head

Проект "Аэрапогляд": запуск нашего стратосферного зонда

Снимок Земли с высоты 34 км с борта зонда "Аэрапогляд" -- хорошо видна синеватая дымка атмосферы, постепенно переходящая в абсолютную черноту космоса.
"Аэрапогляд" (в переводе с белорусского – "Аэровзгляд") – название стратосферного зонда с цифровым фотоаппаратом на борту, первая реализация проекта "Zz" (от латинизации "Запуск зонда" – "Zapusk zonda") по запуску любительских стратосферных зондов астрономического клуба "Аш-Ню" при Минском планетарии, Беларусь.


Подготовка.

Идея подобного запуска появлись у нас весной 2010 года. Впечатлённые фотографиями других проектов (навйти которые очень просто – достаточно ввести в WEB-поисковике фразу "amateur stratospheric balloon launch"), нам захотелось осуществить свой собственный. И мы начали подготовку.
Основной проблемой было получение разрешения на запуск. Стратосферные зонды могут достигать высот более 30 км, в связи с чем есть опасность столкновения с ними самолётов и других воздушных судов. Кроме этого, не нужно забывать, что воздушное пространство контролируется войсками ПВО, которые могут зарегистрировать полёт неизвестного объекта и попросту сбить его. В разных странах существуют свои юридические моменты, регулирующие подобные запуски. В Западной Европе, в среднем, получение разрешения на подобные запуски занимает 1-2 недели. В Беларуси до нас любители никогда не запускали стратосферные зонды, и мы были первые, кто решился на такое, поэтому больше всего времени у нас отняло решение именно этой проблемы …
А в это время началась непосредственная подготовка к созданию зонда. Изначально в проекте приняло участие 9 членов нашего астрономического клуба "Аш-Ню" из трёх секций ("Космонавтика", "Радионаблюдения" и "Астрономия и компьютер"): Максим Бозбей, Геннадий Дрёмин, Зоя Кенько, Алеся Ковальская (нынешний (2010-2011 гг.) председатель астрономического клуба «Аш-Ню»), Максим Котов, Татьяна Лебедева, Виталий Мечинский, Владимир Повалишев и Алексей Ткаченко. Курирование запуском взяла на себя секция "Космонавтика". Для упрощения и повышения эффективности работы все участники проекта разделились на 5 "отделов":
  • ЮЗО (юридическо-закупочный отдел) – отвечал за решение вопросов согласования запуска с различными инстанциями, заказ и закупка нужного оборудования и т.д.
  • ОСЗ (отдел систем запуска) – занимался обслуживанием и тестами шаров, систем подвеса и крепления, вопросами наполнения шара гелием/водородом, оценкой грузоподъёмность шара, крепости подвесов, всей конструкции в сборе и ограничивал по этим параметрам все остальные отделы. Также этот отдел занимался вопросами моделирования полёта зонда.
  • ОСС (отдел систем спасения) – отвечал за создание и тестирование парашютной системы, её срабатывание и т.д.
  • ОБСЭ (отдел бортовых систем и электроники) – отвечал за выбор GPS/GSM-трекера, фотоаппарата, компоновку элементов полезной нагрузки, их размещение в контейнере, создание и тестирование контейнера для полезной нагрузки, согласование и тестирование работы всех узлов полезной нагрузки и т.д.
  • ОПО (отдел программного обеспечения) – отвечал за налаживание работы программного обеспечения (как в бортовом "железе", так и со стороны персонального компьютера).

Все отделы возглавлял Руководитель Запуска (РЗ) – в нашем случае это Владимир Повалишев. Такое разделение позволяло не отвлекаться участникам проекта на все вопросы сразу, а выполнять только свою часть работы. Конечно, такая идеальная структура иногда нарушалась, т.к. 9 человек – это не 100, и часто не хватало рук при проведении тех или иных тестов. Но в любом случае, такое разделение показало свою эффективность.
Для начала мы изучили опыт наших заграничных коллег – многие подобные проекты имеют подробное описание на WEB-сайтах. Большинство проектов сводилось к следующим канонам: зонд состоял из оболочки, наполняемой гелием или водородом ("шарик"), к которому на верёвке крепился парашют, стропы которого в свою очередь крепились к пенопластовой коробке с полезной нагрузкой. Полезная нагрузка включает фотоаппарат, GPS-трекер и остальное электронное оборудование.

Рис. 1. Общая структура зонда "Аэрапогляд".




Рис. 2. Подвес полезной нагрузки.



В нашем случае в качестве конечной полезной нагрузки выступали: цифровой фотоаппарат "Canon PowerShot A540", GPS-трекер "Wholesale TK102 Real-Time GPS GSM GPRS Spy Tracking Device Vehicle Car Tracker System" и система обогрева аккумулятора GPS-трекера.

Рис. 3. GPS-трекер "Xexun TK-102".



Для начала нужно было купить оболочку метеозондов нужной нам грузоподъёмности. Мы нашли такие – метеозонды 600 г. После этого встал вопрос с выбором GPS/GSM-трекера – устройства, которое определяет координаты и пересылает их посредством мобильной связи (в виде SMS-сообщений или по GPRS-соединению на WEB-сервер). Свой выбор остановили на TK102 – т.к. именно этот трекер использовали в двух подобных проектах зарубежные любители. Изучение отзывов на это устройство показало, что у него есть много подделок – пришлось связываться с производителем напрямую и заказывать у него.
Выбор цифрового фотоаппарата диктовался двумя условиями: лёгкость и возможность использования семейства прошивок CHDK, которые позволяли задавать гибкую конфигурацию сценария съёмки. К счастью, среди участников проекта нашёлся обладатель подходящего фотоаппарата – "Canon PowerShot A540".

Рис. 4. Оболочки метеозондов в упаковке.



Закупив самое труднодоступное и важное, мы приступили к тестам и созданию самого зонда. Члены ОСС сшили первый тестовый парашют, занялся написанием прошивки для фотоаппарата и WEB-сервиса логирования данных с трекера, а ОБСЭ – разработкой и тестами системы обогрева. Мы понимали, что большинство наших заграничных коллег не утруждает себя тестами, и запускает полезную нагрузку на «авось». Мы же решили идти длинной дорогой – через тесты и испытания, чтобы быть уверенными в успехе.


В преддверии запуска.

Тем временем процесс получения разрешения на запуск двигался, хоть и медленно. В конечном итоге, после трёх месяцев посещения разных инстанций, нам посоветовали связаться с метеорологами. Этот вариант оказался самым правильным. В настоящее время запуски метеозондов в Беларуси производятся в Бресте (юго-запад Беларуси) и в Гомеле (юго-восток). Моделирование показывало, что преобладающее направление дрейфа зонда будет с запада на восток (т.к. более верхние области атмосферы медленнее увлекаются вращением Земли), что нам полностью подходило в случае запуска из Бреста – зонд будет дрейфовать внутрь территории Беларуси. Сами брестские метеорологи приняли наш радушно, и определение даты запуска (когда ветер будет сносить зонд внутрь территории Беларуси, а не за границу) они взяли на себя. Единственно неудобство – запуск должен был состояться в будний день, а большинство участников – уже вчерашние студенты. Тем не менее, почти всем удалось отпроситься с работы и принять участие в запуске.
Запуск был назначен на 24 ноября, в 11ч30м UTC (по Всемирному времени). К этому времени мы провели множество тестов – определение скорости спуска коробки на парашюте, тесты работы новой прошивки фотоаппарата, работа GPS-трекера с WEB-сервером, испытания полезной нагрузки при низкой температуре и т.д. К вечеру 24 ноября ожидалось похолодание (днём было +7° С), и позже мы увидели, что день был выбран очень удачно – через четыре дня пошёл сильный снег, и температура упала до -15° С. Конечно, искать зонд в таких условиях было бы крайне трудно.
Время подъёма и спуска зонда определял вес полезной нагрузки. GPS/GSM-трекер весит 50 г с аккумулятором, фотоаппарат – 180 г без батареек. Проанализировав вопрос бортового питания, мы остановились на использовании литиевых батареек типа «AA» – как наиболее ёмких, лёгких и морозостойких элементах питания (на высотах 30 км температура за бортом около -60° С). Подогрев трекера запитывался от 4 литиевых батареек формата CR-2. Вместе с парашютом, подвесом, системой крепления строп, пенопластовой коробкой, буферными пластиковыми панелями (крепились на наружные стенки коробки как защита при ударе о землю при приземлении) и всей электроникой мы уложились в 550 г. Объектив фотоаппарата был направлен горизонтально в сторону. Всё необходимое было упаковано в коробки и ждало команды на выезд.


Запуск.

Во вторник, 23 ноября, нам позвонили метеорологи и сообщили, что запуск будет на следующий день. В течении нескольких часов мы окончательно урегулировали вопрос доставки участников и оборудования в Брест из Минска (города отстоят друг от друга на 350 км). Первая группа выехала на машине в 6ч20м GMT+2 утра и через 4 часа была в Бресте на метеостанции. Вторая группа приехала на поезде за час до запуска. Остальные участники, которые не смогли приехать раньше, присоединились к нам в три часа дня.
Самое нервное время – последние 30 минут перед стартом. Идёт последняя проверка всего оборудования, и очень важно не сделать ошибку из-за спешки. Избежать некоторых накладок нам не удалось, но всё же они не стали драматичными.

Рис. 5. Некоторые участники запуска на территории Брестской метеостанции (слева на параво): Владимир Повалишев, Дмитрий Кананович,
Максим Бозбей, Алеся Ковальская, Алексей Ткаченко, Олег Ажаев, Геннадий Дрёмин.



Запуск зонда был произведён в 11ч30м UTC. Расчётное время приземления зонда – 14ч25м UTC в 120 км от Бреста. Ещё одним осложняющим моментом было то, что зонд должен был приземляться в сумерках в неизвестном месте – пришлось взять с собой множество фонариков, надувную лодку (вероятность приводнения зонда была велика), альпинистское снаряжение (на случай снятия зонда с дерева в лесу). после запуска мы выехали на двух машинах в предполагаемый регион приземления. Курс прокладывали с использованием GPS-приёмника Garmin 35 HVS, подсоединённого к ПК – положение машины указывалось на картах местности в режиме реального времени.

Рис. 6. Подготовка зонда к запуску. Виталий Мечинский (слева), Максим Бозбей и Алеся Ковальская проводят монтаж оборудования зонда. На фотографии справа – общий вид зонда в полёте (выше – 30 м верёвки и шар).



Поиск зонда.

Около 14ч10м UTC зонд вышел на связь – с высоты около 1 км мы стали следить за спуском зонда. К нашему счастью, он приземлился в городе Белоозёрске, а не в озеро Белое или озеро Чёрное, которые находились совсем рядом. После этого мы начали пробираться к месту приземления зонда по асфальтированным и просёлочным дорогам. Менее чем через час мы были на месте.

Рис. 7. Прогноз траектории полёта зонда на дату запуска по данным сервиса http://habhub.org/predict. Запуск был в Бресте (слева), приземление – на Полесье, вблизи города Хомск. Реальное приземление зонда произошло на 20 км северо-западнее – в Белоозёрске.



Приехав на место, мы сразу определили, что зонд упал на территории частного дома. Таня Лебедева, наш минский координатор, прислала фотографию с сервиса maps.google.com с отметкой места приземления зонда. Вычислив участок, мы вошли во двор. Через несколько секунд мы увидели, что приземления, как такового, не было – зонд зацепился парашютом за карниз дома и повис вдоль стены. К нашему счастью хозяева дома оказались очень приветливыми и дали нам лестницу, чтобы мы сняли зонд. После этого наступили самые волнующие моменты всего проекта – извлечение фотоаппарата и просмотр того, что он наснимал. Снимков получилось порядка 500, значительная часть из которых была хорошего качества. К сожалению, в последний час при подготовке к запуску нами была сделана ошибка в настройках, из-за чего значение ISO стало автоматическим, вместо фиксированного ISO 80 – это привело к заметным шумам на фотографиях. Тем не менее, первый запуск можно считать очень удачным – подтверждение тому фотографии с высоты более 30 км.

Рис. 8. "Приземление" зонда на карниз частного дома.




Рис. 9. "Вскрытие" зонда после посадки. На фото Алеся Ковальская (слева), Виталий Мечинский, Зоя Кенько, Максим Бозбей.



Ждём продолжения.

В проекте приняло участие 13 человек – помимо 9 вышеупомянутых, к нам присоединились Дмитрий Кананович и Александр Микулич (директор Минского планетария) – они здорово нас выручили, т.к. были нашими водителями, а также Виктор Жук и Олег Ажаев – брестские любители астрономии.
В настоящее время мы начали подготовку к новому запуску – планируем оснастить зонд датчиками температуры, давления, и использовать не только фото-, но и видеокамеру. Предполагаемое время запуска – осень 2011 г. Как назовём зонд – пока не решили, но рабочее название -- проект "Yy".
А первый удачный опыт запуска нас сильно вдохновил – много людей работало вместе для достижения одной цели, которая полностью оправдала наши ожидания.
Ниже представлены примеры фотографий, полученных нашим стратосферным зондом.

Рис. 10. Брест с высоты 1,5 км.




Рис. 11. Фото с высоты 34 км - точки максимального подъёма зонда. Видна атмосфера Земли, постепенно переходящая в черноту космоса.




Рис. 12. Зонд спускается на парашюте. Над облаками светит заходящее солнце, а под ними -- хмурый ноябрьский вечер.


Lupus, 31.07.2011.
Хостинг предоставлен: hoster.by. Служба технической поддержки: .. Конкурс "Астротоп": http://www.astrotop.ru/