定向平飘探空气球系列实验记录

2019.7.3 第一次发布


飞行过程

路径:重庆→四川→重庆→湖北→湖南

飞行时间(到通信中断前):10小时35分钟

飞行路程(到通信中断前):445公里

飞行位移(到通信中断前):309.94公里



升力结构

填充气体:氦气

地面充气总体积:(0.79±0.03)m³

地面球柄举力:(630±30)g

平飘球柄举力:(400±50)g

使用气球:100g、30g、30g共3个乳胶气球


电子系统

载荷:PCB 1块、18650低温电池2颗、微型电磁阀2个、微型气泵2个、433MHz软胶棒天线1根

通信方式:433MHz LoRa半双工通信

发射功率:上行和下行均为30dBm

回传参数:气压数据、GPS数据、温度数据、惯导数据(此次飞行未安装该模块)

连续工作时间(受电量限制,非信标模式):>28小时


飞行控制

方向控制方式:利用夏季对流层顶部到平流层中部的风向变化,通过改变高度间接改变方向

高度控制方式:熔断气球、可控放液、可控泄气


总结

第一个平飘阶段取得完全成功,通过熔断和泄气放液进行定高,向预定方向飞行约100km。进入第二次爬升阶段后,由于低温环境,泄气和放液机构部分失效,未成功退出爬升。最终到达30g气球的爆破高度,转为不受控地缓慢下降。在309km的距离上,由于地球曲率影响,通信中断。高度下降前双向通信正常,速率2.4kbps。


其它

从5月28日的晚上提出想法,到这次试验,短短1个月的时间,又恰逢期末考试月,时间可谓极度短缺。这间接导致这次试验用的系统仍然十分简陋且不稳定。最后要感谢前室友的大力支持,大量关键工作都由他完成。


附录

飞行轨迹

传回的最后一包数据

装置照片,此时只挂了主气球,两个30g小球还没挂上:

地面接收


[修改于 3 个月前 - 2019-07-09 22:45:50]

来自 航空技术电子技术
 
8
2019-7-4 19:35:30
1楼

厉害,已经很成功了。液体要用酒精之类低熔点化合物,上天之前整个装置放冰箱里面做-40℃低温试验。

用的锂电池吗,如果没有加温装置会很惨。气象上现在还在用耐低温干电池。

通信用了多大功率,2.4k对于LoRa来说已经算很快的速度了。

[修改于 4 个月前 - 2019-07-04 19:38:14]

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ddomax(作者)
2楼
引用 虎哥 发表于 1 楼的内容:
厉害,液体要用酒精之类低熔点化合物,上天之前整个装置放冰箱里面做-40℃低温试验。用的锂电池吗,如果.....

嗯,低温是最大的问题。液体是1,2-丙二醇和水按6:4混合得到的共晶混合物。之前用干冰进行过试验,阀门结冰的问题在地面已经被发现,但这次时间有限,放完第二天就回成都考试,没能采取措施(只用变色硅胶进行了一晚上干燥)。锂电池卖家提供了-40℃的放电曲线,且位于无线模块上方,根据温度回读,几乎没低于0℃。不过气象用泡盐水充电的镁电池是真的。在高空低气压带来的热交换降低很明显,之前飞到24000米的时候,同一块板子冰火两重天。试下来稍稍有发热的元件,基本都是散热问题。


功率刚补进贴子,30dBm

[修改于 4 个月前 - 2019-07-04 19:51:39]

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3楼

越是低温设备,散热越要好好做,否则易形成局部巨大温差,造成失效。低气压会影响散热,考虑到气球实际上没有空速,并不能按高空风速考虑风冷,当然比静风会好一点点。如果内部有发热元件,可以用泡沫做好保温,密封好,留一个小孔平衡压力就可以了。

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4楼

滋磁一下

感觉应该带个摄像头啥的2333

2.4k的速率应该能用20秒传回一张超高压的jpeg了

似乎这种气象气球在没有控制的情况下会越高越膨胀,于是越飘越高,直到爆炸。不知道有没有办法能够加强它的强度让他不膨胀于是能在某一高度长时间浮空。

[修改于 4 个月前 - 2019-07-04 20:15:16]

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1
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ddomax(作者)
5楼
引用 radio 发表于 4 楼的内容:
感觉应该带个摄像头啥的23332.4k的速率应该能用20秒传回一张超高压的jpeg了似乎这种气象气球.....

下次就加图传。想要靠气球直接悬停,双层球可以做到,有新闻报道。@探空气球,他们单位的华一气球。

我需要实时控制高度来调节方向,主要目的是点对点长距离飞行。

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6楼

不需要放业放气直接悬停?什么原理,要么带动力,要么带压缩机还差不多。

六七十年代确实有远距离空飘侦察气球,到了高空放一点气,加上高空气压小,温度低,在一些路线上是有可能保持高度较长时间,但是最终要么炸掉,要么掉下来,只有极个别碰运气能飞近万公里。

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ddomax(作者)
7楼
引用 虎哥 发表于 6 楼的内容:
不需要放业放气直接悬停?什么原理,要么带动力,要么带压缩机还差不多。六七十年代确实有远距离空飘侦察气.....

https://www.icswb.com/h/152/20190417/596025.html

淘宝有卖,不清楚原理,买回来就是两个球套在一起

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8楼

里面讲清楚了,坦率的说,并不比你的放气放液法高明

 与普通探空气球相同,专用的平漂式气球也用天然乳胶制作,具有良好的延展性能。不同的是,平漂式气球分内外双球,外球以自由升空的方式达到一定高度后爆炸,内球根据一段高度距离的姿态调整后开始平漂,大约5小时后,其携带的熔断装置根据设定时间对绳索进行熔断,仪器在降落伞的作用下缓慢坠落。为完成平漂,平漂式气球还配有专门的电子探空仪,准备时除了检测常规的气压、温度、湿度、定位外,还需要进行熔断检测以及精准的称重环节。

这个好处应该是可靠性比较高。不知道如果降低可靠性要求的话,可否用便宜的2万米气球,不要充那么满,让他漂流到4-5万米高度,然后通过适当的放气,使他较长时间停留在空中。

[修改于 4 个月前 - 2019-07-04 23:08:48]

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9楼

话说这样一个探空气球的RCS有多大,不怕被空管雷达发现吗

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10楼

这种零压力气球呢 ,这种气球不是通过弹性膨胀来增大的,不会那么容易炸


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2019-7-6 13:54:56
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11楼

这个如果有GPRS模块,似乎还能回收数据?

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12楼
引用 huangqi412 发表于 11 楼的内容:
这个如果有GPRS模块,似乎还能回收数据?

高空用不了GPRS吧

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2019-7-7 15:55:14
13楼
引用 信仰は儚き人間の為に 发表于 12 楼的内容:
高空用不了GPRS吧

楼主最后掉下去了,,,不是掉到深山可以传

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2019-7-9 11:04:15
2019-7-9 11:04:15
14楼

一直想做但没时间去做的事 楼主V5  相当成功了 有机会一起再做个玩玩

贵州这边做接力测控

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ddomax(作者)
15楼

通过改进悬停控制方式,下一次放飞将采用30g自重的气象气球作为载具,力争将起飞质量降低到200g以下,即地面充气体积小于0.2m³。这将使探空气球的体积远小于一般的气象气球,而与常见的娱乐用途的系留气球体积相当。此外还将尝试误差半径小于10公里的落点控制。预计平飘的总里程将大于700km。新的硬件已经开工制作,根据目前ECMWF的高空风流预报,一周内会有较好放飞时机。

[修改于 3 个月前 - 2019-07-09 22:42:01]

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16楼

是否考虑开放测控协议(只开放下行),请沿途爱好者协助接收数据。上行可以约几个可靠的爱好者协助执行。

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2019-7-21 21:24:57
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17楼

楼主的八木,增益是多少呢?

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2019-7-24 22:36:15
2019-7-24 22:36:15
18楼
引用 Winter 发表于 17 楼的内容:
楼主的八木,增益是多少呢?

这种增益较低,8-9dBi吧,看着引向器似乎还是等长的。。

[修改于 3 个月前 - 2019-07-24 22:37:24]

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2019-7-25 05:10:27
19楼

能不能拖一根几十米的长铝丝,发射短波。这样传播距离可能更远。 



[修改于 3 个月前 - 2019-07-25 16:58:01]

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2019-8-18 19:19:44
2019-8-18 19:19:44
20楼
引用 ddomax 发表于 15 楼的内容:
通过改进悬停控制方式,下一次放飞将采用30g自重的气象气球作为载具,力争将起飞质量降低到200g以下.....

想问问楼主,有预测探空气球落点的算法么,在下这里地形一侧多山,我想尽可能的预测落点,实在不想让它落到山里,也收集了一些前辈的数据,有只有100公里左右的,更有300公里以上的,实在说不准。实在不行,我打算先在10000m左右试飞一次,气球便宜点,只带gps,带相同配重,看10000m落点,然后推算一下30000m的,然后能把30000m的落点估计误差控制在50公里内,这样至少能避免最后掉进山里之类的。如果楼主有什么计算方法更好了,谢谢。

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2019-9-6 17:46:03
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21楼

数据可以用ARPS网络。国外的气球经常就用这个来传数据。

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2019-9-7 19:05:21
2019-9-7 19:05:21
22楼

LZ的气球失联不知道是不是这个原因。。。低调低调。。。。





[修改于 1 个月前 - 2019-09-07 19:33:27]

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2019-9-8 18:05:37
23楼

出动的J10C是在湖南的,而且从残骸来看,相似度很高啊

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2019-9-13 04:11:13
2019-9-13 04:11:13
24楼
引用 smith 发表于 23 楼的内容:
出动的J10C是在湖南的,而且从残骸来看,相似度很高啊

这都能结合到一块 

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2019-9-19 18:13:01
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25楼

天线应该也就6dB,不能再多了

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2019-9-23 11:37:11
2019-9-23 11:37:11
26楼
引用 smith 发表于 22 楼的内容:
LZ的气球失联不知道是不是这个原因。。。低调低调。。。。

这个看新闻好像是美的一个情报采集

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