De övre stadierna av rymdraketer är vanligtvis laddade med sensorer som teoretiskt kan berätta för ingenjörer allt de behöver veta om bärraketens status och möjliga sårbarheter. Än, begränsade inbyggda beräkningsmöjligheter och bandbredd till mark har hittills gjort det omöjligt att skaffa de flesta av dessa data.

Detta är sammanhanget i vilket projektet MaMMoTH-Up (Massively extended Modular Monitoring for Upper Stages) kom till liv. Om 42 månader, Projektkonsortiet satte upp som mål att öka mängden övervakade data med en faktor på över 2 500.

Jan-Gerd Mess, koordinator för projektet på uppdrag av German Aerospace Centre, diskuterar projektets framgångar inför dess slutförande i augusti 2018.

Varför är det viktigt att samla in mer data från de övre stadierna av bärraketer?

Ett av våra huvudsakliga mål är att ge mer insikter i launcherns miljö. Detta är viktigt för att bättre förstå de förhållanden den utsätts för, men viktigast av allt den resulterande mekaniska påfrestningen som hela systemet måste klara av.

Den inhämtade informationen kommer från termisk, tryck, vibration, stöt- och accelerationssensorer samt töjningsmätare. Det kommer att hjälpa till att optimera själva systemet och även möjliggöra framtida utvecklingar när det gäller stabilitet, viktminskning och säkerhet. Detta är särskilt viktigt för nyintroducerade material som kolfiber, eftersom vi bara kan utnyttja deras fulla potential om vi till fullo förstår deras beteende under operativa förhållanden.

Vad gör det så svårt att samla in denna data?

Den befintliga startmaskinvaran och dess telemetrikedja, även om välbeprövad och pålitlig, är begränsade i sin prestanda när det gäller beräkningskraft och bandbredd.

Uppdateringar av någon av dessa är mycket dyra eftersom de involverar kostsam och utdragen omkvalificering av hela uppskjutningsprogrammet, samt betydande investeringar i markinfrastruktur.

Hur föreslår du att du ska övervinna detta problem och vad skulle du säga gör ditt tillvägagångssätt särskilt innovativt?

Vårt tillvägagångssätt är att introducera ett modulärt system som enkelt kan anpassas och utökas för att uppfylla specifika uppdragskrav. Det är minimalt invasivt, och samtidigt minimerar riskerna för bärraketens nominella uppdrag.

Genom att använda kommersiella hyllplan (COTS) komponenter i en skyddad miljö, beräkningskraften hos maskinvaran ombord kan ökas avsevärt. Detta tillåter oss att introducera intelligenta dataval och komprimeringsalgoritmer som optimerar mängden användbar information för den befintliga telemetrilänken. Genom att ytterligare introducera brett använda seriella gränssnitt som RS422 och CAN-bus, vi ser också till att framtida utvecklingar och moduler (kameror, trådlösa sensorer, etc.) kan använda det utvecklade systemet.

Levde demonstranten upp till dina första förväntningar?

Till denna punkt, demonstratorn har överlevt de nödvändiga kvalifikationstesterna för att kunna användas på en ARIANE 5 launcher när det gäller termiskt vakuum, snabb trycksänkning och EMC. Vibrationstestning pågår fortfarande, men testerna kommer att genomföras under de kommande månaderna, innan projektets slut.

Ur ett funktionellt perspektiv, hela systemet har satts ihop, och uppdragssimuleringar baserade på ARIANE 5-flygprofiler har framgångsrikt genomförts. Även om dataurval fortfarande är ett pågående ämne i både forskning och implementering, datakomprimering samt alla mekanismer för sensordataallokering och överföring är på plats och har testats framgångsrikt.

Hur långt tror du att du kommer att kunna gå? Har du tagit dig till demoflygningsstadiet än?

En kvalifikationsmodell är nu lättintegrerad och genomgår representativa kvalifikationstest som en verklig flyghårdvara. Vi är, därför, säker på att vi kan nå TRL 5/6 vid slutet av projektet.

Vilka är dina planer för kommersialisering, och vad skulle du säga kommer att vara dina främsta försäljningsargument mot potentiella konkurrenter?

Som vi förstår det, det finns för närvarande inget annat system som både modulärt kan öka bärraketens kapacitet när det gäller datainsamling samtidigt som det introducerar en utbyggbar plattform för att testa ny teknik i en säker miljö under flygning. Detta skapar ett helt nytt användningsfall för startprogrammet.

Vilka är dina uppföljningsplaner, om någon?

Vi planerar att ansöka om ytterligare finansiering från Horisont 2020 och ESA inom ramen för en verifiering och demonstration i omloppsbana, för att bevisa användbarheten av vårt tillvägagångssätt.

Dessutom, en anpassning till ARIANE 6 kan vara möjlig, vilket skulle omfatta inte bara en framtida flygning utan också tillämpningen av MaMMoTH-Up-systemet under markbaserade system- och subsystemtester. Detta skulle öka kvalificeringsanläggningarnas datainsamlingsförmåga.