Récemment, on voit de plus en plus souvent des lancements de ballons météo en latex amateur, qui ont pour charge utile un boîtier isolé avec une caméra, une balise GPS et une source d'alimentation. Le vol de tels appareils est généralement limité à 2 à 3 heures, pendant lesquelles l'appareil atteint la stratosphère et atterrit à 80-100 kilomètres du site de lancement.
Préparation du lancement de notre stratostat dérivant
Un ballon stratosphérique peut-il voler plus longtemps, plus loin et plus stable? Oui, c'est possible. Les stratostats des catégories Zero-Pressure et Super-Pressure viennent à la rescousse. Nous avons choisi Zero-Pressure comme première expérience, Cette technologie a fait ses preuves et est assez simple.
Technologie de vol
L'essence de cette technologie est de maintenir une pression «nulle» à l'intérieur de l'enveloppe de gaz, tandis que les enveloppes de super-pression dérivent en raison d'un excès de pression de gaz. Au fur et à mesure que vous montez, le gaz se dilate. Lorsque la pression de pointe est atteinte, le ballon météorologique éclate et l'enveloppe à pression nulle évacue la surpression et reste à dériver dans les courants du jet jusqu'au coucher du soleil. Lorsque le soleil se couche, l'air commence à se refroidir et l'appareil diminue. Pour les vols de plus de 1 à 2 jours, une réserve de ballast est nécessaire, elle compense la perte de portance gaz (hélium, hydrogène).
Image des profils de vol des stratostats à pression nulle et à super pression
Coquille
Pour le premier lancement, nous avons réalisé une coque en forme de citrouille d'un volume de 170m3, d'une hauteur de 5 mètres et d'un diamètre de 8 mètres. Forme de citrouille, comme il répartit de manière optimale la pression à l'intérieur de la coque. Nous n'avions pas besoin de capacités de levage lourdes et d'altitude dès le premier vol, la tâche consistait à obtenir des informations sur le moment d'atteindre la flottabilité neutre et la dérive de l'appareil afin d'augmenter encore la durée des vols et le volume des obus (vols sous pression de 2 à 55 jours).
Modèle de coquille de citrouille à huit segments
Partie technique
Les tâches du ballon stratosphérique ont été divisées en deux étapes:
- Premier étage (consigné) - plateforme modulaire avec parachute
- Deuxième étage (dérive) - Enveloppe à pression nulle avec une radiosonde
Plateforme modulaire avec tablette de réception de télémétrie
Première étape, plate-forme modulaire
La plate-forme du premier étage est un cadre en aluminium qui, en plus de sa fonction principale (fixation du module), fait partie du système d'antenne et d'un radiateur pour l'émetteur vidéo Lawmate 1,2 GHz et l'amplificateur de modem LoRa 433 MHz avec 1 et 2 watts de puissance.
Il dispose des canaux de communication suivants:
- LoRa 433 MHz, transmission par télémétrie
- Lawmate 1,2 GHz, streaming vidéo avec OSD
- Informations sur l'emplacement de GlobalStar
- GSM, télémétrie
- Balises de recherche 433/868 MHz, recherche de l'appareil dans la zone d'atterrissage par niveau de signal
Le contrôleur de vol qui collecte et contrôle les relais de puissance et les transistors est basé sur l'AtMega2560. Pour aider le contrôleur de vol, un modem LoRa-GSM a été fabriqué sur l'AtMega328p, qui collecte la télémétrie à partir du PC et la transfère au sol.
La vidéo est enregistrée sur 2 GoPro Hero 4 Black blindés avec vue sur l'horizon et Yi 2k avec vue sur la coque à gaz.
La source d'alimentation est 2 batteries NiMH 12v 4500mah et LiPo 11.1v 2000mah.
Deuxième étage, radiosonde
La radiosonde du deuxième étage remplit une fonction très importante - le désarrimage des étages. Sans désamarrage, la charge utile volera vers la Chine, la Mongolie ou la Corée du Nord, dont nous n'avons certainement pas besoin.
Pour accomplir cette tâche, la radiosonde détermine le moment de réalisation de la flottabilité neutre (dérive), après quoi elle attend 30 minutes et effectue le désamarrage.
En plus de cette tâche, si vous avez de la chance avec la couverture cellulaire, la sonde radio communique via GSM et transmet les données enregistrées dans la mémoire sous la forme d'une trajectoire de vol, de profils de changement de température et de charge de la batterie.
La source d'alimentation est une batterie LiPo 11.1v d'une capacité de 3800 mah.
Charge utile
Puisqu'il s'agit d'un test, nous n'avons pas pu lancer une charge utile commerciale, mais il serait également faux de quitter le lancement sans charge utile. L'ADA lance un programme du ministère russe de la Défense qui a pris fin en 2013 et, depuis c'était le seul client de l'ADS à DKBA, car il n'y avait pas eu de lancements d'ADA en Russie et dans la CEI. Notre tâche, quoique indirecte, était d'attirer l'attention sur l'ADA. Grâce à une enquête dans l'une des communautés spatiales du réseau social "Vkontakte", nous avons déterminé la charge utile souhaitée, il est devenu le sept avec Rogozin.
Rogozin comme charge utile de la première étape
Lancement
4 jours avant le lancement, nous avons soumis un plan de vol à la Federal Air Transport Agency, après quoi le 2 juin nous avons reçu l'autorisation à 06h00 du matin (l'autorisation est donnée le jour du lancement).
Les préparatifs du lancement ont commencé à partir du lieu du balayage de la coque et de l'installation d'une station relais sur le toit, une caisse avec équipement de réception au sol.
Remplissage de la coquille de gaz Stratostat
Station relais (LoRa, Lawmate)
Mallette avec équipement de réception
Il a fallu près de quatre cylindres d'hélium de 60 litres pour remplir la coque, ce qui a fourni une force de levage de 13 kilogrammes, ce qui est suffisant pour lancer 9 kilogrammes de cargaison avec une vitesse de levage de 2,5 m / s.
Ravitaillement en hélium
Après avoir rempli la coque, nous avons commencé le lancement de l'équipement et l'assemblage par étapes de l'appareil, assemblé les première et deuxième étapes du ballon stratosphérique. La hauteur de l'obus au départ était de 10 mètres, la hauteur totale de l'appareil était de 20 mètres.
Stratostat 10 secondes avant le lancement
Le beau temps calme (à l'exception des pluies légères) a permis de lancer le stratostat presque sans entrave.
Le ballon stratosphérique s'est élevé à une vitesse de 2,5 m / s, après 1 heure 10 minutes, il a soufflé l'excès d'hélium dérivé pendant 40 minutes, puis a désamarré le premier étage. La première étape a commencé à atterrir en parachute à une vitesse de 4 à 5 m / s (ce qui a pris 45 minutes), date à laquelle la deuxième étape a continué de grimper, puis a dérivé à des altitudes de 18 à 20 km pendant 10 heures et a commencé une baisse accélérée en raison du coucher du soleil. .
Infographie d'un vol de stratostat
Profil de hauteur du premier étage
Malgré le temps nuageux, LoRa s'est très bien montré en transmettant des données à une distance de 120 kilomètres. La diffusion vidéo sur l'équipement Lawmate 1,2 GHz était disponible à une distance pouvant aller jusqu'à 60 kilomètres, ce qui est également bon par temps comme celui-ci. Le phare GlobalStar fonctionnait de manière stable, transmettant des informations de localisation toutes les 2,5 minutes.
Vidéo de lancement de la machine
La deuxième étape a été un peu malchanceuse avec la couverture cellulaire; pendant son vol, elle a reçu cinq connexions GSM. Des informations ont été obtenues sur le franchissement d'une altitude de 18 kilomètres et l'atterrissage 16 heures après le lancement.
Première étape
En général, la mission a été un succès. L'industrie des ballons stratosphériques automatiques en Russie a commencé son essor par des efforts privés. Progressivement, la durée des vols augmentera, une semaine et demie à deux semaines dans les courants-jets de la stratosphère suffit pour survoler la planète.
Un vol de 2-3 jours est prévu avec test d'AirMax, des canaux de communication iridium. Nous allons tester le stratostat comme moyen d’organiser des réseaux WISP avec une couverture de plus de 150 kilomètres (nous vérifierons les modèles Loon et AirBus du projet).