Le projet
Le radio club F8KGL a lancé un projet de ballon stratosphérique.
Qu'est ce qu'un ballon stratosphérique?
Un ballon stratosphérique est en fait un
aérostat. Son principe est basé sur l'application du principe d'Archimède
: une enveloppe d'un certain volume contient un gaz plus léger que l'air. Il
peut s'agir d'hélium, d'air chaud ou un autre gaz.
La poussée d'Archimède produit donc
une poussée aérostatique qui permet d'emporter des charges utiles dans la
haute atmosphère. Basiquement l'atmosphère est constituée de
plusieurs
couches. La première est la troposphère, la deuxième la stratosphère. Suit les
autres couches encore plus hautes. Un ballon peut voler dans la troposphère ou
la stratosphère. Tout dépend de la définition de sa mission. Notre
ambition est de réaliser un ballon capable d'emporter une charge utile jusque
dans la troposphère.
Ce que nous appelons "ballon" est en fait
constitué de deux parties:
- Le véhicule : c'est à dire
l'ensemble permettant le déplacement de la charge utile (enveloppe de gaz) et
qui offre les servitudes nécessaires c'est à dire l'apport d'énergie
(batteries), le positionnement (GPS), les antennes, la balise pour la
recherche etc...
- La charge utile : il s'agit de la
partie réalisant la mission à proprement parler du ballon. Il s'agit des
expériences scientifiques, des caméras embarquées etc... en somme la "valeur
ajoutée" du ballon.
Quelle mission pour un tel ballon?
Nous sommes en cours de définition de la
mission du ballon. Deux missions sont visées:
- Une mission scientifique
- Une mission radioamateur
L'intérêt d'un tel véhicule est de donner
accès à une altitude élevée et à une phase d'ascension permettant de mettre en
oeuvre des expériences intéressantes.
Intérêts pour les radioamateurs
L'utilisation de tels ballons est
intéressant pour les radioamateurs car l'accès à une altitude élevée permet de
couvrir radioelectriquement une zone très étendue. Ainsi beaucoup de
radioamateurs peuvent participer au projet en écoutant les données
retransmises par le ballon.
Les moyens des radioamateurs sont
tout à fait appropriés pour de telles missions car ils savent mettre en oeuvre
des émetteurs dont les performances sont parfaitement maîtrisées (énergie,
fiabilité) car basés sur une longue expérience technique.
Les expériences radio possibles
sont très variées. Par exemple en haute altitude il est possible de déployer
de grandes antennes filaires ce qui est très difficile au sol. Un ballon en
phase d'ascension traverse les différentes couches de la troposphère ou ont
lieu beaucoup de phénomènes de propagation radio.
Un ballon est aussi une très bonne
plateforme pour tester la tenue a des composants ou équipements à des
conditions extrêmes comme celles que l'on peut retrouver dans l'atmosphère. Un
ballon peut servir par exemple de plateforme d'essai pour des maquettes
de satellites radioamateurs.
Intérêts scientifiques
L'intérêt scientifique est indiscutable. Bon
nombre de programmes de recherche utilisent les ballons. Le CNES possède un
pole d'activité ballon.
De nombreux phénomènes sont
observables durant le vol d'un tel ballon. Par exemple il est possible
d'étudier la couche d'ozone, le jet-stream...
L'intérêt d'un tel projet est aussi de
continuer à améliorer la technologie des aérostats pour les rendre plus
performants (volant plus haut et plus longtemps) à moindre coût.
Ligne directrice pour le club
Au sein du club nous voulons définir une
mission présentant un intérêt scientifique en mettant en oeuvre des
moyens radioamateurs. Il est encore un peu tôt pour monter une expérience
radio tout simplement car elle serait sûrement assez onéreuse et nous devons
partir avec l'hypothèse pessimiste de ne pas retrouver le ballon après
son atterrissage. Dans ce contexte une expérience scientifique simple est plus
appropriée. Ainsi la partie radio du ballon reste dans le véhicule et la
charge utile se composera de quelques expériences simples, peut coûteuses mais originales. La mission radioamateur sera de recevoir les émissions du
ballon et de le retrouver par radiogoniométrie.
Le but d'un tel projet pour le club est
avant tout de s'instruire et de faire naître l'activité "projet expérimentaux"
du club.
Philosophie générale
Le but du projet est de
lancer un ballon stratosphérique.
Ce projet se veut simple car
il s'agit du premier du genre mené au sein de F8KGL. Il doit permettre aux
adhérents du club de se former en fabriquant eux même des modules électroniques
du ballon, et permettre à d'autres de proposer des modules plus élaborés.
Description technique
La chaîne de vol
La "chaîne de vol" est
constituée d'une enveloppe, d'une corde et d'une nacelle.
L'enveloppe
La solution air chaud ou
bulle d'orage est la plus appropriée pour un tel projet. En effet la solution
hélium est trop coûteuse et complexe à mettre en œuvre (appro en gaz, gonflage
etc…) . Nous avons décidé qu'il s'agirait d'un bulle d'orage car le principe
nous intéresse et très peu de ballons amateurs de ce type ont été lancés.
La nacelle
Dans la nacelle se trouve la
charge utile ainsi que toutes ses servitudes (qui forme le "véhicule" avec
l'enveloppe en plus). La charge utile regroupe la valeur ajoutée du ballon
à savoir les expériences embarquées. Les servitudes sont les fonctions qui
permettent de fournir l'énergie à la charge utile, de donner les informations de
télémétrie, en somme de permettre et d'informer le bon fonctionnement de la
charge utile.
La charge utile
L'organisation de la charge a été définie
comme suit:
-
Une configuration de base classique
que l'on retrouve à peu près sur tous les ballons à savoir la télémétrie, une
redondance avec un petit émetteur balise de secours
-
Des expériences radio ou
scientifiques
Des propositions ont été émises pour
l'expérience:
1/Radar
L'idée est de pouvoir mesurer le relief du sol. Nécessite une conception
relativement lourde.
2/Reprise et amélioration des ballons existant
Mesure de pression : il s'agit de concevoir une chaîne fiable de mesure de la
pression, sachant que les capteurs actuels fonctionnent en différentiel. Sujet
anodin, aux premiers abords, mais...les amplis différentiels, ça n'est jamais
très simple
3/Essai de la plateforme Rabbit de l'ENSEA
4/Balise 144 - Radiogoniométrie à la chute du ballon
5/Transpondeur (cela fait un temps certain que cela n'a pas été ré-expérimenté)
6/Source d'énergie solaire pour le ballon
7/centrale inertielle
8/détecteur UV, analyse spectrale de la lumière
9/transmission d'images numériques
10/détecteur d'ozone, d'oxygène, azote…
11/mesure de la direction relative du vent
12/ accéléromètre vertical pour mesurer l'accélération aérostatique
13/ balise CW pour essai de réception à longue distance (exploration des couches
de propag en altitude)
14/boussole pour mesurer direction de la nacelle avec le champ magnétique
15/film détecteur de particules ionisantes
Les propositions retenues sont 2/ 4/ et 9/. La page décrivant la
conception détaillée du ballon décrit
l'ensemble des fonctionnalités de la charge utile.
Autorisations
Concernant le critère à respecter pour ne pas avoir besoin de déclarer le
ballon à l'aviation civile:
- Le poids total du ballon doit rester inférieur à 4Kg
- La densité surfacique de la nacelle doit être inférieure à 13g/cm²
- La ficelle de liaison entre l'enveloppe et la nacelle doit casser à moins
de 24Kg de traction
Notre
ballon rentrera sans difficulté dans cette catégorie.
Les objectifs du projet
Les objectifs à
atteindre pour le projet ballon sont les suivants, classés par ordre
d'importance
- Un lancement réussi du ballon : gonflage de
l'enveloppe
- Un vol maîtrisé : altitude atteinte par le
ballon et durée du vol maîtrisée (par dispositif de temporisation). La durée du
vol doit être compris entre 3H et 4H.
- Récupération des télémétries : Températures,
Pression, Humidité sur toute la phase du vol
- Trajectographie de la trajectoire du ballon
: récupérer et interpréter en 3D les coordonnées GPS transmises durant tout le
vol
- Réception des images numérisées et ATV:
réussite de ces deux expériences embarquées
- Récupérer la charge utile!
- Avoir un retour des radioamateurs qui auront
suivi le ballon et réceptionné les images.
Si tous
ces objectifs sont atteint Champagne!
Gestion du projet
L'équipe projet
Responsables : F4BUC, F4BJH
Participants F8KGL : F8BUZ,
F1BDQ, Dédé, F4BQO
Participants :
Alexandre Vialle, Laurent Boireau, Mathieu Hirtzig, Gérard Auvray F6FAO, F1OCM,
F4EOB (F6KEO)
+ tous ceux dont le petit
coup de main sera indispensable !
Les différentes phases du projet
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