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2014
[LANZAMIENTO
LANZAMIENTO DE GLOBO
SONDA]
Objetivo:
El objetivo del proyecto es lanzar una sonda a una altura aproximada de 26000
metros. Esta sonda retransmitirá tanto la posición, la altura y las imágenes en
tiempo real.
Zona de lanzamiento:
El lanzamiento se realizara en la zona del aeródromo de Castejon de Monegros. Es
una zona árida,, sin desniveles significativos y sin edificaciones importantes que
permiten un lanzamiento y una recogida relativamente sencilla.
Zona de recogida:
La zona de recogida dependerá de dos factores:
1- Las condiciones del viento, pueden desplazar la sonda
2- La velocidad de ascenso y descenso. Si la velocidad de ascenso es baja el
globo puede desplazarse muchos más kilómetros de los deseados.
Existen simuladores de ruta para este tipo de sistemas de globos sonda. Indica la
posible reta que seguirá el globo sonda a partir de las corrientes de aire y del
ascenso y descenso del globo sonda.
Condiciones climáticas:
La sonda estará expuesta a un cambio constante de temperaturas que
descenderá hasta una temperatura de -60 grados Celsius y subirá
rápidamente hasta los 20
2 grados Celsius cuando llegue a tierra.
Materiales
Nuestra sonda estratosférica se va a componer de una caja -la
la sonda en sí, donde
irán las cámaras y los medidores de datos atmosféricos, así como el GPSGPS y un globo
que tirará de ella hasta la estratosfera. Entre caja y globo ataremos un paracaídas
para suavizar el descenso
enso y poder recuperar los instrumentos de a bordo.
• La sonda:
Material: porexpan o similar
Peso: 1000 g
Carga: 800 g
Sonda compacta, para evitar cámaras de aire que enfríen los instrumentos
Dimensiones: 40x40x30 cm
Se construye a partir de una caja de porexpan -que
que es material ligero y aislanteaislante
cortada y modelada para hacer un recinto lo más hermético y compacto posible,
para evitar la entrada de aire del exterior que podía enfriar los instrumentos más
allá de su rango de operatividad.
tividad.
La caja se envuelve con una manta térmica para hacer frente a las bajas
temperaturas existentes al final de la troposfera, de hasta -65ºC,
65ºC, temperatura no
soportada por los instrumentos de a bordo.
• Las cámaras
2 cámaras gopro 1080p para grabar la estratosfera: una iría vertical filmando el suelo y
otra horizontal filmando el horizonte. Por el tipo de lente que poseen graban el vídeo
con efecto "ojo de pez": la sensación es como ver a través de una mirilla, pero a
cambio obtenemos un ángulo
ángul de apertura del objetivo de 145º.
Atención: hay que asegurarse que las baterías duran por lo menos 3 horas, y la cámara
soporta una tarjeta de memoria en la que puedan caber 3 horas de vídeo a la
resolución que queramos
• El paracaídas
Diámetro: 114 cm
Velocidad de descenso: 5 m/s para una carga de 2,4kg
Lo mejor para una caída desde 35 kilómetros de altura es un buen paracaídas,
fundamental para que las. Lo colocamos a 3 metros de la caja, atravesado por la
cuerda que la une con el globo, cuya función también es mantener el paracaídas
cerrado mientras se mantenga tensa. Cuando el globo explota, el paracaídas se
abre de forma natural, devolviendo la sonda a la superficie a más o menos unos 6
m/s, que no deja de ser un impacto importante.
• GPS TRACKER
Esto es lo que a uno siempre le da más miedo: perder la sonda.
Nosotros usamos un "GPS Tracker" con una precisión de entre 5 y 10 metros según
la zona. Funciona con una tarjeta SIM y utiliza cobertura móvil, de manera que al
llamar al número de la tarjeta, el GPS cuelga y envía un mensaje con las
l
coordenadas en las que se encuentra, siempre y cuando el GPS tenga cobertura. De
no ser así, "el teléfono marcado está apagado o fuera de cobertura".
Ver sistema de localización en "Misión".
• El globo
Material: tótex, un tipo de látex
Peso: 400 g
Carga: 2.5 m3 de Helio
Dimensiones:
1 metros de diámetro a 0 km
5 metros de diámetro a 25 km
Hecho de tótex, es especial para sondeos meteorológicos, pesa entre 1200 y 1500
gramos y transporta unos 2.5 m3 de helio. Esto significa que va medio vacío,
midiendo sólo unos 2 metros de diámetro en el momento del despegue.
En torno a los 35 km de altura, la baja presión del aire ha estirado el globo hasta los
9 metros de diámetro, punto de ruptura y posterior caída de la sonda. Es decir,
cuanto menos se llene inicialmente el globo, más tarda en explotar, por tanto más
alto sube; pero también más tiempo tarda en subir (el empuje es menor), lo que
implica más arrastre por el viento y la distancia horizontal
horizontal recorrida por la sonda
desde punto de despegue es mayor.
• El helio
Bombona de 2,4m3
bombona de 3,6m3
Una
na botella de helio de 3,6m3, de los que 2,5 son necesarios para un lanzamiento,
siempre que la sonda no supere los 800g de peso.
• La cuerda
Material: Hilo de nylon trenzado
6 puntos de agarre con la caja
12 m entre caja y globo para minimizar la torsión
La cuerda atravesaba por su punto central al paracaídas, de modo que tiraba de él y
lo mantenía plegado mientras estuviese tensa. Una vez que el globo explota por
presión, la cuerda se destensa y la propia caída de la sonda hace desplegar el
paracaídas.
La cuerda mide 12 metros a fin de minimizar el continuo giro de la sonda debido a
la torsión en ella, producida por los movimientos a causa del viento.
• Sistemas de comunicación:
La sonda incorpora in sistema que transmite imágenes en tiempo real. Estas
imágenes están enviadas por una frecuencia de 1,3 Ghz y una potencia de 1,5 W.
En tierra hay situada una antena de grandes dimensiones que recibe la información
que registra la cámara
ara de abordo. La antena es auto ajustable siguiendo el globo
sonda en todo momento. Así capta de manera óptima en todo momento.
Otro equipo que incluye la sonda es un sistema mixto de posición en tiempo real
por GPS y un sistema de barométrico que indica la altura de vuelo.
Cálculo del helio a meter en el globo:
Sea M este peso total, ρAire la densidad del aire, V el volumen del globo y g la
gravedad:
Según Arquímedes: «Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en
reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido
que desaloja»
Esto quiere decir que nuestro globo tiene 2 fuerzas aplicadas, una que sube (que
estará determinada únicamente por el volumen del globo) y una que baja (que
estará determinada
erminada por el peso total de la sonda y la densidad del gas en el interior
del globo)
F ascensional = masa de aire que ocuparía el volumen desalojado * g
F gravitatoria = M * g
Por tanto, para que suba:
Fascensional > Fgravitatoria
...y al ser ρ = m/V => m = ρ * V
masa de aire que ocuparía el volumen desalojado * g = ρAire * V * g > M * g
Quitando las g en ambos términos:
ρAire * V > masa (sonda + cuerda + paracaídas + globo) + masa del Helio
introducido
ρAire * V > masa (sonda + cuerda + paracaídas + globo) + ρHe * V
(ρAire - ρHe) * V > masa (sonda + cuerda + paracaídas
paraca
+ globo)
(1,18 - 0,1785) * V > masa (sonda + cuerda + paracaídas + globo)
Como ρAire - ρHe ~ 1:
Volumen [m^3] > masa (sonda + cuerda + paracaídas + globo) [kg]
ó lo que es lo mismo,
Volumen [m^3] + Headicional [m^3] = masa (sonda + cuerda + paracaídas +
globo) [kg]
Volumen requerido:
400g + 800g = 1,2 m^3 + 0,2 m^3 = 1,4 m^3