Запуск зонда своими руками

Запуск самодельного шар-зонда в стратосферу

Проект, осуществляемый школьниками клуба YES^TM при поддержке ФМЛ №239 и кафедры «Теоретическая Механика».

Thanks for spending time on the computer (wrgitni) so others don’t have to.

Содержание

Кураторы [ править ]

Первый запуск [ править ]

Участники [ править ]

• Богданова Анна (руководитель проекта)
• Богданова Ольга (организация и видеосъемка шар-зонда)
• Верховых Михаил (программирование GPS-трекера)
• Григорьев Валентин (программирование GPS-трекера и аналитические расчеты)
• Лапко Данила (конструирование коробки для оборудования и системы посадки)
• Урамер Антон (программирование фотоаппарата)
• Чугреев Всеволод (связь с метеостанциями и другими проектными группами)

Подготовка [ править ]

Оборудование [ править ]

1. фотоаппарат Canon PowerShot A710 IS (б/у, 1900 руб.);
2. GPS-трекер TK-102 (новый, 4200 руб.);
3. 40л гелия в баллоне (3800 руб. + 6000 руб. в виде залоговой стоимости, которую вернут после сдачи баллона);
4. шар диаметром 2.5м в надутом состоянии — sharik.spb.ru (1550 руб.);
5. пенопласт, веревка, утеплитель, парашютная ткань (400 руб.).

Итого: 10750 руб.

Фотоаппарат после покупки был перепрограммирован с помощью CHDK

Что было учтено в ходе подготовки [ править ]

• на коробку с оборудованием были нанесены контактные телефоны по которым могут позвонить люди, нашедшие оборудование после приземления;
• коробка была герметичной на случай приземления оборудования в воду (озеро, лужа, водоем, залив. );
• фотокамера и трекер были утеплены (камера фольгой и синтепоном, трекер только синтепоном, т.к. фольга изолировала бы его от GPS-спутников и GSM-сети)
• шар крепился крепился к верхней точки парашюта, таким образом когда шар лопнет — парашют автоматически раскроется (сам парашют и коробка под оборудование были протестированы)

Запуск [ править ]

Запуск шар-зонда был произведен 18.05.11 (ср) в 15:25 от ФМЛ №239. GPS-трекер начал отсылать координаты оборудования, но вскоре после запуска прекратил это делать, т.к. вылетел из зоны приема GSM-сети (координаты отправлялись посредством sms). После запуска прошло три с половиной часа томительного ожидания, прежде чем GPS-трекер вновь начал передавать координаты оборудования. Оказалось, что шар-зонд пролетев около 200 км приземлился в лесу вблизи Тихвина!

Поиски [ править ]

На следующий после запуска день Игорь Асонов при поддержке его друга, Бориса Карканова, отправились на поиски оборудования. Доехав от Санкт-Петербурга до деревни Борки и пройдя примерно 4км по болотистому лесу шар-зонд был найден! Он висел на высокой сосне, которую пришлось срубить. Предварительный осмотр оборудования показал, что оно находится в целости и сохранности. Непредвиденным фактором в ходе поисковой операции спасения оказалось чрезмерное количество клещей (с каждого участника операции было снято в районе 10ти клещей).

Использовавшееся в ходе поисковой операции оборудование:

• Opel Astra;
• два смартфона (с 3G-интернетом, GPS и компасами);
• топор.

Результаты [ править ]

1. Данный проект был представлен на международной конференции школьников Сахаровские Чтения 2011, где удостоился специального диплома «за масштабный эксперимент».
2. Были получены фотографии из атмосферы и стратосферы:

Источник

ближний космос аэрокосмическая лаборатория

Запуски в стратосферу

Космос — это не так уж далеко. Всего лишь один час пути на машине, если ваша машина может ехать вверх.

Несколько лет назад мы поняли, что технический прогресс, решающий разные бытовые задачи, незаметно приближает нас к космосу. Противоугонные GPS-маяки, цифровые камеры, литиевые аккумуляторы и интернет-магазины сделали возможным для пары любителей то, чем раньше занимались целые институты. Так мы решили осуществить запуск своего первого стратостата. Это было похоже на собственную маленькую космическую программу. Мы, конечно, с самого детства знаем, что живем на Земле, что она круглая и что защищает нас от космоса тоненькая прослойка атмосферы. Но никакой учебник или фильм не подтвердит это так бескомпромиссно, как собственная видеокамера, которая только что побывала в космосе!

После первого запуска, поволновавшись за улетающий стратостат, поплутав на джипах в поисках места приземления и ахнув при виде фотографий, мы начали ставить эксперименты. Строили разные платформы, варьировали нагрузку и запускали счетчики, датчики, все свои любимые фото- и видеокамеры… Пытались «поймать» в кадр метеоры в стратосфере… Теряли зонды навсегда… и потом находили — ночью, в глухом зимнем лесу, среди следов лосей и медведей. В итоге, мы наткнулись на множество подводных камней но определили наилучшие конфигурации полетов для разных целей. Важным и очень непростым делом было получение официальных разрешений на запуски. Это дело растянулось на несколько месяцев. В итоге, нам удалось согласовать свою деятельность с ФСБ, Генеральным Штабом, центром управления воздушным движением и окружающими аэродромами.

По нашим постам о запусках нас заметили рекламщики. С ними мы запускали в стратосферу то наручные часы, претендующие на работу в любых условиях, то устраивали стратосферные соревнования тёмного и светлого пива. Удивительно, но многие производители мечтают когда-нибудь отправить свой продукт в космос. И пока занять даже небольшое место на борту космического корабля практически невозможно, «слетать» в ближний космос (это и есть слой атмосферы на высоте от 20 до 100 километров) вполне реально на стратостате. А для нас такие рекламные запуски стали отличной возможностью испытать новое оборудование и схемы полётов.

Испытания работоспособности часов Vostok Europe Lunokhod при пониженном давлении, сильной солнечной радиации и температуре -50°С

Вскоре к нам обратились и ученые. Причина похожая: эксперименты на стратостатах в условиях космодрома требовали от нескольких месяцев до нескольких лет на согласование, а мы организовывали подобный проект всего за пару недель. Сегодня мы участвуем во всемирных конференциях и конгрессах по космической тематике и готовим совместные доклады и научные статьи с различными специалистами.

Съёмка метеора в стратосфере

Одним из самых смелых на сегодняшний день стал запуск стратостата над олимпийскими объектами в Сочи за несколько дней до начала Игр. Взлетев над Адлером, зонд пролетел ровно над Красной Поляной и приземлился в 180 км от места запуска, преодолев Главный Кавказский хребет.

Недавно мы начали проект «Космос детям». Это попытка показать молодому поколению как прекрасен окружающий мир и земля, показать, что космос это нужное и интересное направление, и то что и в их жизни возможны довольно масштабные вещи требующие не так уж много затраченных сил.

Что дальше? У нас в планах множество разных экспериментальных, научных и познавательных запусков. И нам постоянно не хватает рук, голов и денег для осуществления наших идей. Присоединяйтесь к нашей команде, и вы сможете взяться за любую из актуальных и интересных вам задач. Даже если вы ничего не понимаете в технике но горите желанием поучаствовать в нашей маленькой космической программе, мы обязательно найдём вам интересное задание.

Источник

Как согласовать полёт зонда в стратосферу (с чем мы столкнёмся на практике при запуске)

12 апреля мы собираемся запустить стратосферный зонд с небольшим сервером, откуда на CDN внизу будет передаваться наша страница. Входящий канал — низкоорбитальные спутники связи, исходящий — радиопоток на частотах любительского диапазона (телеметрия и управление) и Wi-Fi (видео и данные).

Проблема с запуском в том, что это неуправляемый летательный аппарат. В смысле, это просто шар с гелием, к которому прицеплено несколько килограммов железа. И это важно, потому что это железо может стукнуться о чей-нибудь самолёт или упасть на чью-нибудь территорию. Муниципалитетам, например, не очень нравится, когда на территорию его объектов такое падает. Заповедникам тоже. А Росатому уж вообще очень не нравится.

На борту будет камера, то есть это получится аэрофотосъёмка. Разрешение на неё надо получать у Федеральной службы безопасности.

Это пиковый полёт, то есть мы поднимаемся до рабочей высоты, быстро выполняем миссию и спускаемся на посадку. Зонд обычно уносит на 100-150 километров от точки старта по направлению ветра, дующего на высоте от земли до 30 километров. Выше 20 км как правило пропадает турбулентность, да и плотность воздуха там в 100 раз меньше (на съёмке видно характерную границу атмосферы), поэтому полёт там становится более плавным. Лететь мы можем хоть до Владивостока, но чем больше траектория тем сложнее получить официальное согласование полёта, что заставляет нас максимально сокращать полёт.

Вот так выглядит этот полёт, 99% всей атмосферы Земли находятся уже ниже нашей стратосферной платформы:

Первое, что мы делаем — это ищем место, где 150 километров полёта в «примерно том» направлении по ветру будет проще всего согласовать. Для этого нужно зайти на сайт fpln.ru (он, кстати, работает на OpenStreetMap) и ищем себе место, где потребуется минимум согласований:

Как правило, это означает, что надо выбраться подальше от Москвы — выйти за пределы зон аэропортов, разных военных объектов и вообще плотной застройки. Хочется стартовать не из города (это уменьшит согласования) и уж точно приземляться в поле или хотя бы в лес по той же причине. Ещё хорошо было бы, чтобы в точке приземления не было ничего такого, что заставит нас искать зонд с полезной нагрузкой больше 5-6 часов.

Если это ваши первые согласования, то готовьтесь к очень долгому квесту с официальными документами. Некоторые согласования спокойно могут отнимать до пары месяцев. Мы для уменьшения рисков делаем следующее:

1. На самые долгие согласования (точки старта, пролёты над большими областями) даём довольно большой район и несколько точек старта. Если ветер неожиданно поменяется от предполагаемого, то можно будет сменить точку старта. Например, если он поменялся на 20 градусов — можно будет отойти на другой старт и сделать так, чтобы посадка была там же, где мы планировали изначально. С точками старта договориться легче всего. В нашей истории мы будем запускаться с поля вне муниципальной территории, поэтому просто договоримся с владельцем.
2. Закладываем резервные даты запуска, конечно.

План полёта неуправляемого аппарата до непосредственного вылета представляет собой сектор. С точки зрения логики согласований, аппарат может находиться в любой точке этого сектора в любой момент полёта, поэтому его выделяют исключительно под наш полёт на всё заявленное время…

Со всеми владельцами запретных зон на карте надо пройти процесс согласований. Например, если мы летим над заповедником – получить разрешение от них, если над упомянутым Росатомом – от них и так далее. Естественно, со всеми окружающими аэродромами тоже надо согласовать. Всех авиационных диспетчеров управляющих маршрутами полёта самолётов тоже нужно предупредить.

За 3-5 дней до старта появляется прогноз погоды и ветров, которому можно верить, и нужно начать согласовывать полёт в виде вилки траекторий. Это уже не зона широкими мазками с разными точками старта, а одна точка старта и угол разброса от ветра. Иногда это z-образные траектории, иногда круги или квадраты (зависит от конкретной погоды и плана). Но чаще всего именно точка старта и угол.

Пример составления заявки на запуск аэростатов и шаров — зондов

На этой стадии надо подать заявку в центр организации воздушного движения. По этой заявке разрешают или не разрешают использование воздушного пространства. Дальше они устанавливают тот или иной режим использования и вставляют в план. Это в том случае, если их ничего в согласованиях не смущает. Но в центре могут запросить дополнительные согласования с соседними областями, аэродромами, либо с генштабом.

Если всё нормально, то дают предварительное разрешение за трое суток до старта. В этот момент мы уже начинаем готовить свой мини-ЦУП. Вот примерно так он выглядит:

За час до старта нужно звонить и уточнять, всё ли хорошо. В этот момент план полёта для центра сравнивается с фактической погодой (ветром). Дальше возможно три варианта:

1. Погоду предсказали хорошо. Тогда мы просто летим.
2. Погода переменчивая, но в прогноз укладывается. Тогда мы должны передавать координаты зонда диспетчерам каждые несколько минут по радиосвязи по мере полёта.
3. Погода предсказана неверно. Полёт вообще запрещается или переносится на другое окно (если оно есть).

Кроме сюрпризов с погодой в день полёта могут случиться непредсказуемые явления вроде учений на каком-то военном аэродроме. Есть приоритет в использовании воздушного пространства. У нас зонд запускается от физлица, а физлицо имеет наинизший приоритет в сравнении с госзадачами, военными задачами, пассажирскими полётами и так далее. Если у военных учения, то центр может сказать: «Ну извини, вылетели три самолёта в твой квадрат, ничего не поделаешь». Периодически на запусках метеозондов случаются пересечения с летающей лабораторией космонавтов ИЛ-76, где они тренируются работать в невесомости. У них приоритет тоже предсказуемо выше. Надо ждать завершения их полёта.

Мы сами можем отцепить нагрузку от шара. Диспетчеры центра организации воздушного движения также могут потребовать этого в любой момент. Это значит, что мы отдаём команду на аппарат, там специальное устройство расцепляет карабин, и сам шар взмывает ввысь (где быстро лопается от давления), а нагрузка спускается вниз под парашютом. Это нужно на случай резкого изменения ветра и других происшествий, когда опасность движения шара в нерасчётной зоне гораздо выше опасности приземлиться в нерасчётном месте. Мы очень надеемся, что результатом полёта не станет что-то вроде «убили корову маршрутизатором».

Сам по себе шар опасности почти не представляет, он наполнен инертным не горючим гелием. А вот нагрузка тяжелее птицы и летит выше птицы, поэтому может оказаться неприятной помехой для самолётов, хотя пока нам не известно ни одного случая авиапроисшествий с участием шаров зондов. Естественно, мы стараемся провести траекторию над малонаселёнными районами, чтобы минимизировать возможные неприятности и при приземлении.

Наш старт скорее всего будет в районе Переславля-Залесского, там у нас согласования с ФСБ, военными, аэропортом, зональным центром и собственником стартового поля.

Точно ли мы запустимся ровно в день космонавтики? Нет.

Вот что может помешать:

— Плотная облачность
С запуском проблем не будет, но будут помехи по видеотрансляции, поскольку облака будут гасить сигнал (а мы ограничены по мощности и по свойствам передатчиков). Вероятность плотной облачности мы оцениваем примерно в 30%.

— Сильный ветер у земли
Это усложняет запуск. 2 из 100 запусков срываются из-за этого, либо же надо иметь запасные зонды на случай, если основной порвёт порывами ветра. Казуальная оценка — 20%.

— Осадки (дождь или снег)
Запуск во время дождя или снега может привести к изменению траектории полёта. Попадание дождя на электронику или на объективы камер может испортить оборудование или изображение. Оценка 20%.

— Внезапные учения или специальные полёты
В зависимости от графика работы ближайших аэродромов бывает, что разрешение на один день получить сложнее, чем на другой. Из-за этого иногда приходится переносить старт. Вероятность ниже 20% по опыту.

Что может случиться в полёте и при приземлении?

— Приземление в сложном месте
Шанс меньше 10% при текущем секторе. Но всё равно возможно приземление в труднодоступном месте, требующем более 1 суток для подбора оборудования. Нужно добраться до места приземления, забрать оборудование и скачать видеоматериалы с борта. Поэтому не ждите результатов сразу )

— «Выкуп» зонда
1 раз приходилось заплатить нашедшему чтобы он вернул оборудование. 2 раза отдавали бесплатно. Это происходит в случае приземления в зоне видимости посторонними людьми, когда они подбирают зонд раньше нас. Именно поэтому мы устраиваем охоту за зондом с призом на машинах – чтобы прямо по телеметрии его ловили ещё на спуске. Вероятность 3% по статистике 100 полётов.

— Потеря оборудования при приземлении в недоступном месте
Из 100 запущенных стратостатов 3 были потеряны в связи с приводнением или приземлением в место, откуда оборудование не смогло установить связь со спутником и передать свои координаты.
Для уменьшения такой вероятности мы стараемся обеспечить положительную плавучесть полезной нагрузки и дублируем системы связи.

— Проблемы с ёмкостью каналов связи
На день запуска в утверждённом месте может не оказаться достаточной скорости имеющихся каналов выхода в интернет. Это касается транспондерной ёмкости и трансляции видео из мини-ЦУПа до вас. На нашем стратостате мы используем два разных канала связи. На земле – всех доступных операторов мостом. Оценка риска — менее 10%.

— Пропадание канала связи с борта стратостата на землю
В связи с плохими погодными условиями или техническими неполадками связанными с суровыми условиями эксплуатации техники в стратосфере (температура до -70С) может прекратиться трансляция с борта стратостата на землю. В этом случае нам всем будет скучно, но такова жизнь. Оценка риска — менее 10%.

Так что мы не обещаем 100% шоу, но делаем всё, чтобы оно получилось. Главное — чтобы была погода. И с ней, вроде бы (тьфу-тьфу) пока всё в порядке по прогнозу, но вы же знаете как иногда ошибаются прогнозы :).

Приглашаем Хабражителей принять участие в нашем эксперименте и побороться за главный приз — поездку на Байконур.

Источник