SHEFEX II: Navigationsexperiment
Hybridnavigationssystem für die SHEFEX II-Mission
Das erste Experiment des Hyperschall-„SHarp Edge Flight EXperiment“ (SHEFEX) Programms des DLR startete im Oktober 2005 erfolgreich von der Andøya Rocket Range in Nord-Norwegen. Die Mission untersuchte neue Formen zukünftiger Start- und Wiedereintrittsfahrzeuge und benutzte dafür ein Wiedereintrittsfahrzeug mit facettierter Oberfläche und scharfen Kanten. Die nächste Generation des Experiments, SHEFEX II, startete 2012, wobei diese Mission den Fokus auf die Flugkontrolle im Hyperschallbereich legte. Dazu wurden steuerbare Canards genutzt und Experimente für neue Konzepte thermischen Schutzes integriert.
Die Regelung des Fahrzeugs erfordert präzise Kenntnis über Anstellwinkel und Schiebewinkel, die beide aus der Flugbahn und der Fahrzeuglage abgeleitet werden. Ein Hybridnavigationssystem (HNS) lieferte diese Informationen aus einer Kombination verschiedener Messergebnisse. Eine inertiale Messeinheit (englisch: Inertial Measurement Unit, IMU) erfasst hohe Dynamiken, unterliegt jedoch Instrumentenfehlern, die Fehler in der Navigationslösung exponentiell ansteigen lassen, sofern diese nicht korrigiert werden. Ein GPS-Empfänger liefert die Positions- und Geschwindigkeitsmessungen mit geringerer Rate. Die Stärken der beiden Instrumente wurden kombiniert, um eine hohe Ausgaberate der Navigationslösung mit einer besseren Genauigkeit zu erhalten, als es durch die Verwendung nur eines der Instrumente möglich wäre.
Um eine bessere Lagegenauigkeit zu liefern, wurde neben der IMU und dem GPS eine experimentelle Sternenkamera integriert. Diese
Sternenkamera misst die Lage des Fahrzeugs in Bezug auf die Sterne ebenfalls mit einer geringen Rate. Die für SHEFEX II benutzte Sternenkamera war ein kostengünstiger und in Eigenproduktion hergestellter Sensor mit geringer Genauigkeit. Sie basierte auf einer handelsüblichen Kamera und handelsüblichen Computerkomponenten mit speziellen Blenden und einem Auslösemechanismus zur Öffnung der Apertur. Die Bord-Software nutzt Bildverarbeitungtechniken sowie Sternenzentrierungs- und Sternenidentifizierungsmethoden um die geschätzte Lage zu berechnen.
SHEFEX II startete am 22. Juni 2012 um 19:18 Uhr UTC von der Andøya Rocket Range in Norwegen. Der Flug dauerte etwa 485 Sekunden, bis die Telemetrieverbindung abriss. Während dieser Zeit arbeitete das Hybridnavigationssystem (HNS) ausgezeichnet. Die Echtzeitberechnung der Navigationslösung in großen Höhen und bei hohen Geschwindigkeiten aus IMU- und GPS-Messungen konnte erfolgreich mit diesem Flug des HNS nachgewiesen werden.