Das Projekt BEXUS-ELFI folgt dem gelungenen Projekt BEXUS-IMUFUSION

Erneute Teilnahme eines Teams am Europäischen Studentenwettbewerb REXUS/BEXUS 30/31

Das REXUS/BEXUS-Programm

„The REXUS/BEXUS programme is realised under a bilateral Agency Agreement between the German Aerospace Center (DLR) and the Swedish National Space Agency (SNSA). The Swedish share of the payload has been made available to students from other European countries through the collaboration with the European Space Agency (ESA). Experts from DLR, SSC, ZARM and ESA provide technical support to the student teams throughout the project. EuroLaunch, the cooperation between the Esrange Space Center of SSC and the Mobile Rocket Base (MORABA) of DLR, is responsible for the campaign management and operations of the launch vehicles.“ /DLR, ESA/

Das Team und die Zielstellungen von BEXUS-ELFI

Das Projektteam zur Auftaktberatung

Projektteam in vollständiger Besetzung im Jahr 2021 (von links oben):

Johanna Mohs, Teamleitung bis Ende 2020
Jonas Penzler, Maschinenbau
Lars Gebken, Automatisierung und Elektronikentwicklung, Teamleitung ab 2021
Benedikt Streicher, Elektrotechnik
Florian Seegel, Informatik
Jonas Jelonek, Automatisierung und Elektronikentwicklung
Oliver Schröder, Informatik
Jonas Stephan, Automatisierung und Elektronikentwicklung
Prof. Dr.-Ing. Matthias Viehmann, Senior Scientist
Prof. Dr.-Ing. Klaus-Peter Neitzke, Senior Scientist
David Bochmann, Informatik

Das DLR und die ESA gaben grünes Licht für die Teilnahme des Experiments BEXUS-ELFI (Extremely Low Frequency and IMU), welches von 2019 bis 2022 durchgeführt werden soll. Damit agieren unsere Studierenden neben anderen hochrangigen Universitäts- und Hochschulteams aus Deutschland und ganz Europa. Im Mittelpunkt von ELFI steht die Messung extrem niederfrequenter Felder im Bereich bis 100 Hz. Von besonderem Interesse sind die Messungen um 7 Hz (Schumann-Frequenz) und 16,7 Hz sowie 50 Hz und 60 Hz. Den Höhepunkt stellte der Flug des Stratosphärenballons im September 2021 in Esrange (Nordschweden, bei Kiruna) dar. Prof. Viehmann und Prof. Neitzke stehen dem Team wieder als Senior Scientists zur Seite.

Systemaufbau von BEXUS-ELFI

1 - Gondel am Stratosphärenballon
Würfelform, etwa 1 m Kantenlänge, enthalten sind das Experiment BEXUS-ELFI und weitere

2 - Hauptmodul BEXUS-ELFI
Elektronikbaugruppe mit Verstärker, Filter, Controller, Speicher, Sensorik, Kommunikation, Spannungsversorgung

3 - Spule als Antenne am Scherenarm
Scherenarm beim Start eingefahren, Absenken der Antenne in einigen Metern Höhe

Trainingswoche & Preliminary Design Review (PDR)

Anfang Februar 2020 folgte das Studierendenteam BEXUS-ELFI der Hochschule Nordhausen der Einladung zur Trainingswoche nach Nordschweden, empfangen wurde es durch DLR, ZARM, ESA, SNSA. Das Esrange Space Center, welches der Schauplatz dieser Woche war, liegt weit nördlich des Polarkreises. Dementsprechend waren auch die örtlichen Bedingungen. Bei bis zu -28 °C konnten sich die Teams schon einmal einen Eindruck verschaffen, welche Bedingungen ihr Experiment später aushalten muss.
Während der Woche fanden jeden Tag Veranstaltungen zu den Themen Mechanik, Elektronik, Softwareentwicklung/Programmierung, Risikomanagement und zu weiteren Projektschwerpunkten statt. Dadurch sollen die Teams optimal auf die erfolgreiche Umsetzung ihrer Experimente vorbereitet werden. Weiterhin fand eine Besprechung mit Diskussion des bisherigen Entwurfs statt, einschließlich aller technischen Lösungsansätze. Ein solches Meeting wird als Preliminary Design Review (PDR) bezeichnet. Darin wurden hilfreiche Hinweise und Änderungsvorschläge gegeben, um mögliche Probleme und Risiken für alle Projekte zu vermeiden.

Critical Design Review (CDR)

Mitte Mai 2020 stand das Critical Design Review (CDR) an. Dabei wurde überprüft, ob die im PDR im Februar festgestellten Probleme und Risiken beseitigt und mögliche Verbesserungen umgesetzt wurden. Ebenfalls wurde überprüft, ob das angestrebte finale Design des Experiments den Anforderungen entspricht und keine weiteren Fehler bzw. Probleme aufweist. Nachbesserungsbedarf galt es schnell zu beseitigen.
Aufgrund der Corona-Pandemie war die im ESTEC (European Space Research and Technology Centre) bei Amsterdam geplante Durchführung des CDR leider nicht möglich. Online-Videokonferenzen standen im Mittelpunkt. Letztendlich sorgte die Pandemie für eine Verschiebung des Starts in das Jahr 2021. Das Startteam wurde ergänzt.

Thermal-Vacuum-Week (TV)

Im Zeitraum 15.08.2021 bis 20.08.2021 fand die Thermal-Vacuum-Week im ZARM in Bremen statt. Es standen zwei wichtige Tests an, der Thermal-Vacuum-Test sowie ein mechanischer Belastungstest. Im TV-Test wurde die Elektronik bis zu einer Minimaltemperatur von -60 °C und einem Minimaldruck von 10 mbar getestet. Bei diesen Extrembedingungen funktionierte die Elektronik wie gewünscht, Messwerte konnten korrekt aufgenommen, gespeichert und gesendet werden. Der mechanische Belastungstest der Vorrichtung, die für das Absenken der Messspule am Scherenarm in einigen Metern Flughöhe zuständig ist, ergab Optimierungsbedarf. Die ursprüngliche Lösung mit der Freigabe des Scherenarms und seinem Abbremsen durch einen Gasdruckdämpfer wurde durch einen Getriebemotor mit Seilwinde ersetzt. 

Campaign-Week Esrange

Im Rahmen der Campaign Week vom 24.09.2021 bis 04.10.2021 erfolgten die Flüge der Stratosphärenballons BEXUS 30 (mit ELFI) und BEXUS 31 im Esrange Space Center der Swedish Space Corporation (SSC) in Nordschweden bei Kiruna. Nach kurzer Einweisung und Sicherheitsbelehrung durch Mitarbeiter vom SSC konnten die Vorbereitungen zum Launch beginnen. Mehrere Systemtests und Flugfähigkeitsuntersuchungen waren durchzuführen. Der erste Test war der Deploymenttest, bei dem das Experiment samt Braincase, Prime und Antenne an der Gondel angebracht wurde und dort der finale Test der Ausfahrmechanik für die Antenne durchgeführt wurde. Die umfassende Änderung der Mechanik, die durch die Tests während der TV-Week erforderlich wurde, konnte so in der finalen Version in Esrange getestet werden.

Der nächste Test, den das Team und das Experiment absolvieren musste, war der Kommunikationstest, bei dem die Verbindung zwischen Braincase und Groundstation über E-Link, welches vom SSC bereitgestellt wird, entsprechend konfiguriert und getestet wurde. Weiterhin wurde ein Interferenztest durchgeführt, bei dem überprüft wurde, ob die verschiedenen Experimente der Gondel des Ballons BEXUS 30 parallel problemfrei arbeiten können oder ob sich mehrere Experimente gegenseitig beeinflussen.

Vor dem Launch stand abschließend der Flight Compatibility Test (FCT) an. Hierbei sollten die Experimente unter Flugbedingungen arbeiten. Dazu wurden alle Experimente an/in der Gondel montiert und die Verbindung zwischen den Experimenten und den Groundstations hergestellt. Anschließend wurde die Gondel vom „Herkules“ (Startfahrzeug) aufgenommen und auf das Launchpad transportiert, wo die abschließende Überprüfung  der Funktionen aller Experimente erfolgte.

Nachdem alle Tests erfolgreich bestanden waren, startete der Ballon BEXUS 30 am 30.09.2021 um 06:54 Uhr. Die Startvorbereitung und der Aufstieg sind unter folgendem Link zu sehen. Mit 3:06:00 beginnt das Befüllen des Ballons, ab 3:34:05 hebt er ab.

https://www.youtube.com/user/SwedishSpace

Eckdaten des Fluges BEXUS 30

•          Start: 30.09.2021, 06:54 Uhr, Esrange

•          Landung: 30.09.2021, 12:29 Uhr, Finnland

•          Flugdauer: 5 Stunden 35 Minuten

•          Maximale Flughöhe: 27,3 km

•          Minimaler Druck: 16 mbar

•          Minimale Temperatur: -61 °C

•          Gespeichertes Datenvolumen von ELFI: 312 Megabyte

Nach 5 Stunden und 35 Minuten landete die Gondel in Finnland. Wider Erwarten erlitten die Antenne und die Mechanik mit dem Scherenarm vergleichsweise geringe Landeschäden. Die Elektronik blieb dabei vollständig intakt und konnte noch einige Zeit nach der Landung Messwerte aufnehmen und speichern. Die Messdaten wurden mit mehrfacher Redundanz auf SD-Karte, USB-Stick sowie in der Groundstation gespeichert.

Link: https://www.linkedin.com/company/bammsat 

Derzeit wird die Datenauswertung durchgeführt. Seinen Abschluss findet das Projekt in Form einer Präsentation der Ergebnisse auf einem ESA-Symposium im Jahr 2022.

Folgende Unternehmen unterstützen das Experiment BEXUS-ELFI:

  • IMG Electronic & Power Systems GmbH Nordhausen
  • Dr. Dietrich Müller GmbH Ahlhorn
  • Hermes Systeme GmbH Wildeshausen
  • Coroplast Fritz Müller GmbH & Co. KG Wuppertal