LHC Balloon

Balão de Telecomunicações e Coleta de Dados do LHC - (LHC-B1)

Introdução

O objetivo deste projeto é lançar um Balão de Comunicações a fim de aprendizagem sobre o funcionamento dos sistemas em alta altitude e baixas temperaturas.
O codinome do balão por ora será LHC-B1.
No payload haverá um computador de bordo (a ser definido - RaspberyPi ou Arduino) que será responsável por por coletar as diversas informações de telemetria, armazená-las localmente em um cartão de memória e também envia-las à estações receptoras em solo. Possivelmente haverá uma câmera a bordo para registro de imagens da baixa e alta estratosfera.
A comunicação com as estações em solo se dará utilizando as frequências de radioamadorismo designadas para o sistema APRS (Automatic Position Reporting System).
O lançamento do balão deverá ser feito de acordo com as regras estabelecidas pela ANAC (Agência Nacional de Avião Civil) e coordenado com o Controle Aéreo Local.
O payload deverá contar também com um para-quedas para a descida segura do payload a fim evitar qualquer risco às pessoas.
Sendo possível deverão ser feitas tentativas de recuperação do payload após a queda baseando-se nas últimas telemetrias recebidas.

Comunicações

Toda comunicação será one-way Downlink, ou seja, Balão -> Solo.

Frequências

• A comunicação de telemetria com o solo se dará prioritariamente na frequência de 145.570 Mhz (faixa de 2m) que é a frequência designada para o sistema APRS no Brasil. Este sistema permite uma taxa de transferência de 1200 bps que é suficiente para transmissão dos dados de telemetria
  
• Poderá haver também transmissão na frequência na faixa dos 430 Mhz (faixa de 70 cm) para dados de imagens via SSDV. (A verificar a disponibilidade de uso da frequência de acordo com as Resoluções da ANATEL para uso geral ou para possuidores de Licensa de Radioamadorismo.)

--- Checklist:

Tarefa	Notas	Status
Definir qual prefixo de chamada utilizar.	De algum membro do LHC ou possibilidade de solicitar um para uso exclusivo do LHC (necessita de pessoa jurídica?)	A iniciar
Verificar qual a potência máxima de transmissão na frequência 145.570 Mhz para radioamadores Classes A,B e C.		A iniciar
Verificar a possibilidade de utilização da frequência na faixa dos 430 Mhz, qual frequência exata e potência.		A iniciar

Equipamentos de Transmissão do Payload

- Alguns equipamentos possíveis para transmissão em 145.570 Mhz:

• Trackduino - https://code.google.com/p/trackuino/ http://www.trackuino.org/
• Radiometrix NXT2

Comunicação com a Estação Especial Internacional (ISS)

• Cogita-se a possibilidade de comunicação do balão com o repetidor APRS instalado na ISS. Para isso é necessário verificar os horários de passagem da ISS por perto da região aonde será lançado o balão.
  
• Também é necessário observar que o sistema APRS instalado na ISS funciona em uma frequência diferente daquela utilizada no Brasil o que implica na necessidade do computador de bordo alterar a frequência de transmissão em intervalos regulares quando da passagem da ISS sobre o local de lançamento.

Recepção em solo e Tracking

• A recepção em solo poderá ser feita de diversas maneiras e simultaneamente por várias pessoas que consigam receber os sinais diretamente nas frequências utilizadas.
  • Utilizando sistemas de rádio amadorismo conectados ao um modem TNC.
  • Utilizando um SDR (Software Defined Radio) conectado a um computador.
  • Através de IGates, estes por sua vez recebendo os dados diretamente ou através de repetidoras e injetando no sistema APRS.
  • O tracking em tempo real poderá ser feito através do site [1]

Equipamentos a Bordo

Computador

Raspberry Pi

• Utilizando o sistema Raspian

GPS

• O módulo GPS deve ser capaz de operar em baixas temperaturas.
• O módulo GPS deve ser capaz de obter a localização acima dos 18KM de altitude (alguns apresentam problema acima desta altitude).

Sensor de Temperatura

--- Checklist:

Tarefa	Notas	Status
Verificar a temperatura mínima de operação do sensor.		A iniciar

Sensor de Umidade e Pressão(Barômetro)

--- Checklist:

Tarefa	Notas	Status
Verificar a temperatura mínima de operação do sensor.		A iniciar

Energia

• Muitos balões de pequeno porte utilizam baterias de LiI (Íons de Lítio) por serem capazes de funcionar a baixas temperaturas. Este componente é crítico para o projeto e deve ser preparado e pesquisado a exaustão, afinal, caso deixe de funcionar perdemos qualquer tipo de contato com todos os sistemas a bordo.
• A princípio não serão necessários painéis solares pois o tempo de voo do balão é de aproximadamente 2h30m. Caso seja necessário deve-se adicionar também um controlador de carga.
• Para alimentação do computador de bordo é necessário a adaptação de um cabo USB conectado a ser conectado diretamente a bateria.

---

Checklist:

Tarefa	Notas	Status
Definir qual modelo de bateria utilizar (Voltagem e Ah).		A iniciar
Verificar qual a menor temperatura de operação da bateria.		A iniciar
Medir consumo de bateria em Ah com o Computador e todos os módulos ligados.		A iniciar

Balão

• O balão a ser enviado será do tipo meteorológico com razoável resistência para que possa subir a uma altura considerável.
• O gás a ser utilizado poderá ser ou Hidrogênio ou Hélio e depender de custo, facilidade de aquisição e adequação ao projeto. (Caso possua conhecimento nesta área por favor complementar a informação)
• Sendo adequado poderá ser feito o calculo para elevação do balão até determinada altitude a fim de mantê-lo no ar por mais tempo. (Caso possua conhecimento nesta área por favor complementar a informação)
• Na possibilidade de permanência do balão por tempo prolongado em altitude será necessário adicionar um painel solar em conjunto com um controlador de carga para suprimento de energia aos sistemas do balão.
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--- Checklist:

Tarefa	Notas	Status
Definir qual modelo material e modelo de balão a ser usado.		A iniciar
Definir qual gás utilizar (Hidrogênio ou Hélio)		A iniciar
Calcular a quantidade exata de gás e pressão para definição de altitude máxima		A iniciar

Recipiente par ao Payload

Todos os equipamentos eletrônicos deverão estar protegidos dentro de um compartimento feito de isopor para isolamento térmico e proteção dos sistemas a bordo.
A correta vedação é bastante importante pois muitos equipamentos não funcionam a temperaturas como as encontradas em altas altitudes (-55 C).

Quem

• Fernando