Studenten van de TU Delft hebben dinsdag de laatste checks uitgevoerd aan hun zelfgebouwde raket. In oktober hopen ze daarmee het hoogterecord voor raketbouw (door studenten) te breken. Dan moet hun ruim acht meter lange raket Stratos IV in Spanje een hoogte van 61 kilometer bereiken.

De studenten maken deel uit van het team DARE. Van dat team hebben zo’n zeventig mensen zich drie jaar lang gericht op project Stratos IV (de naam verwijst naar de stratosfeer).  Het doel: helemaal zelf een raket ontwerpen, bouwen en lanceren. Eind september reist het team naar Zuid-Spanje; vanaf 15 oktober kan de raket de lucht in, als het weer meewerkt.

Oorspronkelijk was de hoop dat de zelfbouwraket een hoogte van honderd kilometer zou kunnen bereiken. Die hoogte — de Von Kármánlijn — heeft een magische betekenis, omdat hier volgens internationale afspraken de atmosfeer overgaat in de ruimte. Inmiddels heeft het team de verwachtingen bijgesteld naar een maximaal haalbare hoogte van 61 kilometer.

‘Corona heeft ons wat parten gespeeld, maar als we dit doel bereiken, zullen we heel blij zijn’, zegt teammanager Willem van Lynden van DARE, die De Ingenieur op dinsdag 24 augustus rondleidt door de werkruimtes van project Stratos IV, in een enorme loods vlak naast de Technische Universiteit Delft.
 

Binnenwerk van de Stratos IV. Links de onderkant van de raket. De cilinder rechts bevat de gasvormige oxidizer, in dit geval lachgas (N2O). Vie de koperkleurige leiding links stroom dit spul naar de brandstof, zodat de ontbranding kan plaatsvinden in de onderzijde van de raket.

 

Gespannen gezichten

Hier zijn in de control room gespannen gezichten te zien. Zes, zeven studenten zitten geconcentreerd achter hun laptops. De rolverdeling is net als bij een professioneel ruimtevaartbedrijf, zoals SpaceX. Er zit een chief engineer, een simulatiespecialist, een elektronica-expert en iemand voor de kritische systemen. De leiding ligt bij de flight director, die stap voor stap de centrale checklist afwerkt.

Er is radiocontact met een tweede locatie in de loods, honderd meter verderop. Daar ligt de opengewerkte raket op zijn kant. Teamleden zijn er druk in de weer met printplaten en bedrading. ‘We proberen hier de situatie straks in Spanje na te bootsen, waarbij we de hele raket nalopen voor de lancering. Dan zit de control room weliswaar op drie kilometer afstand van de raket, maar dat maakt niet zoveel uit. Je kunt elkaar niet zien en bent aangewezen op radiocontact’, vertelt Van Lynden.
 

Staart van de raket, waarbinnen de verbranding van de brandstof plaatsvindt.

 

Mach 5

De Stratos IV-raket van DARE is ruim acht meter lang, weegt volgetankt 330 kilogram en moet een topsnelheid bereiken van Mach 5, vijf keer de geluidssnelheid, oftewel ruim 1700 meter per seconde.

De raketmotor bereikt een stuwkracht van maximaal 21 kilonewton, vertelt een trotse Lucia Kramer, chief propulsion (voortstuwing), terwijl ze tussen de onderdelen op de fabrieksvloer rondloopt. Niet slecht voor een brandstofmengsel dat bestaat uit paraffine, aluminiumpoeder en koffiezoetjes (sorbitol). ‘Dat lijkt misschien een raar mengsel, maar wij kunnen er relatief gemakkelijk veilig mee werken. Het is inert, we kunnen het zelf mengen. Om ermee te werken hoeven we alleen een schilderspak aan te doen en een gasmasker op te zetten’, vult Van Lynden aan. De brandstof zit in de voet van de raket, het stuk met de vinnen. De zuurstof voor de verbranding komt van lachgas (N2O) dat zit in de buik van de raket, de cilinder die de meeste ruimte inneemt.
 

Chief propulsion Lucia Kramer houdt een nozzle van de Stratos IV vast die is gebruikt in tests. De raketuitlaat is gemaakt van titanium en koolstof, om bestand te zijn tegen hoge temperaturen.

 

Printplaten

Een stukje verderop in de hal buigen een aantal jonge mannen zich geconcentreerd over een indrukwekkend rijtje printplaten dat later in de neus van de raket moet verdwijnen. Dit is het brein van de raket, dat zoveel mogelijk data gaat verzamelen. ‘Tijdens de vlucht meten sensoren allerlei grootheden, waaruit we achteraf veel hopen te leren, zoals de druk in de tank met oxidizer (lachgas) en de versnellingen in verschillende richtingen’, legt Van Lynden uit. Ook komt in deze bovenkant van de raket de payload te zitten, een versnellingssensor van het Koninklijk Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum (NLR) die wordt getest.
 

Fluorescerende verf

Op het hoogste punt dat de raket bereikt, splitst dit deel van de raket zich af, om aan parachutes naar beneden te zweven. Het wordt nog een uitdaging om dit topje terug te vinden in de oceaan, denkt Van Lynden. ‘We doen er alles aan om de landingsplek goed te voorspellen en de werkelijke locatie van de raket te blijven meten. Zo scheidt dit deel in water fluorescerende verf af, volgen we de raket met gps en radar. En dan nog kan het een zoektocht worden. Daarom heeft dit deel een boodschap aan boord voor als bijvoorbeeld een vissersboot het uit het water vist: “A.u.b. opsturen naar DARE, Stevinweg 1, 2628 CN Delft’”’
 

Deze elekronica vormt het 'brein' van de raket. Hier worden alle data verzameld die worden gemeten tijdens de vlucht, zoals de druk in de raket en de versnellingen in de verschillende richtingen. Dit gedeelte verdwijnt in de neuskegel, die na de lancering uiteindelijk aan parachutes in zee moet landen. Dan hopen de studenten dit deel op te kunnen vissen, zodat ze achteraf de vluchtdata kunnen analyseren.

 

Atlantische Oceaan

Op 27 september reist een team van tientallen studenten naar de lanceerlocatie bij het Instituto Nacional de TĂ©cnica Aeroespacial, een Spaanse ruimtevaartorganisatie. Dat heeft aan de kust ten zuidwesten van Sevilla een klein onderzoekscentrum inclusief lanceerlocatie. De raket moet van daar praktisch recht omhooggaan; met een kleine hoek richting de Atlantische Oceaan. Mocht er onverhoopt iets misgaan, dan kan dat maar het beste boven zee gebeuren.
 

Veiligheid

Sowieso staat de veiligheid centraal bij alles wat de studenten doen. Van Lynden: ‘Alles wat wij hebben bedacht en gebouwd, wordt steeds bekeken door hoogleraren van de TU Delft. Ook vormen een paar van onze leden een eigen safety board. Zij controleren dingen als de veiligheid van ons ontwerp en de evacuatieprocedures. Ze kunnen dat onafhankelijk doen doordat ze zelf niet in dit project meedoen.’

 

Simulaties van raketbanen

Dat is allemaal geen overbodige luxe als je een acht meter lange raket van 330 kilogram de hoogte inschiet. Wetende dat er bij lanceringen van alles mis kan gaan, zodat delen van de raket mogelijk op bewoond gebied kunnen vallen. ‘Daarom besteden wij veel aandacht aan het doorrekenen van simulaties van de mogelijke raketbanen. We hebben wel vijftienduizend scenario’s doorgerekend. We kunnen met “3 sigma” zekerheid — 99,7 procent — zeggen dat onze raket niet in bewoond gebied terechtkomt.’

Voor het geval er echt iets onverwachts gebeurt is er een abort-procedure, waarbij met Ă©Ă©n druk op de knop van afstand een klein explosief in de raket tot ontploffing wordt gebracht, waarna de motor uitschakelt en de raket in een paar stukken opbreekt.

 

Tekening van de Stratos IV tijdens zijn vlucht.

 

15 oktober

Na twee weken opbouwen en een week procedures oefenen, moet op 15 oktober het eerste launch window van twee dagen opengaan. Daarvan zijn er drie gepland; de studenten van DARE hebben goede hoop dat hun raket in Ă©Ă©n ervan kan opstijgen. Mocht het weer in die drie periodes toevallig te slecht blijken, dan pakken ze de boel weer in en gaan huiswaarts. ‘We zullen geen gokje wagen. De veiligheid van mensen gaat altijd boven alles.’
 

Foto’s / illustraties: DARE / Jim Heirbaut