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Espaço para Todos: Descrição básica do projeto e seus subsistemas
Para levar uma carga a mais de 33 mil metros de altitude são necessárias diversas etapas. Teoricamente bastaria comprar um balão, enchê-lo de gás hélio e prender a ele uma carga com instrumentos, que enviaria para a estação rastreadora os dados solicitados. Uma vez cumprida a missão, a carga retornaria a terra através de pára-quedas, e depois recuperada.
Colocado dessa forma parece fácil e não demandaria mais de algumas horas de trabalho. Mas quando cada implementação é vista separadamente, a missão começa a ficar complicada e cara, a começar pelo envelope, que para quem não sabe, é como o balão de látex é chamado entre os profissionais.
Vejamos quais serão as implementações ou subsistemas que farão parte do projeto Espaço para Todos, lembrando que os lançamentos não serão iguais e poderão não usar as mesmas implementações.
Subsistema de vôo
Composto de balão de látex com capacidade de elevar 1050 gramas a 33 mil metros de altitude. De acordo com o fabricante, este balão deverá ser preenchido com 3 metros cúbicos de gás hélio. Em terra seu diâmetro será de 180 centímetros, chegando a quase 9 metros na máxima altitude. Apesar de ser apenas um balão de látex, não há fabricantes nacionais.
Subsistema de controle
É o computador de bordo alojado dentro da carga de instrumentos. Não existe qualquer implementação comercial e está em fase de desenvolvimento pelo pessoal do Apolo11.com. O núcleo do sistema será comandado por um ou dois microcontroladores da série PIC, da Microchip, e será responsável pelas seguintes tarefas:
Coletar os dados dos sensores de temperaturas interna e externa
Coletar dados do sensor de pressão barométrica
Decodificar o comando para liberação do pára-quedas antes do balão explodir ou tomar essa atitude quando determinadas condições forem satisfeitas.
Comandar o subsistema de imagens, disparando a câmera adaptada em intervalos regulares pré-estabelecidos e informar aos operadores que essa operação foi efetuada.
Produzir sinais em código Morse, informando o prefixo da estação de radioamador a bordo da carga e codificar os sinais dos sensores neste mesmo formato.
Converter sinais do GPS de bordo em formato de packet-radio a serem enviados à rede APRS na freqüência de 145.570 mHz. Isso permitirá que o balão seja rastreado por diversas pessoas, inclusive via internet.
Permitir a entrada de dados enviados por experimentos de terceiros e adicionar os resultados no streamming de dados de packet-radio.
Subsistema de imagem
Composto por uma câmera digital modificada para receber comandos externos enviados pelo computador de bordo. Foi eleita uma câmera Samsung Digimax 201, por preencher os requisitos necessários e facilidade de modificação.
Subsistema de comunicação
Um módulo caro, composto de rádios transmissores operando na banda de 2 e 10 metros, capazes de enviar e/ou receber comandos e dados. A banda de 2 metros (145 mHz) será usada para os dados de GPS e telemetria dos sensores, enquanto a banda de 10 metros (29 mHz) transmitirá o beacon (sinalizador) da estação e informes de temperatura. Por se propagar além da linha do horizonte, os sinais na banda de 10 metros poderão ser captados acima de 1000 km. Esses módulos ainda não estão disponíveis e poderão ser doados ao projeto a título de colaboração.
Subsistema de localização
É constituído basicamente por um GPS externo, que enviará os dados de posicionamento ao computador de bordo. Os dados serão convertidos do padrão NMEA, usado no GPS, para o padrão AX-25, usado na rede de packet-radio. O modelo escolhido foi da marca Garmin e pesa apenas 85 gramas e já se encontra sob testes em nosso laboratório.
Outros itens de localização poderão ser implementados, como refletores de radar, refletores óticos de grande eficiência, sinalizadores sonoros, etc. Escolas e interessados que quiserem participar com projetos e patrocínios serão bem vindos!
Subsistema de resgate
Comumente chamado de pára-quedas, opera junto com o subsistema de localização e tem a função de frear a descida da carga útil, impedindo que esta se quebre. Ainda não está definido qual será o modelo usado e o custo de importação, já que, a exemplo do balão, o Brasil também não fabrica esse item, mas já temos alguns modelos em vista.
Container de instrumentos
Para abrigar a maior parte dos instrumentos, será utilizada uma pequena geladeira feita de isopor, revestida internamente com uma pequena manta de fibra de vidro, com a função de diminuir os efeitos do frio intenso e impedir a perda do calor gerado pelo funcionamento dos componentes.
Estação de recepção e equipes de resgate
Aqui a participação dos interessados será fundamental. A recuperação da carga é uma tarefa difícil e exige um alto grau de coordenação e conhecimento. Não será surpresa se a carga não puder ser recuperada ou cair em local inacessível. Basicamente serão usados os dados de GPS enviados à rede APRS, mas que poderão ser captados e decodificados diretamente através de um receptor de VHF ligado a um computador. Os dados serão plotados na tela do PC ou laptop usando-se o programa UIview, usado por radioamadores. O software permite que os interessados no resgate criem seus próprios mapas abrangendo sua região, facilitando a localização da carga.
Rede APRS
APRS significa Automatic Packet Radio Station, ou estação automática de radio-pacote. De forma muito simplificada, o sistema utiliza a rede APRS, mantida por radioamadores, que permite que os dados no protocolo AX-25 enviados por uma estação, sejam propagados pela rede de alcance mundial.
Os dados propagados contêm a posição geográfica ou informações meteorológicas da estação transmissora e são plotados em sites na internet. Também podem ser plotados diretamente através de programas adequados, no nosso caso, o Uiview. Na tela do programa surgirá o ícone de um balão, com o mapa da região abaixo dele.
Fotos: A primeira imagem mostra o desenvolvimento do microcontrolador. No protoboard (placa branca com diversos furos), temos os sensores de temperatura externa ainda em fase de testes. A placa verde é um laboratório de ensaios. Na seqüência vemos a máquina fotográfica desmontada, pronta para receber as conexões do computador de bordo. A terceira foto mostra o GPS da Garmin, preso na ponta de um mastro em nosso laboratório. Os dados são enviados ao controlador. Em seguida vemos um scanner, sintonizado na frequencia da rede APRS e acima temos um print screen da tela de rastreio do Uiview.
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