Heidi geht steil – Raumfahrtnation Schweiz, Episode 3

Heidi geht steil – Raumfahrtnation Schweiz, Episode 3

Martin Jud
Zürich, am 18.03.2020
Rakete HEIDI steht in der Wüste, der Countdown läuft. Es folgt ohrenbetäubender Lärm, begleitet von Jubel – die Nackenhaare stehen. Das Triebwerk beschleunigt auf fast 1000 km/h. Unglaubliche Kräfte wirken auf das Flugobjekt. Dann öffnet sich der Fallschirm und nach weniger als drei Minuten folgt unter Freudentaumel der Touchdown.

Mit der ersten selbstgebauten Rakete TELL hat die Akademische Raumfahrt Initiative Schweiz (ARIS) am grössten Ingenieurwettbewerb für Raketenbau – dem Spaceport America Cup – zwar bereits einen Award für das Luftbremsendesign abgestaubt, doch der Flug an sich ging in die Hosen.

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Dennoch waren die Mühen nicht vergebens, denn die Studenten hinter der Raumfahrt-Initiative nutzen die Erkenntnisse aus der Misere, um alles besser zu machen. Die zweite Rakete HEIDI wird im März 2019 fertiggestellt.

Falls du erfahren möchtest, was alles in HEIDI steckt und wie ein frisches Raketenprojekt angegangen wird, liest du dies in der zweiten Episode.

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HEIDI im Formel-1-Windkanal und erster Testflug

Ende März ist es endlich soweit. HEIDI ist bereit für erste Tests, was viel Stress bedeutet. Paul, der sich zur Verfügung gestellt hat, aus persönlicher Sicht vom Projekt zu erzählen, erklärt mir dazu: «Die letzte Märzwoche war richtig zäh. Die ersten Raketentests standen an und wir klebten montags die letzten Rohre zusammen. Leider mussten wir danach feststellen, dass wir unsauber gearbeitet haben – gewisse Teile wollten nicht zusammenpassen.»

Daher entscheidet sich das Team, eine Nachtschicht einzulegen. Sie schneiden überstehendes Material zurecht, schleifen und kleben erneut. Gegen ein Uhr in der Früh ist die Feuerwehrübung abgeschlossen. Wenige Stunden später, um fünf Uhr, erscheinen sie erneut auf der Arbeit.

«Das musste sein, da am Mittwochnachmittag ein Windkanaltest bei Sauber angesagt war und die frisch geklebten Raketenteile schnellstmöglich in den Ofen mussten, damit sie bis am kommenden Tag aushärten konnten.»

Der erste Zusammenbau der Rakete findet vor dem Windkanal von Sauber statt.
Der erste Zusammenbau der Rakete findet vor dem Windkanal von Sauber statt.
Foto: ARIS

Am Mittwoch folgt dann direkt vor Saubers Windkanal der erste Zusammenbau sämtlicher Raketenteile:

«Wir waren sehr nervös, da alles auf den letzten Drücker geschah, doch der Zusammenbau klappte ohne Probleme. Danach wurde HEIDI im Windkanal von Sauber montiert. Es folgten drei Stunden, in welchen die Air Brakes immer wieder aus- und eingefahren wurden. Gemessen haben wir den von den ausgefahrenen Platten erzeugten Luftwiderstand und wie sich die Rakete bei verschiedenen Anströmungswinkeln des Luftstroms verhält.»

Fotos: Maxon Motor
Fotos: Maxon Motor

Die gesammelten Daten werden nach den Windkanaltests in eine Simulation des künftigen Fluges übertragen. Aus dieser können neue Rückschlüsse gezogen werden, die schlussendlich direkt in den Kontrollalgorithmus der Rakete fliessen.

Paul und seine Kollegen haben keine Zeit zum Verschnaufen. Nach dem Windkanal bleiben zwei Tage für die Vorbereitungen des ersten Raketentestfluges. Dieser findet im Kanton Jura statt, was aus organisatorischer Sicht nicht ganz optimal ist. Denn in der Schweiz herrschen strenge Vorschriften. Unter anderem benötigst du ein Feld, das doppelt so breit ist, wie du hoch fliegen möchtest.

Wie du im Video sehen kannst, verläuft der Test gut. Die Fallschirme öffnen sich wie gewünscht. Einzig die Studierenden leiden etwas, da keiner daran dachte, schattenspendende Zelte mitzunehmen. Der erste richtige Sonnentag des Jahres hinterlässt viele strahlende Gesichter mit Sonnenbrand.

Auf in die Wüste von New Mexico

Nach den Tests bleiben dem Team noch rund zweieinhalb Monate, die zur Optimierung der Rakete und Vorbereitung auf den Spaceport America Cup genutzt werden. Unter anderem muss auch der Transport der Teile in die USA aufgegleist werden. Um keine Probleme mit dem Zoll zu bekommen, wird das Triebwerk in den USA gekauft und direkt nach New Mexiko geliefert.

Hier findet der Spaceport America Cup statt.
Hier findet der Spaceport America Cup statt.

Und dann geht's endlich los – das Team reist in der Nacht vom 15. Juni 2019, einem Samstag, nach El Paso, bezieht Mietautos und fährt damit an den Rand der Wüste nach Las Cruces. Ein Ort, der aus Fastfood-Restaurants und einem Shopping-Center besteht. Bis auf die Raketenstarts, die einige Kilometer weiter in der Wüste stattfinden, ist dies der Ort des Geschehens. Der Empfang und die Siegerehrung finden hier statt. Ausserdem können in einer riesigen Halle sämtliche Teams ihre Projekte vorstellen und darüber fachsimpeln. Weiter gibt es Podiumsdiskussionen – Networking ist an diesem Wettbewerb beinahe so wichtig wie der Raketensport.

Das Strukturteam beim Zusammenbau der einzelnen Elemente von HEIDI.
Das Strukturteam beim Zusammenbau der einzelnen Elemente von HEIDI.
Foto: ARIS

Vor Ort bauen die Studenten am Sonntag die Rakete zusammen, um danach sämtliche Systeme zu checken. Ein besonderes Augenmerk legen sie dabei auf die integralsten Bestandteile, das Testen des Recovery System sowie der Luftbremsen. Die Tests dauern bis Dienstagmorgen. Um auf Nummer sicher zu gehen, fahren die Studenten in dieser Zeit auch in die Wüste, um den Zusammenbau bei über 40°C zu proben. Dabei zeigt sich, dass die thermische Ausdehnung der Teile nicht zu stark ist und alles ineinander passt.

Am Dienstagnachmittag folgt eine Fragerunde mit Judges des Wettbewerbs sowie ein kritischer Safety-Check sämtlicher Einzelteile, welcher gleich im ersten Anlauf bestanden wird. Somit ist der Weg für HEIDI frei und die Studenten erhalten bis Samstag Zeit, um ihren Raketenflug zu absolvieren. Für HEIDI wird ein Start-Slot am Mittwoch ins Auge gefasst.

Das Wüstencamp besteht aus drei Pavillons: Zwei sind für die Rakete und deren Technik, einer für die Verpflegung.
Das Wüstencamp besteht aus drei Pavillons: Zwei sind für die Rakete und deren Technik, einer für die Verpflegung.
Foto: ARIS

Dann geht alles Schlag auf Schlag. Am Dienstag wird bis tief in die Nacht weiter simuliert und getestet. Nach wenigen Stunden Schlaf fahren die Studenten am Mittwoch um vier Uhr in der Früh in die Wüste. Mit dabei haben sie das gesamte Equipment, die Rakete, drei Pavillons, Essen und genügend Wasser, damit jeder sechs bis acht Liter am Tag trinken kann. Damit keiner zu trinken vergisst, wird kurzerhand der Safety Officer zum Trinkmeister ernannt. Dieser erinnert von da an alle 15 Minuten lauthals schreiend sämtliche Kollegen ans Trinken.

Es folgen der Campaufbau und das Zusammenbauen der Rakete, allerdings noch ohne Motor. Um 13 Uhr ist die Rakete fertig. Genauso wie die übermüdeten und etwas unterzuckerten Studenten. Die Nerven liegen blank, richtig denken kann nach all den Strapazen bei extremer Hitze keiner mehr. Manche machen sogar bereits spontan ein Nickerchen im Campingstuhl.

Als dann auch noch starker thermischer Wind aufkommt, entschliesst sich das Team kurzerhand, den Start auf Donnerstag zu verschieben. Und so fährt der Grossteil des Teams abends zurück nach Las Cruces, um vor dem wichtigen Tag zumindest einige Stunden Schlaf zu bekommen. Ein Rumpfteam des Projekts übernachtet derweil auf Feldbetten in der Wüste, um die Rakete zu bewachen.

Über 40° Celsius müssen HEIDI und die Studenten in der Wüste von New Mexiko aushalten – nachts sind es kühle 15° Celsius.
Über 40° Celsius müssen HEIDI und die Studenten in der Wüste von New Mexiko aushalten – nachts sind es kühle 15° Celsius.
Foto: ARIS

HEIDIs grosser Tag

Der Tag des Raketenstarts beginnt erneut mitten in der Nacht. Um zwei Uhr steht das Team auf, da es um fünf Uhr den vor dem Flug obligaten (zweiten) Sicherheitscheck durchführen möchte.

Nach eineinhalb Stunden Fahrt zum Camp unterzieht das Team die Rakete nochmals einem visuellen Check. Danach baut es den Motor ein und sucht die Sicherheits-Crew des Spaceport America Cup auf. Um halb sechs Uhr bekommt Team ARIS grünes Licht. Nun darf HEIDI an den Start. Die Rakete wird ohne Umschweife auf einen kleinen Transporter geladen und zur Startrampe gefahren.

Endlich: HEIDI darf zur Startrampe.
Endlich: HEIDI darf zur Startrampe.
Foto: ARIS

Ich will von Paul wissen, wie er die letzten Stunden vor dem Start erlebt hat:

«An diesem Tag hat Zeit nicht mehr existiert. Zehn Minuten fühlten sich wie zwei Stunden an. Ich könnte heute nicht mehr sagen, was wie lange gedauert hat. Wenn du so lange auf einen Moment hingearbeitet hast, erscheint dir die Welt, wenn es soweit ist, überaus unwirklich. Doch irgendwann kurz vor zehn Uhr war es dann soweit und wir waren endlich dran.»

Konkret ist Paul sogar persönlich dran. Erst kurz vor dem Start entscheidet sein System-Engineer-Kollege, dass er das Spektakel möglichst nah mitverfolgen möchte. Eigentlich hätte dieser Engineer die Ehre gehabt, den Startknopf aus einigen hundert Meter Entfernung zu drücken. Eine Ehre, die nun auf Paul übergeht. Ein unvergesslicher Moment:

«Wenn ich daran denke, bekomme ich noch heute Gänsehaut. Ich stand im Start-Tower und konnte vor lauter Anspannung kaum funktionieren. Alles fühlte sich surreal an und ich habe es nicht mal geschafft, den Schlüssel für die Verschlusskappe des Startknopfes zu drehen. Glücklicherweise unterstützte mich der Launchpad-Verantwortliche des Wettbewerbs. Als dann der Countdown für HEIDI runtergezählt wurde und ich den Knopf betätigte, das mächtige Motorengeräusch von HEIDI hörte und im Bauch fühlte, war ich nur noch überglücklich.»

HEIDI fliegt wie gewünscht und das Team hat während dem Flug dreimal Grund zum Jubeln. Beim erfolgreichen Start, bei Öffnung des Hauptfallschirms und beim Touchdown. Obschon niemand genau weiss, wie gut HEIDI in der Gesamtwertung abschneidet, kann sich keiner mehr halten. Nach monatelanger Arbeit fällt sämtliche Anspannung ab – das Team verfällt in Freudentaumel.

Das Recovery-Team birgt HEIDI unbeschädigt.
Das Recovery-Team birgt HEIDI unbeschädigt.
Foto: ARIS

Team ARIS im Glück: HEIDI holt den zweiten Platz

Die Fluganalyse ergibt, dass HEIDI das Ziel von 3048 Metern (10 000 Fuss) um sieben Prozent verpasst hat. Der Motor hat acht Prozent schwächer performt als geplant. Ausserdem waren die Beschleunigungskräfte 2 g stärker als erwartet.

So hat HEIDI performt.
So hat HEIDI performt.

Das ist ein wirklich gutes Ergebnis. In der Gesamtwertung des Wettbewerbs können mit dem Flug etwas mehr als ein Drittel der Gesamtpunktzahl geholt werden. Zwei Tage später erfährt Team ARIS an der Siegerehrung, wie gut es tatsächlich gelaufen ist. Die Schweizer Studenten holen für den HEIDI-Flug 268 von 350 Punkten. Die restlichen Punkte werden für das Engineering, für die Dokumentation zur Technologie sowie fürs Recovery-System vergeben.

Erhaltene PunkteMögliche Punkte
Apogee268350
Documentation255260
Engineering237240
Recovery150150
Bonus100150
Total10101150

Selbst das Auftreten des Teams fliesst in die Wertung ein. Dank dem verwendeten Cubesat-Standard und dem zeitlich früh angesiedelten Raketenstart am Donnerstag holt das Team auch noch 100 Bonuspunkte. Damit schafft es HEIDI in der angetretenen Kategorie unter über 50 Mitbewerbern auf den zweiten Rang. Über sämtliche Kategorien gesehen, holt Team ARIS den vierten Platz unter 122 Teams.

Foto: spaceportamericacup.com
Foto: spaceportamericacup.com

Bravo!

Demnächst: ARIS erste Überschall-Rakete

Team ARIS hat viele Lorbeeren geerntet. Doch darauf ausruhen liegt nicht drin. Die nächste Rakete steht bereits in den Startlöchern. Allerdings wollen die Studenten damit noch höher hinaus. So soll die EULER getaufte Rakete im Juni 2020 die dreifache Höhe erreichen. Wir dürfen gespannt sein, ob es gelingt, die Schallmauer zu durchbrechen und auf exakt 9144 Meter (30 000 Fuss) zu fliegen.

Mehr Infos zur Überschallrakete EULER findest du hier.

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Martin Jud
Martin Jud
Editor, Zürich
Der tägliche Kuss der Muse lässt meine Kreativität spriessen. Werde ich mal nicht geküsst, so versuche ich mich mittels Träumen neu zu inspirieren. Denn wer träumt, verschläft nie sein Leben.

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