SHEFEX - Analyse kritischer Flugereignisse

Abstract

Für die Durchführung des SHEFEX-Experiments im Oktober 2005 kam eine weitgehend modifizierte Forschungsrakete, die vorher keinen Testflug absolviert hatte, zum Einsatz. Trotz der fortschreitenden Möglichkeiten der computergestützten Entwicklung und Simulation birgt dies Risiken hinsichtlich des Erfolgs der Mission, was sich am Verlauf der SHEFEX-Mission teilweise bewahrheitete. Gerade Raketenmissionen stellen in ihrer hohen Komplexität eine besondere multidisziplinäre Herausforderung dar. Deshalb werden bei jedem Flug einer Forschungsrakete sämtliche messbaren Daten erfasst und aufgezeichnet. Eine anschließende Auswertung dieser Daten hilft den Ingenieuren, die Vorgänge beim Flug besser zu verstehen und so missionskritische Situationen zu umgehen bzw. etwaige Fehlschläge zu vermeiden. Nach einer kurzen Einführung in die Arbeit des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. mit Höhenforschungsraketen wird das SHEFEX-Experiment vorgestellt. Der Hauptteil dieser Diplomarbeit befasst sich mit der Auswertung der Flugdaten der SHEFEX-Rakete hinsichtlich einiger kritischer Flugereignisse. Hierfür werden die verschiedenen Daten und das Netzwerk zu deren Ermittlung beschrieben. Dann werden die notwendigen Schritte zur Aufbereitung der Datensätze für die Auswertung aufgezeigt und teilweise durchgeführt. Anschließend wird ein Überblick über den Flugverlauf der Rakete anhand einiger ausgewählter Graphen folgen. Nach diesem Überblick werden drei flugkritische Ereignisse näher untersucht. Diese sind die Stufentrennung, das Fehlverhalten der Rakete bezüglich dem Spin und der Wiedereintritt in die Atmosphäre. Für den Fall der Stufentrennung wird mittels der Daten die Notwendigkeit einer Modifikation, die den Einbau von Federn zur Unterstützung des Trennungsvorganges betrifft, nachgeprüft und die Software zur Auslegung im Entwicklungsprozess kurz validiert. Ein Ereignis, was den Missionserfolg von SHEFEX einschränkte, war das Fehlverhalten bezüglich des Spins, was von einer unvorhergesehenen Verformung der Fins der zweiten Stufe herrührt. Für eine Analyse hierzu wird ein mathematisches Modell entworfen, welches die Flugdaten heranzieht, um auf die Größe der Verformung zu schließen und damit eine Hypothese für die Ursache der Verformung, die ebenfalls anhand der Daten aufgezeigt wird, zu bekräftigen. Zum Schluss wird noch auf den Wiedereintritt eingegangen. Hier wird die Auswirkung der Rollbewegung auf die aerodynamische Fluganalyse angesprochen und eine Methode gezeigt, um verwertbare Daten zu erhalten. Abschließend wird noch ein weiteres Vorgehen für die flugmechanische Analyse vorgeschlagen.