А что вы знаете о погодных зондах?

Я вот тоже ничего особо не знал до недавнего времени.
А что же внутри и как все это работает?

Началось все с того, что я просматривал ебей на наличие старых телефонов сименс с5, это вроде нмт труба. Ее можно переделать на 70см и заставить работать как пейджинговую станцию. У нас тут популярны пейджеры любительские, хотя работает до сих пор одна контора. Ви таки будете смеяться, но этот вид связи не только не сдох, но и перешел на цифровой уровень с обратным каналом.
Но речь про зонды.
Так вот, накидывал я себе разных лотов из всяких радиостанций, чтобы за копейки купить и переделать на любительские диапазоны или хотя бы поковырять ради интереса.
И тут увидел эти самые зонды, 10 штук в коробке, новье с 1987 года.

Зонд ни разу не любительский. Собственность службы погоды германии.

Вот так оно выглядит. В мешочке с номером. Каждый калиброван. Работает на частоте 407мгц. Конкретно я настроил 404.090, выкрутив весь сердечник.


Внутри бумажка для нашедших эту штуку.
Этот зонд является собственностью службы погоды германии и служит для изучения погоды в верхних слоях...
Нашедшего просим отослать бесплатно по адресу... Не высылать остатки баллона, бумажки, деревяшки и провода.
Если зонд придет к нам целым, то в течении 6 недель нашедший получит 14 марок вознаграждение и 5 за упаковку.

Короче 14 марок в 87 году были очень неплохие деньги. Я помню в 98 можно было за 15 или 20 марок купить очень хорошие затычки для ушей.
Вобщем покупательская способность марки была очень высокой. При переходе на евры она упала в 2 раза.

Вот тут видно уже интересное нутро. Красный провод является антенной и подвесом для баллона.

Вид сзади. Вы сейчас подумали, что это какой-то датчик влажности. Я в первый раз очень осторожно открывал, чтобы ничего не сломать. Не зря же там предупреждали о вскрытии.

На самом деле это обычная консервная банка, где герметично хранится сам датчик влажности и селикагель. А для вскрытия банки в коробке идет открывашка, только я так и не понял, как ей открывал. Я ее погнул и открыл ножом.

Вот кишки внутри. Вон в те 2 проволочки вставляется датчик влажности. А справа такая херня белая на черной лапе - капелька терморезистора, ее не видно особо. Там еще колпачок, чтобы воздух не охлаждал датчик и подпорка уголком из бумаги, куда упирается пластина датчика влажности.
Собственно это и есть сам датчик влажности - пластинка из какого-то пластика вроде, на ней нанесен тонкий слой графита или подобного.
Бумажка вроде должна оборачивать пластину, но я так и не понял - как. Бумага намокает, пластина меняет сопротивление.

Ну и самое интересное - система сбора данных и передачи.
Все гениальное - просто, особенно если его делали расово правильные немцы.
На плате 3 контакта. Это ни разу не цифровой интерфейс, как я сначала подумал. Туда подключается точный вольтметрт. Нажимается переключатель и отверткой выставляют какое-то опорное напряжение.
Мелкасхема непонятная. Я нашел производителя, но писать не стал. Чего ради такой херни напрягать людей.
Из даташита на зонд я узнал, что там 2 генератора меандра и пилы. Один где-то 500гц, другой 1.5кгц. Все это смешивается и подается на резистор модуляции.

Передатчик состоит из генератора на кварце 121мгц с копейками. Как я понял, кварц возбуждается на 4й гармонике, она выделяется контуром и подается на усилитель. Можность не менее 20мвт
Вобщем датчики меняют сопротивление, меняется частота и дальше приемник уже выделяет 2 частоты и декодирует. Никакой цифры не надо, хотя про точность непонятно. Там довольно приличные колебания температур.

Вот так выглядит эта пластина.

Это был датчик древний. Если я не ошибаюсь, то такие еще начали запускать с 70х.
Сегодня тоже продолжают запускать зонды и да, да, там есть гпс модуль и цифровой канал.

Антенна гпс и антенна передатчика + держатель датчика влажности.
На ебее такая херня стоит уже 25 евров, а аукцион еще не закончился. Можете теперь догадываться о стоимости начинки.

Метеозо́нд , шар-зо́нд или баллон-зонд - беспилотный аэростат , предназначенный для изучения атмосферы. Состоит из резиновой или пластиковой оболочки, наполненной водородом или гелием, и подвешенного к ней контейнера с аппаратурой.

Приборы позволяют измерять давление воздуха, влажность, температуру и другие параметры. Замеры перемещения шара позволяют определять скорость ветра на разных высотах. Информация, как правило, передаётся по радио («радиозонд»). До внедрения радио на метеозондах устанавливали метеорографы, которые нужно было возвращать на землю. Если шар запускают только для измерения скорости ветра, то его называют «шар-пилот».

Высотные метеозонды могут достигать высоты 30-40 км. Рекорд высоты для метеозонда составляет 53,0 км (173 882 футов). Шар был запущен JAXA 25 мая 2002 года из префектуры Ивате, Япония. Часто метеозонды принимают за НЛО.

Напишите отзыв о статье "Метеозонд"

Ссылки

Отрывок, характеризующий Метеозонд

Пьер почти не изменился в своих внешних приемах. На вид он был точно таким же, каким он был прежде. Так же, как и прежде, он был рассеян и казался занятым не тем, что было перед глазами, а чем то своим, особенным. Разница между прежним и теперешним его состоянием состояла в том, что прежде, когда он забывал то, что было перед ним, то, что ему говорили, он, страдальчески сморщивши лоб, как будто пытался и не мог разглядеть чего то, далеко отстоящего от него. Теперь он так же забывал то, что ему говорили, и то, что было перед ним; но теперь с чуть заметной, как будто насмешливой, улыбкой он всматривался в то самое, что было перед ним, вслушивался в то, что ему говорили, хотя очевидно видел и слышал что то совсем другое. Прежде он казался хотя и добрым человеком, но несчастным; и потому невольно люди отдалялись от него. Теперь улыбка радости жизни постоянно играла около его рта, и в глазах его светилось участие к людям – вопрос: довольны ли они так же, как и он? И людям приятно было в его присутствии.

Запуск метеозонда в небо - есть старинная забава ученых и энтузиастов, со времен инцидента в Розуэлле (штат Нью-Мексико). Метеорологи запускают зонды для наблюдения за процессами в верхних слоях атмосферы. Кто-то запускает зонды в торнадо, чтобы узнать его структуру. Энтузиасты же, в основном, делают это для красивой картинки нашей родной планеты с высоты полета Фрэнсиса Гэри Пауэрса.

Наш хакспейс полон энтузиастов, и был лишь вопрос времени, когда мы проведем такое грандиозное мероприятие. Это время настало весной текущего года. Прохладным утром 11 апреля 2015-го, хакспейс MakeItLab вместе с сетью магазинов оптики «Четыре глаза» и несколькими другими организациями запустили метеозонд в «уральскую» стратосферу!

Надо сказать, мы решили сделать из запуска хорошее шоу, и организовали прямой видеолинк с зонда на большой телевизор. Куча школьников смогли наблюдать за собой сверху, с высоты полеты быстро удаляющегося воздушного аппарата. Было очень круто! Разумеется, на борту была и обычная action-камера, которая запечатлела красоты почти-космоса 🙂 Наконец, мы отсняли наш марш бросок на 200 км за упавшим зондом. Обо всем этом читайте/смотрите под катом.

С чего все начиналось

Почти год назад наш хакспейс посетил Александр Изгагин, глава местного планетария, и предложил вместе запустить метеозонд. Принес кучу уже купленного оборудования, включая два баллона. Осталось только собрать все вместе, определиться с полезной нагрузкой, добыть гелий, и запустить аппарат в небо.

Тогда же была и сформулирована главная цель запуска - популяризация науки. Для этого предполагалось собрать много школьников на сам запуск. Устроить среди ребят конкурс на лучшее исследование, которое можно провести на борту зонда. Отправить в стратосферу что-нибудь памятное.

Но, к сожалению, пока мы неторопливо готовились к запуску, незаметно подкрались холода и снег. Так что мероприятие было решено перенести на весну 2015-го. К тому же, весной есть еще и замечательный праздник - день космонавтики. Именно к этой дате мы и запланировали торжественный запуск. Осталось только закончить начатое!

Из чего состоит метеозонд

Перед тем как приступить к конструированию, мы тщательно изучили «интернеты», и в частности, опыт наших коллег из Санкт-Петербурга. Узнали как и из чего создать метеозонд, что называется, своими руками. Так, мы выяснили, что классическая схема любительского метеозонда состоит из трех основных частей:

  • баллон с гелием;

Все эти части соединяются фалом - канатом из легкого, но прочного материала. Отрезок от груза до парашюта мы сделали длиной около 10 метров. Отрезок от парашюта до шара - 5 метров.

Баллон и обвязка

Метеозонды поднимаются в воздух за счет архимедовой силы, выталкивающей шар с легким газом в верхние разряженные слои атмосферы. В качестве легкого газа обычно используют водород или гелий. Первый дает большую тягу, но в смеси с воздухом очень взрывоопасен (помним Гинденбург). Второй является инертным газом, посему не горит, но и тягу дает меньшую. Раз уж мы собрались запускать зонд среди кучи детей, выбор пал на гелий.

Мы использовали хлоропреновый шар, широко используемый в рекламных целях. Собственно и покупали мы его в соответствующей организации. Судя по спецификации, максимальный объем 8-футового шара составил 7.5 куб. метров. Максимальный рекомендуемый вес груза - 4.5кг. Вот так он выглядел в исходном состоянии. Как гигантский надувной шарик 🙂

Парашют

Есть две распространенные схемы крепления парашюта. В первой, фал от нагрузки до шара непрерывен, а парашют с балансировочным кольцом как бы ответвляется от фала, и свободно болтается. Во второй, фал делится на два отрезка, первый из которых цепляется за центр балансировочного кольца, а второй за верхушку парашюта. Мы выбрали второй вариант.

Балансировочное кольцо нарисовали в SketchUp, и распечатали PLA пластиком на 3D-принтере. Парашют вырезали из куска брезента 1х1м. Пришили к нему восемь строп, и проделали в центре отверстие. Все края, разумеется, обработали. Вот так выглядит сложенный парашют и кольцо:

Идея работы такой схемы проста. Пока аппарат взлетает, парашют находится в натянутом состоянии, и служит частью фала. Как только шар лопается, парашют теряет натяжение и начинает расправляться.

Приборный отсек

Опираясь на мировой опыт и наши хотелки, мы решили разместить в летающем кубе следующее оборудование:

1) GPS GSM трекер отечественной фирмы X-Keeper. GPS-трекер - это устройство, которое каждые N минут отправляет через GSM сеть GPS координаты своего местоположения. В этом конкретном устройстве стояли симки двух наших крупнейших операторов. Чтобы трекер помог, ясень пень, спускаемый аппарат должен упасть в зоне действия сети одного из операторов.

2) Светозвуковой маяк с автономным питанием. Спустя несколько часов после старта, это устройство начинает тревожно выть и мигать яркими светодиодами. Это должно было немного упростить поиск, особенно в темное время. По сути, простая платка на энергоэффективном микроконтроллере MSP430.

3) HD камере SJ4000 на боку модуля было суждено снимать красоты нашей планеты с заоблачной высоты.

4) Камера в полу модуля и радиопередатчик 500мВт 1.2ГГц предназначались для онлайн трансляции при взлете.

5) Блок сбора показаний датчиков - этакий логгер - мы установили для измерения высоты полета, температуры, влажности. Кроме этого, на борт аппарата приклеили небольшую солнечную батарею, которую также подключили к логгеру.

6) LiPO аккумулятор емкостью 2200 мАч и напряжением 3S (11.1В) - для питания всего этого безобразия.

7) Особый груз - 12 юбилейных монет с изображением Юрия Гагарина, и горстку всяких важных вещей, включая детскую игрушку и ириску.

Более подробно про оборудование зонда напишем в следующей статье, а пока вот такая схема того, что с чем связано.

Сам модуль собрали из теплоизоляционного материала толщиной 30 мм. Экструдированный пенополистирол, который продается в каждом строительном магазине. Короб тщательно склеили Uhu Por клеем, и обернули армированным скотчем. Получилась вот такая коробка:

Вес метеозонда, включая сам шар, фал, парашют и приборный отсек составил около 2кг. Учитывая, что шар мы планировали наполнить 5 кубами гелия, зонд должен был взлететь с приличной скоростью 5 м/с.

Фото оборудования зонда

GPS-трекер

FPV Камера

Передатчик для камеры

HD камера SJ4000

Свето-звуковой маяк собран на скорую руку

Нижняя онлайн камера была помещена в напечатанный на 3D-принтере корпус. Бронестекло не стали ставить, дабы не провоцировать появление росы.

Наземное оборудование

Для обеспечения трансляции видео с борта зонда использовали вот такой приемник и направленную антенну к нему. Кстати, благодаря этой антенне удалось снимать видео с расстояния в несколько километров.

Баллон гелия приобрели у местного поставщика технических газов. В подобной же конторе, добыли и редуктор для баллона. Надо сказать, без редуктора накачать шар будет непросто. При откручивании вентиля на баллоне газ попрет очень бодро, и можно будет легко порвать шар. Все наблюдатели при этом зальются веселым гномьим смехом.

Разрешение за запуск

Конечно, можно попробовать запустить метеозонд где-нибудь за городом без всякого на то разрешения. Но стоит только задуматься о том, что может натворить этот зонд в напряженном воздушном пространстве над современными городами, сразу становится не по себе. Чтобы сделать все правильно, мы заранее обеспокоились получением разрешения от компетентных служб. Началось все не очень. Полиция, ФСБ, МЧС, администрация - все открещивались от нашей просьбы, и перенаправляли друг на друга.

Как оказалось позже, вопросами запуска метеозондов занимается служба с длинным названием: зональный центр единой службы по организации воздушного движения (сокращенно ЗЦ ЕС ОрВД). Там нас попросили написать официальный запрос на запуск метеозонда, с указанием летных характеристик, а также точной даты и времени запуска. Далее, в день X, мы должны были уведомить службу о нашей готовности, и сообщить расчетные координаты падения зонда. Что мы и сделали, воспользовавшись сервисом прогноза predict.habhub.org . Наконец, после падения аппарата, следовало еще раз позвонить, и сообщить о завершении миссии.

За 1 час до старта

Итак, все готово к запуску метеозонда. Вытаскиваем оборудование на площадку запуска, и начинаем подготовку.

Включаем бортовое питания, и тем самым запускаем HD-камеру за запись, а онлайн камеру на трансляцию. Александр Кормильцев дорезает поролон, которым мы забили пустое пространство приборного отсека.

На телевизоре появляется картинка с онлайн камеры. Так что метеозонд теперь «видит» 🙂

Запускаем гелий в шар. Редуктор у нас был слабенький, пришлось выкрутить его на всю катушку.

Даже на максимуме пропускной способности редуктора, пришлось ждать около получаса пока шар не наполнится до желаемого объема. После того как шар приобрел угрожающие размеры, мы перемотали горло лейкопластырем, и привязали к нему кольцо с фалом.

Последний шаг - закрываем крышку зонда. По сути, заклеиваем все тем же армированным скотчем.

Больше фото подготовки к запуску

Торжественный момент - загрузка монеток:

Начало закачки гелия в баллон

Видео трансляция работает (левый нижний угол):

Старт

За несколько секунд до старта начинаем потихоньку стравливать фал вверх. Окружающие нас дети хором ведут обратный отсчет, и остановить их уже нельзя 🙂 Бортовая HD-камера во всю работала, так что на ней хорошо запечатлен этот волнительный момент.

Еще чуть-чуть!

Стремительный взлет!

Дети ликуют 🙂

Онлайн трансляция с борта

А это несколько скриншотов прямой трансляции.

После того, как шар поднялся на километр вверх (на вскидку), антенну видеоприемника пришлось нацеливать вручную:

Целиком видеотрансляция с момента отрыва от земли находится на ютубе: youtu.be/N5ZAYWiAtB0?t=3600

Еще фото

Поиск

Шар улетел, и нам оставалось только ждать первых GPS координат с трекера. В общем-то, вероятность того, что зонд упадет в зоне действия мобильных оператором была весьма невысокая. Всё-таки, мы живем на Урале: лес вокруг.

Но случилось то, что случилось. Спустя один час и 15 минут, на мой телефон пришла долгожданная SMS с координатами! Было ощущение, как будто мы получили первый сигнал с марсохода:) С этого момента, все стали морально готовиться к путешествию. Ведь координаты указывали на точку в 200 км от города, ядрен батон!

Мы открыли веб-интерфейс трекера, и стали ждать следующих координат. Каждые 10 минут поступала обновленная информация. Зонд неторопливо спускался на парашюте в район города Ирбит. Наконец, координаты перестали меняться, и мы выдвинулись в путь. Всего было три машины и 11 человек.

Десант притворяется. На самом деле всю дорогу пытались нащупать видеосигнал с передающей камеры 🙂

Вообще, уже на карте было видно, что зонд лежит где-то в поле. Почему-то я был уверен, что поле представляет собой просто кучу земли, максимум - вскопанной. Ну все же садили/копали картошку. Но не тут то было! Оказывается, я никогда не видел весеннего удобренного поля. Мир уже не будет таким как прежде…

Тут мы еще веселые, сразу после выгрузки. Предвкушаем поиски. Угадайте, кто единственный взял с собой резиновые сапоги? 🙂

А впереди бодрая пробежка по бескрайнему полю.

Следуя по заветным координатам, мы таки нашли его! В самой-самой жиже, но нашли!

Небольшой видеоролик с места падения

Коллективное фото

Еще фото поисков

Разбор полета

Долгая дорога домой заняла еще три часа с лишним. Наконец, достигнув к ночи нашего хакспейса, мы вскрыли приборный отсек.

Достали пакетик с монетками и стратегический контейнер с ириской.

SD-карточка с данными телеметрии. В ней то как раз и хранится информация о высоте полета! Все очень переживали, как высоко смог подняться наш метеозонд.

Судя по графику, зонд поднялся почти на 19 километров. Конечно, если верить дешевому барометру BMP180.

И, наверное, самая ожидаемая информация - видео с HD камеры.

32 гигабайтная флешка была целиком забита. Причем, первые 2 часа - это видео непосредственно взлета и посадки. Остальное - лежание на поле 🙂

Видео и фото полета

Ребята из «Телепорт» оперативно скомпилировали фильм о наших приключениях:

И записали полную трансляцию с онлайн камеры: www.youtube.com/watch?t=10&v=N5ZAYWiAtB0

Благодарности

Мероприятие прошло крайне успешно благодаря слаженной работе всех организаторов и помощников. Так что хочется сказать огромное спасибо всем задействованным организациям:

  • Сети магазинов оптики «Четыре глаза» и инициатору полета Александру Изгагину;
  • Студии телетрансляций «Телепорт»;
  • Информационному центру по атомной энергии.

Отдельная благодарность поисковой команде! Получилось замечательное путешествие 🙂

Планы на будущее

Уже в конце мая - начале июня мы планируем очередной запуск. И к этому мероприятию у нас уже есть некоторые идеи модернизации:

  1. Запуск будет, скорее всего, ночью. Дабы снять ночной город и рассвет.
  2. Будем работать над стабилизацией груза. Поставим вертлюг на фал, и, возможно, стабилизирующий по азимуту пропеллер.
  3. Попробуем добыть спутниковый трекер. Также заложим в зонд усовершенствованный GPS-трекер, который нам пообещали ребята из X-Keeper (чтобы вести более точный трек с данными о высоте).
  4. Усилим свето-звуковую сигнализацию. В частности, продублируем сирены. Добавим больше ярких объектов на зонд.

В этой статье пойдет речь о создании метеозонда, отличающегося от обычных его братьев. Несколько лет назад эта тема была очень популярна но, к сожалению, ее похоронили наряду с другими не менее интересными идеями. Сегодня же, я, Вам расскажу как мы видим этот проект своими глазами.

Начало, предыстория

На дворе стоял душный июльский вечер. Вместо того, чтобы идти куда-то, я, как обычно, сидел дома – залипал в хабр. Тут я увидел, что в скайп зашел мой друг, с которым мы уже очень давно не виделись (в прошлом вместе было пережито очень много интересного; впрочем, я отклонился от темы).

Мы, как обычно, разговорились, и затянулось это на несколько часов так точно. В ходе разговора и параллельного путешествия по всемирной паутине кто-то из нас попал на ютуб, а именно на маленький, завалявшийся среди тысяч других, но примечательный своим содержанием, ролик . На нем был запечатлен опыт американцев, запустивших на заполненном гелием шаре айфон с включенной камерой и GPS"ом. Проект нас очень вдохновил! Активно занявшись поиском информации, мы обнаружили, что подобными опытами занималось множество людей по всему миру. Встал логичный вопрос: а чем мы хуже?

Идея зародилась почти год назад. Было составлено ТЗ (общение через Skype – на тот момент мы были в разных городах). Но, как нередко бывает со многими хорошими идеями, наш проект был заброшен до лучших времен. В немалой степени его реализация откладывалась из-за дорогостоимости многих компонентов (а денег на то время было недостаточно) и отсутствия времени, а также места, где можно было бы заняться реализацией. И вот теперь настало время воплотить идею в жизнь. На самом деле, решающим фактором стало существенное улучшение финансового положения моего товарища, что и дало толчок к дальнейшему развитию событий. В ходе нового обсуждения были пересмотрены задачи и желаемый функционал устройства, и в результате переписано ТЗ.

Единственное, что нас не устраивало в большинстве подобных устройств (а теперь и отличает наше от них) – то, что они недолговечны: после запуска они проводили в атмосфере весьма небольшое время. Обычный сценарий их “ жизни” после запуска не отличался особым разнообразием: после старта они поднимались до определенной высоты (25-40 км - в зависимости от материала шара и наполненности его газом) и там лопались вследствие большой разницы давлений внутри и вне шара, после чего на парашюте спускались обратно; весь полет, таким образом, занимал не больше суток (в лучшем случае; типичное время полета - до двух часов). Мы решили обойти данную проблему и существенно продлить время нахождения устройства в атмосфере планеты (подробности ниже).

Существенный прогресс наступил, когда к работе подключился еще один наш товарищ, который подал множество новых, свежих идей по реализации проекта.

Устройству было дано название “Бендер”.
По конструкции оно мало чем отличается от обычного метеозонда. Разница же между метеозондом и Бендером в основном заключается в их задачах. Первый несет на себе некоторое количество датчиков, снимающих показания о состоянии атмосферы во время полета и, таким образом, дающий возможность получить сведения, необходимые, например, для составления прогнозов погоды. Задача же второго – снимать с большой высоты землю, атмосферу и всё остальное, что попадется по пути. Все (или почти все – в зависимости от качества связи) полученные данные должны потом передаваться на сервер.

Техническое описание

За основу (можно сказать “мозг”) Бендера было решено взять микроконтроллер STM32F407VET6 из-за широких возможностей и высокого быстродействия. Он должен контролировать состояние устройства, следить за получением, сохранением и передачей данных, управлять пневматикой и прочими системами Бендера.

Связь

Связь реализована несколькими способами.
На низких высотах будет использоваться GSM/GPRS. Реализация – на модуле SIM900 . Используется направленная антенна типа “волновой канал” под стандарт GSM1800 (1800 МГц).
Возможно управление посредством SMS-сообщений, а также командами с сервера. Поддерживаются HTTP и FTP.
На больших высотах (когда сигнал GSM ослабнет настолько, что передавать что-либо посредством его станет невозможно) будет использоваться связь по 433 МГц радиоканалу. Для этого будет задействован модуль RFM12BP мощностью 500 мВт, модуляция - FSK. В качестве антенны – полуволновой диполь.
Принимаемая информация отправляется на основной сервер через специальную клиентскую программу, которую предполагается распространить среди потенциальных участников проекта и просто заинтересованных людей по всему миру, что даст возможность связаться с устройством, даже если оно улетит на очень большое расстояние.

Навигация

Для навигации будет использован GPS-модуль Lassen IQ от Trimble с активной антенной. Стоит сказать, что при разработке устройства мы столкнулись с проблемой, состоящей в ограничении CoCom максимальной высоты для гражданских GPS-модулей (обычно 18 км). Нас такое положение дел не устраивало, потому мы начали поиск модулей без такового ограничения. У вышеназванного Lassen IQ оно снято (при соблюдении ограничения по максимальной скорости).

Пневматика

Чтобы преодолеть упомянутую проблему с чрезмерным увеличением и последующим разрывом оболочки шара, решено было поставить электромеханический клапан, который позволял бы стравливать избыточное давление (также, возможно, будет установлен и аварийный механический клапан, стравливающий давление автоматически; был бы актуален при неисправности основного). С его же помощью предполагается регулировать высоту – выпустив достаточное количество газа (чтобы сила тяжести превысила архимедову силу), можно опустить шар ниже и вообще посадить на поверхность земли.

Давление (разница давлений, если говорить точнее) замеряется дифференциальным аналоговым датчиком, решение о выпуске газа принимается микроконтроллером или удаленно по команде.

Было предложено еще одно новшество – химический генератор водорода “на борту”, но пока неизвестно, будет ли он использоваться. Для его реализации было отобрано несколько реакций: первая – гидролиз борогидрида натрия слабым раствором кислоты, вторая – реакция натрия с метанолом. Основная проблема – сильный разогрев и вспенивание смеси. В ближайшее время будет собрана тестовая модель и уже по результатам испытаний будет приниматься решение о целесообразности использования такого генератора. После исчерпания ресурса предполагается сбросить его на парашюте, предварительно отсоединив все шланги, провода и т.д.

Генератор водорода предоставил бы возможность не только опускать шар, но и поднимать.

В устройстве два датчика температуры – один выведен за пределы корпуса и фиксирует температуру окружающей среды, второй внутри.
Возможно, реализуем подогрев внутрикорпусного пространства при сильном понижении температуры. Осуществляется он химически, запуском капсул с реакционной смесью, выделяющей много тепла.

Питание

Тут (в основном) из соображений устойчивости к низким температурам были выбраны LiFePO4 аккумуляторы. Скорее всего, придется ставить батарею из них. Также в процессе полета аккумулятор будет дозаряжаться от солнечных батарей; процесс управляется микросхемой-контроллером заряда.

Камеры

На устройстве будут установлены две камеры. Как минимум одна из них – модифицированный фотоаппарат Canon A530 (5 Мпикс). Все лишние детали (корпус, кнопки, батарейный отсек, вспышка и т.д.) убираются, остается только основная плата, матрица и объектив. На фотоаппарат устанавливается модифицированная версия CHDK , в которой реализовано кодирование изображений в SSDV -формат для передачи по радиоканалу. Связь с микроконтроллером по UART (непосредственно подпаявшись к плате).

Камера установлена на поворотной основе с шаговым двигателем, что даст возможность поворачивать ее для, например, съемки панорам.
Вторая камера направлена вниз.

Хранение данных

Информация (фото, видео; логи координат, температуры и давления; логи полученных команд и результата их исполнения) хранится на SDHC карте памяти (для работы с ней использована библиотека FatFS), а также на SDXC картах памяти, установленных в фотоаппаратах. Возможно, будет реализовано копирование файлов с них на основную.

Корпус

С материалом и формой корпуса пока окончательно не определились. В любом случае, необходимо обеспечить хорошую термоизоляцию, для чего будет использована монтажная пена и/или пенопласт, а также пленка с металлическим напылением (изофолия).

Наполнение шара – водород, поскольку он дает большую подъемную силу, чем обычно использующийся для таких целей - гелий. Также водород раза в два дешевле гелия. Сам шар имеет объем ~1.8 кубических метра. Устройство крепится на металлическую (алюминиевую) рамку, которая, в свою очередь, подвешена к шару на стропах. Для аварийных ситуаций предусмотрен парашют.

Работа устройства

“Бендер” снимает на видео весь процесс запуска (если хватит заряда аккумуляторов – и процесс посадки). Фотографирование производится в полуавтоматическом режиме – генерируются превью-версии снятых фотографий и посылается на сервер; после ручного отбора удачных фотографий оные пересылаются в полном размере. Также в произвольные моменты можно подать команду на запись видео, однако оно просто сохраняется на карте памяти без пересылки по радиоканалу ввиду низкой пропускной способности последнего.

На низких высотах изображения загружатся на сервер по FTP посредством GPRS, остальная информация пересылается по HTTP.
На больших высотах через определенные промежутки времени по радиоканалу пересылаются данные о координатах и высоте устройства, показания датчиков (температура внутри/вне корпуса, разница давлений, заряд батареи).

На сервере координаты устройства сверяются с координатами самолетов (с Flightradar24) для предотвращения столкновений (при приближении самолета дается автоматическая команда на смену высоты).
Регулированием наполнения шара водородом будет контролироваться его вертикальное положение. Планируется таким образом длительное время удерживать его на одной высоте (уравнивая силу тяжести и архимедову силу).

Если с устройством определенное время не выходят на связь, микроконтроллер автоматически принимает решение о снижении (только если устройство не находится над морем – координаты береговой линии, скорее всего, будут во внутренней памяти).
Также еще одна из задач Бендера состоит в том, чтобы пролететь как можно большую дистанцию, в идеале - облететь всю планету и в конце-концов, если обстоятельства сложатся удачно - приземлиться в нужном нам месте (дома).

От теории к практике

На момент написания статьи, мы собрали: частично связь, развели и напечатали большинство плат, сделали антенны (и купили), написали прошивку для микроконтроллера, преобрили почти все комплектующие и начинаем сбор и тестирование водородного двигателя.