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Pi-in-the-Sky VII: Ballon und Nutzlast

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Einleitung

(Link zum Start der Artikelserie, ersten Ballonstart) und zum zweiten)

Nach den beiden Flügen HABKi1 und HABKi2 ist es Zeit, einige Erfahrungen und Aha-Erlebnisse festzuhalten. Wir starten hier einmal mit einen losen Aneinanderreihung von Tipps und werden bei Gelegenheit weiteres anfügen.

 

Ballon

  • Kann in England bezogen werden, siehe RandomSolutions. 
  • Für die Modellauswahl und die Berechnungen siehe die Webseite von Dave Akerman
  • Gas: In der Schweiz sind Wasserstoffballone nicht erlaubt, siehe Rechtliches
  • Start einüben bei gutem Wetter, es ist nicht so einfach

 

Rechtliches

Siehe BAZL Vorschriften für Kinder- und Freiluftballons: In der Schweiz ist es untersagt, Ballone steigen zu lassen:

  • mit mehr als 30 m3 Inhalt
  • mit mehr als 2 kg Nutzlast
  • mit brennbarem Gas

(zusätzliche Vorschriften gelten bei Flughäfen und bei militärischen Anlagen)

 

Nutzlast

  • Bis 2kg Gewicht ist rechtlich erlaubt. Als Beispiel: die Nutzlast von HABKi war 1.6 kg schwer und enthielt

Py-in-the-Sky Stapel mit APRS Shield und Grove Shield
UV-A und UV-B Sensoren
Arduino mit Vernier Shield und Vernier Strahlungssensor
2 Batteriekästen mit 12 resp. 12 AA Batterien inkl. Regler
Digitalkamera und PiCam
Antenen 2m/70cm inkl. Kabel
Styropor-Kiste mit Schwimmnudel

  • Neonfarbe hat sich bewährt. So ist der Würfel z.B. aus der Luft (mit einer Drohne) gut erkennbar, wie sich im zweiten Flug gezeigt hat.

Antennen

Antennen sind eine Wissenschaft für sich. Für eine Ballonnutzlast sind zwangsläufig Kompromisse einzugehen. Für Groundplane und Dipolantennen hier einige Ideen, Berechnungprogramme, grafischen Skizzen und weitere Hilfen:

Eine mechanisch und elektrisch aufwendige, zirkulär polarisierte Duoband-Antenne für einen Stratosphärenballon wurde vor kurzem in der Zeitschrift Funkamateur beschrieben: Axel Lehmann: Leichte 2-m- und 70-cm-Antenne für einen Stratosphärenballon, FA 3/2017, S. 250. Ich fidne diesen Aufwand übertrieben, unsere Ballons konnten wir mit unseren Antennen tadellos empfangen. Eine andere deutsche Ballonflug-Gruppe schwört auf die J-Antennen.

Zwei einfache Drahtantennen wurden beim Flug HABKi eingebaut: für 70cm eine Antenne einer Wettersonde und für 2m eine Drahtdipol aus einem Koax-Kabel mit einer Mantelwellensperre. Beim zweiten Flug wurde der 2m Drahtdipol V-förmig an die Befestigungsleinen hochgehängt.

Hier beide zusammen vom 1. Flug. Die Antennen sollen nicht so herunterhängen und sich sogar berühren können (sie hatten sich beim Start gelöst). Beim zweiten Flug wurde die 2m Antenne an die Ballonschnüre V-förmig hochgehängt und die Wettersonden-Antenne an die Seite des Nutzlast-Würfels geklebt.

Kamera

  • Gesichtsfeld kontrollieren!
  • Vereisung und Kondensation an den Linsen waren kein Problem
  • Mehr als 1 Kamera mitnehmen, mit verschiedener Ausrichtung (z.B. kleine Digitalkamera und RPi Cam)
  • bei Digitalkameras sind die Batterien das Problem. Für Filme vom ganzen Flug reicht es nicht
  • Kamerasteuerung (drehen, schwenken) kann man sich ersparen, die Nutzlast dreht sich genug

 

Batterien /Heizung

  • die empfohlenen Energizer Batterien haben sich bewährt
  • es wird gar nicht so kalt, im Gegenteil. Viel Elektronik gibt viel Wärme
  • Die Arhab (Bob Bruniga WB4APR) empfiehlt Plastikflaschen (mehrwandig) ohne Styropor-Isolation
  • die 10 resp. 12 Batterien haben genug Saft für mehrere Flüge
  • es war durchaus gut, die Bordversorgung auf einer höheren Spannung als 5V zu konzipieren. Einige Komponenten verlangen 9-12V

 

Sensoren

  • UV A und B wurden vom Arduino gemessen. Die Sensoren liefern eine analoge Spannung. Die Messung und Auswertung waren unbefriedigend
  • Temperatursensoren: der Dallas Onewire Sensor war  zu träge oder der Sonne ausgesetzt. Könnte man eine T-Sonde aus einer Meteosonde ausbauen?
  • der Bosch BME280 Sensor sollte getestet werden. Dieser ist sehr genau und misst auch Feuchte und Höhe -> Vergleichsmessungen machen!
  • die Vernier Strahlungssensoren waren ein Flop. Die Mess-Software verdient den Namen nicht
  • Unklar ist, ob die Vernier Strahlungssensoren in diesen Höhen überhaupt gut funktionieren
  • die Konfiguration im PITS Tracker ist anzupassen (richtige Einbindung der Sensoren in die Telemetrie)
  • die Skripte auf dem Arduino sind zu überarbeiten

Tracker (Pi in the Sky) und Funktechnik

  • das PITS System ist zwar komplex, funktioniert aber robust und tadellos
  • das Grove Shield könnte man einsparen, v.a. wenn die Vernier Sensoren entfallen
  • Funklöcher treten sogar im Schweizer Mitteland auf (kein GSM Netz, kein GPS, kein APRS)
  • deshalb sollten mehr (mobile) Empfangsstationen mitmachen
  • LoRa Empfang ist zu testen
  • LoRa Senden (Uplink) sollte ausprobiert werden, diese Funktionalität ist bereits vorhanden
  • Evtl. wäre eine Anbindung ans LPN-Netz der Swisscom möglich. Spannend wäre hier die Abdeckung.
  • eine  Drohne mit Kamera ist sehr nützlich bei der Suche am Boden
  • ein kleiner Empfänger (LoRa-Gateway?) könnte von einer Drohne transportiert werden und ein unübersichtliches Gebiet überfliegen. So ein LoRa Relais wurde von Stuart Robinson schon gebaut:
    There is logging of received packets to SD card, a Bluetooth uplink into an Android mapping application, audio uplink of high altitude balloon payloads into FLDIGI, plus a facility to program the receiver over the air to match (bind to) the transmitter settings.

Man lese: https://spacecentre.co.uk/blog-post/in-gagarins-time/

Links

  • POPEYE
  • How to Search 500 Square Kilometres in 10 minutes LoRa Relais von Stuart Robinson
  • Referenzwerk für Antennen „Rothammel“ (Alois Krischke: Rothammels Antennenbuch, DARC Verlag Baunatal)
  • ARRL  Handbook (The American Radio Relay League, aktuelle Ausgabe 2017 ISBN: 978-1-62595-063-5)

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