Raketennutzlastkörpern beim atmosphärischen Wiedereintritt

Abstract

Der atmosphärische Wiedereintritt von Forschungsraketennutzlasten ist eine wichtige Phase des ballistischen Fluges, vor allem wenn die Experimente und Messinstrumente für zukünftige Flüge oder für die Interpretation der Daten geborgen werden sollen. Das Verständnis für das dynamische Verhalten von zylindrischen oder konus-zylindrischen Nutzlasten während des Wiedereintritts ist eine Voraussetzung, um ein erfolgreiches Öffnen und Entfalten des Fallschirmbergungssystems zu garantieren. Dies beinhaltet nicht nur die Kenntnis über die Lage der Nutzlast und deren Drehraten, sondern auch eine Punktmassenbetrachtung der Nutzlast für Bremsbeschleunigung, Abstiegszeiten und Endgeschwindigkeiten kurz vor Beginn der Bergungssequenz. Dafür werden in dieser Arbeit erstmals auch genaue GPS-Daten ausgewertet. Diese Arbeit beschreibt die Analysen, die mit Daten geflogener TEXUS- und MAXUS-Nutzlasten durchgeführt wurden und deren Verhalten verglichen wurde. Einige Missionsberichte beschreiben die sogenannte Flat-Spin-Bewegung während des Wiedereintritts. Als Grund für diese Bewegung wird dabei immer wieder die Energiedissipation angegeben. Diese Arbeit wird zeigen, dass eine Flat-Spin-Bewegung während des Eintritts der Nutzlast in die dichteren Atmosphärenschichten, wie sie in einigen Missionsberichten dargestellt ist, nicht durch die Analyse der vorhandenen Flugdaten der TEXUS- und MAXUS-Missionen bestätigt werden kann. Es wird in dieser Arbeit vielmehr ein typisches Verhalten zylindrischer Nutzlasten beschrieben, das eine im Unterschall auftauchende Flat-Spin-Bewegung erklärt, ohne das Phänomen Energiedissipation zu benötigen. Weiter wird gezeigt werden, dass die Rotationsachse des Flat-Spins längs der Flugrichtung ausgerichtet ist, und die Nutzlast normalerweise während des Wiedereintritts quer angeströmt wird. Diese Arbeit verbessert die Genauigkeit der Flugbahnvorhersage für die Phase des Wiedereintritts und kann daher helfen, die Sicherheit bei der Bergung der Nutzlast zu erhöhen.