Если вы хотите узнать, что происходит, когда вы поднимаетесь с поверхности Земли в нижнюю мезосферу, этот проект для вас! Здесь мы покажем вам, как сконфигурировать простую метеостанцию для запуска на метеозонде на высоту около 100 000 футов. Это основано на предыдущем руководстве, в котором показано, как создать базовую метеостанцию, которая записывается на SD-карту с несколькими датчиками Adafruit и Arduino. Это хорошее стартовое место, и мы рекомендуем построить его здесь. Как только вы это сделаете, вы можете внести несколько изменений, и вы будете готовы собирать данные, когда ваш воздушный шар исчезнет в небе!
Наша мобильная станция оснащена исходным содержимым нашей станции (без анемометра): Arduino, подключенным к прототипной плате с экраном регистрации данных, датчиком температуры и влажности DHT22 и датчиком атмосферного давления и высоты BMP280. В дополнение к этому мы добавили 2 камеры, другой корпус и несколько других дополнений, которые позволяют нам защитить все наши датчики и камеры.
Обратите внимание, что это не руководство, в котором подробно описывается, как запустить сам воздушный шар, а, скорее, руководство по созданию корпуса, который вы запускаете вместе с балуном.
Шаг 1. Соберите материалы
Начните с простой метеостанции, такой как здесь, с датчиками влажности, температуры, давления и ветра, которые записываются на SD-карту, и все это находится в водонепроницаемом корпусе. ** Обратите внимание, что для питания схемы важно использовать батарею 9 В с Arduino. Поскольку наши в конечном итоге умерли рано, мы думаем, что для расширенного сбора данных потребуется лучшая изоляция (хотя мог бы быть полезен и более мощный источник питания).
Для наших целей нам нужно отсоединить анемометр и удалить наши материалы из водонепроницаемого корпуса.
Чтобы изменить то, что осталось взлететь в нижнюю мезосферу, вам понадобится несколько новых материалов:
- Пенополистирол или аналогичный светоизолирующий ящик для схемотехники
- Грелки для рук
- Лента, желательно что-нибудь прочное, например, изолента.
- GPS-трекер, такой как Spot Gen 3 Satellite Tracker с подпиской
- 2 камеры с возможностью видео и долговечными батареями или дополнительный батарейный блок (мы использовали GoPro Hero 4 с батарейным блоком EcstaPro и Akaso EK 7000) **
-
Спрей для защиты от запотевания корпуса камеры
Наш Akaso EK 7000 запотел из-за грелок для рук
- SD-карты на 64 ГБ (нашему Go-Pro не хватило памяти незадолго до того, как лопнул шарик, а у нас было 32 ГБ)
- Строка 50 фунтов
** Убедитесь, что на SD-картах ваших фотоаппаратов достаточно памяти для нескольких часов записи. Кроме того, неплохо было бы найти настройки, которые минимизируют скорость разряда батареи камер, чтобы они снимали как можно дольше.
Мы использовали пенополистирол размером 6 дюймов x 8 дюймов x 10 дюймов с небольшими отсеками (на фото), чтобы упростить балансировку веса, изоляцию и защиту датчиков, но это ни в коем случае не единственный вариант.
** Наш Go-Pro работал до тех пор, пока память на SD не была заполнена, поэтому у нас не было проблем с нехваткой заряда батареи. Другая наша камера записала всего около тридцати минут, и мы думаем, что изменение температуры во время подъема привело к разрядке батареи. Неясно, будет ли для решения этой проблемы достаточна более качественная изоляция или дополнительный аккумулятор.
Шаг 2: сделайте схему долговечной
По пути наверх ваш чемодан накатит ветром. Затем он ударится о землю со скоростью около 5 м / с, поэтому вам нужно убедиться, что ваши датчики надежно прикреплены к вашей прототипной плате. Вам также необходимо убедиться, что датчик температуры находится за пределами вашего корпуса. Это позволит ему записывать фактические условия своего положения, вместо того, чтобы регистрировать условия внутри коробки, где есть нагреватели для поддержания работы других схем и камер.
Шаг 3: Размещение внутри корпуса
Если вы используете пенополистирол, вырежьте отверстия в корпусе для ваших фотоаппаратов. Если вы используете точечный GPS-трекер (поколение 3), убедитесь, что он направлен антенной вверх, чтобы быть уверенным, что он передает координаты. Настройте все так, чтобы можно было легко добавлять грелки для рук рядом с схемами, датчиком давления и камерами. Если вы не используете коробку с вырезами, используйте либо прокладку (например, ватные шарики), либо какую-либо другую структуру (например, картонные листы), чтобы все не двигалось или не попадало в менее оптимальное положение. Непосредственно перед запуском добавьте грелку для рук **, чтобы схема работала на полную мощность. Подумайте о добавлении вставок для защиты от запотевания, чтобы камеры не запотевали при изменении температуры.
** Проблема, с которой мы столкнулись, заключалась в выходе из строя нашей электроники. Наша схема / регистратор данных отключилась очень рано, и мы не получили никаких хороших данных о погоде. Проверка работы схемы при различных температурах и поиск лучших методов изоляции будут иметь решающее значение для того, чтобы этот компонент заработал. У нас просто не было времени попробовать еще раз.
Примечание. Убедитесь, что вы не включаете камеры / ничего не подключаете к аккумулятору до момента запуска. Батарейки в камерах почти хватит на весь полет, если у вас есть дополнительный аккумулятор, но вы не хотите запускать их до того, как вам нужно.
Шаг 4. Подготовка к запуску
Перед запуском осталось сделать еще несколько вещей! Во-первых, вам нужно будет либо купить, либо построить радарный отражатель. Это устройство будет отражать радиолокационные сигналы, посылаемые самолетами, позволяя им видеть, что что-то находится в небе. Поскольку нам нужен был очень легкий отражатель, мы решили изготовить его сами. Все, что вам нужно, это алюминиевая фольга, картон и скотч! Ссылку на Instructable, которую мы использовали в качестве нашего шаблона, можно найти здесь.
Мы использовали воздушный шар весом 600 г от High Altitude Science и 5-футовый парашют Rocketman, который идеально подходил для нашего размера полезной нагрузки.
Вам также нужно будет запустить моделирование полета на воздушном шаре, чтобы увидеть, где он может приземлиться и сколько гелия нужно использовать. Для расчета наших потребностей в гелии мы использовали этот сайт. Для нашего шара нам понадобилось около 80 кубических футов гелия. Это также позволяет вам определять подъемную силу, скорость подъема, высоту взрыва и продолжительность полета. Как только вы это сделаете, используйте один из этих сайтов, чтобы определить траекторию вашего полета. Эти симуляции удивительно точны, и они позволят вам решить, когда запускать, чтобы вы могли получить свой воздушный шар с минимальными усилиями.
Однако обратите внимание, что если у вас нет хорошего способа измерить подъемную силу шара во время запуска, вы сможете только смутно оценить, когда он взорвется и как далеко он уйдет. Наш шар в конечном итоге улетел значительно дальше, чем ожидалось, что привело нас к опасной ситуации, когда он приземлился на военной базе.
Шаг 5: запустите воздушный шар
Пора запускать!
Мы использовали брезент, чтобы убедиться, что наш воздушный шар не находится прямо на земле при запуске. Убедитесь, что у вас есть широкое открытое пространство для запуска и что вы не слишком близко к высоким башням или горам, за которые ваш воздушный шар может зацепиться.
Шаг 6: Найдите воздушный шар и наслаждайтесь фильмом
Вот небольшой клип, который мы получили от нашего воздушного шара. Это над горой Биг-Бэар, озером Биг-Бэар и горным пиком Сан-Горгонио (высота которого составляет 11 000 футов). По нашим оценкам, наш шар достиг высоты 90 000-100 000 футов, прежде чем взорвался. Мы использовали угол объектива камеры и расстояние между двумя точками на видео, чтобы оценить высоту воздушного шара по вертикали.
Итак, мы желаем удачи всем, кто возьмется за это дело. Дайте нам знать, как это происходит, и поделитесь некоторыми из ваших замечательных фильмов!