De bovenste trappen van ruimtelanceerinrichtingen zijn doorgaans geladen met sensoren die technici in theorie alles kunnen vertellen wat ze moeten weten over de status van de draagraket en mogelijke kwetsbaarheden. Nog, beperkte computercapaciteit aan boord en bandbreedte naar aarde hebben het tot nu toe onmogelijk gemaakt om de meeste van deze gegevens te verkrijgen.

Dit is de context waarin het MaMMoTH-Up-project (Massively extended Modular Monitoring for Upper Stages) tot leven kwam. Over 42 maanden, het projectconsortium stelde zich ten doel de hoeveelheid gecontroleerde gegevens met een factor van meer dan 2 500 te vergroten.

Jan Gerd Mess, coördinator van het project namens het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum, bespreekt de prestaties van het project voorafgaand aan de voltooiing ervan in augustus 2018.

Waarom is het belangrijk om meer gegevens te verzamelen van de bovenste trappen van draagraketten?

Een van onze belangrijkste doelstellingen is om meer inzicht te geven in de omgeving van de launcher. Dit is belangrijk voor een beter begrip van de omstandigheden waaraan het is onderworpen, maar vooral de resulterende mechanische belasting waar het hele systeem mee te maken heeft.

De verkregen gegevens zijn afkomstig van thermische, druk, trillingen, schok- en versnellingssensoren en rekstrookjes. Het helpt het systeem zelf te optimaliseren en maakt toekomstige ontwikkelingen op het gebied van stabiliteit, gewichtsvermindering en veiligheid. Dit is vooral belangrijk voor nieuw geïntroduceerde materialen zoals koolstofvezel, omdat we hun volledige potentieel alleen kunnen benutten als we hun gedrag onder operationele omstandigheden volledig begrijpen.

Wat maakt het zo moeilijk om deze gegevens te verzamelen?

De bestaande launcher-hardware en de telemetrieketen, hoewel bewezen en betrouwbaar, zijn beperkt in hun prestaties in termen van rekenkracht en bandbreedte.

Updates voor een van deze zijn erg duur omdat ze een kostbare en langdurige herkwalificatie van de hele launcher met zich meebrengen, evenals aanzienlijke investeringen in grondinfrastructuur.

Hoe stelt u voor om dit probleem op te lossen en wat maakt uw aanpak volgens u bijzonder innovatief?

Onze aanpak is om een ​​modulair systeem te introduceren dat eenvoudig kan worden aangepast en uitgebreid om te voldoen aan specifieke missie-eisen. Het is minimaal invasief, en minimaliseert tegelijkertijd de risico's voor de nominale missie van de draagraket.

Door gebruik te maken van commercieel verkrijgbare (COTS) componenten in een beschermde omgeving, de rekenkracht van de hardware aan boord kan aanzienlijk worden vergroot. Dit stelt ons in staat om intelligente dataselectie- en compressie-algoritmen te introduceren die de hoeveelheid nuttige informatie voor de bestaande telemetrieverbinding optimaliseren. Door verder veelgebruikte seriële interfaces zoals RS422 en CAN-bus te introduceren, we zorgen er ook voor dat toekomstige ontwikkelingen en modules (camera's, draadloze sensoren, etc.) gebruik kunnen maken van het ontwikkelde systeem.

Voldeed de demonstrator aan uw aanvankelijke verwachtingen?

Tot dit punt, de demonstrator heeft de noodzakelijke kwalificatietests doorstaan ​​om toepasbaar te zijn op een ARIANE 5-draagraket in termen van thermisch vacuüm, snelle drukverlaging en EMC. Trillingstests zijn nog in behandeling, maar de tests zullen de komende maanden worden uitgevoerd, voor het einde van het project.

Functioneel gezien is het hele systeem is gemonteerd, en missiesimulaties op basis van ARIANE 5-vluchtprofielen zijn met succes uitgevoerd. Hoewel dataselectie nog steeds een actueel onderwerp is in zowel onderzoek als implementatie, datacompressie en alle mechanismen voor het toewijzen en verzenden van sensordata zijn aanwezig en zijn met succes getest.

Hoe ver denk je te kunnen gaan? Ben je al in de demo-flight stage gekomen?

Een kwalificatiemodel is nu gemakkelijk geïntegreerd en ondergaat representatieve kwalificatietests als een echt stuk vluchthardware. We zijn, daarom, ervan overtuigd dat we tegen het einde van het project TRL 5/6 kunnen bereiken.

Wat zijn uw plannen voor commercialisering, en wat zijn volgens u uw belangrijkste verkoopargumenten ten opzichte van potentiële concurrenten?

Voor zover wij weten, er is momenteel geen ander systeem dat zowel de mogelijkheden van de draagraket op het gebied van data-acquisitie modulair kan vergroten als een uitbreidbaar platform introduceert voor het testen van nieuwe technologieën in een veilige omgeving tijdens de vlucht. Dit creëert een volledig nieuwe use-case voor de launcher.

Wat zijn uw vervolgplannen, indien van toepassing?

We zijn van plan om verdere Horizon 2020- en ESA-financiering aan te vragen in het kader van een in-orbit-verificatie en demonstratie, om de toepasbaarheid van onze aanpak te bewijzen.

Aanvullend, een aanpassing aan ARIANE 6 zou mogelijk zijn, die niet alleen een toekomstige vlucht zou omvatten, maar ook de toepassing van het MaMMoTH-Up-systeem tijdens grondgebonden systeem- en subsysteemtests. Dit zou de data-acquisitiemogelijkheden van de kwalificatiefaciliteiten vergroten.