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!!!