Необходимо дополнить описание некоторых подразделов (конструкция аппарата, полезная нагрузка, этапы реализации)
Подраздел "Идеи и концепции" требует переработки текста

Первый автоматический стратосферный радиозонд (АСР) получил название "Восход". Программа "Восход" включает в себя следующие цели:

  1. Подъем в верхние слои атмосферы на высоту не менее 20 000 метров.
  2. Автоматическая фотосъемка при помощи бортовой камеры на всем протяжении полета.
  3. Отправка телеметрии на наземную приемную станцию при помощи RTTY.
  4. Периодическая отправка текущих координат радиозонда через SMS при помощи GSM-модема.
  5. Передача фотоснимков в низком разрешении на наземную станцию по технологии SSDV (дополнительно).
  6. Успешный спуск на землю и обнаружение радиозонда аварийно-спасательной командой.

Для выполнения данных задач разумно разбить их на несколько подзадач и распределить обязанности по разным отделам. Таким образом будет обеспечена работа целой команды. Выполнение задач разбито на несколько этапов.

Проект автоматического стратосферного радиозонда находится в стадии разработки технического задания.

Наименование Стоимость Статус Описание
1. Rasberry Pi 2B 3 500 руб. OK Микрокомпьютер, центральный блок управления. Предназначен для коммуникации с остальными устройствами по интерфейсам I2C, UART и SPI. Плата отвечает за процесс съемки фотокамерой, сбор данных с датчиков, запись этой информации на SD-карту, отправка телеметрии и SMS.
2. Arduino Pro Micro 3.3V 8Mhz 120 руб. OK Микроконтроллер обеспечивает взаимодействие центрального контроллера с радио-модулем Si4432 через интерфейс I2C.
3. Радио-модуль Si4432 130 руб. OK Радио-модуль предназначен для отправки данных телеметрии (и фотографий) по радио-каналу на частоте 433Mhz.

Подготовительный этап

  • анализ предметной области, сбор сведений о атмосфере земли;
  • изучение аэродинамических свойств запускаемых метеозондов и спускаемых космических аппаратах;
  • изготовление эскизов устройства;
  • подготовка полезной нагрузки;
  • изучение и подготовка к решению юридических вопросов, связанных с запуском метеорологического зонда;
  • подготовка и закупка необходимого оборудования;
  • сбор информации по конструкции антенн, НЧ-фильтров, усилителей;
  • организация наземной станции слежения;
  • решение вопроса о передачи фотографий и телеметрии на наземную станцию слежения в режиме реального времени;
  • подготовка необходимого программного обеспечения для наземной станции слежения;
  • конструирование аварийно-спасательной системы радиозонда (парашют);
  • решение вопросов о проведении поисковых мероприятий по возвращению спускаемого аппарата.

Основной этап

  • сборка принимающей и передающей антенн;
  • сборка наземной станции слежения;
  • конструирование и сборка корпуса радиозонда;
  • изготовление и программирование электроники радиозонда;
  • изготовление спасательной системы (парашюта);
  • получение разрешение на запуск метеорологического зонда;
  • проведение серии тестов (время автономной работы аппаратуры, в условиях низких температур, в условиях низкого давления, тесты аварийно-спасательной системы и т.д.).

Итоговый этап

  • запуск стратосферного радиозонда;
  • проведение поисковых мероприятий по возвращению радиозонда;
  • расшифровка собранных данных аэростатом;
  • сбор фото и видео-материалов с зонда;
  • формирование отчета о проделанной работе.
  1. В качестве строп для подвески гондолы недопустимо использовать скрученные нити! Только плетеная веревка, которая при нагрузках не будет вызывать осевого вращения.
  2. Гондола должна быть максимально обтекаемой формы. Лучшая форма гондолы шар или цилиндр, которые исключают ветровое раскручивание за счет отсутствия углов и лучшей аэродинамики.
  3. Для стабилизации осевого вращения на гондоле должны быть установлены стабилизаторы.
  4. Размещение аппаратуры по гондоле необходимо произвести равномерно по всей поверхности с расположением центра тяжести и центра масс ниже опорных точек крепления строп (аккумуляторы как самое тяжелое, соответственно расположить в самом низу гондолы). Это снизит паразитное вращение при успокоении «маятника».
  5. Для того чтобы увеличить живучесть аппаратуры, особенно «сердца» аппаратуры – аккумуляторов, необходимо максимально исключить воздействие низких температур. До высоты 12км температура окружающей атмосферы понижается до -78°С, свыше высоты 12 км температура окружающей среды идет на возрастание и уже на высоте 30км составляет -38°С.
  6. Соответственно, ввиду резких перепадов температуры во время подъема возможно конденсатообразование на внутренних и внешних частях гондолы, в том числе и внутри объектива видеокамеры, что, соответственно, сильно скажется на качестве съемки.
  7. Для испытаний на морозостойкость можно попробовать использовать сухой лёд. Согласно википедии минимальная температура, которая ждёт зонд -60 градусов.

Как бы я реализовал изготовление корпуса зонда с минимальными временными и финансовыми затратами?

Покупаем в детском мире 2 мяча диаметром 20 и 50 см, для формирования внутренней и наружной опалубки корпуса зонда. По технологии «папье-маше» изготавливаем 4 полусферы. Необходимо помнить, что при заливке монтажная пена значительно увеличивается в объеме, поэтому оклеиваем мячи достаточно толстым слоем бумаги. Теперь нужно продумать каким образом, потом нам необходимо будет «отлепить» форму от изготовленного корпуса…

вариант №1 — при оклёйке корпуса использовать ПВА, а после с помощью воды размочить и удалить остатки формы, застывшая пена в принципе негигроскопична;

вариант №2 — при формировании корпуса обработать внутреннюю и внешние стороны полусфер вазелином (правда я никогда не видел, как ведет себя монтажная пена на жирной поверхности);

вариант №3 — как продолжение второго варианта, можно нанести магазинную тонкую пищевую полиэтиленовую пленку, монтажная пена к ней не прилипает.

В эстетическом плане второй вариант самый подходящий, так как сформирует из застывшей пены ровную и гладкую поверхность.

На внешней форме-полусфере прорезаем технологические отверстия для заливки через них монтажной пены, так же впоследствии они сыграют роль дренажных отверстий при застывании пены, для того чтобы избыточное давление при застывании пены не смогло деформировать форму корпуса (есть печальный опыт загибания застывающей пеной 9-мм листа гипсокартона).

Пену следует использовать профессиональную — пистолетную, так как при заливке через пистолет для монтажной пены есть возможность регулировки количества выдаваемой пены, так же замечено что пистолетная пена, в связи с плавной заливкой не имеет крупных пузырей воздуха в своей структуре и более однородна.

К формам-полусферам в нижней части необходимо приклеить картонное кольцо необходимое для формирования замка в нижней и верхней полусферах.

Из тонких пластиковых колец (детский мир в этом отношении «рулит»!!! :) ) и полуколец формируем внутреннюю силовую арматуру, связываем её между собой леской. Закрепляем анкера для подвески аппаратуры на арматуру. Через полусферы проводим провода через которые впоследствии можно будет подзарядить батареи аккумуляторов. В случае применения внешних антенн закрепляем «переходники».

Из пластика вырезаем 3 петли для крепления на них строп,для облегчения веса в них можно будет просверлить сеть крупных отверстий, закрепляем их на получившейся сферической арматуре с размещением их относительно друг друга на 120 °, прорезаем во внешней полусфере отверстия под них, центруем сферы и арматуру относительно друг друга, закрепляем сферы, и через технологические отверстия аккуратно заливаем пену. Через пару-тройку часов пена застынет окончательно, и можно будет снимать формы.

При последующей склейке и нанесении герметика на замок полусфер мы получим практически герметичную камеру!!! Так же, во избежание попадания влаги из окружающего воздуха внутри корпуса необходимо поместить контейнер, с химическим осушителем воздуха используемый при продаже обуви, подойти к продавцам на рынке, килограмм выдадут :)

Для корпуса иллюминатора необходимо использовать материал обладающей низкой теплопроводностью и в тоже время обладающего хорошим сопротивлением к механическим и термическим нагрузкам, а также обладающим низким температурным линейным расширением материала… Наверное, лучшим материалом в этом смысле будет полиэтилен или пластик, металл ни в коем случае, ввиду его хорошей теплопроводности при низкой температуре получим шубу из замерзшего конденсата на стенках… Полиэтиленовые болванки можно найти на «блошином рынке», или на производстве бутылок и канистр.

Размеры иллюминатора подобрать по развертке оптики камеры, такие, чтобы максимально исключить наложение на кадр стенок иллюминатора. Подобрать диаметр иллюминатора можно опытным путем, разместив видеокамеру над столом на расстоянии чуть большем чем проектируемая стенка и по изображению определиться с диаметром.

В качестве стекла к иллюминатору, как и писал в прошлом предложении следует использовать плексиглас, думаю, что с этим не возникнет проблем, в крайнем случае, поход в ближайшую «Оптику» где изготавливают очки. Наверное, его следует взять толще миллиметра 3-4, так как нам грозит перепад давления в 1атм, хотя и этого давления хватит, чтобы получить сеть концентрических трещин при недостаточной толщине стекла и значительной площади поверхности… а дальше, работа токаря…

Как и говорил ранее, остеклинение иллюминатора следует делать камерным, иначе все старания связанные с внутренней теплоизоляцией аппаратуры будут напрасны. Остается проблемой, как избавиться от воздуха в самих камерах, да ещё в домашних условиях, так как атмосферный воздух в камерах это и конденсация содержащейся в нем влаги на внутренних поверхностях стекла, и морозный узор при замерзании и изменение формы (линзообразование, сеть трещин) при перепадах давления (ведь изготавливается иллюминатор при атмосферном давлении). Можно использовать метод вытеснения воздуха нагревом, но полиэтилен (пластик) и плексиглас чувствительны к высоким температурам (плексиглас начинает гнуться при температуре около 80°С и полиэтилен чуть больше 100°С). Изготавливать вакуумную камеру чтобы собрать один-два иллюминатора «не рентабельно», хотя при её наличии много ещё чего можно было бы теплоизолировать с помощью откачки воздуха). Так что, придется иллюминатор изготавливать на кухне а именно «в духовке», там и воздух суше и температуру воздуха для вытеснения его из камер поднимем:

1 вариант — просверлить в корпусе напротив предполагаемых камер маленькое отверстие, собрать иллюминатор: герметик-«стекло»-герметик-кольцо-«стекло»…. И нагреть в духовом шкафу и после чего заклеить ещё на горячую просверленное технологическое отверстие. Так же медицинским шприцем можно заполнить камеры спиртом — при нагреве спирт вытеснит воздух и влагу из камер. При остывании получится межкамерное пространство с пониженным давлением и ещё заполненное парами спирта, а спирт замерзает при температуре около -115°С.

2 вариант — нагреваем и поэтапно собираем, заклеиваем, опять нагреваем, и так каждую камеру проклеивая герметиком.

Первый вариант мне больше нравиться. Осущенным азотом, как в профессиональном оборудовании в быту и «на коленке» не сможем заполнить.

С нагреванием плексигласа следует поэкспериментировать, чтобы не изменить коэффициент преломления или даже помутнение материала.

Если полиэтилен или пластик для корпуса иллюминатора будет использоваться белый, то его необходимо будет покрасить черной матовой краской с внутренней и внешней стороны, во избежание паразитной засветки кадра (белое светящееся кольцо в кадре) и также различных бликов и отражений, при этом при использовании спирта как заполнителя межкамерного пространства необходимо использовать спиртонерастворимую краску.Так что лучшим способом будет найти черный пластик.

Также при использовании полиэтилена для изготовления корпуса иллюминатора необходимо предусмотреть возможность дополнительной герметизации ввиду того что монтажная пена не приклеивается к полиэтилену и поэтому на корпусе иллюминатора с внешней стороны при выточеке на токарном станке предусматриваем кольца-выступы.

«Этажерка» для размещения аппаратуры. Такая конструкция позволит правильнее разместить приемопередающую и регистрационную аппаратуру. Для центрации подвешиваем конструкцию на веревку по центру и размещаем блоки добиваясь максимально горизонтального положения. Это необходимо чтобы исключить паразитное инерционное вращение за счет «неотцентрованного центра тяжести». Для облегчения собственного веса технологических полок, после размещения и отметки блоков на полках можно высверлить отверстия, а под конкретные блоки даже вырезать силуэты блоков.

Также, внутри корпуса можно расположить химическую реактор-грелку, описанную в журнале «Юный техник» №05 за 1983г при достаточно малом весе она выдает значительное количество теплоты, и запустить реактор непосредственно перед стартом.