Modelraketbouw in Nederland Door Frank De Brouwer Sinds de 60er jaren worden er door modelbouwers in Nederland modelraketten gebouwd en gelanceerd. Modelraketbouw is echter een zeer onbekende hobby, dit ondanks het feit dat er momenteel 4 verenigingen zich met het organiseren van deze hobby bezighouden. De afgelopen 20 jaar heeft de hobby zich echter sterk ontwikkeld en ik vond het tijd om een artikel te schrijven voor het Technisch Weekblad om deze fascinerende hobby eens te belichten daar er in Nederland in 2008 op het gebied van modelraketbouw veel nieuwe ontwikkelingen komen die een gevolg zijn van inspanningen van alle verenigingen de afgelopen jaren. De hobby is zoals gezegd zeer onbekend, deels komt dit door de kleine groep mensen die deze hobby beoefenen, maar in Nederland was ook ontbrekende wetgeving op dit gebied hier debet aan. Eerst iets over de historie in Nederland. In de jaren 60 en 70 zijn de verenigingen DRRA (Dutch Rocket Research Association) en de NERO (Nederlandse Experimentele Raket Organisatie) opgericht. DRRA houdt zich bezig met de zogenaamde Low Power Raketten (LPR), dit zijn modelraketten die worden aangedreven door A tot en met E motoren. Modelraketmotoren worden geclassificeerd door hun stuwkracht, een A motor levert bijvoorbeeld tot 2.5 Nsec stuwkracht, een B motor tot 5 Nsec en zo verdubbeld de stuwkracht bij iedere letter van het alfabet. Er wordt momenteel gelanceerd tot commerciële motoren van de O klasse, deze hebben een stuwkracht van maximaal 40.960 Nsec en in de Research Categorie worden er motoren gebruikt tot en met de T klasse van 890.000 Nsec. NERO heeft zich in zijn historie bezig gehouden met Experimentele raketbouw (tegenwoordig ook wel Research Raketbouw genoemd), dit zijn raketten die worden aangedreven met een zelf ontworpen en gebouwde motor. De NERO heeft tegenwoordig ook een afdeling die zich bezig houdt met modelraketbouw van de LPR klasse. Naast deze verenigingen is er in de 70er jaren de NAVRO bijgekomen, de NAVRO hield zich vooral ook bezig met Experimentele Raketbouw en de laatste jaren ook met LPR, MPR (Mid Power Raketbouw) en HPR (High Power Raketbouw). In de jaren 90 is er daarnaast een nieuwe vereniging ontstaan genaamd Tripoli the Netherlands. Tripoli the Netherlands is een onderafdeling van Tripoli USA en houdt zich bezig met MPR, HPR en Research Raketbouw. In de ons omliggende landen in Europa zijn er veel Tripoli prefectures zoals in Nederland en in de UK organiseert de United Kingdom Rocketry Association (UKRA) alles voor zijn leden. In de afgelopen jaren organiseerde DRRA vele lanceerdagen op braak liggende terreinen rond Almere en lanceerden de NERO en NAVRO op het militaire oefenterrein het ASK het harde. De leden van Tripoli lanceerden ook op deze dagen en waren daarnaast zeer actief op buitenlandse lanceerdagen in de UK, Zwitserland en Duitsland. Reden voor deze gelimiteerde lanceermogelijkheden in Nederland was het ontbreken van wetgeving om gebruik te kunnen maken van het luchtruim in Nederland. Raketten stonden niet als luchtvaartuig in de Nederlandse luchtvaartwetgeving en mochten dus niet gelanceerd worden. De raketten van DRRA kwamen hier niet hoog genoeg voor en waren dus geen probleem, de lanceringen op het ASK vielen hierbuiten daar het hier militair luchtruim betrof. Vanaf 2000 tot 2006 zijn de vier verenigingen bezig geweest met het ministerie van verkeer en waterstaat afdeling luchtvaart om hierin verandering te brengen. Eind 2006 was het zover en werd de Regeling Modelraketten als wetgeving aangenomen. Vanaf dat moment konden de verenigingen dus lanceerdagen gaan organiseren op geschikte terreinen. Begin 2008 heeft Tripoli the Netherlands eindelijk dan een demonstratie lanceerdag georganiseerd voor zeer ervaren leden, momenteel organiseert Tripoli the Netherlands regelmatig lanceringen in Nederland voor MPR, HPR en Research en wellicht ook een internationaal lanceerweekend in de zomer van 2009. Naast de wetgeving op het gebied van de luchtvaart hebben de verenigingen en de bedrijven die zich bezig houden met deze hobby ook een aantal andere zaken moeten regelen voordat het zover kon komen. Alle fabrieksmotoren moesten CE gekeurd worden door TNO (dit moest voor geheel Europa en is door TNO gedaan). Opslag en vervoer eisen voor de motoren en reloads moesten worden uitgewerkt, evenals alle benodigde vergunningen voor de lanceerlocaties. Tevens moesten de benodigde lanceerverzekeringen worden geregeld, sinds de regeling modelraketbouw werd dit allemaal mogelijk. Door de besturen van alle vier verenigingen en door de bedrijven is dus jaren hard gewerkt om de infrastructuur voor de hobby mogelijk te maken in Nederland. Tot zover het wettelijke gedeelte van deze fascinerende hobby. De verenigingen hebben daarnaast een veiligheidscode voor de verschillende type raketbouw en deze zorgt ervoor dat de hobby modelraketbouw zonder uitzondering de veiligste hobby ter wereld is.
Het woord raket doet vaak meteen denken aan raketten voor de militaire industrie en dan pas aan de ruimtevaart. Het eerste wordt echter vaak gedacht aan kruis raketten en de vernietigende kracht hiervan. Bij media presentaties worden ook vaak alleen de mislukkingen getoond en zelden het grote aantal gelukte lanceringen wat vaak een factor 100 groter is dan de lanceringen die fout gaan. Dit geeft de hobby vaak een verkeerd beeld, in de Engelse taal zijn er dan ook twee woorden voor “rockets” en “missiles”. Sinds de 50er jaren zijn er over de gehele wereld ongeveer 250 miljoen modelraketten gelanceerd, met geen ongelukken ten gevolge aan de beoefenaars van deze hobby of de directe omgeving. In andere hobbies is dit nogal eens anders. Dit is voor het grootste deel een gevolg van de veiligheidsmaatregelen die door de vliegers en de verenigingen worden gevolgd. Hierbij moet men denken aan vrije gebieden, veilige afstanden en specifieke eisen voor de raketten en de raketmotoren. Motoren In de LPR klasse wordt er gebruik gemaakt van eenmalige motoren, dit zijn zwart kruit of vaste composiet brandstof motoren, ook zijn er tegenwoordig kleine herlaadbare motoren voor deze klasse. In de MPR en HPR klasse worden er overwegend vaste composiet brandstof motoren gebruikt welke herlaadbaar zijn. Tevens worden er in deze klasse hybride motoren gebruikt die op lachgas vliegen. Deze fabrieksmotoren worden om de 3 jaar door de vereniging Tripoli en NAR (USA) gecontroleerd op hun werkwijze en dan gecertificeerd voor gebruik door de leden. Voor Europa worden deze motoren daarnaast ieder jaar door TNO bijgehouden voor de CE markering. Research motoren worden ontwikkeld door leden zelf en vaak vele malen getest voor hun gebruik. In Nederland moeten deze motoren voor gebruik echter ook door TNO worden getest en van een CE merk worden voorzien. Kosten van deze motoren lopen uiteen van enkele Euro’s per vlucht tot enkele honderden Euro’s per vlucht of zelfs meer. Motoren kunnen daarnaast ook in een Cluster configuratie worden gebruikt of in meertrapsraketten. In een Cluster configuratie worden de motoren tegelijk gestart of worden er enkele tijdens de vlucht door de hoogtemeter of timer ontstoken. In een meertrapsraket worden de motoren meestel elektronisch ontstoken door de hoogtemeter of een timer. Bij de zogenaamde herlaadbare motoren wordt er gebruik gemaakt van casings, dit zijn aluminium motor behuizingen die door de verschillende motor fabrikanten op de markt worden gebracht. Deze casings zijn herbruikbaar en kunnen na de vlucht weer worden schoongemaakt en daarna voor een volgende vlucht weer worden gebruikt. Deze casings zijn verkrijgbaar in standaard maten met een doorsnede van 18, 24, 29, 38, 54, 75, 98 en 150mm doorsnede in lengtes tot over een meter. In de meeste casings kunnen ook verschillende soorten reloads (herlaadbare brandstof pellets) met diverse brandtijden en stuwkracht worden gebruikt. Over motoren wordt vaak gesproken dat deze exploderen en dat de brandstof die gebruikt wordt een explosief is. Dit is echter op de zwart kruit motoren na een grote misvatting. De motoren zijn gebaseerd op het feit dat de brandstof die in de motoren wordt gebruikt zeer snel brandt en zo in een opgesloten casing een bepaalde druk opbouwt. Een deel van de gebruikte brandstof (amoniumperchloraat) is echter geclassificeerd in zijn zuivere vorm als een explosief waardoor de motoren en reloads als 1.4 Explosief zijn geclassificeerd. De aandrijving van de motor geschiedt ten eerste door de vorm van de Nozzle (Uitlaat) die wordt gebruikt, deze zorgt voor de bepaling van de uitstroomsnelheid van het gasmengsel, dit is een deel dat de totale stuwkracht bepaalt. Als tweede wordt de aandrijving of stuwkracht bepaalt door de druk die wordt opgebouwd in het motorhuis of casing door het verbranden van de brandstof. Indien de motor of casing goed is samengebouwd kan er niets fout gaan. Echter als een van de brandstofcel bijvoorbeeld een interne scheur heeft kan het voorkomen dat een stuk brandstof afbreekt, de Nozzle blokkeren en er zo voor zorgen dat de druk in het gebruikte motorhuis te groot wordt waardoor deze zeer snel openscheurt. Dit wordt dan als explosie gezien, echter niets is minder waar, de motor scheurt in dit geval zeer snel open door de overdruk en de overgebleven brandstof komt dan onverbrand met de overgebleven raket onderdelen naar beneden. Dit wordt ook wel CATO genoemd, dit kan ook optreden als door een scheur in een brandstofcel de buitenwand van de casing of motorhuis plaatselijk te heet wordt of dat er een O-ring is vergeten bij de samenbouw van de motor. Voor deze gevallen is er voor iedere motor klasse of samengestelde klasse bij het gebruik van clusters een veilige lanceerafstand opgesteld. Raketten Vele raketten zijn verkrijgbaar als bouwpakket van modellen van 10 cm lang tot raketten van 6 meter lang. Vaak worden eigen ontwerpen of schaalmodellen gebouwd van bestaande of science fiction raketten. Tevens kan men raketten bouwen in de volgend klassen; Funmodellen, Hoogtemodellen, Schaalmodellen, Sportmodellen, Clustermodellen en meertrapsmodellen. De gebruikte materialen hiervoor lopen uiteen van geïmpregneerde kartonnen buizen, multiplex, aluminium en de laatste jaren steeds meer nieuwe materialen zoals glasvezel, koolstofvezel of kevlarvezel. Als gevolg hiervan is de hobby dan ook bereikbaar voor iedereen gezien het grote scala aan verkrijgbare materialen en te bouwen raketten. Kosten voor het bouwen kunnen dan ook uiteen lopen van enkele euro’s tot duizenden euro’s voor een raket. Een eis van de
veiligheidcode is dat raketten geborgen worden en wederom gelanceerd kunnen worden na een vlucht. Het is dus niet zo dat een raket slechts voor een lancering wordt gebruikt. Alle modellen dalen af aan een bergingssysteem, vaak een parachute die wordt geactiveerd na het uitbranden van de motor of door een elektronisch systeem. Voor het ontwerpen van de raketten worden tegenwoordig programma’s gebruikt op de computer. Hiermee zijn alle onderdelen samen te stellen en kunnen vluchtsimulaties worden gemaakt met verschillende motoren of configuraties. In Nederland is het verplicht om voor een lancering een simulatie van de raket gemaakt te hebben om de vlucht te kunnen voorspellen. Programma’s hiervoor zijn bijvoorbeeld SpaceCad en RockSim. Eenvoudige modellen bestaan uit een rompbuis, een neuskegel, een set vinnen, een parachute, een schokkoord, een motorhuis met motorklem en een set geleiders. Complexe modellen kunnen bestaan uit een rompbuis, een neuskegel, een set vinnen, meerdere parachutes, bergingsharnassen, bergingsladingen, elektronica compartiment(en), meerdere motorhuizen met motorbevestiging(en) en een set rail geleiders. Door de gebruikte materialen kan eigenlijk alles zelf worden gemaakt als men tijd genoeg heeft en hiervoor de kennis en handigheid bezit. Kartonnen buizen, Phenol buizen en Berken Triplex vinnen zijn eenvoudig te verstevigen met glasvezel, koolstofvezel of kevlarvezel en een Epoxy systeem. Neuskegels zijn wat lastiger te maken, maar deze zijn goedkoop te verkrijgen. Verder zijn er een aantal standaardmaten die over de gehele wereld worden gebruikt voor de rompbuizen en andere onderdelen. Standaardmaten in binnendoorsnede zijn 18, 24, 29, 39, 55, 76, 99, 152, 190mm, daarnaast zijn er nog een aantal niet standaard maten verkrijgbaar. Neuskegels zijn in alle maten en afmetingen verkrijgbaar, hoofdonderscheid is het gebruikte materiaal, kleine neuskegels zijn vaak van balsa hout, grotere van plastic en boven de 99 mm binnenmaat worden ze vaak van glasvezel gemaakt. Qua vorm bestaan er ook diverse vormen en lengtes, hoofdonderscheid hier is een conische of een ronde vorm. Berging Nadat de raket zijn motor is uitgebrand vliegt hij nog een aardige afstand door op de verkregen impuls. De parachute kan het beste worden uitgeworpen op het hoogste punt wanneer de snelheid van de raket af is genomen tot nul. Hierdoor treden tijdens het ontplooien van de raket geen grote krachten op en kan de parachute zich langzaam ontplooien. Er zijn twee hoofdmethodes om de parachute uit te werpen. Bij de LPR, MPR en een deel van de HPR raketten worden er motoren gebruikt die zijn uitgerust met een vertragingslading. Deze vertragingslading brandt verder na het uitbranden van de motor en deze vertragingslading wordt aangepast aan de berekende tijd dat de raket uitvliegt tot hij zijn hoogste punt bereikt. Deze vertragingslading ontsteekt dan een kleine zwart kruit lading (1 a 2 gram) waarmee de parachute wordt uitgeworpen. Complexere raketten met zwaardere motoren gebruiken hiervoor een hoogtemeter welke wordt ingesteld met een drukmeter om op het hoogste punt een uitwerplading te ontsteken waardoor de parachute wordt uitgeworpen. Raketten die grote hoogtes bereiken (in HPR en Research worden hoogtes bereikt tot 100.000 voet of 32 kilometer, hoogtes boven de 66.000 voet vereisen echter speciale toestemming daar het hier een ruimte schot betreft en hier zijn internationale afspraken over) gebruiken vaak CPR (Close Proximity Recovery) systemen, in gewoon Nederlands een systeem dat ervoor zorgt dat de raket binnen een afzienbare afstand landt. Hierbij wordt er op het hoogste punt een kleine loods parachute uitgeworpen die zorgt voor een daling met een snelheid van rond de 25 m/s waarna er op een ingestelde hoogte door de hoogtemeter op bijvoorbeeld 200 meter boven het terrein een hoofdparachute wordt uitgeworpen die de daalsnelheid terug brengt naar een veilige daalsnelheid van 5 m/s. Het voordeel van een CPR systeem is dat een raket die naar een grote hoogte vliegt niet kilometers afdwaalt als de hoofdparachute op het hoogste punt zou worden uitgeworpen. Het Europese hoogterecord staat daarnaast momenteel op naam van een Nederlandse vlieger, Peter Muller heeft in 2006 in de United Kingdom een raket naar een hoogte van 6782 meter of 22.250 voet gelanceerd. Naast parachutes worden er ook raketten gebouwd die als een glider kunnen vliegen en landen. Elektronica De laatste jaren zijn er steeds meer kleine elektronische vluchtcomputers op de markt gekomen, hierbij is ook een zeer goed Nederlands product genaamd de RDAS (Rocket Data Acquisition System). Elektronica loopt uiteen van timers, hoogtemeters met al dan niet diverse ontstekingsfuncties, hoogtemeters met diverse data opslag voor vluchtgegevens, GPS systemen, Camera Systemen, volgsystemen en systemen om de raket terug te vinden en ga zo maar door. Deze bordjes passen tegenwoordig vaak zelfs in de kleinste diameter raketten door de miniaturisering van de elektronica. Systemen voor actieve besturing zijn echter verboden, daar men dan militair bezig is. Systemen om de vlucht kaarsrecht of om de rolbeweging om de langsas van raketten tegen te gaan zijn wel toegestaan. Op dit gebied gaan de ontwikkelingen steeds verder waardoor er steeds meer mogelijk wordt op dit gebied in de modelraketbouw hobby. Lanceringen
Lanceren in Nederland is onder de modelraketbouw regeling alleen toegestaan door leden van een Nederlandse modelraketbouw vereniging. Lanceerdagen worden door deze verenigingen georganiseerd om te voldoen aan alle wettelijke eisen op dit gebied in Nederland. Veelal is er een infrastructuur op een lanceerdag met een RSO (Range Safety Officer) en een LCO (Launch Safety Officer), hiernaast zijn er nog een aantal andere functies benodigd voor deze dagen maar het gaat te ver om daar nu op in te gaan. Basis is dat een raketbouwer op een lanceerdag zijn raket voorbereidt voor de lancering en aan de RSO aanbiedt om deze goed te keuren voor een lancering. De RSO keurt dan de raket op verschillende punten, kijkt de vluchtsimulatie na en bij goedkeuring kan de vlieger door naar de LCO om een lanceerplatform toegewezen te krijgen. Bij LPR wordt er vaak gebruik gemaakt van lanceernaalden om de raket tijdens de eerste versnellingsfase te geleiden tot het moment dat de raket voldoende snelheid heeft om stabiel te kunnen vliegen. Bij MPR, HPR en Research wordt er vaak gebruik gemaakt van een rail gezien de hogere sterkte van dit systeem voor zwaardere raketten. Men moet hierbij denken aan raketten met een gewicht van 0,5 tot aan 35 kg (in Nederland toegestaan), in de USA lanceert met echter raketten die vele malen zwaarder zijn. Nadat alle te lanceren raketten op hun aangewezen platform staan, de eventuele elektronica is geactiveerd wordt de ontsteker in de motor wordt aangebracht en aangesloten op het elektrische ontstekingssysteem. Dan wordt het terrein (veilige afstand hangt af van de gebruikte motoren) vrijgemaakt waarna de RSO en LCO het luchtruim controleren om conflicten met andere luchtvaartuigen te voorkomen. Als er geen verkeer zich in het te gebruiken luchtruim bevindt kan met de aftelling en lancering worden gestart. Een volgende lancering vindt pas plaats na een volgende controle van het luchtruim door de RSO en LCO en pas nadat de al gelanceerde raket veilig is geland. Certificatie Voor HPR is er daarnaast een certificatie systeem opgezet om met de zwaardere motoren te mogen vliegen. De motoren die worden gebruikt zijn vooral fabrieksmotoren welke herlaadbaar zijn. Ook worden er motoren ontwikkeld en gebouwd door de leden zelf, hiervoor moet men echter eerst Level 2 zijn om deze op een Tripoli lanceerdag te mogen vliegen. Dit certificatiesysteem is ontwikkeld door Tripoli USA en de NAR in de USA en wordt wereldwijd gebruikt door Tripoli, NAR, CAR (Canada), UKRA (UK) en door alle Tripoli prefectures in Europa. Het geheel is verdeeld in 3 levels, voor Level 1 moet men een raket bouwen, lanceren met een H of I motor en bergen, het geheel wordt als een examenvlucht beoordeeld en de raket moet in een vliegbare staat zijn na de landing. Voor Level 2 moet men eerst slagen voor een schriftelijk examen op het gebied van wetgeving en rakettheorie, daarna moet men een raket bouwen, lanceren met een J, K of L motor en bergen, ook dit is weer een examen vlucht. Voor Level 3 moet men een raket bouwen, lanceren met een M, N of O motor en bergen. Ook dit is een examen vlucht, voor een Level 3 wordt echter het gehele project van het begin aan begeleid door 2 Level 3 gecertificeerde vliegers van de vereniging welke deel zijn van het Technische Advies Comitee. Zodra men gecertifieceerd is in een van de Levels, mag men met de motoren van die klasse raketten lanceren. Projecten Binnen een aantal verenigingen is het mogelijk om gezamenlijk aan bepaalde projecten te werken waarbij iedereen zijn specialisatie gebruikt, vaak gaat het hierbij om grotere projecten zoals het NERO project en het DARE project om het Europese hoogterecord scherper te stellen, hiermee zijn echter ook een stel individuele vliegers mee bezig. Ook worden er binnen de verenigingen wel eens prijsvragen of Awards per jaar uitgereikt voor het ontwerpen, lanceren en bergen van speciale projecten. Dit kunnen schaalmodellen, hoogtevluchten of speciale vormen van modelraketbouw betreffen. Al met al zijn er dus zeer veel mogelijkheden voor iedereen. CanSats In de USA worden al jaren universiteiten uitgenodigd om zogenaamde CanSats te lanceren. De raketbouw verenigingen zorgen dan voor de benodigde raketten en lanceerlocaties. Deze CanSats zijn in basis gebaseerd dat studenten een satelliet maken met enkele experimenten in de grote van een frisdrankblikje. Deze CanSat wordt dan gelanceerd en uit de raket uitgeworpen waarna deze aan een eigen parachute naar beneden daalt, tijdens de daling kan de satelliet dan zijn experiment uitvoeren. In 2007 is er een dergelijk programma in Nederland gestart door ISIS dat in 2008 behoorlijk is uitgebreid. Het ligt in de bedoeling om dit gebeuren in de modelraketbouw verder uit te bouwen om jongeren zich te interesseren in de techniek. De hele modelbouwhobby heeft de afgelopen jaren te leiden gehad van het feit dat de jeugd niet meer bezig is met handvaardigheid maar liever achter de PC zit. In de USA en de UK zijn er daarom programma’s opgezet om op scholen modelraketbouw te introduceren. Tot nu toe is dit met groot succes gedaan en
wellicht zal dit in de toekomst ook in Nederland gaan gebeuren. Tijdens zo’n programma maken studenten kennis met de hobby en bouwen en lanceren dan in competitie een aantal kleine modelraketten. Mavericks In de USA is er vorig jaar een nieuwe Tripoli prefectuur gestart waar de top van de hobby zich heeft verenigd. Deze prefectuur heet Mavericks, Mavericks is een aantal programma’s aan het opstarten voor Universiteiten om goedkope lanceermogelijkheden aan te bieden tot aan lanceringen naar de ruimte. Mavericks heeft de beschikking gekregen over een eigen lanceerbasis nabij Reno USA waar vaste lanceerlocaties gaan komen. REBEL Space zal dit programma voor Mavericks in 2009 voor alle geïnteresseerde Europese Universiteiten gaan coördineren en ook de raketten gaan bouwen voor deze vluchten. In December zullen alle Universiteiten in Europa hier een folder over verkrijgen wat het programma precies gaat inhouden. www.drra.nl www.nero.nl www.navro.nl www.tripoli.nl www.dutchrocketboys.nl www.aed.nl www.cavemanrocketry.nl www.rebelspace.eu www.rocketmavericks.com
