GYROTEST

Prov med gyrot MISTY - en vitsig produkt

Sven Grahn

Projektets bakgrund

Rymdbolaget gjorde under 90-talets slut ett försök att i samarbete med företaget Wolffdata utvecka en gyroplattform för sondraketer baserad på fiberoptiska gyron. Avsikten var att ersätta det mekaniska gyrot MIDAS från den amerikanska firman Space Vector. Det nya gyropaketet kallades lite vitsigt för MISTY - efter som man använde fiberoptiksa gyron (Fiber-Optic Gyros, FOG). Utvecklingsarbetet påbörjades 1996 och ett prov, benämnt GYROTEST, med systemet genomfördes i juni 1997. I mars 1998 användes MISTY i en av de två NLTE-raketerna.

Målet med MISTY var att gyrot skulle väga lika med eller mindre än MIDAS, ge 10 gånger bättre noggrannhet än MIDAS (d.v.s. 0,1-0,5 grader efter 20 minuter) och vara betydligt billigare att renovera mellan raketskotten.

De fiberoptiska gyrona i MISTY monterades på en avspunnen plattform eftersom LItef-gyrona endast fungerar vid vinkelhastigheter på upp till 2,7 varv/sekund och sondraketer ofta roterar med 5 varv/sek. Fiberoptiska gyron ger ett mått på vinkelhastigheten och e dator ombord på arketen måste integrera dessa signaler för att ge vridningsvinklar i förhållande till ett startvärde. Tre ortogonalt monterade fiberoptiska gyron användes.


Gyropaketets axlar

Mekanisk utformning av gyropaketet och servomotorystemet


Inbyggnad av gyrosystemet.


Ett något suddigt fotografi av MISTY.


Hans Ringstrand (mjukvaruutvecklare på Rymdbolaget i Solna) har MISTY gyrot på en roterande kontorsstol för att kunna prova
den avspunna gyroplattformen.

Projektledare för GYROTESTpå Rymdbolaget var Kaj Lundahl. I projektteamet ingick också Malte Sjökvist, Kjell Stegner, Bengt Jofs, Hans Ringstrand, Tomas Karlsson. Koordinator för Esranges insatser i projektet var Tomas Hedqvist.

Delsystem

GYROTEST-ekipaget bestod av följande delar:

  • Raketmotoradapter
  • Bärgningsmodul
  • Servicemodul (telemetri, tiddon,...)
  • MISTY-modulen
  • MIDAS-gyrom,odulen.
  • Noskon

MIDAS-gyrot medföljde förstås för att kunna jämföra prestanda för de två gyrosystemn. n solsensor användes för att ge en rollreferens till MISTY-gyrot. I en operativ användning av MISTY måse man räkna med att sända upp raketen i mörker  arför solsensorn endast var avsedd för utvärderingav MISTY:s prestanda.

Delsystemen på GYROTEST var i vanlig ordning de som användes på alla liknande sondraketer vid den här perioden. Det var en av grundidéerna bakom sondraketprogrammet - standardlösningar som kunde modifieras efter behov. 

Data för gyrosystemet MISTY (2)

Gyron

3 st fiberoptiska gyron av typen µFors 36/6. De valdes ut för att ge följande prestanda:

  • Nollpunktsdrift: Rå < 6 °/timme, < 1 °/timme efter 5 minuters mätning.
  • Slumpmässig drift: < 0,4 °/(timme) ½
  • Skalfaktorfel < 0,2%
Servomotor-
system
  • Servomotor: Maxon CLL 24 VDC 10W
  • Vinkelenkoder: EMETA MA 500, 5000 pulser/varv, fungerar i båda riktningar
Elektronikbox
  • Datorkort: AMPRO 486DX66 och 4 Mb Flashminne. 
  • I/O-kort SEALEVEL C4-104 med 4 st RS485-portar
  • Servo"loop"kort AJECO ANDI-SERVO med ett LM629-chip för att styra motorer
    med optiska enkoderfeedback.
Kraft
  • 5 VDC, 3 A för dator, gyro och servo"loop"
  • 28 VDC 1,5 Aför servomotorn
Utsignaler
  • Tre serieportar med tipp, roll, gir med 100 Hz uppdateringsfrekvens.
Massa och
dimensioner
  • Gyroenheten (cylinder): diameter 137 mm, höjd 240 mm, massa 3,9 kg
  • Elektronikbox L110, H130, W60 mm, massa 0,94 kg.
Prestanda
  • Maximal vinkelfel < 1,5 ° efter 5 minuters färd med Orionraket
  • Maximal vinkelhastiget i gir och tipp: 360 °/s
  • Maximal rollhastighet: ingen begränsning
  • Maximal vinkelacceleration: 50 varv/s2.
 

Data för några av GYROTESTS delsystem

Telemetri
  • 2251,5 MHz, 1,2 Watt, PCM/FM 512 kbit/s
    “Slot-wraparound”-antenn. Linjär polarisation
Baninmätning
  • Radartransponder, Vega 207C: 5612 MHz upp, 5662 MHz ned.
    Signaldelare Vega 853-2C
    2 s    t antenner Vega 801-C4
  • Stabil oscillator i nyttolasten för envägs avståndsmätning.
  • Radiofyr: 240.8 MHz, 100 mW 
Attitydmätning
  • Gyroplattformarna MISTY och MIDAS.
Bärgningssystem Det av Rymdbolaget modifierade NASA-systemet. Användes i
NLC-91 och NLC-93.

Kampanjförlopp

Informationen nedan är hämtad från kampanjrapporten om GYROTEST (1):

Datum          Händelse
1 juni 1997 Personalen anlände.
2 juni 1997 Nyttolastprov och sammansättning av hela ekipaget.
3 juni 1997 Testnedräkning utan problem.
4 juni 1997 Uppsändning kl 0900 UT. Telemetrikontakt med nyttolasten till +20 minuter och 31 sekunder. Nyttolasten återfanns  kl 0933 UT vid 68° 26,04' N 21° 06,12' Ö och var tillbaka på Esrange 1130 UT.


Malte Sjökvist och Kjell Stegner rullar GYROSTEST-nyttolasten
till Skylarkhallen.
Hela GYROSTES-ekipaget lastas upp på¨vagn för transport till
startrampen.


GYROTEST på startrampen . Observera snöhögen!

Data

GYROTEST

Startdatum

4 juni 1997

Starttid

0900UT

Startplats

Esrange

Startramp

MRL-rampen

Rakettyp

Improved Orion (Hawk M112) S/N 02373
Lot ACE-1-005

"Tower tilt effect" 7,2 km/deg
"Unit wind effect" 0,431 °/(m/s)

Nyttolastmassa

105 kg

Nyttolastlängd

2701 mm

Startrampens elevation (nom)

82.2° (81,0°)

Startrampens bäring (nom)

353° (350°)

Topphöjd (nom)

92,7 km (89,5 km)

Bäring till nedslaget för nyttolast (nom)

1,5° (350°)

Avstånd till nedslaget för nyttolast (nom)

62,2 km (71,5 km)

Ballistisk vind 3 m/s från 332,8°

Spinnvarvtal under mätfasen

3,5 rps

Väder vid starten 3,2°C, 973 hPa, markvind 2 m/s från 270°

Bärgning

Ja

Data från raketen togs emot av den automatiskt följande antenn som står på huvudbyggnadens tak, en parabol med diametern 2,4 meter tillverkad av EMP. Data togs emot i 20 minuter 31 sekunder från starten.

Efter färden gjordes en utvärdering som jämförde anfallsvinkelgivarens signal med MIDAS-gyrots data. Resultatet var att gyrot visade 1°-3° för lågt tippvärde. Under nedfärden från topphöjden, 235 sekundeer efter starten, uppmätte accelerometern ombord en stöt på 16 g som varade 30 millisekunder, Man hittade ett märke på bärgningsmodulen som inte kunde ha uppstått vid landningen. Det är mycket möjligt att motorn kolliderade med nyttolasten. Hygrometern drogs tillbka in i nyttolasten med hjälp av en särskild mekanism under nedfärden. Trots det gick hygrometerlinsen sönder eftersom nossektionen deformerades så kraftigt vid landningen. Övriga delar av nyttolasten var oskadade.

Resultat

GYROTEST var ett lyckat prov. Skillnader i attitydmätning mellan MISTY och MIDAS under färden (2):

  • Gir: -0,36°
  • Tipp: 0,60°
  • Roll: 0,5° (i förhållande till solsensorn)


Helikoptern landar på Esrange med GYROTEST.

Källor

  1. Report on the Gyro-test campaign at Esrange, June 1997, Rymdbolagets dokument EUK122-9713, Tomas Hedqvist, 25 juni 1997.
  2. MISTY strap-down Attitude and Heading Reference System (AHRS) Final Report, Rymdbolagets dokument SSV1434-14, Kaj Lundahl, 21 maj 1998.


Tillbaka till svenska rymdprojekt