concept4_ballon

5--- Eliminer ou essayer d'éliminer les causes d'erreur dans la mesure du possible : des nouveaux concepts ?

Toutes les erreurs vont se répercuter sur la trajectoire suivie et en conséquence sur la position du point de chute. Un lâcher de centaines de ballons de baudruche confirme une dispersion des trajectoires et des lieux de chute différents. Pourquoi ?

Certains diront qu'il faut laisser une part de fantaisie dans le domaine des ballons expérimentaux et de leur récupération. Certes oui, mais si l'on transpose cette optique dans le contexte des expériences spatiales avec les satellites artificiels et les expéditions des robots sur Mars, on pourrait imaginer les catastrophes qui risqueraient d'arriver avec trop d'improvisation.

Certes, on a pas la même échelle, mais les activités des montgolfières et des ballons-sondes ne sont pas ludiques dans leur raison d'exister. Il y a des considérations de sécurité et une attitude que devrait avoir tout apprenti radioamateur ou scientifique:

comprendre ce qu'il fait, et bien le faire en respectant un certain nombre de règles et d'éthique.

Les trajectoires sont suivies en permanence. Une rigueur est nécessaire à tout point de vue, même si on considère qu'il y a une part d'improvisation, et de découverte. Les expériences embarquées réussissent ou pas mais le vecteur ballon par lui même et ses paramètres de trajectoire doivent répondre à des critères bien précis, définis dans un cahier des charges. Un stage de formation de lanceur est nécessaire, souhaitable. Personnellement, je préfère parler d'imagination, d'invention et d'intelligence dans les réalisations plutôt que de laisser faire le n'importe quoi, le bricolage, la bidouille pour le fun : les ballons stratosphériques ne sont pas des jouets inoffensifs, ni pour les grandes personnes, ni pour les jeunes. La plupart du temps, on sait ce qu'on va mesurer comme grandeur physique, reste à savoir quelles sont les limites de variations maximales et minimales et à interpréter les résultats des mesures. Les causes d'erreur sont très importantes à analyser après un vol. On peut comprendre certains phénomènes qui n'étaient pas prévus et améliorer la technique sur le vol suivant. Reste à critiquer le facteur humain et les méthodes utilisées dans un projet, un lâcher, une récupération...

Le prix de revient d'un ballon hélium n'est pas négligeable, l'hélium est une ressource fossile non inépuisable. Donc, ne jamais perdre de vue, pourquoi, on a la chance de pouvoir utiliser des ballons à l'hélium pour les expérimentations dans l'atmosphère. De grâce évitons le gaspillage des ressources en hélium. Faisons preuve de rigueur et de précision.

la radiocommunication, l'éducation, les sciences, l'initiation à l'espace et pourquoi pas les débouchés professionnels dans le secteur des ballons, de la météo, de l'aéronautique ou de l'espace.

Nous devons prendre l'option de la rigueur et des bonnes démarches, surtout si des jeunes qui se destinent à devenir des scientifiques ou des ingénieurs sont à l'œuvre dans les projets ballon. Le n'importe quoi et le n'importe comment "pour le fun" n'est pas l'objectif des projets ballon. Nous nous efforcerons d'améliorer sans cesse tous les aspects de l'activité des ballons-sondes avec les radioamateurs. Nous ne devons pas non plus, "standardiser" définitivement le support ballon et le "figer" comme "accessoire". Ce support est perfectible et évolutif lui aussi. Le tout est de le prévoir dans un cahier des charges évolutif suivant la technique.

L'évolution doit se faire, à l'aide des articles, des sites internet, des comptes rendus de projets. Tous les projets doivent être répertoriés sur des sites, numérotés ou "indicativés", et analysés à la disposition de la communauté des acteurs des projets de ballons.

Les données de la télémétrie sont placées dans des archives pour consultation et analyse. Avec les équations et les montages.

La première chose à respecter pour obtenir des trajectoires précises, c'est de respecter ces recommandations importantes :

[ ] mesurer les valeurs de toutes les masses de la chaîne de vol.

[ ] mesurer avec précision le volume de l'enveloppe ou la masse d'hélium injectée.

[ ] mesurer avec précision les variables météorologiques sur le lieu de lâcher : force et direction du vent, pression, température et humidité relative de l'air. Ce qui va permettre de calculer le volume le plus approprié d'hélium à injecter.

[ ] respecter impérativement l'horaire prévu du lâcher, utilisé dans les prévisions de trajectoire, afin que les données météo soient toujours valables.

[ ] utiliser les données sur les vents les plus récentes possibles dans l'étendu de la zone de vol, à la montée et à la descente ( sous parachute ). Du point de départ au point de chute.

[ ] déterminer les dimensions du parachute en fonction de la charge soulevée et du vol prévu, sachant que l'enveloppe peut être larguée éventuellement.

[ ] utiliser un logiciel de calcul adapté au système métrique et avec une précision maximale d'au moins 6 chiffres après la virgule, capable de prendre en compte tous les paramètres du ballon, de l'atmosphère et du vol.

On ne peut plus concevoir un vol de ballon sans émetteur radio et sans GPS à bord. Installez un système impérativement. fréquences ballons-sondes lâchés par des radio amateurs 144,650 MHz. Le radioamateur qui est responsable de cette installation respecte sa licence et le cahier des charges radioamateurs, il garantit la conformité de l'émetteur et faisant parti du projet il déclare l'utilisation de son émetteur ainsi que son indicatif programmé. Les indicatifs non radioamateurs sur la bande 144 MHz sont interdits par la réglementation. Les déclarations sont à faire à la DGAC locale, et doivent être communiquées aux associations de radioamateurs qui s'occupent des projets de ballons pour leur information.

Un projet qui consiste à gonfler un ballon, et placer un tracker dessus sans faire aucune mesure, sans en informer la communauté des radioamateurs, n'est plus un projet ballons-sondes des radio amateurs. C'est un détournement de l'activité.

On ne peut plus concevoir un vol de ballon sans émetteur radio et sans GPS à bord. Principalement, pour la simple raison que la récupération de la nacelle et de ses équipements est vivement souhaitée par les concepteurs de l'équipement, et aussi vu les sommes engagées. Faute d'émetteur radio embarqué, la nacelle a peu de chance d'être retrouvée. Seule une étiquette peut signaler l'origine, mais beaucoup de nacelles chutent dans les forêts ou tombent à la mer. Faute de GPS à bord, il y a peu de chance de retrouver le matériel dans la nature, la radiogoniométrie pratiquée par des radioamateurs équipés peut aider à la récupération. Voir chasseur de ballon.

La solution d'acheter un tracker et de le joindre à un appareil caméra n'est pas la solution, ce n'est pas un projet radioamateur. Par contre, il est concevable de placer une carte micro en expérimentation avec un programme "maison" à tester et des applications de mesures, ou des transmissions originales de modes numériques et de télévision numérique à décoder, avec un tracker de secours (backup).

La meilleure solution consiste à équiper la nacelle d'un émetteur radio et d'un GPS adapté à une carte micro.

Il y a des solutions avec tous les éléments présents sur une seule carte de réalisation radioamateur.

Le concept du voltmètre dans l'espace est complété par le fait que le point dans l'espace où les mesures sont faites est maintenant connu par les coordonnées " x, y et z " grâce à l'utilisation du GPS embarqué qui transmet en temps réel ses propres données via l'émetteur radio, y compris l'heure exacte transmise par le GPS.

La mesure de tension de la pression P est alors de la forme : Ui = f ( P, x, y, z, t ) alors qu'elle était auparavant Ui = f ( P ) avec le concept du voltmètre dans l'espace seul.

La trajectoire réelle est connue au fur et à mesure du déroulement du vol. ( en rouge ).

La trajectoire théorique est calculée avant le vol en fonction des données disponibles sur les vents. ( en bleu ).

La trajectoire théorique peut se recalculer pendant le vol, en fonction des données réelles qui arrivent en temps réel grâce au GPS embarqué.

La prévision de trajectoire est malgré tout très utile en cas de panne du GPS au cours d'un vol, ou de données erronées. Le point de chute est de toute façon, prévu avant le lâcher du ballon (une tendance). Sa position réelle se précise de plus en plus au cours du vol. Distance d faible.

512. Modification de la position du lieu de chute par éclatement provoqué : "un concept original"

La connaissance de la position du ballon et du temps ( x,y,z et t ) à l'aide du GPS embarqué, et les données fiables sur les vents à toutes les altitudes font qu'il est possible d'envisager la modification du point de chute probable pendant le vol. L'éclatement "provoqué" de l'enveloppe latex, est rendu possible par minuterie, par le capteur de pression, par la connaissance de z donnée par le GPS ou télécommandé à distance. (RX à bord).

Mais il reste dans ce cas, l'incertitude sur la masse de latex restante après éclatement !

Disons 50% : ~ 600 grammes ? En fait, on n'en sait rien, on ne sait que ça : 0 < m < 100% !

expérimentation d'un coupe-fil automatique par minuterie par compteur et relais.

513. Modification de la position du lieu de chute par largage provoqué : "un concept original"

Le largage de l'enveloppe provoqué par minuterie ou par télécommande évite le problème de l'incertitude sur la masse de latex restante. La prévision du point de chute en B' est bien meilleure. La mesure de pression peut donner l'altitude de largage par rapport à la valeur souhaitée.

Le système par télécommande est nettement plus pratique, car il permet un envoi de signaux par le logiciel de suivi de trajectoire.

Un dispositif télécommandé, avec soupape pour descendre et largage de lest pour la montée, permet d'agir sur la trajectoire du ballon pendant le vol. L'écart entre la trajectoire théorique ( en bleu ) et la trajectoire réelle ( en rouge ) peut se corriger à tout moment. Les vents changent de direction et de force suivant l'altitude, les prévisions de vents sont connues.

La trajectoire restante "théorique" peut se recalculer et se modifier à tout instant du vol. Plusieurs stations éloignées peuvent intervenir par télécommande pour effectuer ces modifications, notamment celles qui se situeraient dans la zone de chute en vision directe.

Autre possibilité : installer une régulation de l'altitude suivant un programme.

515. Voie montante pour la transmission des données vers la nacelle : "un concept original"

La nacelle communique ses données vers le sol : capteurs des expériences et GPS, par l'intermédiaire de l'émetteur radio VHF.

L'installation d'une voie radio "montante" UHF, avec un récepteur embarqué permet :

--- de permettre des actions à distance sur les expériences embarquées. Interactions possibles sur les expériences à bord.

52. Principe de la nacelle de ballon-sonde des radio amateurs : "un concept original"

Au lieu de réaliser une nacelle unique, sous forme de caisse bien remplie, il serait plus pratique de la diviser en plusieurs tranches spécialisées qui seront réunies en fonction des projets (des modules) :

ainsi la nacelle radioamateur est toujours munie d'un émetteur radio VHF, d'un récepteur UHF et d'un GPS, elle n'est pas à la charge des acteurs du projet des partenaires (école ou autre).

--- nacelle radioamateur seule. ( émetteur radio, GPS, voie montante... ) ( à gauche en orange ).

--- nacelle radioamateur + nacelle école ( orange et en bleu ). Liaison par cordon pour la transmission des données.

--- nacelle radioamateur + nacelle école + nacelle partenaire ( orange + bleu et en rouge ).

--- nacelle radioamateur + nacelle partenaire ( à droite, orange et en rouge ).

La nacelle radioamateur est réalisée à l'avance, elle arrive sur le lieu de lâcher en état de marche et parfaitement au point.

Au dernier moment, il est toujours possible de ne pas embarquer un étage, pour une raison ou une autre (panne).

Autre exemple : le partenaire (en rouge) installe son propre tracker sur une fréquence compatible et autorisée. (backup).

Il est très important de connaître précisément le volume de gonflage du ballon, il en est question dans plusieurs paragraphes.

D'abord, il doit être calculé en fonction du choix du lieu de chute probable. Pour cela prendre en considération :

--- les valeurs des paramètres météo sur le lieu de lâcher. ( pression, température et humidité ).

--- la vitesse ascensionnelle devrait être de 5 m/s en principe mais c'est selon le projet.

Ensuite, au moment du gonflage, il faut être capable de déterminer exactement le volume d'hélium à injecter.

Mesures de la pression atmosphérique, de la température et de l'humidité impératives.

Un simple détendeur ne donnera pas une mesure précise mais seulement une indication. La méthode du lest, avec un poids suspendu ou le ressort dynamométrique peut donner des résultats. Le gonflage sous bâche ne permet pas cette méthode. On peut essayer de mesure la circonférence de l'enveloppe Latex, mais il reste une erreur car celle-ci n'est pas sphérique et va se comprimer.

L'idéal serait de peser la bouteille d'hélium ou d'imaginer une sorte de balance avec l'enveloppe dessus.

Certains vol sans burst, nécessite de savoir exactement quel est le volume d'hélium injecté !

Le développement d' un logiciel permettra lors des prochains vols expérimentaux de recalculer la trajectoire en fonction du largage et utilisera toutes les données mesurées au cours du vol, et cela en temps réel. Autre avantage d'un logiciel radioamateur sur mesure est qu'il utilise le système métrique et non une conversion du système américain en système métrique, de plus il serait rédigé en français. Mais la langue ne serait pas un obstacle majeur !

une idée pour développement d'un logiciel maison en open source au 22 septembre 2009.

Une prévision sur le point de chute à moins de 1 km est tout à fait réalisable avec un logiciel.

Ceci termine les explications sur les concepts, reste à organiser l'activité des ballons-sondes lâchés par des radio amateurs et expérimenter à la fois les techniques de vol et les équipements embarqués. ( photos, vidéo, radio, mesures météo, physique de l'atmosphère...).

Une mise à jour a été nécessaire car les activités ballons depuis la création de ces pages (post 2009) ont évoluées en Europe et surtout en Angleterre avec l' UKHAS...