Recientemente, uno puede ver cada vez más a menudo lanzamientos de globos meteorológicos de látex para aficionados, que tienen como carga una caja aislada con una cámara, un faro GPS y una fuente de alimentación. El vuelo de tales dispositivos generalmente se limita a 2-3 horas, durante las cuales el dispositivo llega a la estratosfera y aterriza a 80-100 kilómetros del sitio de lanzamiento.
Preparándonos para lanzar nuestro estratostato a la deriva
¿Puede un globo estratosférico volar más tiempo, más lejos y más estable? Si puede. Los estratostatos de las categorías de presión cero y súper presión vienen al rescate. Elegimos Zero-Pressure como nuestra primera experiencia, como Esta tecnología está probada y es bastante simple.
Tecnología de vuelo
La esencia de esta tecnología es mantener una presión "cero" dentro de la envoltura de gas, mientras que las envolturas de superpresión se desvían debido a un exceso de presión de gas. A medida que subes, el gas se expande. Cuando se alcanza la presión máxima, el globo meteorológico explota y la envoltura de presión cero descarga el exceso de presión y permanece a la deriva en las corrientes de chorro hasta el atardecer. Cuando se pone el sol, el aire comienza a enfriarse y el aparato disminuye. Para vuelos que duran más de 1-2 días, se necesita una reserva de lastre, que compensa la pérdida de gas de elevación (helio, hidrógeno).
Imagen de perfiles de vuelo de estratostatos de presión cero y superpresión
Concha
Para el primer lanzamiento, hicimos una cáscara en forma de calabaza con un volumen de 170m3, una altura de 5 metros y un diámetro de 8 metros. Forma de calabaza, como Distribuye de manera óptima la presión dentro de la carcasa. No requerimos gran capacidad de elevación y altitud desde el primer vuelo, la tarea consistía en obtener información sobre el momento de lograr una flotabilidad neutral y la deriva del dispositivo para aumentar aún más la duración de los vuelos y el volumen de los proyectiles (la presión cero vuela de 2 a 55 días).
Modelo de cáscara de calabaza de ocho segmentos
Parte técnica
Las tareas del globo estratosférico se dividieron en dos etapas:
- El primer paso (retornable): una plataforma modular con paracaídas
- Segunda etapa (deriva): carcasa de presión cero con una radiosonda
Plataforma modular con tableta receptora de telemetría
Primera etapa, plataforma modular.
La plataforma de la primera etapa es un marco de aluminio que, además de su función principal (fijación del módulo), forma parte del sistema de antena y un radiador para el transmisor de video Lawmate 1.2GHz y el amplificador de módem LoRa de 433MHz con 1 y 2 vatios de potencia.
Cuenta con los siguientes canales de comunicación:
- LoRa 433MHz, transmisión de telemetría
- Lawmate 1.2GHz, transmisión de video con OSD
- Información de ubicación de GlobalStar
- GSM, telemetría
- Balizas de búsqueda de 433 / 868MHz, busque el dispositivo en el área de aterrizaje por nivel de señal
El controlador de vuelo que recolecta y controla relés de potencia y transistores se basa en el AtMega2560. Para ayudar al controlador de vuelo, se creó un módem LoRa-GSM en el AtMega328p, que recoge la telemetría de la PC y la transfiere al suelo.
El video se graba en 2 GoPro Hero 4 Black blindados con una vista del horizonte y Yi 2k con una vista de la carcasa de gas.
La fuente de alimentación son 2 baterías NiMH 12v 4500mah y LiPo 11.1v 2000mah.
Segunda etapa, radiosonda
La radiosonda de la segunda etapa realiza una función muy importante: desacoplar las etapas. Sin desacoplar, la carga útil volará a China, Mongolia o Corea del Norte, lo que ciertamente no necesitamos.
Para realizar esta tarea, la radiosonda determina el momento de logro de la flotabilidad neutra (deriva), después de lo cual espera 30 minutos y hace el desacoplamiento.
Además de esta tarea, si tiene suerte con la cobertura celular, la sonda de radio se comunica a través de GSM y transmite los datos grabados en la memoria en forma de una ruta de vuelo, perfiles de cambio de temperatura y carga de la batería.
La fuente de alimentación es una batería LiPo 11.1v con una capacidad de 3800mah.
Carga útil
Como se trata de una prueba, no pudimos lanzar una carga comercial, pero también sería un error dejar el lanzamiento sin una carga útil. El programa de lanzamiento de ADA por el Ministerio de Defensa de Rusia finalizó en 2013 y, desde Era el único cliente de ADS en DKBA, ya que en ese momento no había lanzamientos de ADA en Rusia y la CEI. Nuestra tarea, aunque indirecta, era llamar la atención sobre la ADA. A través de una encuesta en una de las comunidades espaciales de la red social "Vkontakte" determinamos la carga útil deseada, se convirtió en las siete con Rogozin.
Rogozin como carga útil de la primera etapa.
Lanzamiento
4 días antes del lanzamiento, presentamos un plan de vuelo a la Agencia Federal de Transporte Aéreo, después de lo cual el 2 de junio recibimos el permiso a las 06:00 de la mañana (el permiso se otorga el día del lanzamiento).
Los preparativos para el lanzamiento comenzaron desde el lugar del relleno de barrido de la carcasa y la instalación de una estación de retransmisión en el techo, una caja con equipo receptor en el suelo.
Llenado de carcasa de gas Stratostat
Estación de retransmisión (LoRa, Lawmate)
Estuche con equipo receptor
Se necesitaron casi cuatro cilindros de helio de 60 litros para llenar la cubierta, lo que proporcionó una fuerza de elevación de la cubierta de 13 kilogramos, que es suficiente para lanzar 9 kilogramos de carga con una velocidad de elevación de 2.5 m / s.
Repostaje de helio
Después de llenar el caparazón, comenzamos el lanzamiento del equipo y el montaje escalonado del aparato, ensamblamos el primer y el segundo escalón del globo estratosférico. La altura de la carcasa al inicio era de 10 metros, la altura total del aparato era de 20 metros.
Stratostat 10 segundos antes del lanzamiento
El buen clima tranquilo (con la excepción de la lluvia ligera) permitió que el estratostato se lanzara casi sin obstáculos.
El globo estratosférico se elevó a una velocidad de 2.5 m / s, después de 1 hora y 10 minutos, sopló el exceso de helio a la deriva 40 minutos, y luego desacopló la primera etapa. La primera etapa comenzó el aterrizaje en paracaídas a una velocidad de 4-5 m / s (que tomó 45 minutos), momento en el que la segunda etapa continuó subiendo, luego se desvió a altitudes de 18-20 km durante 10 horas y comenzó un descenso acelerado debido a la puesta del sol .
Infografía de un vuelo de estratostato
Perfil de altura de primera etapa
A pesar del clima nublado, LoRa se mostró muy bien al transmitir datos a una distancia de 120 kilómetros. La transmisión de video en equipos Lawmate de 1.2 GHz estaba disponible a una distancia de hasta 60 kilómetros, lo que también es bueno en climas como este. El faro GlobalStar funcionó de manera estable, transmitiendo información de ubicación cada 2.5 minutos.
Video de lanzamiento de máquina
La segunda etapa tuvo un poco de mala suerte con la cobertura celular; durante su vuelo, recibió cinco conexiones GSM. Se obtuvo información sobre la superación de una altitud de 18 kilómetros y el aterrizaje 16 horas después del lanzamiento.
Primer paso aterrizado
En general, la misión fue un éxito. La industria del globo estratosférico automático en Rusia comenzó su renacimiento a través de esfuerzos privados. Gradualmente, la duración de los vuelos aumentará, una semana y media o dos en las corrientes en chorro de la estratosfera es suficiente para volar alrededor del planeta.
Se planea un vuelo de 2-3 días con la prueba de AirMax, canales de comunicación de iridio. Probaremos el estratostato como un medio para organizar redes WISP con una cobertura de más de 150 kilómetros (verificaremos los modelos de proyecto Loon y AirBus).