Projektdokumentation · verständlich erklärt

Eine Wasserrakete,
die weiß wo sie ist

Ein selbstgebauter Flugrechner soll eines Tages eine Rakete aktiv steuern. Bis dahin muss er lernen, wo er ist, was gerade passiert und wie er das nach unten meldet — und das alles auf Elektronik, die selbst erst einmal zuverlässig laufen muss. Diese Erklärungen zeigen, wie das funktioniert — und vor allem, was dabei alles schiefgegangen ist.

15Zustände im Filter
100×pro Sekunde gerechnet
6 hechte Messdaten ausgewertet
0Flüge bisher

Die Erklärungen

jede für sich lesbar
01 Navigation · Sensorfusion

Wie die Rakete lernt, wo sie ist

Vier Sensoren, und jeder lügt auf seine eigene Art. Wie man daraus trotzdem eine Antwort baut — warum der berühmte Satz „sie weiß, wo sie ist, weil sie weiß, wo sie nicht ist“ tatsächlich stimmt, und warum der Filter sich nach 53 Minuten selbst zerstört hat, obwohl 18 von 18 Tests grün waren.

Kalman-Filter „wo sie nicht ist“ Kovarianz anschaulich 36 m → 2 cm Drift
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02 Flugphasen · Sicherheit

Woher die Rakete weiß, was gerade passiert

Ein Fallschirm zur falschen Zeit ist schlimmer als keiner. Warum ein Timer die falsche Antwort ist, wie die Rakete ihre Flugphase selbst erkennt, und welche sechs Bedingungen alle stimmen müssen, bevor irgendetwas ausgelöst wird.

9 Zustände Sperrkette kein Fern-Scharfschalten
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03 Telemetrie · Funk

Wie die Daten vom Himmel kommen

Eine Funkstrecke, die langsam ist, immer nur in eine Richtung arbeitet und keine Fehler meldet. Warum das Wiederfinden von Paketgrenzen das schwierigste Problem daran ist, wie eine funktionierende Verbindung stundenlang tot aussehen konnte — und wie eine Messreihe eine Regelmäßigkeit zeigte, die es gar nicht gab.

LoRa Halbduplex Prüfsumme ≠ Namensschild Periode, die keine war
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04 Elektronik · Fehlersuche

Als das Funkgerät die Uhr kaputtmachte

Der Flugrechner stürzte zuverlässig nach ein bis zwei Sekunden ab. Die Ursache war kein Programmierfehler, sondern ein einzelnes Kabel — gefunden über eine Uhr, die behauptete, es seien neun Tage vergangen.

gemeinsame Masse zwei Uhren, ein Widerspruch Notlösung kostet 3/4 Reichweite
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05 Bodenstation · Aufzeichnung

Das einzige Fenster zur fliegenden Rakete

Sobald die Rakete startet, ist sie unerreichbar. Warum das Aufzeichnen wichtiger ist als das Anzeigen, warum auch gestörte Pakete aufgehoben werden — und warum ein Programm mit Oberfläche 253 automatische Tests hat.

Aufzeichnung vor Anzeige 73 % verworfen Paketverlust zählen testbar ohne Fenster
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06 Flugspeicher · Datenrettung

Zwei Megabyte, die drei Minuten halten

Die vollständigen Messdaten passen nicht durch den Funk — die schreibt die Rakete in ihren eigenen Speicher. Warum der schneller voll ist als gedacht, warum eine niedrigere Schreibrate die falsche Antwort darauf ist, und was ein Test mit zu wenig Daten übersieht.

voll nach 3,5 min Budget statt Rate 26 282 Zeilen in 10 s Stromausfall überlebt
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07 Projektstand · ehrlich sortiert

Stand des Flugrechners

Was belegt ist und was nicht, nach Verifikationsgrad getrennt: auf der Hardware belegt, nur im Ruhezustand belegt, und überhaupt nicht. Die dritte Kategorie ist die längste und die wichtigste.

4 Fehler in einer Nacht 3 davon im Messwerkzeug 0 Flüge
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08 geplant

Weitere Kapitel folgen

Diese Sammlung wächst mit dem Projekt. Als Nächstes naheliegend: die Elektronik und ihre Fallstricke, die Bodenstation, der Flugspeicher — und irgendwann, wenn es so weit ist, der erste echte Flug mit allem, was dabei anders kam als gedacht.

Wie man das liest

wenn du nur eine Sache mitnimmst

Die Texte lassen sich in beliebiger Reihenfolge lesen. Sie haben aber eine gemeinsame Form, die kein Zufall ist: Jede Erklärung beschreibt nicht nur, was gebaut wurde, sondern auch die Fehlversuche — einschließlich derjenigen, die besonders vernünftig aussahen.

Das ist der eigentliche Inhalt. Eine Lösung zu lesen lehrt wenig; zu sehen, warum drei naheliegende Lösungen davor nicht funktionierten, lehrt viel.

1
Ein bestandener Test beweist nur etwas über die getesteten Bedingungen
18 von 18 grün, und der Filter starb trotzdem. Es fehlten zwei Zutaten, die kein einziger Test gleichzeitig hatte: eine spürbare Neigung und Zeit.
2
Ein Test, der nur bestehen kann, ist kein Test
Nach jeder Reparatur wurde die kaputte Version wiederhergestellt und geprüft, ob der neue Test dagegen durchfällt. Tut er das nicht, prüft er nicht, was er zu prüfen vorgibt.
3
Eine Zahl belegt nur dann eine Ursache, wenn sonst alles gleich war
Mehrere falsche Diagnosen entstanden aus echten Messwerten — weil zwei Dinge gleichzeitig verschieden waren und nur eines davon betrachtet wurde.
4
Sicherheitskritisches hängt nie an etwas Kompliziertem
Die Fallschirmlogik benutzt ausschließlich rohe Sensorwerte, nie den Filter. Als der Filter behauptete, die Rakete sei 1,26 Milliarden Meter entfernt, war das deshalb eine Kuriosität und kein Unfall.
Selbstgebauter Flugrechner auf ESP32-S3 · Barometer, Beschleunigungssensor, Gyroskop, GPS, LoRa-Funk
Alle Zahlen in diesen Texten sind gemessen, nicht geschätzt. Wo etwas nicht gemessen wurde, steht es ausdrücklich dabei.