Balon stratosferyczny "Skowronek"

[grzezoch]

Kilka miesięcy temu zapowiadałem śmiało, że mogę wyprzedzić grupę "Heveliusa" w starcie balona stratosferycznego, ale zanim zacząłem pracę zmądrzałem odrobinę, poczyniłem oszczędności bo wówczas byłem spłukany. I dzisiaj już mniej śmiało acz optymistycznie ogłaszam, że projekt się zaczął. Kilka dni temu przygotowałem na własne potrzeby dokument zawierający cele i szkic planów. Częściowo go na ten czas zataję, a ujawnię jak już sprawdzę, że dam radę wszystko zrealizować.
Nazwa: "Skowronek".
Ekipa: ja.
Centrum dowodzenia: Białystok.

Strona WWW: http://www.grzela.org/skowronek

Cele (wybiórczo):

a) własne
- frajda;
- pokonanie barier i samomobilizacja;
- polecenie wysoko (nie znam rekordu Polski, jeśli nie za wysoko  chciałbym powalczyć o prymat);

b) techniczne
- konstrukcja układu elektronicznego pozwalającego na używanie ogniw słonecznych w warunkach zacienienia;
- kontrola możliwości zmniejszenia wagi ładunków balonowych przez zastosowanie ogniw słonecznych;
- opracowanie programowalnego układu elektronicznego zarządzania rejestracją audiowizualną przy użyciu kamerek AK162 (typu brelok);

c) cele zewnętrzne
- promocja regionu;
- wkład we wzrost dumy regionalnej i, być może, narodowej;
- popularyzacja aktywności indywidualnej;
- możliwość gromadzenia doświadczeń na cele potencjalnego wsparcia działań grup rakietowych (balon jako platforma startowa) oraz krajowego przemysłu kosmicznego (cholera wie do czego).

Kilka wyjaśnień do powyższych punktów.
Chęć polecenia wysoko oznacza pułap 39-40 km. Obliczenia wskazują, że przy skrajnie ryzykownej konstrukcji i bez redukcji zaplanowanego ładunku dałoby się wznieść na 42 km więc 40 km uważam za realną wysokość.
Promocja regionu to rozszerzenie naszego (Białystok) potencjału lotniczego. Mamy silny ośrodek baloniarstwa ciepłopowietrzowego, miasto reprezentowane jest też wśród rakietowców, coś tam na Polibudzie Białostockiej majstrują z łazikami a o baloniarzach stratosferycznych nie słyszałem.
Niestety start balonu ze względów na tendencje wiatrowe i położenie nadgraniczne będzie się musiał odbyć skądinąd. Na razie skłaniam się do startu gdzieś z linii Rypin-Mława ze względu na brak na wschód od tego obszaru korytarzy powietrznych, ale jeszcze przestudiuję dokładnie kierunki wiatrów i wtedy dopiero podejmę decyzję. Poza tym gdzież tam jeszcze do startu!?

Dlaczego ogniwa słoneczne miałyby pracować w warunkach zacienienia? Będą one zasilaniem awaryjnym i w przypadku spadnięcia gdzieś w las, kontroler po wyczerpaniu zapasów energii, a nie będzie jej zbyt dużo na pokładzie, wyłączy wszystko i użyje ogniw do doładowania telefonu lub jakiegoś jednego akumulatorka. Wówczas ponownie obudzi podsystemy. Poza tym taki układ może się przydać i w innych sytuacjach.

Co już wiem, że użyję:
- balon KCI 3000 (Kaymont) oraz KCI 1200. Mniejszy z balonów posłuży do wykonania lotu testowego bez utraty kontroli wzrokowej mającego na celu sprawdzenie niektórych systemów statku jak zachowanie na przekroczenie zadanej wysokości, odlecenie poza zadany obszar itp.
- dwa niezależne układy akwizycji danych GPS z niezależnymi nadajnikami GSM. Układ nadrzędny wyposażony w GPS "GARMIN GPS 18x LVC" oraz telefon Siemens. Układ pomocniczy z GPS GlobalSat EM-408 oraz OEMowy SIM900. Drugi z nich oprócz zwiększenia szansy na odzyskanie gondoli ma za zadanie przećwiczyć czy nada się do zastosowania na całej trasie. Jeśli tak, w przyszłości można by było używać płytki o wadze ok 100 g, która ma wszystko co trzeba do lotów. Dodając zasilanie i anteny da się zmieścić w 200g. Dla takiej wagi realny byłby pułap 44 km.
- baterie słoneczne (przypuszczam że 2 szt.);
- kamerki AK 162 (2 szt.) - będą wypatroszone i wmontowane na zaprojektowaną do tego celu płytkę drukowaną z procesorem, który będzie sterował wyzwalaniem zapisu. Układ powstanie też trochę z myślą o rakietowcach oraz o skrzynce pocztowej, bo chciałbym wiedzieć kto do niej zagląda i wkłada śmieci;
- 2 czujniki temperatury TC77-3.3MOA;
- baterie litowe Energizer, typu paluszki lub zamienniki w postaci kompletnych pakietów 3,6 V.

Zakłada się następujący sposób działania układów. Elektronika pokładowa będzie przed startem połączona jednym złączem do komputera (zasilanie). Wyjęcie złącza będzie oznaczało start lotu i przejęcie wszystkich funkcji nadzorczych. Zawsze będą wysyłane SMS-y. Ze złączem rzadziej, bez złącza częściej, z informacją o pozycji aktualnej, aktualnym czasie oraz najwyższym osiągniętym punkcie (wyznaczonym z GPSu i czujnika ciśnienia) i może innymi parametrami trudnymi do przewidzenia. SMSy będą wysyłane co 5 sekund, dopóki będzie zasięg sieci.
W czasie wznoszenia cały czas będą zapisywane aktualne pozycje w pamięci płytek sterujących. Z GPS i czujnika ciśnienia w jednej i tylko GPS w drugiej. Oprócz tego notowane będą także: temperatury wewnątrz gondoli (powietrze i procesor lub inny wydzielający ciepło układ), prąd wydawany przez baterie słoneczne, ciśnienie, aktualny czas (niekonieczne). Przechowywana będzie także osobno informacja o maksymalnej osiągniętej wysokości, dołączana do każdego SMSa.
Główny układ nadzorujący będzie pilnował:
- aby czas lotu nie trwał dłużej niż;
- aby statek nie oddalił się poza granice Polski;
- aby statek nie zawisł na jednej wysokości.

[kanarkusmaximus]

Brzmi bardzo enigmatycznie - czy można jakieś szczegóły poznać?

[Maquis]

Hmm, dość ogólnikowe i nieco znajome 


P.S.

Masz problem - chyba, że nie napisałeś tego przez przypadek.

Otóż jedynym systemem komunikacyjnym jaki widzę jest ten oparty o GSM, co oznacza, że w trakcie wnoszenia namiar stracisz po około 4-5 minutach i nie odzyskasz go przez jakieś 2-3 godziny do momentu, gdy znów wejdzie w zasięg BTSa (albo nie . Potrzebujesz jakiegoś systemu telemetrycznego.

Z ciekawości - panele słoneczne to wafle czy od razu na podkładzie? Od razu zalane czy dopiero do zrobienia? To chyba jest w ogóle jakaś gotowa "bateria" składająca się już z kilku ogniw i dająca przez to wyższe napięcie?

Jaki odcinacz (skoro komputer pilnujący odległości to jakiś musi być).

[grzezoch]

Hmm, dość ogólnikowe i nieco znajome 

Zdaję sobie sprawę, ale szczegółowość projektu jest znacznie większa niż zaprezentowana. Daj Bóg, żeby w następnym roku balon poleciał. Do tego czasu systematycznie będą powstawały kolejne podzespoły i prowadzone testy. Nie chcę już z grubej rury buńczucznie zapowiadać nie wiadomo czego a później się wycofywać. Wiem ile to pracy, zwłaszcza przy skromnej ekipie

Masz problem - chyba, że nie napisałeś tego przez przypadek.
Otóż jedynym systemem komunikacyjnym jaki widzę jest ten oparty o GSM, co oznacza, że w trakcie wnoszenia namiar stracisz po około 4-5 minutach i nie odzyskasz go przez jakieś 2-3 godziny do momentu, gdy znów wejdzie w zasięg BTSa (albo nie . Potrzebujesz jakiegoś systemu telemetrycznego.

Mam problem. Dlatego wzmocnione będą anteny GSMów żeby przedłużyć czas dostępu do sieci. Dlatego na pokładzie będzie Siemens, który ma złącze antenowe. Liczę się z tym, że logika pokładowa będzie miała nawet tylko kilka sekund podczas spadania w przypadku awarii, na połączenie z siecią i wysłanie SMSa z podstawowymi danymi.

Z ciekawości - panele słoneczne to wafle czy od razu na podkładzie? Od razu zalane czy dopiero do zrobienia? To chyba jest w ogóle jakaś gotowa "bateria" składająca się już z kilku ogniw i dająca przez to wyższe napięcie?
Jaki odcinacz (skoro komputer pilnujący odległości to jakiś musi być).

Bateria słoneczna to zestaw małych kawałków ogniw, umieszczonych na laminacie i zalanych żywicą. Konstrukcja na tyle wytrzymała, żeby nie bawić się w delikatność. Poza tym podaje się odporność na UV, co jest dość istotne.
Parametry sprzedawcy:
Moc Maksymalna: 1W, znamionowa 0.8W
Napięcie znamionowe: 5.5V
Prąd znamionowy: 125mA
Sprawność: 15%-17%
Wymiary: 118*63 mm grubość 2.5mm
Waga: 17g.
W rzeczywistości można spodziewać się prądu 70 mA w zwarciu na powierzchni Ziemi.
Odcinanie owieję enigmą. Wiem jak to brzmi - szalony wizjoner ogarnięty manią prześladowczą. A nie powiem, jedno rozwiązanie chcę opatentować i jest ono związane też z odcinaniem. Na pewno nikt nie czyha na mój pomysł, ale strzeżonego Pan Bóg strzeże. Zobaczę ile to kosztuje i jak tylko zdecyduję się i rozpocznie się proces patentowy wówczas więcej opowiem.

[Maquis]

Ten GSM nawet z większą anteną to będzie za mało, żeby funkcjonował przez cały lot.

[grzezoch]

Ten GSM nawet z większą anteną to będzie za mało, żeby funkcjonował przez cały lot.

Kto mówi o całym locie? Jeśli liczę na odzyskanie ładunku nie potrzebuję śledzić na bieżąco parametrów, co też przysposabia masy i kłopotów. Wystarczy, że w ostatnim odcinku opadania dostanę komplet informacji istotnych (ekstrema lotu) i aktualnych.

[kanarkusmaximus]

Przede wszystkim powodzenia!

Pytanie - start z Białegostoku? Czy nie oznacza to potencjalnych problemów dyplomatycznych z Białorusią?

PS. No tak... Nie doczytałem:

... z linii Rypin-Mława...

[Maquis]

Kto mówi o całym locie? Jeśli liczę na odzyskanie ładunku nie potrzebuję śledzić na bieżąco parametrów, co też przysposabia masy i kłopotów. Wystarczy, że w ostatnim odcinku opadania dostanę komplet informacji istotnych (ekstrema lotu) i aktualnych.

Hmm, kwestia gustu - ja osobiście wolałbym mieć telemetrię, żeby w razie czego móc wykluczyć niektóre przyczyny błędów w razie gdybyś nie usłyszał już sondy. No i jest jeszcze kwestia ścigania gondoli

[grzezoch]

Hmm, kwestia gustu - ja osobiście wolałbym mieć telemetrię, żeby w razie czego móc wykluczyć niektóre przyczyny błędów w razie gdybyś nie usłyszał już sondy. No i jest jeszcze kwestia ścigania gondoli

Kwestia kompromisów. Coś za coś. Też bym wolał telemetrię ale jej nie będzie
Tak się właśnie zastanawiam a'propos przygody Heveliusa - w którym momencie miał za zadanie zadziałać GSM czy też GPS z funkcją SMS? Był pod kontrolą komputera pokładowego, czy miał właściwość typu "co minutę poślij coś"?

[Maquis]

Kwestia kompromisów. Coś za coś. Też bym wolał telemetrię ale jej nie będzie
Tak się właśnie zastanawiam a'propos przygody Heveliusa - w którym momencie miał za zadanie zadziałać GSM czy też GPS z funkcją SMS? Był pod kontrolą komputera pokładowego, czy miał właściwość typu "co minutę poślij coś"?

Miał wysyłać co minutę informację o lokalizacji od momentu wykrycia sieci po zejściu na odpowiednią wysokość. Był niezależnym urządzeniem.

[grzezoch]

W tygodniu przyszedł moduł GSM i trochę komponentów elektronicznych. Podczas luźnej rozmowy ze znajomą nie-z-branży gdy zapytała "to co ciekawego powiesz?" i odpowiedziałem z głupia frant "kupiłem kondensatory tantalowe" sugerując, że są bardzo dobre odpowiedziała ze słyszalnym w głosie zastanowieniem "jak są takie dobre to i ja se może kupię"
Tantalowe bo mogą pracować już od -55 st. C chociaż jak czytam opisy innych lotów to wewnątrz gondoli zazwyczaj temperatura nie spada poniżej -20 st. C a u niektórych oscylowała nawet koło zera.

Doszedłem też do wniosku, że gdyby temperatura baterii spadała poniżej pewnego progu, którego jeszcze nie wyliczyłem opłaca się wcześniej użyć jej energii do podgrzania jej samej bo zużyta energia zabezpieczy przed spadkiem pojemności boleśniejszym w skutkach niż wydatek prądu. Może zrobię jakiś monitoring albo z góry założę, że przy określonej temperaturze na zewnątrz dogrzewać niektóre elementy niewielkimi porcjami energii bez sprawdzania ich temperatury.

Dołączam przy okazji zdjęcie Garmina. Ma dwa rodzaje mocowania - 4 magnesy, które dla zmniejszenia wagi zapewne wydłubię oraz gwint, na oko M4. Właśnie go sobie z ciekawości podłączyłem do komputera po kilku miesiącach leżakowania i testuję przy jakiej ekspozycji na okno złapie pozycję, czyli wyciągam go powoli spod biurka. No i niestety złapał dopiero po przesunięciu tuż pod okno ale jak już złapał i wrócił pod biurko to se tam leży, "widzi" 4-6 satelit i utrzymuje przez większość czasu tryb 3D (czyli z wysokością). Jeśli na chwilę przejdzie do 2D to po kilkunastu sekundach podnosi się.

Na pierwszy ogień projektancki pójdzie kontroler pomocniczy oraz regulator do baterii słonecznych. Do pierwszego zadania czekam jeszcze tylko na GPSa.

Mam też pytanie do technicznych. Jakich czujników ciśnienia używacie na te wysokości?

[Maquis]

Chcesz podgrzewać baterię litową, która prawie nie traci pojemności przy niskich temperaturach?

[grzezoch]

Chcesz podgrzewać baterię litową, która prawie nie traci pojemności przy niskich temperaturach?

Jakie "prawie"? Przy jak "niskich"? Oczywiście, że traci. Gdyby miała "ostygnąć" do -40 st. C to już zdecydowanie lepiej połowę jej energii wpompować w samopodgrzewanie.
U mnie raczej będą takie zabiegi robione na bateriach zasilających kamerki, bo te znajdą się blisko "powierzchni", co prawda za plastikowym oknem ale nic po drodze nie będzie, okna będą pojedyncze. Ale nie spodziewam się nawet po elektronice, która cała jest orientalnie azjatycka, że ładnie zniesie wychłodzenie więc na wszelki wypadek nie zaszkodzi dodać parę rezystorów-grzałek na płytkę sterującą.
Poza tym będę miał darmową energię z paneli słonecznych i jej część będzie można zmarnotrawić.

[grzezoch]

Teraz dopiero przeczytałem opis systemów w Heveliusie 2 i daję słowo, że nie zrzynałem Częściowo się powtarzamy ale taki jest chyba naturalny tor działań, że podobnie się o pewnych sprawach myśli i planuje.

[kanarkusmaximus]

Teraz dopiero przeczytałem opis systemów w Heveliusie 2 i daję słowo, że nie zrzynałem Częściowo się powtarzamy ale taki jest chyba naturalny tor działań, że podobnie się o pewnych sprawach myśli i planuje.

Jeśli robisz coś podobnego to tym lepiej dla nas wszystkich - większa szansa na porównanie systemów i ewentualne wychwycenie jakiś błędów.