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 2015年のストラトスII+ロケットの打ち上げ。 | |
| 挑戦する | |
| 会社種別 | 学生チーム /非営利団体 |
| 業界 | 航空宇宙 |
| 設立 | 2001 |
| 本部 | |
| 製品 |
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| サービス | 弾道 ロケット打ち上げ、研究開発 |
| メンバー | 推定190+（2020年） |
| Webサイト | dare.tudelft.nl |
| 脚注/参考文献 [1] [2] | |
デルフト航空宇宙ロケット工学は、デルフト工科大学内の学生が運営する団体で、190人以上の会員がいます。この学生グループの主な焦点は、非営利ベースでのロケット技術の開発です。エンジンから電子機器まで、すべての開発は社内で行われます。DAREではいくつかのプロジェクトが行われていますが、グループの2つの主力プロジェクトはストラトスとプロジェクト・スパローです。ストラトスには、2009年に打ち上げられ、アマチュアロケットのヨーロッパ高度記録を12.5 kmに樹立したストラトスIロケットが含まれます。[3] [4]このロケットの後継はストラトスII +で、2015年10月16日に打ち上げられ、高度21.5 kmに到達してヨーロッパ高度記録を更新しました。[5] 2018年夏にはストラトスIIIが打ち上げられ、打ち上げから20秒後に分解しました。後継機のストラトスIVは高度100kmまで打ち上げられる予定だったが、打ち上げキャンペーン中に地上システムが故障したため実現しなかった。プロジェクト・スパローは液体酸素/エタノールの再生冷却エンジンの開発に成功し、最新の主力プロジェクトであるストラトスVではそれを基に再利用可能なロケットを製造している。DAREは安全に打ち上げキャンペーンを実施するために軍と協力しているが、DAREの技術は完全に非軍事的である。メンバーの約70%はデルフト工科大学の航空宇宙工学部出身で、残りの30%は機械工学、電気工学、応用物理学、工業デザインなど他の学部出身者である。DAREは留学生の数も非常に多く、学生の約半数はオランダ国外からの留学生である。
歴史
DAREは、2001年にデルフト工科大学航空宇宙工学部のVSVレオナルド・ダ・ヴィンチ研究会の委員会として6人の学生によって設立されました。会員数は2020年には190人以上に増加しました。長年にわたり、DAREは3つの主要なロケット推進技術（固体、液体、ハイブリッド）すべてに関する専門知識を開発し、毎年複数の会議論文を発表しています。2009年にはDAREのストラトスIが打ち上げられ、学生ロケットのヨーロッパ高度記録である12.5kmを樹立しました。その後、ハイブリッドロケットエンジンの開発が開始され、8kNのDHX-200オーロラが誕生しました。このエンジンはストラトスIIに搭載され、2014年の打ち上げキャンペーンの失敗の後、2015年に学生ロケットのヨーロッパ高度記録を更新しました。
打ち上げ
DARE は、通常、高度 2 キロメートルまで上昇する小型ロケットの打ち上げを毎年 2 ～ 4 回実施しています。これらの打ち上げは、オランダ北部の't Harde近くの軍事施設で行われます。より高い高度に到達するために、DARE はヨーロッパの他の地域での打ち上げキャンペーンに時々参加します。
設備
DARE の活動は、デルフト工科大学のキャンパス内の 2 つの場所で行われています。1 つ目は、航空宇宙工学部の航空機ホールにある製造指向のワークショップです。ここでは、金属部品の機械加工から電子基板のはんだ付けまで、ロケット製造の主要部分が行われます。もう 1 つの場所は、経験豊富なメンバーによる会議や講義が行われるデルフト科学センターです。
プロジェクト
DARE には、ロケット技術、物流、プロモーション、スポンサー獲得の特定の分野に取り組んでいるチームが多数あります。
固体推進
DARE のロケットのほとんどは、Solid Six チームと安全委員会によって開発および構築された固体燃料エンジンで稼働しています。使用される燃料は、ロケット キャンディと呼ばれるソルビトールと硝酸カリウムの混合物、またはアラン 7 と呼ばれる硝酸アンモニウムとアルミニウムの混合物です。開発されたエンジンの規模は、300 N から 7000 N までの範囲です。
ハイブリッド推進
ストラトスIの打ち上げ後、 DARE内でハイブリッドロケットエンジンの研究が開始されました。広範な理論的研究の後、システムの経験を得て最適なエンジン構成を選択するために、小規模なテスト（500～1100 Nの範囲）が開始されました。選択された燃料は、ソルビトール、パラフィン、アルミニウムの混合物で、酸化剤として亜酸化窒素が配合されていました。この研究は、アメリカ航空宇宙学会誌を含むいくつかの異なる雑誌にいくつかの論文として発表されました。[6]このエンジンのスケールアップ版は、DAREの主力プロジェクトであるストラトスII+およびIIIの動力源として使用されています。
液体推進
現在、DARE が開発している大型エンジンはすべて亜酸化窒素ベースのハイブリッド エンジンですが、物流と製造の面でこのタイプのエンジンのスケールアップが困難です。このため、DARE では LOX (エタノール液体ロケット エンジン)の開発に取り組んでいます。これまでの液体エンジン開発はさまざまな理由で失敗していますが、最も大きな理由はこのタイプの推進力の機械的複雑さです。DARE の極低温エンジン開発部門は、2～3 kN エンジンを製造し、社会がこの技術を活用するために必要な知識を獲得することを目指しています。このエンジンの将来計画は、将来のストラトス ミッションの動力源となる可能性があります。
高度管理チーム
すべての DARE ロケットは受動的に安定しており、フィンのサイズと位置がバランスが取れているため、ロケットはタワーを越えると風に向かって進みます。その結果、中程度から強い横風によってロケットが到達できる高度が著しく制限される可能性があります。高度制御チームは上昇中にロケットを能動的に安定させる技術を開発しています。
エレクトロニクス
すべてのPCBとソフトウェアは、DARE 社内でカスタムメイドされ、開発されています。これらは、発射中および発射後にパラシュートを展開し、エンジンを制御し、無線データを送信するために使用されます。
SRP（小型ロケットプロジェクト）
小型ロケット プロジェクト (通称スクランブル エッグ コンテスト) は、DARE のプログラムで、1 年生のメンバーや関心のある学生にロケット工学の基本原理を実践的に紹介します。プロジェクトの目的は、生卵を載せたロケットを高度 1 km まで打ち上げ、卵を無傷で帰還させることです。学生がこの目標を達成できるように、プロジェクトはロケット工学の基礎、ロケットの安定性、パラシュートの設計について説明する講義から始まります。これらの講義は、プロジェクト期間中、グループに助言や指導を行うメンターでもある上級 DARE メンバーによって行われます。グループには設計の自由がほぼ与えられますが、すべてのロケットは最終的な安全チェックに合格する必要があり、ロケットの固体ロケット モーターはDARE によって提供されます。プロジェクトは、軍事試験場での打ち上げ日で終了し、そこで各設計がテストされます。
カンサット
DAREは、オランダのCanSatプロジェクトの打ち上げサービスにも積極的に関与しています。[7]特に、DAREはCanSatランチャー（CSL）の開発、製造、テスト、打ち上げを行っています。長年にわたり、これらのランチャーは信頼性、生産性、ペイロード容量のバランスを取りながら、いくつかの開発反復を経てきました。現在のCSLバージョン7は、オールアルミニウムフレームで構成されており、固体ロケットモーターで推進され、約5〜6個のCanSatを高度1キロメートルまで打ち上げることができます。CSL V7は最近、DAREが開発した新技術をテストするための飛行テストベッドとして使用されています。
エーテル
2015 年に Aether プロジェクトが開始されました。このプロジェクトは、DARE 内で開発されたいくつかの新しいテクノロジーを実証することに重点を置いており、これらは後に大規模なプロジェクトに実装される可能性があります。プロジェクトには次のものが含まれます。
- 遷音速飛行に適したアクティブカナード安定化
- 7kNソリッドエンジン
- ストラトスII+打ち上げキャンペーンで必要とされた、高度な弾道パラシュート展開機構
安全委員会
安全委員会はロケットを積極的に開発するわけではないが、最低1年間のトレーニングを受けた後、安全委員会に参加できる経験豊富なDAREメンバーから構成されている。[8]安全委員会はDAREで行われるテストを監督し、打ち上げ前にロケットを検査し、DAREの業務の安全に関連するすべての要素に責任を負っている。安全委員会は安全に関するあらゆる決定を却下することができる。
プロジェクト・スパロウ
プロジェクト スパローは、DARE の最新の取り組みであり、同協会初の液体推進推力偏向ロケット エンジン (Firebolt と命名) の構築を目指しています。LOX (液体酸素) エタノール エンジンを使用して必要なパワーと制御を提供し、高度 100 km のカルマン ラインを超えるロケットを製造します。このエンジンは、DARE Stratos IV ロケットで使用されているハイブリッド駆動の Nimbus の後継機となり、DARE の次世代の高性能ロケットの動力となり、学生が設計した初のロケットを地球周回軌道に乗せるための第一歩となります。
プロジェクト スパローは、最終的には飛行可能なエンジンを開発し、DARE によって観測ロケットに組み込むことができます。また、この観測ロケットは、推力偏向エンジンを使用したロケットのダイナミクスを検証するためのテストベッドにもなります。このロケットには、最終的にはステージング システムと回復システムが組み込まれる予定です。
ストラトス
ストラトスI
ストラトスIは、学生ロケットとして最高高度12.5kmを記録した。[9] 2009年にスウェーデンのエスレンジから打ち上げられた。DARE内で開発・製造されたブースターを搭載した2段式の固体ロケットだった。上昇に成功した後、パラシュートが展開せず、2段とも墜落した。到達高度と墜落場所は発射場の設備から収集できたため、打ち上げ後に2段目を回収することができた。1段目は、8年後、発射場の定期点検中に偶然発見された。
ストラトスII/II+
ストラトス II+ が最高地点で撮影した写真。 | |
| 関数 | 探査ロケット |
|---|---|
| メーカー | 挑戦する |
| 原産国 | オランダ |
| サイズ | |
| 身長 | 6.9メートル（23フィート） |
| 直径 | 20 cm（7.9インチ） |
| 質量 | 185 kg (408 ポンド) |
| ステージ | 1 |
| 発売履歴 | |
| 発射場 | エル・アレノシージョ |
| ブースター – DHX-200 オーロラ | |
| 最大推力 | 11 kN（ピーク） |
| 比推力 | 205秒 |
| 燃焼時間 | 23 |
| 推進剤 | ソルビトール、パラフィン、アルミニウム/亜酸化窒素 |
ストラトスII+ロケットはDARE最大のプロジェクトであり、当初は高度50kmに到達することを目指していた。しかし、設計変更とシミュレーションの更新により、この高度に到達できる可能性は低くなった。ストラトスII+は、2015年10月16日にスペインのセビリア市近郊にある国立航空宇宙技術研究所のエル・アレノシージョから打ち上げられた。高度21.5kmに到達し、学生ロケットのこれまでの記録を破った。[10]このロケットは当初ストラトスIIとして知られていたが、2014年10月の打ち上げに失敗した。設計の改良が行われ、ロケットはストラトスII+と名付けられた。
ストラトス II+ は、ピーク出力 11 kN の単段ハイブリッド エンジン DHX-200 オーロラを搭載していました。エンジンの総推力は 180 kN で、燃焼時間は約 23 秒です。[11]この後、エンジンは切り離され、ロケットは最高点まで惰性で飛行を続けました。ストラトス II+ には、高層大気での測定を行うための科学的ペイロードがいくつか搭載されていました。その中には、ナイメーヘン ラドバウド大学の電波天文学の実験装置[12]、デルフトダイナミクス社のビデオリンク付きカメラシステム[13] [14] 、ハンガリー科学アカデミーのエネルギー研究センター のガイガーカウンターなどがありました。
Stratos II および II+ の打ち上げ試行の概要を以下の表に示します。
ストラトスIII
 打ち上げ直前のストラトスIII。 | |
| 関数 | 探査ロケット |
|---|---|
| メーカー | 挑戦する |
| 原産国 | オランダ |
| サイズ | |
| 身長 | 8.2メートル（27フィート） |
| 直径 | 28 cm（11インチ） |
| 質量 | 330 kg (730 ポンド) |
| ステージ | 1 |
| 発売履歴 | |
| 発射場 | エル・アレノシージョ |
| ブースター – DHX-400 ニンバス | |
| 最大推力 | 25 kN（ピーク） |
| 比推力 | 179秒 |
| 推進剤 | ソルビトール、パラフィン、アルミニウム/亜酸化窒素 |
Stratos III は、デルフト工科大学の学生ロケットチームであるデルフト航空宇宙ロケット工学によって開発された使い捨ての 観測ロケットです。このプロジェクトは、現在ドイツのチーム HyEnD が保持している学生ロケットのヨーロッパ高度記録を取り戻すことを目的として、Stratos II+ ミッションの後継として 2016 年に開始されました。
ストラトスIIIロケットは高さ8.2メートルで、360kNsのインパルスハイブリッドロケットエンジンであるDHX-400ニンバスを搭載しています。[15] DHX-400ニンバスは、亜酸化窒素を酸化剤として、パラフィン、ソルビトール、アルミニウム粉末の混合物を燃料として使用します。酸化剤タンクはアルミニウムライナー付きのカーボンファイバー製で、60バールの圧力で174kgの亜酸化窒素を貯蔵できます。DHX-400は、最大推力25kNで、世界で最も強力なアマチュア製ハイブリッドエンジンです。[16]
このロケットはNLRの科学ペイロードを搭載しており、これは提案されている将来の欧州SMILEロケット用のプロトタイプIMUである。[17]さらに、ストラトスIIIは完全な360度のライブストリームダウンリンクを備えている。
最高高度に達すると、ペイロードを積んだノーズコーンが酸化剤タンクと推進システムから分離します。その後、パラシュート展開装置がドローグパラシュートとメインパラシュートを開き、大西洋に13 m/sで安全に着陸できるようにします。その後、ノーズコーンはボートで回収されます。ストラトスIIIは、ストラトスII+と同様に、エルアレノシージョから打ち上げられます。打ち上げウィンドウは2018年7月16日に開き、2018年7月27日に終了します。打ち上げ試行の概要を以下の表に示します。
2回目の打ち上げは当初7月25日午後11時（中央ヨーロッパ夏時間）に予定されていた。しかし、天候が100％GOだったため、亜酸化窒素タンクの加圧時に大幅な遅延が発生した。このため、打ち上げは7月26日午前3時30分に延期された。打ち上げは成功したが、飛行開始から20秒後に異常が発生し、機体は失われた。[18]
ストラトスIV
 発表イベント中にコルベット C7車に搭載されたストラトス IV ロケット。 | |
| 関数 | 探査ロケット |
|---|---|
| メーカー | 挑戦する |
| 原産国 | オランダ |
| サイズ | |
| 身長 | 8.3 メートル (27 フィート) |
| 直径 | 28 cm（11インチ） |
| 質量 | 320 kg (710 ポンド) |
| ステージ | 1 |
| ブースター – DHX-400 ニンバス | |
| 最大推力 | 26 kN（ピーク） |
| 比推力 | 179秒 |
| 推進剤 | ソルビトール、パラフィン、アルミニウム/亜酸化窒素 |
ストラトス III が飛行中に分解した後、機体の分解の原因を突き止めるための調査が開始されました。調査チームは、ストラトス III チームのメンバーと、新たに結成されたストラトス IV チームで構成されていました。主な情報源は、20 秒間の飛行中に機体から送信されたテレメトリ (機内の 2 つのIMUと GPS 受信機および圧力センサーからのデータ) と、レーダーおよびドップラーを使用して取得した地上測定でした。これらの情報源により、チームはストラトス III が飛行中にたどった経路をつなぎ合わせることができました。このデータから、機体はロール ピッチ カップリング、または慣性カップリングと呼ばれる現象を起こしたと結論付けられました。これは、機体のロール率が機体の自然なピッチ周波数と一致したときに発生します。これにより、機体は直線運動ではなく円錐運動をします。2 つの周波数が結合すると、機体は不安定になり、飛行経路から外れて分解します。
ストラトスIVの目標を検討する際、ストラトスIIIのエンジン性能と車両質量の組み合わせが大きな影響を与えた。この組み合わせは、100 kmまたはカルマン線に近づくシミュレートされた遠地点を与えると見られていた。この高度に到達することがストラトスプロジェクトの長期目標であるため、ストラトスIIIの設計を繰り返すことが決定された。したがって、ストラトスIVプロジェクトは、開発に3年かかったエンジン内部の形状を固定したまま、車両の質量を最小限に抑えることに重点を置いている。ストラトスIVのデザインは、2019年2月12日に発表された。[19]
Stratos III と比較した設計の変更点は次のとおりです。
- 軽量化
- 複合燃焼室（アルミニウム同等品より6kg軽量）
- トワロンノーズコーン（グラスファイバー同等品より2kg軽量）
- 3Dプリントチタンノズル（完全グラファイト同等品より12kg軽量）
- ロールピッチカップリングの緩和
- モジュール間の円錐状のインターフェース（以前のフラットなインターフェースよりも剛性が高い）
- エンジン ベイ シェル (ロンジロンバージョンよりも剛性が高く、アクセス性が向上しています)
- 大型フィン（飛行中の静的マージンがより安定）
- 亜酸化窒素推進剤スラスタを使用したロール制御モジュール
- ヴァリア
- カメラ 5 台 (放射状に 4 台、下向きに 1 台、回収プレートを通してタンクの分離とパラシュートの展開を確認するカメラ 1 台)
- 高温ガス展開装置（部品数が少ないため、低温ガス展開装置よりも信頼性が高い）
ストラトスIVの打ち上げキャンペーンは、2021年後半にエル・アレノシージョ試験センターで実施されました。[20]数回の試行で技術的な問題が発生したため、ロケットは打ち上げられず、キャンペーンは終了しました。[21]
参考文献
- ^ 「DARE: About Us」。デルフト航空宇宙ロケットエンジニアリング。 2018年11月17日閲覧。
- ^ 「Dreamteam Delft Aerospace Rocket Engineering NASA CRS-6 PressKit Site」。デルフト工科大学。2021年1月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年11月17日閲覧。
- ^ “デルフト工科大学の学生が実験ラケットに記録を打ち破る”.エルゼビア(オランダ語)。 2009 年 3 月 17 日。2014 年 7 月 14 日のオリジナルからアーカイブ。2014 年7 月 8 日に取得。
- ^ 「Project Stratos」。Delft Aerospace Rocket Engineering。2014年7月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年6月18日閲覧。
- ^ “Raket op kaarsvet en koffiezoetjes knalt 21 km omhoog”.いいえ。2015 年11 月 4 日に取得。
- ^ トビアス・ノップ、バリー・ザンドベルゲン、アンジェロ・セルヴォーネ、ラルフ・フイスマン、ステファン・パウエル、ロバート・ヴェルナー、ヨハネス・エーレン、フェリックス・リンデマン、イェロエン・ウィンク、クリストフ・ベッカー、カピール・サマラウィクラマ (2013)。「ストラトス II 探査ロケット用亜酸化窒素を用いたソルビトール系ハイブリッド燃料の研究」。アメリカ航空宇宙学会誌サイト。アメリカ航空宇宙学会。doi :10.2514/6.2013-4049。ISBN 978-1-62410-222-6。
- ^ “CanSat コンテスト オランダ” . 2014 年7 月 5 日に取得。
- ^ “DARE Safety Board”. 2017年11月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年11月2日閲覧。
- ^ 「ストラトス I」。2017年11月2日閲覧。
- ^ 「記録を破りました! | DARE - Delft Aerospace Rocket Engineering」。dare.tudelft.nl。2015年11月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ 「Stratos II+ 技術詳細」。2018年7月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年7月14日閲覧。
- ^ 「プロジェクト・ストラトス」.
- ^ 「DelftDynamics ニュース」。2014 年 8 月 10 日時点のオリジナルよりアーカイブ。
- ^ “Stratos news”。2014年8月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年8月9日閲覧。
- ^ PM van den Berg、F. Barreiro、CL Klop、DA van Strydonck、ST Koehler、「Stratos III 探査ロケット用 25kN ハイブリッドロケットエンジンの開発」、第 69 回国際宇宙会議 (IAC)、ブレーメン、ドイツ、2018 年 10 月 1 ～ 5 日
- ^ 「Static fire on Youtube」YouTube 2018年7月13日閲覧。
- ^ “Gevoelige NLR elektronica voor Stratos III overleaft triltest” . 2018 年7 月 14 日に取得。
- ^ “ストラトスIII打ち上げ失敗”。2018年10月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年7月29日閲覧。
- ^ ストラトスIVロケット設計公開、デルフト航空宇宙ロケットエンジニアリングYouTubeチャンネル、2019年2月13日。
- ^ @daretudelft (2021年9月28日). 「2週間前、7人の#StratosIVメンバーで構成された最小限のクルーがメイングループに先んじて出発し、準備を開始しました…」 (ツイート) – Twitter経由。
- ^ 「ストラトスIV – デルフト航空宇宙ロケットエンジニアリング」。