Як ми запускали метеозонд на Уралі
З чого все починалося
Майже рік тому наш хакспейс відвідав Олександр Ізгагін, глава місцевого планетарію, і запропонував разом запустити метеозонд. Приніс купу вже купленого устаткування, включаючи два балони. Залишилося тільки зібрати всі разом, визначитися з корисним навантаженням, добути гелій, і запустити апарат у небо.
Тоді ж була і сформульовано головну мету запуску - популяризація науки. Для цього передбачалося зібрати багато школярів на сам запуск. Влаштувати серед хлопців конкурс на краще дослідження, яке можна провести на борту зонда. Надіслати в стратосферу що-небудь пам'ятне.
З чого складається метеозонд
Перед тим як приступити до конструювання, ми ретельно вивчили «інтернети», і зокрема, досвід наших колег з Харкова. Дізналися як і з чого створити метеозонд, що називається, своїми руками. Так, ми з'ясували, що класична схема аматорського метеозонда складається з трьох основних частин:
Всі ці частини з'єднуються фалом - канатом з легкого, але міцного матеріалу. Відрізок від вантажу до парашута ми зробили довжиною близько 10 метрів. Відрізок від парашута до кулі - 5 метрів.
Балон і обв'язка
Метеозонди піднімаються в повітря за рахунок сили Архімеда, яка викидає кулю з легким газом в верхні виряджені шари атмосфери. В якості легкого газу зазвичай використовують водень або гелій. Перший дає більшу тягу, але в суміші з повітрям дуже вибухонебезпечний (пам'ятаємо Гінденбург). Другий є інертним газом, тому не горить, а й тягу дає меншу. Раз вже ми зібралися запускати зонд серед купи дітей, вибір припав на гелій.
Є дві найпоширеніші схеми кріплення парашута. У першій, фал від навантаження до кулі безперервний, а парашут з балансувальним кільцем як би відгалужується від фала, і вільно бовтається. У другій, фал ділиться на два відрізки, перший з яких чіпляється за центр балансування кільця, а другий за верхівку парашута. Ми вибрали другий варіант.
Балансувальне кільце намалювали в SketchUp, і роздрукували PLA пластиком на 3D-принтері. Парашут вирізали зі шматка брезенту 1х1м. Пришили до нього вісім строп, і виконали в центрі отвір. Всі краї, зрозуміло, обробили. Ось так виглядає складений парашут і кільце:
Ідея роботи такої схеми проста. Поки апарат злітає, парашут знаходиться в натягнутому стані, і служить частиною фала. Як тільки куля лопається, парашут втрачає натяг і починає розправлятися.
приладовий відсік
Спираючись на світовий досвід і наші забаганки, ми вирішили розмістити в літаючому кубі наступне обладнання:
1) GPS GSM трекер вітчизняної фірми X-Keeper. GPS-трекер - це пристрій, який кожні N хвилин відправляє через GSM мережу GPS координати свого місця розташування. У цьому конкретному пристрої стояли сімки двох наших найбільших операторів. Щоб трекер допоміг, ясен пень, спусковий апарат повинен впасти в зоні дії мережі одного з операторів.
2) Світлозвуковий маяк з автономним живленням. Через кілька годин після старту, цей пристрій починає тривожно вити і блимати яскравими світлодіодами. Це повинно було трохи спростити пошук, особливо в темний час. По суті, проста хустки на енергоефективні микроконтроллере MSP430.
3) HD камері SJ4000 на боці модуля судилося знімати краси нашої планети з захмарною висоти.
4) Камера в підлозі модуля і радіопередавач 500мВт 1.2ГГц призначалися для онлайн трансляції при зльоті.
5) Блок збору показників датчиків - такий собі логгер - ми встановили для вимірювання висоти польоту, температури, вологості. Крім цього, на борт апарату приклеїли невелику сонячну батарею, яку також підключили до Логгер.
6) LiPO акумулятор ємністю 2200 мАг і напругою 3S (11.1В) - для живлення всього цього неподобства.
7) Особливий вантаж - 12 ювілейних монет із зображенням Юрія Гагаріна, і жменьку всяких важливих речей, включаючи дитячу іграшку і іриску.
Більш докладно про обладнання зонда напишемо в наступній статті, а поки ось така схема того, що з чим пов'язано.
Сам модуль зібрали з теплоізоляційного матеріалу товщиною 30 мм. Екструдований пінополістирол, який продається в кожному будівельному магазині. Короб ретельно склеїли Uhu Por клеєм, і обернули армованим скотчем. Вийшла ось така коробка:
Вага метеозонда, включаючи сам куля, фал, парашут і приладовий відсік склав близько 2 кг. З огляду на, що куля ми планували наповнити 5 кубами гелію, зонд повинен був злетіти з пристойною швидкістю 5 м / с.
Фото обладнання зонда
Передавач для камери
HD камера SJ4000
Світло-звуковий маяк зібраний на швидку руку
Нижня онлайн камера була поміщена в надрукований на 3D-принтері корпус. Бронескло не стали ставити, щоб не провокувати появу роси.
наземне обладнання
Балон гелію придбали у місцевого постачальника технічних газів. У подібній же конторі, добули і редуктор для балона. Треба сказати, без редуктора накачати куля буде непросто. При відкручування вентиля на балоні газ попре дуже бадьоро, і можна буде легко порвати куля. Всі спостерігачі при цьому заллються веселим гномів сміхом.
Дозвіл за запуск
Як виявилося пізніше, питаннями запуску метеозондов займається служба з довгою назвою: зональний центр єдиної служби по організації повітряного руху (скорочено ЗЦ ЄС ОрВД). Там нас попросили написати офіційний запит на запуск метеозонда, із зазначенням льотних характеристик, а також точної дати і часу запуску. Далі, в день X, ми повинні були повідомити службу про нашу готовність, і повідомити розрахункові координати падіння зонда. Що ми і зробили, скориставшись сервісом прогнозу predict.habhub.org. Нарешті, після падіння апарату, слід було ще раз зателефонувати, і повідомити про завершення місії.
За 1 годину до старту
Отже, все готово до запуску метеозонда. Витягуємо обладнання на майданчик запуску, і починаємо підготовку.
Включаємо бортове харчування, і тим самим запускаємо HD-камеру за запис, а онлайн камеру на трансляцію. Олександр Кормільцев дорізала поролон, яким ми забили порожній простір приладового відсіку.
На телевізорі з'являється картинка з онлайн камери. Так що метеозонд тепер «бачить» 🙂
Запускаємо гелій в кулю. Редуктор у нас був слабенький, довелося викрутити його на всю котушку.
Навіть на максимумі пропускної здатності редуктора, довелося чекати близько півгодини поки куля і не наповниться до бажаного обсягу. Після того як куля придбав загрозливих розмірів, ми перемотали горло лейкопластиром, і прив'язали до нього кільце з фалом.
Останній крок - закриваємо кришку зонда. По суті, заклеює все тим же армованим скотчем.
Більше фото підготовки до запуску
Урочистий момент - завантаження монеток:
Початок закачування гелію в балон
За кілька секунд до старту починаємо потихеньку стравлювати фал вгору. Навколишні нас діти хором ведуть зворотний відлік, і зупинити їх вже не можна 🙂 Бортова HD-камера на всю працювала, так що на ній добре відображений цей хвилюючий момент.
Онлайн трансляція з борту
А це кілька скріншотів прямої трансляції.
Куля полетів, і нам залишалося тільки чекати перших GPS координат з трекера. В общем-то, ймовірність того, що зонд впаде в зоні дії мобільних оператором була вельми невисока. Все-таки, ми живемо на Уралі: ліс навколо.
Ми відкрили веб-інтерфейс трекера, і стали чекати наступних координат. Кожні 10 хвилин надходила оновлена інформація. Зонд неквапливо спускався на парашуті в район міста Ирбит. Нарешті, координати перестали змінюватися, і ми вирушили в дорогу. Всього було три машини і 11 осіб.
Взагалі, вже на карті було видно, що зонд лежить десь в поле. Чомусь я був упевнений, що поле є просто купу землі, максимум - скопати. Ну все ж садили / копали картоплю. Але не тут то було! Виявляється, я ніколи не бачив весняного удобрених поля. Світ вже не буде таким як раніше ...
Тут ми ще веселі, відразу після вивантаження. Смакуємо пошуки. Вгадайте, хто єдиний взяв з собою гумові чоботи? 🙂
А попереду бадьора пробіжка по безкрайньому полю.
Слідуючи по заповітним координатами, ми таки знайшли його! У най-най рідині, але знайшли!
Ще фото пошуків
Розбір польоту
Довга дорога додому зайняла ще три години з гаком. Нарешті, досягнувши до ночі нашого хакспейса, ми розкрили приладовий відсік.
Дістали пакетик з монетками і стратегічний контейнер з ірискою.
SD-картка з даними телеметрії. У ній то якраз і зберігається інформація про висоту польоту! Все дуже переживали, як високо зміг піднятися наш метеозонд.
Судячи з графіком, зонд піднявся майже на 19 кілометрів. Звичайно, якщо вірити дешевому барометра BMP180.
Хлопці з «Телепорт» оперативно скомпілювали фільм про наші пригоди:
Подяки
Захід пройшов вкрай успішно завдяки злагодженій роботі всіх організаторів і помічників. Так що хочеться сказати величезне спасибі всім задіяним організаціям:
- Мережі магазинів оптики «Чотири очі» і ініціатору польоту Олександру Ізгагіну;
- Студії телетрансляцій «Телепорт»;
- Інформаційному центру з атомної енергії.
Окрема подяка пошукової команді! Вийшло чудове подорож 🙂
Плани на майбутнє
- Запуск буде, швидше за все, вночі. Щоб зняти нічне місто і світанок.
- Будемо працювати над стабілізацією вантажу. Поставимо вертлюг на фал, і, можливо, стабілізуючий по азимуту пропелер.
- Спробуємо добути супутниковий трекер. Також закладемо в зонд вдосконалений GPS-трекер, який нам пообіцяли хлопці з X-Keeper (щоб вести більш точний трек з даними про висоту).
- Посилимо світло-звукову сигналізацію. Зокрема, продублюємо сирени. Додамо більше яскравих об'єктів на зонд.