Van dronevlucht tot sonderingsraket
Onlangs steeg een drone met een ongebruikelijke lading op boven ESTEC, het technische centrum van De Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) in Nederland. Dit was de eerste testvlucht van een door studenten ontwikkelde radarretroreflectortechnologie.
Aan een touw van vijf meter onder een imposante drone zwaait een 50 cm lange plastic buis in een zacht briesje boven het voetbalveld van ESTEC. Het is een verzengend hete dag en het testteam zoekt beschutting in de schaduw van een parasol, waarbij alle apparatuur dichtbij wordt gehouden om oververhitting te voorkomen.
ESA-ingenieur Giovanni Serafini brengt de drone 120 meter de lucht in en laat hem vervolgens snel dalen, totdat de hangende lading slechts drie meter boven het veld hangt. Door verdere manoeuvres vliegt de drone van de ene kant van het veld naar de andere.
Waarom? Om een slimme uitvinding te testen die is bedacht door een studententeam van de Ruhr-Universiteit Bochum in Duitsland.
Studenten aan het roer
“We zijn hier om een radarretroreflector te testen, die we hebben ontwikkeld voor een wedstrijd georganiseerd door het Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)”, legt Daria Tsukanova van het universiteitsteam uit.
“Een retroreflector is een passieve structuur, in dit geval een 28 cm lange metalen buis bedekt met holtes, ontworpen om signalen terug te kaatsen naar hun bron. Hierdoor is een object gemakkelijker te detecteren en te volgen zonder dat er actieve elektronica of zenders aan boord nodig zijn.”
Dergelijke apparaten kunnen helpen de radarzichtbaarheid te verbeteren van kleine luchtvaartuigen zoals drones of sonderingsraketten, die experimenten naar de rand van de ruimte lanceren voordat ze weer op aarde terugvallen. Voor deze test hebben de studenten hun reflector bevestigd aan een langere plastic buis die een raket simuleert.
Radars vertrouwen momenteel op het feit dat raketten van metaal zijn gemaakt en daardoor van nature relatief reflecterend zijn. Maar zelfs die raketten zijn bij bepaalde kijkhoeken niet meer detecteerbaar. Het voordeel van de reflector van het studententeam is dat deze de grenzen kan verleggen, waardoor raketten of andere objecten veel langer zichtbaar blijven voor de radar.
Goedkoop en effectief
"Het unieke aan deze technologie is dat ze erg goedkoop is. De reflector zelf is passief en wordt vervaardigd door middel van 3D-printen en lasersnijden", voegt Stephan Hauptmeier van het universiteitsteam toe.
"Een ander voordeel is dat we voor de detectie gebruik kunnen maken van een radartechnologie die in de auto-industrie al lang ingeburgerd is – dezelfde technologie die deel uitmaakt van rijhulpsystemen en die er bijvoorbeeld voor zorgt dat een auto automatisch remt als er een obstakel wordt gedetecteerd. Dit betekent dat er geen speciale ‘ruimtevaartkwaliteit’-radar nodig is.”
“Dit was een unieke kans om gebruik te maken van hardware die eerder was ontwikkeld in het kader van het Technology Development Element-programma van de ESA voor planetaire en in-orbit-missies, op basis van radartechnologie uit de automobielindustrie”, zegt Václav Valenta, microgolfingenieur bij de ESA. “Door een van deze prototypes beschikbaar te stellen aan studenten, stellen we hen in staat praktische ervaring op te doen met echte radartechnologie en te onderzoeken hoe dergelijke systemen kunnen worden geconfigureerd en geoptimaliseerd voor specifieke toepassingen.”
Van wedstrijd naar een door de ESA gesteunde lancering
In één middag heeft het team de werking van de retroreflector met succes getest, als voorbereiding op de volgende stap: de lancering aan boord van een sonderingsraket tot een kilometer boven een veld in Brno, Tsjechië, die later deze zomer gepland staat.
"Dit project is een prachtig voorbeeld van hoe studenteninitiatieven zich kunnen ontwikkelen tot buiten de wedstrijdomgeving", zegt Karol Masztalerz, ESA Graduate Trainee.
“Wat begon als een door de universiteit geleide uitdaging, is uitgegroeid tot een internationale samenwerking tussen de ESA, twee Europese universiteiten – de Ruhr-Universiteit Bochum in Duitsland en het Imperial College London in het Verenigd Koninkrijk –, industriële partners en de Tsjechische Raketvereniging, die hun nieuwe Sherpa-raket ter beschikking stelt voor de volgende testronde.”
Verklaring over de samenwerking
Dit project werd uitgeroepen tot winnaar van een wedstrijd van het International Microwave Symposium (IMS), georganiseerd door het Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Het wordt geleid in samenwerkende rol tussen Václav Valenta (ESA) en Markus Gardill (Technische Universiteit Brandenburg Cottbus-Senftenberg), die de wedstrijd organiseerden als medevoorzitter en voorzitter van de technische commissie voor Microwave Aerospace Systems (TC-29) van de Microwave Theory and Techniques Society van het IEEE.
De radareenheid die voor de tests werd gebruikt, werd aanvankelijk naar het Imperial College London gestuurd, waar ingenieur Václav Pavlíček zowel de systeemconfiguratie als de bedrijfsparameters aanpaste aan de nieuwe toepassingen op aarde.