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Lost in space

Le double vol d'ATIE et Starflyer en 2010-2011

Ce projet (réalisé pour la quatrième année consécutive) a consisté en 2010-2011 à instrumenter et suivre deux ballons gonflés à l'hélium qui, durant environ trois heures, ont parcouru environ 100km. Il a rassemblé des collégiens, des lycéens, des étudiants de DUT et de BTS, et des enseignants/chercheurs qui ont contribué en commun à la réalisation du projet.

Ces ballons, nommés StarFlyer et ATIE, ont décollé l'un après l'autre de la Cité scolaire Briffaut le 21 avril 2011 à 15h et 15h30.

Le vol (trames reçues, trajet, courbes) a pu être suivi sur le web en temps-réel, ainsi que sur Facebook et Twitter.

Les photos et courbes sont disponibles dans la section résultats.

L'équipe


Les ballons et leur suivi


Sous chacun des deux ballons était suspendue une nacelle contenant un système embarqué (un ordinateur autonome), des capteurs, un GPS, un émetteur radio et des caméras. Périodiquement durant le vol, le système embarqué interrogeait les capteurs et le GPS, commandait les caméras (enregistrement vidéo / prise de clichés), stockait les données collectées et les transmettait les informations par radio.

Au sol, des stations radio fixes ou mobiles (voitures) réceptionnaient les données envoyées par les ballons, les stockaient et les relayaient via Internet vers un serveur.

Ce serveur stockait les données relayées, les exploitait et les rendait disponibles en temps-réel en brut au travers de réseaux sociaux (Facebook et Twitter) mais également sous forme de graphiques/cartographies/statistiques via un site Web dont une version figée après le vol est disponible ici.


Chaque membre a ainsi apporté ses compétences au projet global :

Vols et résultats


ATIE et STARFLYER ont atterri après environ 3 heures de vol, à 15 minutes d'intervalle et 1 km de distance, à environ 30 km au Nord de Valence. Ils se sont tranquillement élevés à 15 km/h , pour éclater à 31300 mètres pour STARFLYER et 28200 mètres pour ATIE. Ils ont parcouru environ 100km sur une trajectoire en forme de +, au gré des vents (Sud au sol, puis Ouest et Est en altitude). La trajectoire d'ATIE (à gauche) a été conforme aux prévisions météo à 12h (à droite).

Trajectoire ATIE   Prévisions à 12h



Les trajectoires des deux ballons sont disponibles au format Google Earth ici.

Les radio-amateurs sur place, et les IUTiens les ayant rejoints, ont pu assister à l'atterrissage des deux ballons et ont procédé ensemble à la récupération des nacelles.
L'atterrissage de STARFLYER a été un peu brutal (chute à 50/60 km/h), son parachute s'étant emmelé avec les restes de l'enveloppe. La nacelle, tombée dans un bosquet qui a amorti les dernièrs mètres de chute, n'a cependant pas souffert du choc avec le sol. ATIE s'est quant à lui posé tranquillement dans un champs.

Parachute emmelé   Atterrissage en douceur



Les différentes stations de réception fixes et mobiles ont pu recevoir les trames des ballons par radio, dont voici un exemple :

#ATIE,161502,4509.2909N,00454.4205E,00276.3,BD,A,08,000.0,350.4,70,1540,
921,800,94,384,391,967,585,996,1010,399,346,320,758,180955,1029

On y retrouve le nom du ballon, l'heure (GMT), la position GPS (latitude, longitude altitude), le cap, la vitesse par raport au sol, le nombre de satellites en vue, un numéro de trame et les mesures brutes (valeurs entières comprises entre 0 et 1023).

Voici un extrait du signal radio, tel qu'on peut le recevoir sur un poste FM (138.500 MHz). On entend un signal permanent à 900Hz (en l'absence de données) et une sorte de battement régulier qui est généré par le transmetteur Kiwi du CNES. A 15 secondes et 1 minute plus tard, on entend une trame émise par STARFLYER pendant 2/3 secondes.



Les deux objets volants identifiés ont ainsi transmis des mesures de pression, de température (int/ext), de luminosité, d'hygrométrie, de tension des batteries, d'accélération.

Une archive des données binaires (parfois corrompues) reçues par les différentes stations est disponible ici.
Un fichier CSV exploitable avec Excel, rassemblant toutes les données reçues par radio est disponible ici.
Enfin, les données stockées directement sur les systèmes embarqués (sans les informations de positions) sont disponibles sous la forme de feuilles Excel avec les courbes ici.


Ci-dessous quelques courbes représentatives du vol (l'ensemble des courbes est disponible ici) :
  • L'altitude d'ATIE en fonction du temps (en secondes depuis le lacher). On y voit bien la vitesse d'ascension constante (15km/h environ) et le freinage progressif pendant la chute dû à l'ouverture toute aussi progressive du parachute.

    ATIE, altitude en fonction du temps

  • La pression mesurée en fonction de l'altitude dans ATIE. On y voit bien la cohérence avec la courbe théorique.

    ATIE, pression en fonction de l'altitude

  • La vitesse par rapport au sol et le cap respectivement mesurés en fonction de l'altitude et du temps dans ATIE. On y voit bien les différents vents.

    ATIE, cap en fonction de l'altitude


    ATIE, cap en fonction du temps



ATIE et STARFLYER embarquaient également des systèmes de prise de vue qui ont permis de ramener des clichés de la surface (et de la rotondité) de la terre à haute altitude, des vidéos du sol, des vidéos de l'enveloppe latex (pour évaluer son expansion durant le vol).


STARFLYER était équipé d'une caméra VGA de modélisme (FlyCamOne Eco2), fixant l'horizon et prenant des clichés toutes les 4 secondes. Ci-dessous quelques photos parmi les plus significatives du vol :
  • Une photo de groupe au moment du décollage

    Décollage


  • Le lycée polyvalent Algoud vu du ciel

    Algoud


  • La vallée du Rhône, environs de Valence, à 2000 mètres d'altitude

    Valence


  • Traversée des nuages, à environ 5000 mètres d'altitude

    5000m


  • A environ 10000 mètres d'altitude

    10000m

  • A environ 15000 mètres d'altitude

    15000m


  • A environ 20000 mètres d'altitude

    20000m


  • A environ 25000 mètres d'altitude

    25000m


  • A environ 30000 mètres d'altitude

    30000m


  • L'éclatement du ballon. On voit l'enveloppe de latex, avec des morceaux qui se détachent. Est-ce la nacelle qui a basculée, ou l'enveloppe qui est passée devant, mystère...

    Eclatement


  • La Terre vue de 31km d'altitude, elle est bien ronde. On distingue les couches basses de l'atmosphère, en bleu, et le noir.

    La Terre



De nombreuses photos de la préparation, de l'envol, de la récupération, ainsi que les photos de l'horizon prises par STARFLYER sont visibles ici.


STARFLYER était également équipé d'une autre caméra identique, filmant le ciel au dessus de la nacelle, et permettant notamment de mesurer l'augmentation de taille du ballon. Malheureusement, la caméra s'est coupée après environ 1h30 d'ascension, ce qui n'a pas permis de voir l'éclatement. Ci-dessous, une vidéo des premières minutes entourant le décollage.


On peut quand même comparer le diamètre apparent de l'enveloppe au départ (200cm de diamètre) et à 15km d'altitude (450cm de diamètre).
N.B. La distance entre la caméra et le milieu du réflecteur radar est à peu près de 2 mètres, et la distance entre le milieu du réflécteur radar et le haut du parachute (donc le bas de l'enveloppe) est de 4 mètres. A l'éclatement, le diamètre peut aller jusqu'à 10m.

Au départ   A 15000 mètres



ATIE était quant à lui équipé d'une caméra HD filmant avec une vue plongeante à 45°. Ci dessous, on peut voir un montage des premières minutes du vol (le son est volontairement coupé).



Enfin, voici une vidéo du lâcher de STARFLYER.


Remerciements :


Nous remercions les personnes, associations, institutions et entreprises qui soutiennent chacun ce projet à leur manière et permettent son succès :
  • Planète-Sciences et le CNES
    • Pour l'encadrement et le suivi, ainsi que le soutien matériel et technique
  • Fingerprint
    • Pour la mise à disposition gracieuse du serveur hébergant le site de suivi
  • Les chasseurs de ballons
    • Pour leur généreux coup de main lors du suivi et de la récupération, pour les photos/vidéos et l'article leur blog.