Recentemente, pode-se ver com mais frequência lançamentos de balões climáticos amadores de látex, que têm como carga útil uma caixa isolada com uma câmera, um farol de GPS e uma fonte de energia. O voo desses dispositivos geralmente é limitado a 2-3 horas, durante as quais o dispositivo atinge a estratosfera e aterrissa de 80 a 100 quilômetros do local de lançamento.
Preparando-se para lançar nosso estratostato à deriva
Um balão estratosférico pode voar por mais tempo, mais longe e mais estável? Sim pode. Os estratostatos das categorias Pressão Zero e Super Pressão vêm em socorro. Escolhemos a Pressão Zero como nossa primeira experiência, pois Essa tecnologia é testada pelo tempo e bastante simples.
Tecnologia de voo
A essência desta tecnologia é manter uma pressão "zero" dentro do envelope de gás, enquanto os envelopes de Super-pressão flutuam devido a um excesso de pressão de gás. À medida que você sobe, o gás se expande. Quando o pico de pressão é atingido, o balão meteorológico explode e o envelope de pressão zero libera excesso de pressão e permanece à deriva nas correntes de jato até o pôr do sol. Quando o sol se põe, o ar começa a esfriar e o aparelho diminui. Para voos com duração superior a 1-2 dias, é necessária uma reserva de lastro, que compensa a perda de sustentação de gás (hélio, hidrogênio).
Imagem dos perfis de voo dos estratostatos de pressão zero e super pressão
Shell
Para o primeiro lançamento, fizemos uma concha em forma de abóbora com um volume de 170m3, uma altura de 5 metros e um diâmetro de 8 metros. Forma de abóbora, como distribui da melhor maneira a pressão dentro da concha. Não exigimos capacidade e altitude de elevação pesada desde o primeiro voo, a tarefa era obter informações sobre o momento de alcançar flutuabilidade neutra e a deriva do dispositivo, a fim de aumentar ainda mais a duração dos vôos e o volume de projéteis (a pressão zero voa de 2 para 55 dias).
Modelo de Casca de Abóbora com Oito Segmentos
Parte técnica
As tarefas do balão da estratosfera foram divididas em duas etapas:
- O primeiro passo (retornável) - uma plataforma modular com para-quedas
- Segunda etapa (drifting) - Invólucro de pressão zero com uma radiosonda
Plataforma modular com tablet receptor de telemetria
Primeira etapa, plataforma modular
A plataforma do primeiro estágio é uma estrutura de alumínio que, além de sua função principal (fixação do módulo), faz parte do sistema de antena e um radiador do transmissor de vídeo Lawmate 1.2GHz e amplificador de modem LoRa 433MHz com 1 e 2 watts de potência.
Possui os seguintes canais de comunicação:
- LoRa 433MHz, transmissão por telemetria
- Lawmate 1.2GHz, streaming de vídeo com OSD
- Informações de localização do GlobalStar
- GSM, telemetria
- Beacons de pesquisa de 433 / 868MHz, procure o dispositivo na área de pouso por nível de sinal
O controlador de vôo que coleta e controla relés de potência e transistores é baseado no AtMega2560. Para ajudar o controlador de vôo, um modem LoRa-GSM foi fabricado no AtMega328p, que coleta a telemetria do PC e a transfere para o solo.
O vídeo é gravado em 2 GoPro Hero 4 Black blindado com vista para o horizonte e Yi 2k com vista para a concha de gás.
A fonte de energia são 2 baterias NiMH 12v 4500mah e LiPo 11.1v 2000mah.
Segundo estágio, radiosonde
A radiossonda do segundo estágio desempenha uma função muito importante - desencaixe dos estágios. Sem desencaixar, a carga voará para a China, Mongólia ou Coréia do Norte, das quais certamente não precisamos.
Para realizar esta tarefa, a radiossonda determina o momento de obtenção da flutuabilidade neutra (deriva), após o que aguarda 30 minutos e desencaixa.
Além desta tarefa, se você tiver sorte com a cobertura celular, a sonda de rádio se comunica via GSM e transmite os dados gravados na memória na forma de uma trajetória de voo, perfis de mudança de temperatura e carga da bateria.
A fonte de energia é uma bateria LiPo 11.1v com capacidade de 3800mAh.
Carga útil
Como este é um teste, não foi possível lançar uma carga útil comercial, mas também seria errado deixar o lançamento sem uma carga útil. O ADA lança o programa do Ministério da Defesa da Rússia encerrado em 2013 e, desde era o único cliente no ADS em DKBA, desde então não havia lançamentos da ADA na Rússia e na CEI. Nossa tarefa, ainda que indireta, era chamar a atenção para a ADA. Por meio de uma pesquisa em uma das comunidades espaciais da rede social Vkontakte, determinamos a carga útil desejada, que se tornou a sete com Rogozin.
Rogozin como carga da primeira etapa
Lançamento
Quatro dias antes do lançamento, enviamos um plano de voo à Agência Federal de Transporte Aéreo, após o qual em 2 de junho recebemos permissão às 06:00 da manhã (a permissão é dada no dia do lançamento).
Os preparativos para o lançamento começaram a partir do local de varrimento da carcaça e da instalação de uma estação de retransmissão no teto, uma caixa com equipamentos de recebimento no solo.
Enchimento de reservatório de gás Stratostat
Estação de transmissão (LoRa, Lawmate)
Estojo com equipamento receptor
Foram necessários quase quatro cilindros de hélio de 60 litros para encher a carcaça, o que forneceu uma força de elevação de 13 kg, suficiente para lançar 9 kg de carga com uma velocidade de elevação de 2,5 m / s.
Reabastecimento de hélio
Após o preenchimento da carcaça, iniciamos o lançamento do equipamento e a montagem das etapas do aparelho, montamos a primeira e a segunda etapas do balão estratosférico. A altura da carcaça no início era de 10 metros, a altura total do aparelho era de 20 metros.
Stratostat 10 segundos antes do lançamento
O bom clima calmo (com exceção da chuva fraca) permitiu que o estratostato fosse lançado quase sem obstáculos.
O balão estratosférico subiu a uma velocidade de 2,5 m / s, após 1 hora e 10 minutos, desabafou o excesso de hélio, drifted 40 minutos e depois desencaixou o primeiro estágio. A primeira etapa começou o pouso de pára-quedas a uma velocidade de 4-5m / s (que levou 45 minutos), momento em que a segunda etapa continuou a subir, depois flutuou em altitudes de 18 a 20 km por 10 horas e começou um declínio acelerado devido ao pôr do sol .
Infografia de um voo stratostat
Perfil de altura do primeiro estágio
Apesar do tempo nublado, o LoRa mostrou-se muito bem transmitindo dados a uma distância de 120 quilômetros. A transmissão de vídeo em equipamentos Lawmate de 1,2 GHz estava disponível a uma distância de até 60 quilômetros, o que também é bom em clima como este. O farol da GlobalStar funcionava de maneira estável, transmitindo informações de localização a cada 2,5 minutos.
Vídeo de lançamento da máquina
A segunda etapa foi um pouco infeliz com a cobertura de celular; durante o voo, ele recebeu cinco conexões GSM. Foram obtidas informações sobre a superação de uma altitude de 18 quilômetros e o pouso 16 horas após o lançamento.
Primeiro passo desembarcado
Em geral, a missão foi um sucesso. A indústria automática de balões estratosféricos na Rússia iniciou seu renascimento através de esforços privados. Gradualmente, a duração dos vôos aumentará, de uma a duas semanas e meia nas correntes de jato da estratosfera é suficiente para voar ao redor do planeta.
Um vôo de 2 a 3 dias é planejado com o teste de AirMax, canais de comunicação de irídio. Testaremos o estratostato como um meio de organizar redes WISP com uma cobertura de mais de 150 quilômetros (verificaremos os modelos Loon e AirBus do projeto).