Progetto Actarus

Pallone sonda Open Source con ritorno autonomo al punto di lancio – basato su Arduino & Android


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Actarus XI – Obiettivi finali della missione

Mancano ormai 18 giorni al lancio di Actarus XI (questo il nome definitivo della missione), ed è giunto il momento di pubblicare i dettagli della missione, in termini di obiettivi e delle attrezzature utilizzate.
Con questo post cominciamo ad analizzare gli obiettivi di questo primo lancio che servirà per raccogliere principalmente dati e foto, utili per le missioni successive.
In particolare oltre ad eseguire riprese foto e video, verranno loggate (salvate in un file di log su sd card), le seguenti informazioni:

  • Latitudine
  • Longitudine
  • Altitudine GPS
  • Temperatura interna
  • Temperature esterna
  • Pressione atmosferica
  • Accelerazione nei tre assi x,y e z

L’elaborazione di questi dati permettere di capire e valutare una serie di informazioni fondamentali per le missioni successive, in particolare:

  • affidabilità della previsione sulla traiettoria
  • velocità ascensionale
  • velocità discensionale
  • accelerazione laterale (quindi in sostanza la forza dei venti in quota)
  • capacità dell’isolamento termico
  • durata delle batterie

Verrà quindi escluso momentaneamente dagli obiettivi della missione, per questioni di peso, la valutazione dell’impatto delle basse temperature sul servomotore (che comanderà la direzione del drone) e dell’irraggiamento solare atto alla produzione di energia.

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Come funziona – un po’ di teoria

Come funziona il lancio di palloni nello spazio?
L’idea è abbastanza semplice.
Il GAS ELIO è più leggero dell’Aria. La densità dell’aria è infatti di 1,225kg/m3 mentre quella dell’elio è di 0,1785kg/m3. Questo significa all’incirca che 1 litro di elio, pesa “-1 grammo”, e cioè che un litro di elio è in grado di sollevare circa 1 grammo.
In questo modo, se noi riempiamo un palloncino di circa 2.000 litri di elio, abbiamo una spinta verso l’alto di circa 2.000 grammi. Tolto il peso del palloncino che è di 1.200 grammi, ci restano altri 800 grammi di peso da sollevare. Tenendo conto che se ne mettessimo proprio 800, la sitruazione sarebbe stabile, per avere un po’ di spinta dobbiamo lasciare almeno 550 grammi liberi. Ci rimangono 250g di peso da sollevare. In questi 250 grammi ci devono stare lo spago, la macchina fotografica, il gps tracker e il computer di bordo.
Premesso questo, a che velocità salirà il nostro pallone?
Il calcolo da fare è abbastanza complesso, perchè abbiamo due forze contrastanti. Una è l’accelarazione di gravità verso l’alto causata dall’elio, e l’altra è l’attrito del pallone contro l’aria che aumenta mano a mano che saliamo a causa dell’aumento di volume del pallone (di cui parleremo tra poco).
Usando un calcolatore online, possiamo dire che la velocità media con i parametri di cui sopra, è di circa 5,3 m/s.
Come facciamo però a sapere fino a dove arriverà in alto il pallone?
Anche qui si tratta di fare due calcoli. Siccome più si sale, pià la pressione atmosferica diminuisce, il nostro pallone diventerà sempre più grande in base alla legge fisica sui gas, per cui dimezzando la pressione raddoppia il volume. In questo modo il pallone che abbiamo gonfiato con 2.000 litri (e quindi con 2m3 di volume), arrivato a 5000 metri di altitudine avrà il doppio di volume (4m3), secondo una progressione esponenziale… Arrivati a circa 33.000 metri, il volume sarà talmente elevato (circa 130 volte il volume iniziale), che il pallone scoppierà, e a questo punto il nostro payload comincerà a scendere. A qualè velocità?
Anche qui dobbiamo calcolare due forze, quella di gravità che “tira” verso il basso e quella di attritto del nostro paracadute… I calcoli sono abbastanza complessi ma anche qui ci viene incontro un calcolatore online. Per un payload di 250g e con un paracadute di 40cm di diametro, la velocitò di caduta sarà di circa 6,5m/s.
A questo punto non ci resta che calcolare la traiettoria del nostro pallone, e anche qui ci viene incontro un sito che utilizzando le previsioni dei venti, ci da con una discreta precisione, una volta indicato il punto di partenza, la velocità di ascesa, la velocità di discesa e l’altitudine di scoppia, il nostro percorso con il punto di atterraggio…
Et voila!!!


Il Progetto Actarus

Actarus

Cos’è il Progetto Actarus?
Il progetto si propone di lanciare un payload con GPS, fotocamera, sensori e sistema di comunicazione ad un’altitudine di più di 38km con l’aiuto di un pallone riempito ad elio, e poi tornare indietro con un drone-aliante in maniera autonoma in modo che l’attrezzatura lanciata può tornare al sito di partenza.
L’obiettivo finale del progetto è quello di scattare foto e video, raccogliere dati meteorologici e per dimostrare che è possibile progettare e costruire un semplice sistema di “Return To Launch”, adatto ad altri progetti simili.
In realtà, anche se abbiamo visto che è relativamente facile lanciare questi palloni ad alta quota, il problema del recupero dell’attrezzatura, non è sempre facile, soprattutto se si vive in una zona impervia e selvaggia, come quella in cui viviamo.
La differenza principale tra il nostro progetto e altri simili, è proprio il modo in cui il payload torna sulla terra.
Oltre a questo ovviamente ci piacerebbe provare a battere il record del mondo di altitudine, attualmente di 53 km.
Tutto il progetto è open source, per cui tutte le informazioni circa l’hardware e il software utilizzato per le missioni, saranno a disposizione di tutti attraverso il nostro sito.
Riteniamo che il lavoro tecnologico alla base di questo progetto, che si basa praticamente su piattaforme Arduino e Android, una volta reso disponibile a tutti, segnerà un passo in avanti nella ricerca “near space” (spazio vicino), e può essere una fonte per altri scienziati ed hobbisti di tutto il mondo.

Chi siamo?
Siamo due amici con la passione per l’elettronica, l’avventura, e la scienza (e, naturalmente, rendere possibile l’impossibile …) :-)
Così stiamo lavorando ad alcuni progetti (questo non è l’unico!) sulla base di questi tre grandi passioni.
Tutti i progetti sono stati progettati da noi, prendendo spunto da altri progetti che abbiamo trovato in rete.
I punti di partenza sono quasi sempre Arduino, gli smartphone basati su Android, e un pizzico di follia … :-)

Cronistoria
Tutto è iniziato alla fine del 2011, quando abbiamo visto su una rivista di un lancio di palloni sonda ad alta quota (cosa a noi sconosciuta fino a quel momento), così ci siamo chiesti se saremmo stati in grado di fare una cosa del genere.
In alcuni giorni abbiamo avuto tutto il materiale per il primo lancio di prova a bassissima quota, e così è iniziata la “Era Actarus”.
Questi test si proponevano di acquisire familiarità con tutti i vari calcoli e gli strumenti necessari, e hanno prodotto risultati positivi.
I motivi per cui non abbiamo fatto prove ad alta quota sono di natura economica e giuridica: prima di iniziare con un progetto di alta quota abbiamo bisogno di un po’ più di fondi (nel test abbiamo usato dei classici palloncini e vecchi smartphone a bassa risoluzione) e alcune autorizzazioni rilasciate dall ENAC (L’Ente Nazionale dell’Aviazione Civile).

Il futuro
Così, dopo una pausa di circa un anno, durante il quale abbiamo continuato a lavorare in background per studiare i dettagli del nostro progetto, siamo quasi pronti per i lancio definitivi.
Il tutto avverrà attraverso una serie di lanci successivi in cui ogni lancio fornirà una serie di informazioni utili per il lancio successivo.
Questi lanci si svolgeranno presumibilmente a partire dal mese di giugno 2013.
Ora ci manca solo qualche fondo per realizzare il nostro progetto.
Se vuoi puoi contribuire anche con poco: dai un’occhiata a questo post, o effettua una donazione attraverso la piattaforma IndieGoGo all’indirizzo http://igg.me/at/actarus
Grazie

L & A