Ballon solaire du 24 octobre 2004
Article mis en ligne le 3 janvier 2015

par XTOPHE2
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Licence : CC by-nc-sa

Décollage du ballon

Le 24 octobre 2004 a eu lieu une rencontre entre les passionnés français de ballons expérimentaux. Cette dernière a eu lieu au sein de la commune de Saint Aignan.
A l’occasion de cette manifestation, Emmanuel Laurent a proposé de réaliser un lâché de ballon. Il a pour objectif de mesurer la température interne du ballon lors d’un vol. Ces mesures vont servir à comprendre les échanges thermiques internes et améliorer les modèles de simulation. Les dernières mesures de ce type remontent à 1993.

L’expérience

L’expérience se compose d’un ballon de type bulle d’orage réalisé avec du plastique 20 microns d’épaisseur. Ce dernier d’environ 6 mètres de diamètre a un volume de 124 m3.
La chaîne de mesure composée de 9 capteurs de température est installée à sur le ballon. 3 capteurs sont placés sur les parois, 4 capteurs sont placés au centre, enfin les deux derniers sont à l’extérieur l’un au sommet l’autre près de la balise. L’expérience embarque un GPS, il servira au suivi du ballon pendant le vol.

Synoptique du ballon

Le calculateur TLM est chargé de récupérer les mesures de température et les trames GPS. Il effectue cela par polling (continuellement, le calculateur lit successivement les données de température et les trames GPS) . Les données traitées sont ensuite transmissent par port série à la carte COTT. Celle-ci est chargée de réaliser l’encodage au format AX25 et la modulation. La carte COTT possède aussi 8 voies de mesure. Ces données sont transmissent à la suite de la réception d’une trame GPS.

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Synoptique

Télémesures

Les mesures des capteurs de température du ballon sont transmises dans une seule trame PTLM1. Les données sont en dixième de degré. La position des capteurs est illustrée dans la figure ci-dessus.La carte COTT possède 8 voies de télémesures. Par manque de temps, le système de mesure n’a pas été calibré. Ces mesures sont peu exploitables.

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Sonde de temérature collée dans l’enveloppe

La manip

Les différents éléments ont été réalisés par plusieurs personnes éloignées géographiquement L’ensemble des échanges a été réalisé par émail. L’intégration de tous les éléments se fera la veille du lancement.

L’initiative du projet revient à Emmanuel Laurent. Il a aussi réalisé la carte télémesure et la chaîne de capteurs associée.

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Capteur de température

Le ballon a été préparé et assemblé par Laurent Besset, il est aussi l’auteur des feuilles de calcul de simulation. Les données obtenues lui permettront d’affiner son modèle.

La carte COTT, l’alimentation, l’émetteur a été réalisé et assemblé par Gérard Auvray F6FA0.

Le Logiciel spécifique pour ce lancement de la Carte COTT a été développé par Christophe Mercier. Il met en œuvre les principales fonctionnalités de base de la carte COTT.

Intégration

La Fin du samedi a été consacrée à l’intégration des différents modules. Cela a été rapide, quelques adaptations des logiciels a été nécessaire. Un message d’échange entre les deux cartes ayant évolué de format. La chaîne de mesure de température a été finalisée. Des tests peu poussés ont permis de vérifier que les deux calculateurs communiquaient bien entre eux et que les messages étaient décodables sur une station de réception. La chaîne de mesure a ensuite été intégrée.

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Intégration de la charge utile (F6FA0, Emmanuel)

Le tout a ensuite été monté sur le ballon. Ce fut un travail minutieux car il ne fallait pas emmêler les fils et repérer les différentes sondes.

Lâché

Le ballon a été gonflé à l’aide d’un ventilateur Après quelques minutes d’exposition, le ballon se réchauffe.

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Ballon en cours de gonflage

Cela a pris du temps car le ciel était nuageux. Petit à petit le ballon continue à se réchauffer, il commence à se soulever, viennent alors les derniers préparatifs, vérification de la charge utile, programmation de l’heure de séparation.

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Le ballon est pret à partir
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Vérification de la charge utile avant décolage

Le ballon est enfin libéré, il s’élève doucement, se stabilise à moins d’une dizaine de mètres du sol. Le spectacle est superbe. Les photographes s’en donnent à cœur joie. Puis soudain, le ballon recommence à grimper. Il passe juste au-dessus des arbres .Nous le perdons de vue. Reste le poste de télémesure pour suivre sa course. Sur les écrans des ordinateurs, la course du ballon se dessine tout doucement, il continue à monter…

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Trajectoire donnée par le GPS

Soudain, les télémesures deviennent incohérentes. Il devient impossible de suivre le ballon. Le seul recours est les reports des signaux émis par le ballon par les radioamateurs à l’écoute de la balise du ballon.

Les OM à l’écoute mettent leurs données sur la liste de l’Amsat-F. Jean-Louis F6AGR, et Christian F1AFZ ont tenu informé le poste de suivi. Alain Verbruge, F6AGV, parti en suiveur, a du mal lui aussi à le suivre. Il doit abandonner.
La balise n’ayant pas déclenché le système de récupération, le ballon poursuit sa course jusqu’a la nuit. Les derniers reports le confirment, le ballon a dépassé les frontières Françaises…

Bilan

Le dysfonctionnement de la balise n’est pas éclairci. Les données transmises par la Carte télémesure sont subitement devenues incohérentes. Conformément à son fonctionnement, la Carte COTT a continué à envoyer les données dès lors que la forme de la trame était correcte. Il a été intéressant de constater que certains modems en mode KISS réalisent un filtrage des trames ce qui ne devrait pas être le cas. La carte de télémesure a aussi continué à fonctionner selon le séquencement prévu. Le défaut peut provenir soit d’un problème d’alimentation du GPS et de la chaîne de mesure, soit d’un dépassement de pile à l’intérieur du logiciel de télémesure entraînant un référence sur des mauvaises tables de données.
L’heure n’étant pas reçue correctement du GPS, la séparation n’a pas été réalisée par la carte de télémesure. Il serait intéressant de doubler cette fonctionnalité par un timer monté en redondance.

Les trames émises sont courtes, cela rend difficile la recherche de la direction de l’émission pour le ou les suiveurs. De plus l’annonce de ce lancement est restée confidentielle et tardive, le nombre de report a été limité. Un système d’avis de lâcher de ballon devrait être mis en place, notamment en direction des pays limitrophes.
Alain Verbruge a réalisé une excellente analyse du vol du ballon à partir des données APRS et des reports des différents OM. Il ainsi établie une zone probable d’atterrissage du ballon. Ces études et méthodes sont particulièrement intéressantes. Cela va servir de base à un sujet d’étude pour des apprentis.

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Trajectoire donnée par le GPS

Ce lâché de ballon a permis aux différentes équipes de progresser sur différents domaines, l’activité sur la liste de l’Amsat-F a montré le dynamisme des OM’s à réaliser l’écoute de ballon expérimentaux. Pour une première coopération entre différentes personnes, cela a permis de valider des idées et de resserrer des liens. Cette expérience sera refaite en 2005 en tenant compte des leçons apprises à l’issue de ce lâché.

Pour avoir plus d’informations, je vous encourage à aller sur
http://ballonsolaire.free.fr/ballon241004.htm
http://perso.wanadoo.fr/ballonsolaire/vol-strato-2004.htm


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