Flugdatenanalyse Falcon 9v1.2

@stillesWasser: Eine Modellierung in 3D macht wenig Sinn, weil SpaceX dazu nicht genug Informationen bereitstellt. Man bräuchte Höhe, Längen- und Breitengrad. Zwar ist die Inklination theoretisch bekannt, aber in 3D gibt es neben dem Winkel phi noch theta und das 3D phi ist anders definiert als das 2D phi. Das Zusammenspiel dieser Größen ist schon deutlich komplexer, das ist meiner Meinung nach die Mühe nicht wert.

Die Coriliskraft ist nicht einfach auszurechnen. Dazu müsstest du die relative Lage von Erdachse und Geschwindigkeitsvektor wissen, das ist in 2D nicht zu bestimmen. Der Geschwindigkeitsvektor ändert außerdem dauernd die Richtung. Ich behaupte für die Corioliskraft muss man soviel Aufwand betreiben, dass man gleich eine komplette 3D-Simulation machen kann.

Ja ich stimme dir vollkommen zu, dass es sich nicht lohnt, das hier in diese Berechnungen miteinfließen zu lassen. Dazu sind die Ungenauigkeiten der Werte aus dem Flug eh viel zu groß!
Es ging mir nur darum, dass es sehr wohl im 2-dimensionalen eine corriolisartige Kraft gibt.

Als ich den Begriff ja das erste mal eingeworfen hab, habe ich dann ja selbst gemerkt, dass deine Formel sich nicht dadurch ergibt

Hallo,

die Erdanziehung nimmt mit dem Abstand zum Erdmittelpunkt ab.
Im Leo sind das dann 15%.
Für die Erststufe, die ja  nicht so hoch fliegt ist die Abweichung geringer, aber sie ist da.

@stillesWasser: Ich habe mich heute auch an die OCR Thematig gewagt. Erst dachte ich, ich nehme ein fertiges OCR. Aber die Erkennungsraten sind leider viel zu schlecht. Somit habe ich ein OCR für die Zahlen komplett selber programmiert. Es braucht ca. 3 Sekunden pro Bild, ist also sehr langsam. Aber die Erkennungsrate ist extrem hoch. Ich werte nur den Bereich mit den Zahlen aus und unterscheide nur zwischen den 10 Ziffern. Während echte OCR Software hier auch mal ein ß oder ein B oder ein G erkennen mag, kann meine Software das gar nicht. 
Ich wandel die Zahlen im Bild dafür erst in Schwarz-Weiß (Nicht Graustufen), zerteile es dann auf einzelne ziffern und vergleiche diese dann mit vorgegebenen Ziffern. Die Ziffer, welche die kleinste Differenz erzeugt, wird "erkannt". So sieht das ganze dann am Monitor aus. Die Rote Ziffer erzeugt am wenigsten Differenz:



@tobi: Die Formeln in der Grafik sind mir leider zu hoch. Als Realschüler gab es in Formeln keine Punkte auf Buchstaben und griechische Buchstaben gab es (außer alpha,beta und gamma) auch nicht.

@Prodatron: Schaue Dir mal die oberste Kurve an. Hier ist der Strömungswiderstand angegeben. Also die "Luftbremsung". Diese geht kurz vor dem eintreten der Schallgeschwindigkeit stark nach oben. Dafür drosselt SpaceX die Triebwerke kurz vorher. Und das ist der Knick beim Schub. MaxQ ist dann direkt danach auch wieder vorbei, nicht erst bei 90 Sekunden.

@tobi/stillesWasser: Ich glaube, ich bleibe bei 2D.

@holleser: Das habe ich mit einberechnet. Auf dem Bild "Zentripetalkraft" sieht man wie die Erdanziehungskraft zurück geht.

@tobi: Die Formeln in der Grafik sind mir leider zu hoch. Als Realschüler gab es in Formeln keine Punkte auf Buchstaben und griechische Buchstaben gab es (außer alpha,beta und gamma) auch nicht. .

Kein falsche Bescheidenheit hier. Wieviele Leute mit Realschulabschluss schaffen es eine Auswertung zu machen, wie du es gemacht hast. Ich denke sogar viele Abiturienten hätten damit ein Problem.

Was ich da gepostet habe mit Euler-Lagrange-Formalismus ist Stoff aus theoretische Physik I aus dem 2. Semester Physik an einer deutschen Universität. Der Punkt ist die zeitliche Ableitung einer Größe, Ableitung ist quasi Änderung der Größe. Als zum Beispiel r (Radius) mit einem Punkt ist die zeitliche Änderung von r, man nennt es auch die Geschwindigkeit von r. Ein Punkt auf einer Geschwindigkeit ist also die Beschleunigung, oder zwei Punkte auf r ist auch die Beschleunigung.

Der andere griechische Buchstabe phi ist der Winkel auf der Bahn. In 2D kann man das Koordinationsystem mit x und y definieren, oder mit r und phi, das nennt man dann Polarkoordinaten. Polarkoordinaten sind bei einer Kreisbewegung deutlich praktischer.

Hier ein Bild, der Winkel hat da aber ein anderes Zeichen für phi:


m ist die Masse der Falcon z.B.
M ist die Masse der Erde
G ist die Gravitationskonstante

@Hugo:
Nicht schlecht mit dem OCR! Ich habe Tessaract verwendet, da es in den Ubuntu Repositories ist und unter der Komandozeile funktioniert (und daher gut serialisierbar ist). Dort kann man auch eine Whitelist angeben, sodass auch bei mir nur Zahlen erkannt werden können. Ich habe eher das Problem, dass im Hintergrund noch zusätzlich Zahlen erkannt werden. Ich denke, hier kann man auch viel über einen besseren Bildausschnitt erreichen. Auch das Bild in 2 Farben (schwarz/weiß) zu ändern klingt vielversprechend, danke für den Tipp!

Zum Thema Formeln zu hoch: Ich bin da absolut auf Tobis Seite! Falls es dir wirklich interessieren sollte, würdest du den Lagrange Formalismus ohne Probleme verstehen können, bei der Auswertung die du hier hinlegst!

@ Hugo,
mach mal hiermit ruhig weiter. 
Ich kann zwar nichts zu dem Thema beisteuern, findes es aber trotzdem recht spannend was du da machst.

Und zum Thema Formeln: Ich denke Du hast in Mathe mehr drauf als Dir selbst bewusst ist. 

Mfg Collins

@tobi: Danke für die Erklärung. Klingt logisch.
@stillesWasser: Tessaract habe ich für Windows gesucht. Es gibt ein "free ocr" welches Tessaract benutzt. Aber das hatte dann die Probleme gemacht. Bevor ich mich an das Einstellen gemacht habe, habe ich es dann selber versucht. Das größere Problem dürfte sicher sein, daß die Zahlen auf einem halb-transparentem Untergrund sind. Aber wenn man den vorher mittels Schwarz/Weiß quasi entfernt, müsste Tessaract auch viel mehr Infos liefern.

@tobi, stillesWasser und Collins: Danke für das Lob. Das freut mich riesig! :-)

Ich bin gerade an der SES9 Auswertung dran. Habe noch ein paar Fehler beim OCR gehabt. Ein Durchlauf braucht eine gute Stunde. Gleichzeitig muss ich die Daten auch viel mehr Runden/Glätten, da viel mehr Daten zur Verfügung stehen als vorher. Wenn ich vorher bei Stufe 2. z.B. nur alle 10 Sekunden die Daten genommen habe und jetzt jede Sekunde, dann sieht man jetzt viel mehr. Die Leistung des Triebwerks der 2. Stufe schwankt z.B. Ich weiß nur nicht, ob das Tiebwerk wirklich so stark schwankt oder ob es nur Datenfehler sind. Mehr in den Bildern, ich hoffe in der nächsten Stunde habe ich die fertig.

Folgend die Kurven von SES9

Rohdaten:








Schub:







Temperatur:



Triebwerke:



Beschleunigungen:










Flugweiten:






Geschwindigkeiten:





Gewichte:






MaxQ:

Was ist der größte Feind eines jeden Computeruser? DATENVERLUST. Dieses mal hat es mich leider getroffen, die OCR Software ist weg :-(

Aber aus der Not heraus ist eine neue OCR Software entstanden. Nachdem die alte mehr oder weniger 3 oder 4 mal verändert wurde und die alten Routinen doch sehr langsam waren, habe ich mit den Erkenntnissen, die ich mit der ersten Version gesammelt habe, eine zweite Version geschrieben. Die Software wollte ich mal kurz vorstellen.

Funktionsweise:
- Erst werden im Bild die zwei Stellen mit Zahlen (Speed und Alt) gesucht
- Dann werden die Ziffern aus den Zahlen herauskopiert, zentriert (und am Monitor angezeigt)
- Im letzten Schritt werden die Ziffern mit Vorlagen vergleichen. Eine Zahl wird als erkannt gezählt, wenn < 30 Pixel Abweichung herrscht zur Vorlage UND wenn die Abweichung in Pixeln zum nächstbesten Fund mindestens doppelt so schlecht ist.
- Zur Sicherheit wird jede gefunden Ziffer auf der Festplatte gespeichert. Damit kommen zwar einige 10.000 Dateien zusammen, aber man kann diese schnell überfliegen und kontrollieren.
- Als Referenz sind bei einem kurzen Video von ca. 12 Minuten nur 9 Referenzen pro Ziffer notwendig gewesen.

Was noch stört, ist daß die Software nicht von alleine weiter läuft, wenn eine Ziffer nicht gefunden wurde. Ich habe keine Datenbank programmiert, sondern jede Erkennung wird an die Zieldatei angehängt. Fehlt eine Ziffer, muss das Programm warten. Aber bei derzeit einem Start alle 2-3 Wochen ist das zu verkraften.
Ggf. bekommt die Software noch eine Verbesserung bei der Schwarz-Weiß-Bild Umrechnung. Denn die ist mal besser und mal schlechter. Zum einen müsste der Kontrast automatisch angepasst werden, da er im laufe des Videos sich häufig ändern, zum anderen ist der Hintergrund halbtransparent, was die Auswertung erschwert. Ggf. müsste man die Transparenz erst ein wenig zurück rechnen. Man sieht den Balken vom Livebild hinter den Ziffern häufiger mal in den Schwarz-Weiß-Zahlen.

So sieht die OCR Software jetzt aus:


Oben links geht es mit einer Minivorschau des aktuellen Bildes los.
daneben sind Testknöpfe um einzelne Funktionen (manuell) zu testen, gefolgt von den Kopien der im Bild gefunden Zahlen, lediglich die Farben wurden auf 2 Stück reduziert.

Da drunter sind alle gefundenen Ziffern aufgelistet. Die Anzeige dient nur zur Kontrolle, gerechnet wird Intern. Unter den Ziffern ist direkt das gefundene Ergebnis. Die jeweils aktuelle Zahl wird auch als Klartext mit Beschreibung angegeben. Im Bild wurde eine 4 mit 4 Pixeln Abweichung gefunden. Die nächstbeste Ziffer wäre eine 1 gewesen (1 und 4 sind sich ähnlich), aber mit 113 Pixeln Abweichung ist die 4 eindeutig.
Ganz unten ist ein Zahlenfeld auf dem ich nicht erkannte Zahlen schnell mit der Maus anklicken kann. Sollte SpaceX die Schriftart ändern, ist das also kein Problem.
Ganz rechts wird das Ergebnis für die Grafiken angezeigt, welches ich dann Copy-Paste herausschneiden kann.

Wo ich noch unsicher bin: Derzeit Prüfe ich nicht jede gefunden Ziffer mit jeder Vorlage. Das würde länger dauern. Sondern ich breche die Prüfung ab, sobald die Zahl sicher genug erkannt wurde (<30 Pixel abweichung zur Vorlage und die nächste Ziffer muss 2 mal schlechter sein). Im Moment liege ich damit bei 100% Trefferquote. Hoffentlich bleibt das so.

Ein wenig gesucht habe ich einen "Bug". In den Daten war aufeinmal die Zahl 10,, also 10 mit zwei Kommastellen, statt einer 100 enthalten. Da ich das SES9 Video verwende, welches ich schon zig mal ausgewertet hatte, habe ich den Bug erst in der Software gesucht. Aber der BUG liegt bei SpaceX. Hier das Beweisfoto:



Vorher ist es nie aufgefallen, da ich nur 1 Bild pro Sekunde auswerte. Das reicht zum Erstellen der Kurven aus. Aber heute habe ich die Auswertung nicht mit dem Start/Abheben Synchronisiert und somit andere Bilder ausgewertet als sonst. Diese Zahl wird von SpaceX 0,1 Sekunden lange gemeldet. Ich hoffe mal, daß es nur ein Fehler im TV-Bild ist und kein Fehler in der Falcon9-Software welcher bis zum TV-Bild weiter gereicht wurde.

Chapeau !

Ich bin gerade dabei die neue OCR Software mit den Daten von CRS-8 zu testen. Dabei kam mal wieder ein schönes Bild zum Vorschein:

In Groß sieht es wie eine 6 aus, in klein wie eine 3:

Die Daten von Eutelsat und ABS sind ausgewertet. Die neue OCR Software hilft beim auslesen der Zahlen aus dem Video. Leider gab es von der Wiederzündung keine Daten, die wurden erst eingeblendet, als das Triebwerk schon wieder aus war.

Man sieht einen unterschied beim MaxQ. Hier ist der Schub viel länger gedrosselt als sonst. Entweder ist es ein anderes Flugprofil gewesen, oder ein Triebwerk hatte Schluckauf. Auch die Brennzeiten sind etwas anders/länger, was auf ein andere Flugprofil hinweist.



Rohdaten:






MaxQ:



Beschleunigungen:








Gewichte:






Geschwindigkeiten:




Flugwinkel:


Flugstrecken:





Triebwerke:



Temperaturen:



Schub:

Zentripetalkraft sollte gleich Gravitationskraft sein. Eventuell musst du noch die Erddrehung berücksichtigen, dadurch erhöht sich die horizontale Geschwindigkeit um ein paar 100 m/s.

Da drüber habe ich auch schon mehrfach nachgedacht. Ich war für mich zu dem Ergebnis gekommen, daß nach dem Abschalten der Triebwerke eine ballistische Flugbahn erreicht wurde, war mir aber nicht sicher ob das angehen könnte...

Aber ich werde das ganze mit in die Rechnungen einfließen lassen. Jedoch nicht mehr Heute Abend

"Wiegt" man dann am Äquator eigentlich weniger als am Nordpol, weil man hier von der Rotation nach außen gedrückt wird?

Da drüber habe ich auch schon mehrfach nachgedacht. Ich war für mich zu dem Ergebnis gekommen, daß nach dem Abschalten der Triebwerke eine ballistische Flugbahn erreicht wurde, war mir aber nicht sicher ob das angehen könnte...
[...]

Du müsstest die Rotationsgeschwindigkeit der Erde wohl schon vor dem Start einfliessen lassen, denn tatsächlich rauscht die Rakete ja auch schon am Launchpad stehend mit den erwähnten paar 100 m/s um den Erdmittelpunkt, und dieser Bezugspunkt zählt doch, nicht das Tempo relativ zum sich bewegenden Startplatz auf der Erdoberfläche.

[...]
"Wiegt" man dann am Äquator eigentlich weniger als am Nordpol, weil man hier von der Rotation nach außen gedrückt wird?

Ja

g = 9,81 m/s^2, das ist aber nur ein Mittelwert, tatsächlich schwankt das aufrund der Rotation von den Polen zum Äquator von 9,83 m/s^2 bis 9,79 m/s^2. Es liegt aber noch an anderen Punkten warum g nicht überall gleich ist, z.B. die Abblattung an den Polen.

Interessant finde ich, daß man das mit dem "Am Pol weniger wiegen" noch nie im TV gesehen hat. Die fangen sonst jede Kleinigkeit, auf und machen (übertrieben) nen Sendungsfüllenden Bericht draus. Aber davon nicht

Voraussichtlich am Wochenende werde ich dazu kommen, die Formeln zu ändern. Der Einfachheit halber werde ich so tun, als flöge man immer über Äquator. Ich denke, die dadurch entstehende Abweichung sollte deutlich kleiner sein, als andere Abweichungen durch Schätzungen der Stufengewichte z.B.

Danke für den Tipp. Da habe ich absolut nicht dran gedacht.

Verzeiht mir falls ich falsch liege, aber ich finde dein Graph mit Zentripedalkraft der 2. Stufe gegen der Erdanziehungskraft in der entsprechenden Höhe ist korrekt (tolle Arbeit übrigens, das ist der spannendste und aufschlussreichste Thread hier - bist du Analyst in einer Versicherung oder so?    )

Die 2. Stufe schaltet bei Eutelsat/ABS ca. nach 553s den ersten Brennvorgang ab. Die Stufe befindet sich nicht in einem kreisförmigen Orbit, sondern einem stark elliptischen. Vermutlich liegt das Perigäum sogar innerhalb der Atmosphäre (oder darunter), erst der zweite Brennvorgang bringt die 2. Stufe in den GTO.

Beide jedoch sind keine kreisförmigen Orbits, und meines Erachtens ist nur bei diesen die Zentripedalkraft gleich der Erdanziehungskraft.

Zur Bestätigung wäre ein entsprechender Graph von einem der ISS Versorgungsflüge hilfreich.

@Ingo: Ich hatte das mit der "Perigäum innerhalb der Atmosphäre" für mich auch als Lösung zurecht gelegt. Aber ich werde den Graphen ändern und dann sieht man, was dabei heraus kommt. Zeitlich wird es frühestens am Wochenende was, vorher ist mir das zu stressig, die Woche ist viel los.

Graphen von der ISS habe ich schon in Arbeit. Aber hier hat meine Formel zur Berechnung der Triebwerksanzahl versagt, weil das ein ganz anderes Flugprofil ist. Aber die werden auf jeden Fall folgen.

Analyst bei einer Versicherung - Der Job würde mir sogar echt gefallen. Immer neue Zahlen, nie Routine. Das hätte echt was. Aber nein, die Zahlen sind nur mein Hobby, habe nen alltäglichen Bürojob. Danke auch für das Lob. So etwas freut mich immer riesig :-)

Mein langfristiges Ziel ist es, alle Starts von SpaceX auszuwerten. Auch die älteren, langsam rückwärts Stück für Stück. Dafür muss aber so viel wie möglich automatisch laufen. Die OCR-Software läuft relativ gut jetzt, sie hatte bei dem letzten Start eine Trefferquote von 100%, benötigt aber gelegentlich Hilfe. Aber lieber fragt sie bevor sie Fehler macht. Das Runter laden der Videos ist mit langsamen DSL halt so eine Qual

Verzeiht mir falls ich falsch liege, aber ich finde dein Graph mit Zentripedalkraft der 2. Stufe gegen der Erdanziehungskraft in der entsprechenden Höhe ist korrekt (tolle Arbeit übrigens, das ist der spannendste und aufschlussreichste Thread hier - bist du Analyst in einer Versicherung oder so?    )

Die 2. Stufe schaltet bei Eutelsat/ABS ca. nach 553s den ersten Brennvorgang ab. Die Stufe befindet sich nicht in einem kreisförmigen Orbit, sondern einem stark elliptischen. Vermutlich liegt das Perigäum sogar innerhalb der Atmosphäre (oder darunter), erst der zweite Brennvorgang bringt die 2. Stufe in den GTO.

Beide jedoch sind keine kreisförmigen Orbits, und meines Erachtens ist nur bei diesen die Zentripedalkraft gleich der Erdanziehungskraft.

Zur Bestätigung wäre ein entsprechender Graph von einem der ISS Versorgungsflüge hilfreich.

Das glaube ich nicht. Der Beschleunigungsunterschied ist ca. 0.5 m/s^2 in der Grafik. Die Stufe coastet für 20 Minuten, das sind 1200 Sekunden. Die wäre da schon lange wieder unten bis zur Wiederzündung.

Kleine Rechnung:
Weg = 0.5 * Beschleunigung * Zeit^2 = 0.5 * 0.5 * 1200^2=360 km. In der Zeit bis zur Wiederzündung stürzt die Stufe 360 km runter, wenn das stimmen würde. Die Flughöhe ist nur 165 km bei Brennschluss der zweiten Stufe.

[...]
Beide jedoch sind keine kreisförmigen Orbits, und meines Erachtens ist nur bei diesen die Zentripedalkraft gleich der Erdanziehungskraft.
[...]

Ich glaube das ist falsch. Wenn die beiden Kräfte nicht gleich groß wären in einem elliptischen Orbit gäbe es dort dann ja auch keine Schwerelosigkeit? Die Mondfahrer hatten aber z.B. Schwerelosigkeit auf dem Weg zum Mond, was ja im Prinzip auch nur ein hochelliptischer Erdorbit ist.

 

Zitat von: lngo am 16. Juni 2016, 20:17:41

[...]
Beide jedoch sind keine kreisförmigen Orbits, und meines Erachtens ist nur bei diesen die Zentripedalkraft gleich der Erdanziehungskraft.
[...]

Ich glaube das ist falsch. Wenn die beiden Kräfte nicht gleich groß wären in einem elliptischen Orbit gäbe es dort dann ja auch keine Schwerelosigkeit? Die Mondfahrer hatten aber z.B. Schwerelosigkeit auf dem Weg zum Mond, was ja im Prinzip auch nur ein hochelliptischer Erdorbit ist.

 

Nein der Unterschied ist die Beschleunigung, die der Körper erfährt. Der kann trotzdem schwerelos sein.

Einfaches Beispiel: Absturz im Fahrstuhl, Zentripetalkraft Null, Gravitation vorhanden, trotzdem schwerelos.

@ Tobi genau, Schwerelosigkeit bedeutet noch keinen Orbit, wie Elon frozelnd Jeff Bezos in einem Tweet erklärt hat - sehr lesenswerte Artikelreihe übrigens:
https://what-if.xkcd.com/58/

Ist die Summer aller Kräfte Null (sprich Zentripedalkraft gleich Gravitation ohne Berücksichtigung weiterer Kräfte) behält ein  Körper sein Momentum => z.B. Kreisorbit mit konstanter Geschwindigkeit.

Ein elliptischer Orbit pendelt jedoch, im Perigäum niedrig aber schnell, im Apegäum hoch aber langsam. Trotzdem schwerelos.
Ein stabiler Orbit ist lediglich einer dessen Perigäum ausreichend weit oberhalb der Atmosphäre ist.

Warten wir auf die CRS Graphen. FAlls meine Vermutung stimmt, ist die Fluganalyse der Wahnsinn :-)

Ich fange gerade an die Daten vom letzten Flug von jedem Bild auszulesen. Die alte OCR-Software wäre dazu nicht in der Lage gewesen, die neue ist so viel schneller, daß ich es versuche. Dauert zwar einige Stunden, aber das geht schon. Dafür sind dann die Daten wesentlich genauer.

Die ersten Daten habe ich in OpenOfficeCalc analysiert, speziell in Bezug auf notwendige Rohdatenglättung.

Dabei ist folge Kurve entstanden. Sie zeigt die Beschleunigung der ersten Stufe. Deutlich zu erkennen sind die Schwankungen in der Triebwerkspower. Das Screenshot belegt: Die Datenauswertung im 1/30 Sekundentakt ist deutlich besser.