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Mechanik

Cuboid

Der Cuboid ist das größte Bauteil des Experiments und für zwei Funktionen verantwortlich. Zum einen leitet er den Wärmestrom, welcher während des Wiedereintritts in die Erdatmosphäre entsteht, zu den Testzellen und zum anderen schützt er die Testzellen und die elektronischen Komponenten vor äußerlichen Einflüssen.

Diese beiden Funktionen haben jedoch gegensätzliche Anforderungsprofile an das Bauteil. Einerseits sollten die Wände des Cuboids dünn sein, um eine möglichst schnelle, verlustfreie Wärmeübertragung zu den Testzellen zu ermöglichen. Andererseits ist der Cuboid bei der Landung starken Kräften ausgesetzt und sollte das Experiment schützen.

Der Cuboid besitzt eine rechteckige Form und ist innen hohl. Er wird an die Coverplate angeflanscht. Nur eine dünne Trennwand teilt den Cuboid in zwei Teile auf. Diese Wand ist erforderlich, um die elektronischen Komponenten zu beschützen, welche sich im unteren Teil des Cuboids befinden. Die obere Öffnung des Cuboids wird durch einen Deckel verschlossen und mit Senkschrauben am Cuboid befestigt. Durch den Deckel besteht die Möglichkeit Änderungen vorzunehmen oder beispielsweise vollständige Testzellen auszutauschen.

Die Testzellen werden in Aussparungen, welche sich in den großflächigen Seitenwänden des Cuboids befinden, eingesetzt. Dies hat zum Vorteil, dass sie gesondert zusammengesetzt werden können und anschließend lediglich am Cuboid mit Senkschrauben befestigt werden müssen. Die rechteckigen Aussparungen liegen in einer Höhe von 133 mm über der Coverplate, sodass eine ideale Wärmeeinstrahlung erwartet werden kann und Störungen durch andere Bauteile vermieden werden.

Der Cuboid wird aus Aluminium hergestellt. Dieser Werkstoff leitet nicht nur gut Wärme, sondern sorgt ebenfalls für eine ausreichende Festigkeit und einen Schutz während der Landung. Außerdem ist Aluminium ein sehr leichter Werkstoff. Für unser Experiment ist es von höchster Priorität so viel Gewicht wie möglich einzusparen, damit die Rakete eine größere Höhe erreichen kann.

Testzelle

Die Testzelle enthält die Prüfkörper und die Temperatursensoren. Da mehrere Prüfkörper auf dem Cuboid befestigt werden, müssen diese Prüfkörper exakt gleich groß sein, um sie miteinander vergleich zu können. Es werden jeweils zwei Thermoelemente für die Messung der Oberflächentemperatur verwendet. Davon misst ein Element die Randtemperatur des zentralen Messbereichs und das Andere die Temperatur in der Mitte des zentralen Messbereichs. Die Thermoelemente an der Oberseite des Prüfkörpers werden in Rillen und Taschen auf der Innenseite des Quaders angebracht. Die Thermoelemente zur Messung der Oberflächentemperatur der Unterseite der Prüfkörper werden auf in einer dünnen Gummischicht eingelassenen Taschen befestigten Kupferplättchen befestigt. Somit müssen die Thermoelemente nicht auf dem Prüfkörper geklebt werden und ermöglichen eine zerstörungsfreie De- und Montage der Prüfzelle.

Für die Gummischicht wird ein Material mit hoher Hitzebeständigkeit verwendet. Im Luft- und Raumfahrtbereich hat sich Fluorkautschuk, der bei über 200 °C und unter Vakuumbedingungen eingesetzt werden kann, bewährt.

Ein zweiter Prüfkörper wird als Grenzisolation verwendet, damit sowohl auf der Unterseite des ersten Prüfkörpers, als auch an der Oberseite des zweiten Prüfkörpers die gleichen Temperaturen garantieren zu können, so dass kein Wärmefluss zwischen diesen beiden Oberflächen entsteht. Die Dicke der Prüfkörper darf maximal 2 % voneinander abweichen, damit eine Verfälschung der Ergebnisse vermieden wird.

Das Experiment und somit die Prüfzellen werden während des Flugs hohe Beschleunigungskräften und Vibrationen ausgesetzt. Dadurch können sich die Prüfkörper verschieben oder lösen. Aus diesem Grund wurde eine am Befestigungsbügel angebrachte spezielle Vorspanneinrichtung konstruiert, die die verschiedenen Schichten der Prüfzelle gegen die Quaderwand presst und dadurch ein Verschieben verhindert. Die Vorspannung des Prüfkörpers wird über Tellerfedersäulen bestehend aus 8 Tellerfedern entsprechend der DIN 2039 B realisiert.

Camera Modul

Die mechanische Befestigung wird aus Redundanzgründen auf zwei verschiedene Arten realisiert. Die Befestigung soll ein Lösen der Kamera verhindern. Die ausgewählte Kamera besitzt einen Halter, mit dem die Kamera an der Unterseite der Coverplate befestigt wird. Die Frontseite der Kamera liegt somit an der Unterseite der Coverplate an. Durch ein Loch in der Coverplate kann die Kamera den Versuch während des gesamten Flugs filmen. Zusätzlich wird die Kamera durch einen Käfig gesichert. Dieser Käfig wird über die Kamera gestülpt und an die Unterseite der Coverplate geschraubt. Des Weiteren befinden sich vier Federn zwischen dem Käfig und der Coverplate. Diese Federn erzeugen eine Vorspannkraft, welche ebenfalls ein Lockern der Schrauben und somit des Käfigs verhindern.

E-Box Modul

Das E-Box Modul setzt sich aus zwei Platinenhaltern , zwei Platinen und allen elektronischen Komponenten zusammen. Die Platinenhalter werden an die Unterseite des Cuboids geschraubt und befinden sich im unteren Teil des Cuboids. Aufgrund starker Vibrationen, plötzlich auftretender Kräfte und Beschleunigungen bis zu 20 g werden die Platinenhalter zusätzlich am Cuboid befestigt. Weiterhin wird das E-Box Modul so konstruiert, dass sich alle notwendigen Anschlüsse an der Außenseite befinden. Diese Schnittstellen dienen als Verbindung der elektronischen Bauteile mit den Testzellen. Diese Konstruktionsweise ermöglicht ein Entfernen einzelner Testzellen ohne das E-Box Modul aus dem Cuboid auszubauen. Dies erfordert Anschlüsse für die Temperatursensoren, drei weitere für das REXUS Kommunikationssystem, einen für die Stromversorgung, einen für die Kommunikation mit der Kamera und einen für eine Computeranbindung. Alle weiteren erforderlichen Verbindungen befinden sich innerhalb des E-Box Moduls und die elektronischen Komponenten werden bereits während des Zusammenbaus miteinander verknüpft. Um die Anschlüsse für die Temperatursensoren voneinander unterscheiden zu können, wird eine spezielle Farb/Matrix-Kombination entwickelt. Diese Matrix besteht aus verschiedenen Farben und Kombinationen von Nummern und Buchstaben ähnlich der eines Schachbretts.

 

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