Wstęp

W czwartek 10 października 2024 r. jako Koło Pasjonatów Inżynierii i Nauki w składzie:

  • Leon Dichting,
  • Marcel Dichting,
  • Miłosz Gołębiewski,
  • Jakub Kołodziejski,
  • Jakub Kuberski,
  • Maciej Laskowski,
  • Karol Papierowski,
  • Jarosław Patyk,
  • Szymon Reimus,
  • Mateusz Wilkowski

wypuściliśmy z terenu Zespołu Szkół Technicznych w Grudziądzu balon stratosferyczny, który pomyślnie ukończył swoją misję. W związku z tym publikujemy poniższy raport wstępny podsumowujący wykonaną przez nas pracę. Postaramy się jak najszybciej opublikować dokładną analizę danych, jednak na razie pragniemy poinformować o tym, o czym już wiemy :)

Za umożliwienie zrealizowania projektu dziękujemy dyrkecji, nauczycielom i pracownikom szkoły, a w szczególności:

  • dyrektorowi mgr inż. Marcinowi Jabłońskiemu,
  • poprzedniemu dyrektorowi mgr inż. Kazimierzowi Olszewskiemu
  • opiekunowi projektu mgr inż. Marcinowi Leebowi,
  • mgr Dorocie Iwańskiej,
  • mgr inż. Arturowi Kalbarczykowi,
  • mgr Barbarze Mańskiej-Borowskiej;

sponsorom:

oraz patronom medialnym:

Specjalne podziękowania chcemy złożyć również:

  • mgr inż. Michałowi Skiwskiemu wraz z firmą Microbotic - za pomoc i zaangażowanie w zaopatrzenie, przygotowanie, start i odzyskanie sprzetu
  • członkom Studenckiego Koła Astronautycznego na Politechnice Warszawskiej
  • przyjaciołom, znajomym, koleżankom i kolegom - za wsparcie i umiejętność znajdowania plusów w każdej sytuacji :)

Budowa balonu

Na pokładzie

Na pokładzie sondy znajdował się:

  • minikomputer Raspberry Pi 3B+
  • czujnik ciśnienia atmosferycznego
  • czujnik temperatury wewnątrz obudowy
  • czujnik temperatury na zewnątrz obudowy
  • akcelerometr
  • licznik Geigera-Müllera
  • moduł GSM + GPS

A także, niezależny od powyższej elektroniki, tracker satelitarny SPOT TRACE
Całość zasilana była przez akumulator litowo-polimerowy o pojemności 10 Ah i napięciu nominalnym 11.1V (pakiet 3S)

Wyniki eksperymentu

Przebieg misji

Poniżej przedstawiamy przemieg misji, stwierdzony na podstawie znajdujących się na pokładzie czujników (czas podany w strefie CEST)

  • 13:00 - rozpoczęcie napełniania balonu
  • 13:20 - uruchomienie elektroniki
  • 13:45 - wypuszczenie balonu
  • 16:46 - najwyższy punkt lotu, pęknięcie balonu
  • 16:51 - pełne rozłożenie spadochronu
  • 19:04 - lądowanie sondy na spadochronie

Szczegóły

Okno startowe które otrzymaliśmy po zgłoszeniu do Polskiej Agencji Żeglugi Powietrznej wymuszało na nas start między godziną 13:00 a 16:00.

W związku z drobnymi problamami technicznymi napełnianie balonu helem rozpoczęliśmy o godzinie 13:00 (planowaliśmy o godzinie 13:00 być gotowi do startu). Następnie o godzinie 13:20 uruchomiona została elektronika rejestrująca dane podczas lotu. O godzinie 13:45 - wykorzystując chwilę, w której wiatr się uspokoił - balon został wypuszczony. Wznosił się aż do godziny 16:46, kiedy to po 3 godzinach lotu balon pękł. Po kilku minutach od tego zdarzenia w pełni rozłożył się spadochron. Sonda na spadochronie o godzinie 19:04 wylądowała na terytorium Litwy, a więc jej lot łącznie trwał ponad 5 godzin.

Miejsce, w którym wylądował balon znajduje się ok. 8 godzin drogi samochodem od Grudziądza. Sondę i spadochron odzyskał w sobotę zespół w składzie: Michał Skiwski, Karol Papierowski, Jarosław Patyk. Nie było to prostym zadaniem, ponieważ znajdowała się na drzewie na wysokości ok. 10 m, w lesie, na podmokłym terenie - a jednak, mimo trudnych warunków udało się to zrobić w mniej niż 24 godziny od wyjechania z Grudziądza (w piątek wieczorem)

Napotkane problemy

Przedstawiamy również napotkane problemy, jak i opracowane przez nas rozwiązania:

  • niepewność dot. ilości helu w czaszy balonu -> ważenie butli przed i w trakcie napełniania
  • awaria modułu GSM + GPS -> alternatywne źródło lokalizacji dla sondy (np. dodatkowy moduł posiadający tylko GPS)
  • utrata danych z trackera satelitarnego SPOT po osiągnięciu ok. 3000m -> wybór trackera utrzymującego połączenie z satelitami przy większych wysokościach oraz prędkościach
  • brak radiowej telemetrii danych pogodowych, co niesie za sobą konieczność odzyskania sondy -> przesyłanie danych drogą radiową (np. za pomocą urządzeń LoRa lub przez amatorski system APRS)

Drobne poprawki

Zauważyliśmy także możliwe do zastosowania poprawki ułatwiające misję lub pozwalające na zmniejszenie jej kosztów:

  • dokładne obliczenie budżetu energetycznego pozwoliłoby na zmiejszenie akumulatora, a co za tym idzie masy sondy
  • dokładne obliczenie prędkości wznoszenia i opadania pozwoliłoby na wykonywanie predykcji miejsca lądowania z większą pewnością

Zebrane dane

Zebrane przez naszą sondę dane można zobaczyć na poniższych wykresach. Planujemy opublikowanie ich również jako interaktywna strona internetowa oraz w formacie do dalszej obróbki (np. csv) - tak, aby każdy mógł z nich skorzystać :D

Temperatura i ciśnienie atmosferyczne:

Akcelerometr:

Licznik Geigera-Müllera:

Ewentualne błędy czy literówki w tekście prosimy zgłaszać :) dziękujemy