Le groupe de travail scientifique pour les fusées et les vols spatiaux (WARR, Wissenschaftliche Arbeitsgemeinschaft für Raketentechnik und Raumfahrt), le plus grand groupe d'étudiants de la TUM, se concentre sur le développement, les essais et le lancement de fusées sondes expérimentales. Le projet Nixus, le dernier défi relevé par l'équipe d'étudiants motivés, vise à concevoir une fusée-sonde à carburant liquide qui participera à des compétitions étudiantes, telles que l' European Rocketry Challenge. La fusée est destinée à concourir dans le segment de compétition 30k Student Research and Developed (SRAD). Parmi plusieurs défis, l'objectif principal de cette compétition est d'atteindre une altitude cible de 30 000 pieds (9 144 m) aussi précisément que possible.
L'utilisation de la propulsion liquide représente une avancée majeure dans la complexité du système pour l'équipe de WARR. La fusée étant conçue à partir de zéro, leur objectif est de mettre au point un système fonctionnel et qualifiant dans un délai très court. Les générations futures optimiseront et affineront la conception au fil du temps et appliqueront les technologies et les compétences développées dans des projets ultérieurs, tels que le dépassement de la ligne Karman (> 100 km d'altitude).
La fabrication et les essais sont des étapes particulièrement importantes du processus de développement. Ceux-ci servent à valider et à améliorer les conceptions, mais aussi à donner à WARR une expérience pratique dans l'industrie contemporaine des vols spatiaux commerciaux, permettant aux étudiants d'acquérir une expérience pratique pertinente pour l'industrie bien avant la fin de leurs études.
Perle Systems a le plaisir de parrainer l'équipe de WARR en lui offrant un Switch PoE Industriel, une paire d'Extenseurs Ethernet de longue portée, et un Serveur de Périphériques Série. pour plages de température étendues. Nous pouvons tous suivre leurs progrès ici.
Considérations et détails de conception du projet Nixus
Antonio Steiger, chef de l'équipe électronique du projet Nixus, commente : Nous concevons la fusée et toute l'électronique à partir de zéro. Comme vous pouvez l'imaginer, il y a beaucoup d'équipements complexes qui communiquent, surveillent et coordonnent un lancement et un vol réussis. Chaque composant que nous choisissons doit faire l'objet d'un examen attentif en termes d'adéquation et de placement.
La construction comporte trois éléments fondamentaux:
1. La fusée : La durabilité et le poids sont les considérations les plus importantes pour chaque composant à bord de la fusée. Plus la fusée est lourde, plus il faut de poussée pour la faire décoller du sol. Ceci est particulièrement critique dans les fusées à propergol liquide, car les moteurs à liquide sont généralement plus lourds que les moteurs à propergol solide en raison du poids des pompes et des conduites de carburant. Steiger commente : Les ordinateurs de vol de la fusée reçoivent les commandes et renvoient les données de diagnostic et de surveillance à la salle de contrôle via RS485. Nous avons choisi des émetteurs-récepteurs série RS485 pour la fusée en raison de leur légèreté. De plus, ils nous permettent d’avoir une connexion filaire fiable et simple de la fusée à l'interface du pas de tir Chronos.
2. Chronos - l'interface du pas de tir située à moins de 10 m de la fusée : Les températures élevées et les substances explosives font des pas de tir des environnements dangereux où le respect strict des directives de sécurité est nécessaire. Perle a fourni deux éléments d'équipement de mise en réseau d'appareils critiques à utiliser à partir d'ici. Le Device Server IOLAN SDG2 TX est utilisé pour faciliter la transmission et la conversion des données RS485 entre l’ordinateur de bord de la fusée et l'infrastructure Ethernet au sol et le logiciel de surveillance. Il s'agit d'un serveur de périphériques série full duplex robuste, capable de fonctionner à +74°C, qui s'adapte naturellement aux deux ordinateurs de vol. Bien que la maintenance et le contrôle du serveur de dispositifs IOLAN soient faciles grâce à un logiciel de surveillance basé sur le Web, cette ligne de communication est coupée au moment du décollage. Le deuxième est un Switch PoE industriel IDS-108FPP utilisé pour fournir 30 watts d'alimentation à plusieurs caméras IP qui surveillent la fusée depuis le pas de tir. Toutes les données récupérées par les équipements de télémétrie, les capteurs et les caméras apportent des informations importantes à l'équipe de spécialistes de la fusée installée dans le poste de contrôle au sol.
3. Cor - Partie intégrante de la station radio terrestre, l'armoire de la salle de contrôle est située entre 600 et 1 000 mètres du pas de tir : les distances de sécurité d'au moins 600 m, mais souvent plus, entre le pas de tir et la salle de contrôle posent d'importants problèmes de transmission de données à l'équipe chargée de l’électronique. Steiger explique, Notre objectif pour la configuration était d'utiliser un seul câble d'interconnexion entre la salle de contrôle et le pas de tir. Les Extenseurs Ethernet TC de Perle rendent cela possible et réduisent le nombre de conducteurs nécessaires pour transmettre les données de 8 à seulement 4. Cela nous permet d'utiliser un câble Ethernet répandu et bon marché sur plusieurs kilomètres, tout en ayant une réserve de quatre conducteurs supplémentaires pour des fonctionnalités additionnelles.
Mise à jour #1: Phase d’essais électroniques
Steiger explique Nous avons intégré avec succès notre ordinateur de vol secondaire au moyen du IOLAN, afin de nous reconnecter à l’ordinateur de vol si, à un moment quelconque, nous devions perdre physiquement la connexion. L’une des choses que nous apprécions particulièrement à propos du IOLAN est que la documentation est exceptionnellement complète. Le dispositif semble avoir été conçu pour les ingénieurs. Nous pouvons l’utiliser pour mettre en œuvre tout ce que nous voulons et exécuter des diagnostics via SSH afin de faciliter la détection des erreurs. Les voyants du dispositif sont mis en place de manière extrêmement précise et constituent une aide précieuse pour le développement. L’interface Web est en outre très intuitive, et nous l’utilisons régulièrement.
Tests avec le Switch IDS et l'IOLAN Perle
Test des caméras IP
Essais à froid
Mess Interface
Modèle de fusée
Banc de Test
Steiger continue: Tous les essais de l’infrastructure au sol ont été réalisés avec succès au moyen du commutateur IDS de Perle et du protocole WebRTC. Grâce à cette combinaison, nous avons obtenu une latence moyenne de moins de 164 ms pour la vidéo en direct dans le navigateur. Cela dépasse de loin la latence standard de 460 ms des fabricants de caméras. Nous sommes vraiment impressionnés par le facteur de forme compact du commutateur Perle et par l’affichage fiable de l’activité dans le réseau grâce aux voyants.
Mise à jour n°2 : Mise à feu du moteur sous-échelle (capacitif) réussie
Pour mettre au point le moteur de la fusée, une modèle réduit de celui-ci a été mis à feu. C’était la première fois que le projet Nixus produisait une flamme. L’allumeur développé en interne utilise de l’hydrogène et de l’oxygène pour allumer de manière fiable tous les moteurs sur le banc d’essai de Nixus. Il permet de réaliser rapidement des essais qui seront cruciaux pour le développement du moteur à propergol liquide en grandeur réelle pour la Space Port America Cup 2023. Dans les semaines à venir, il va alimenter les premières mises à feu à grande échelle du moteur de recherche sous-échelle fabriqué par Nixus. Pendant le test, le commutateur PoE industriel IDS-108FPP a fourni 30 watts d’alimentation aux caméras de surveillance IP par des températures inférieures à zéro. Il a traité de manière fiable les précieuses données de mesure, les commandes de contrôle et deux flux vidéo en direct.
Dans un autre test, le serveur IOLAN SDG2 TX a collecté des données de télémétrie en série issues des ordinateurs de vol, qui ont été transmises avec succès sur la liaison SHDSL longue portée des Extenseurs Ethernet TC.
Steiger commente, En plus des données de l’ordinateur de vol, nous transmettions deux flux vidéo full-HD à 30FPS (images par seconde) sans aucune latence supplémentaire provenant du commutateur ou des extenseurs. En fait, nous avons constaté que nous n’utilisions que 15 à 17 % de la connexion SHDSL. Le logiciel pour les extenseurs était très clair et utile et la consommation d’énergie de tous les dispositifs était meilleure que prévu. Ceci est important pour le fonctionnement via UPS. En résumé, nous sommes heureux d’annoncer que tout a fonctionné correctement sans trop d’efforts.
Mise à jour n°3 : Effectuer des lancements en toute sécurité à une distance de 500 m
L’équipe du projet Nixus a récemment effectué un lancement d'essai et un essai moteur en conditions réelles pour se préparer au European Rocketry Challenge qui aura lieu plus tard dans l’année.
Antonio Steiger explique : Nous avons mis en ligne notre connexion longue portée, composée d’un câble réseau de 500 m de long avec 4 fils de données, d'un disjoncteur d’urgence et de deux circuits séquentiels. Cela a été possible grâce à la technologie SHDSL des extenseurs Ethernet fournis par Perle. A partir d'un un seul câble, quatre fils transmettent la vidéo en direct et d’autres données, et les autres fils sont utilisés en parallèle pour les circuits de sécurité critiques. Cela comprend un circuit d’arrêt d’urgence avec un bouton dans la salle de contrôle et sur le pas de tir, ainsi que deux boutons de séquence qui permettent l’arrêt du moteur et la purge à partir de la salle de contrôle et du pas de tir. Nous avons enfin pu nous affranchir des déclenchements de séquences basés sur des logiciels et effectuer des lancements en toute sécurité à une distance de 500 m.
La connexion longue portée
, poursuit M. Steiger, a été utilisée avec succès lors d’un lancement de qualification de notre fusée à moteur solide EX-1B pour tester l’électronique au sol et en vol. Tout a parfaitement bien fonctionné. L’allumage du moteur par le biais de la connexion longue portée était précis alors que des données vidéo en direct étaient transmises simultanément.
En outre, l’équipe du projet Nixus a également réalisé un essai moteur grandeur nature de la chambre de combustion pendant presque toute la durée de combustion, soit environ 11 secondes. La chambre de combustion a fonctionné de manière totalement stable, sans aucune anomalie.
À notre connaissance, nous sommes désormais la seule équipe d’étudiants en Europe à avoir développé un moteur à propulsion bi-liquide éthanol/oxygène liquide apte au vol
, conclut M. Steiger. Il s’agit pour nous d’une étape importante qui mérite d’être reconnue.
Dernière mise à jour : WARR remporte le prix de la conception EuRoC 2023
Le projet Nixus a remporté le prix du design lors de l’European Rocketry Challenge (EuRoC) de 2023, et ce malgré le fait que l’équipe a dû interrompre le lancement de sa fusée EX-4. La fusée EX-4 a été élue meilleur système en termes de conception et d’innovation
, précise Antonio Steiger, chef de l’équipe électronique du projet.
Pendant plus d’un an, l’équipe du projet Nixus a étudié, développé et rigoureusement testé l’interface du pas de tir Chronos
, la salle de contrôle Cor
, les systèmes électroniques et connexes, et bien sûr la fusée EX-4 elle-même.
Plus de 600 étudiants répartis en 22 équipes dans 14 pays européens ont participé au concours, qui s’est déroulé pendant sept jours dans le centre du Portugal. Il s’agissait de la quatrième édition de cet événement, qui se présente comme le premier concours de lancement destiné aux étudiants des universités européennes.
Le mauvais temps et les fortes pluies ont perturbé les derniers préparatifs et ont finalement forcé la fenêtre de lancement à se déplacer de plus en plus tard dans la journée, au point qu’il ne restait plus assez de temps pour assurer un lancement sûr et réussi. Bien que décevant, le lancement n’a pas été un échec. Dans le domaine de la fuséologie, il est inévitable de faire face à des conditions défavorables et l’EuRoC a permis à l’équipe du projet Nixus d’acquérir une expérience précieuse en matière de préparation au lancement.
L’équipe a également pu nouer des liens avec des étudiants en fuséologie de toute l’Europe avec lesquels elle espère échanger des concepts et des idées et peut-être collaborer à de futurs projets de fuséologie.
Perle est fière d’avoir parrainé le projet Nixus et d’avoir fourni à WARR un commutateur PoE industriel, une paire d’extensions Ethernet longue portée et un serveur de périphériques en série à température élevée – des composants qui ont fait partie intégrante du développement réussi des systèmes de lancement.
