Серия «Самодельный стратостат»

Вот мы и вернулись! С "небольшим" опозданием, но нам есть чем оправдаться ;) В прошлом году мы строили и запускали самодельные стратостаты с целью привезти видео в 4k с высоты 30+ километров. В этом году мы, наконец-то, достигли всех поставленных целей и привезли бескомпромисный результат. Эту версию я подготовил специально для Pikabu - она сильно короче и без технических частей, просто видосы и картинки. Полная версия на Хабре, ссылка будет в конце. Поехали?

Что нового

Итак, давайте быстренько раскажу, что мы поменяли относительно прошлого сезона:

- Новый поисковый трекер Азимут IRIDIUM/GSM

- Новая камера Insta360 One X2

- Обновили парашют

- LCD дисплей для отображение телеметрии Waveshare 4.1inch Touch DSI

- ВОДОРОД (азаза, вы просили - мы накачали)

Наш верный SPOT Trace из прошлого сезона начал болеть и мы решили, что пришло время подыскивать ему замену. Мы ее нашли в лице трекера "Азимут" который так же умеет отправлять координаты через спутник и, докучи, через GSM (если она есть):

Еще нам очень хотелось посмотреть как взрывается шар, но очень не хотелось цеплять вторую камеру (и дополнительное питание). Так что мы притараканили камеру с обзором 360 градусов и закрыли все наши потребности по этому вопросу. Да-да, это та самая камера, которая:

Но не волнуйтесь, на видео такого не будет :)

Благодаря этой камере, вы можете крутить видос в полете куда захотите. Можете даже использовать VR функцию YouTube и смотреть в очках. Например в картонных. Осторожно! Возможны обмороки!

Парашют в этот раз не пригодился, парашют для слабаков. Почему? Потому что он не раскрылся ;)

Поднимем знамя революции!

Дисплей... Дисплей - это провал. Мы почему хотели его? Потому, что сама камера не обладает GPS-приемником, соответственно финт ушами как на GoPro там не прокатит - синхронизировать видео по данным с камеры и наложить телеметрию в постобработке, как мы делали это ранее. Так что родился план, надежный как швейцарские часы: поместить в кадр дисплей, на который будет выводиться телеметрия в реальном времени. Благодаря обзору камеры, мы могли бы в любой момент обратить свой взор на него и узнать "где мы??". Но... солнце ¯\_(ツ)/¯ Из-за бликов ничего не видно. Ладно, отработали запуски с доп. грузом. Не отчаиваемся.

А вообще должно было выглядеть вот так:

ВОДОРОД.

Не знаю, на кой ляд вам дался этот водород, но я в ваши дела не лезу. Раз надо водород - получите водород.

Из плюсов водорода перед гелием:

- он в 3 раза дешевле

- его надо в 2 раза меньше (мы закачали половину стандартного 40л баллона)

Из минусов:

- всем пришлось бросить курить

- его нельзя перевозить в салоне\багажнике авто - нашли газель

Поиск и спасение

Ребят, тут все было очень скучно - зонд упал в 20 метрах от дороги ¯\_(ツ)/¯ Просто подошли и забрали. Его, конечно, потрепало об ветки и при ударе он немного разлетелся в стороны, но все оборудование работает в данный момент штатно. Даже несмотря на то, что из короба мы слили примерно литр осадков и, похоже, местные медведи похитили у нас один павербанк (мы не смогли его обнаружить в радиусе 5 метров от места крушения). Ну ладно, пусть он служит им долго и верно.

Отмечу лишь, что прогноз маршрута, построенный на все том же CUSF Landing Predictor, оказался очень точным. Зонд приземлился в 50 метрах от расчетного места.

Куда мы улетели?

Высота

Нормально улетели, но это не точно)) Температуры\влажности\гироскопы и т.п. мы уже разбирали много раз. Там без изменений. Самое главное для нас в этом запуске - высота!

Иииии... У нас снова "устал" GPS в полете. Такое уже случалось ранее и в коментах народ предполагал, что это может быть из-за ориентирования антенны. У меня нет повода спорить с этим предположением. В этот раз антенна GPS просто болталась на проводе снизу. Что же, надо было что-то испортить, вот мы испортили GPS. Но у нас есть план "Б" (всегда)!

Барометрическое нивелирование и высшая математика. Первое работает плохо на высотах выше 12км, во втором я не разбираюсь. Но это не помешает мне утверждать, что с вероятностью 100% мы достигли минимальной для нас высоты - 30км.

Давайте сразу график:

Итак, видно, что в полете мы теряли GPS несколько раз. А после 25км он пропал надолго и вернулся только на обратном пути. Хорошо, что мы пофиксили старый баг, из-за которого теряли все данные без сигнала GPS.

Вы знаете, у нас есть "конспирологическая" теория, что GPS там пропадал неслучайно... Т.к. он так же пропадал и на обоих поисковых трекерах. С другой стороны - ОрВД разрешило нам запуск из этой точки, значит никаких "закрытых" зон мы пересекать не должны были. Ну, это всего лишь догадки.

Оранжевая линия - это барометрическое нивелирование. Видно, что оно очень хорошо совпадает с GPS до 12-13км, а выше идет в разнос.

Зеленая линия - это линейная интерполяция в Excel. Интерполировал только верхний сегмент полета. Как смог, так смог. Если кто-то умеет лучше - все данные в репозитории, ссылки в статье.

Давление

Слабый аргумент, если взять во внимание особенности барометрического нивелирования, но все равно аргумент:

Минимальное значение в этот раз: 0.25mbar

Я напомню\дополню табличку с прошлого запуска:

Что же, вдвое (!) ниже чем в прошлый раз! Да, здесь, конечно, не линейная зависимость. Мы и не говорим, что улетели на 70км. Но я считаю, что это достаточное доказательство того, что заданную высоту в 30км мы точно преодолели!

Между собой мы голосуем за высоту ~34км

Убедительно? Убедительно. Теперь посмотрим своими глазами, что оттуда видно ;)

Видео

Сначала гордость нашей миссии - 4k 30fps сферическое (с обзором 360 градусов) видео всего полета. Как я уже упоминал выше - можно крутить камерой в приложении YouTube или у них на сайте (не ручаюсь за встроенные видео), можно использовать VR функцию YouTube и смотреть в очках (даже картонных). Таким образом у вас появится возможность лично пережить крушение аппарата и влететь на всей скорости в елки. А еще, у некоторых наших бета-тестеров, на высоте возникала тошнота и легкое головокружение. Имейте в виду.

В видео есть разбивка на эпизоды, т.к. не каждый выдержит 2,5 часа смотреть в пустоту.

Думаю, сориентируетесь :)

Гифка для затравки со взрывом шара:

Фотка, чтобы бесить плоскоземельщиков:

Еще хорошо видно, особенно на этапе "посадки", что парашют нам практически не пригодился... Да, он конечно немного замедлил падение, а основную роль, я думаю, он сыграл, цепляясь за ветки. Нооооо... Мы немного на другое рассчитывали :) Если коротко, наша версия такова:

- парашют раскрылся в верхней точке

- остатки шара упали ниже уровня парашюта

- набегающим потоком шар загнало под купол и это нарушило работоспособность парашюта

Доставка этого видео на ютуб потребовала от нас решения некоторых задач. Исходник материала размером ~105GB. Не все из них - полет. Часть - это процедуры перед запуском, часть - лежание на земле после крушения. Но около 90GB - это полет. С горем пополам, используя технологическое преимущество вашего расказчика и корпоративное оборудование - мы перемещали эти данные за тысячи километров, обрезали, склеивали и заливали на ютубы почти целую неделю.

Бонусом нарезали короткое reframe-видео под веселую royalty-free музычку из банка YouTube. Не обессудьте - я у мамы монтажер (около 4-х минут):

Выводы

В итоге, все цели поставленные перед миссией, были выполнены. Видео 4k с высоты 30+ км. мы привезли. Его можно крутить, его можно смотреть, его можно использовать в дебатах со сторонниками теории плоской земли.

На данные момент мы поставили новую цель - снизить стоимость запусков. Для этого надо снизить стоимость "расходников". Наш самый дорогой, до сих пор - это шар. Латекс из Китая массой 2 кг. занимает примерно 80% всех расходов в каждом запуске. Нам подсказывали ранее, что хорошей альтернативой может стать полиэтилен. Это мы и вознамерились проверить. Если с ним всё сложится, то это уменьшит стоимость запуска на 2 порядка!. Между собой мы называем это - запуск на пакетах из Ашана.

Что делать с парашютом - мы пока не знаем. Возможно проблема уйдет сама при запуске на пакетах. Ну и с бликами дисплея надо что-то придумать. Пока что рабочая версия - разместить "как-то" на боковой стенке. Будем посмотреть.

- Полная версия на Хабре

- Файлы телеметрии

На этом всё. Fly safe, cmdr!

Вот мы и подобрались к финалу сезона 2021 по запускам своего самодельного стратостата. Начало истории этого запуска в части "А", полная история, в виде серии постов, в хронологическом порядке - у меня в профиле. Больше запусков в этом году не будет!

Результаты

Ну наконец-то. Давайте посмотрим, что же нам притащили ребята из части "А", ценой таких неимоверных усилий. Для начала еще раз взглянем на фото из заголовка (⬆).

Первое, за что цепляется глаз — две шкалы высот. Да, я решил вставить 2, потому что они расходятся. Не трудно догадаться, что "GoPro Alt" — это показания GoPro, а "RPI Alt" — показания нашего самописца полученные от GPS HAT.

Максимальное значение на шкале GP — 12109м, на RPI — 35794м. Это очень большая разница. Что-то тут не так! Что именно не так — я не смог узнать (хотел написать в саппорт GP, но не успел). Если у кого-то есть догадки — пишите в комментариях. У меня есть только теория. Которая основывается на подсказанной в комментариях к первой статье ссылке — COCOM Limits. Суть ее сводится к следующему: у GPS приемников есть некоторые искусственные ограничения на фиксируемую высоту и скорость. В данном случае, опираясь на статью из вики, это 18000м по высоте.

Тут есть два "НО". Во-первых: у нас 12км, а не 18. Во-вторых: организация, занимающаяся контролем этих ограничений, вроде как упразднена. Я закину еще одно предположение: возможно эта функция была делегирована другой организации, а лимиты были изменены (в меньшую сторону).

Вы все еще можете думать: ой, да это не GP наврала и лимитов никаких нет. Это твой китайский GPS HAT врет. Но у меня есть еще аргумент в пользу верности показаний RPI — давление!

Существует несколько способов вычислить относительную высоту. Я использовал барометрическую формулу. Суть ее в том, что с набором высоты плотность воздуха и, соответственно, давление падает. А, зная давление "на поверхности", мы можем, зная давление "на высоте", вычислить саму высоту. Проблема тут только одна — нужно знать температуру окружающей среды. В чем проблема, спросите вы? А вы помните, что наш градусник не фиксирует температуру ниже -40С? Вот в этом и проблема. Вторая проблема - барометрическая формула впринципе плохо работает для высот >10км. Как вариант, я попробовал использовать показания внутреннего термометра (который в Sense HAT). Я упоминал, что мы проделали слишком большое отверстие в крышке полезной нагрузки и через нее поступал забортный воздух. Вот я и подумал, что, возможно, там была более "реальная" температура. На самом деле нет. Все эти цифры абсолютно не годились для расчета высоты. И я покажу это на графике:

Видите? Пока была высота, где термометр давал ± реальные данные и высота была до 10км — графики не сильно расходились. Но, со временем, разница выросла в критическую.

Ну а где же пруф с высотой по давлению? В самом давлении! Давайте вспомним, какие показания давления у нас были ранее и сравним с давлением сейчас:

Как видите — давление в последнем запуске зафиксировано намного меньшее, чем в предпоследнем. Да, зависимость не линейная, это видно даже без графика, но зависимость есть и она точно не в пользу показаний с GoPro. Вот, посмотрите на график:

Итак, вы можете поверить, что при давлении 0.49 миллибар там было всего 12км, как говорит GoPro? Убедительно? Убедительно. С этих самых пор, мы стали считать, что нами достигнута высота 35794м

Т.е. ваш шар поднялся до высоты 35794м?

На самом деле — нет :-) Шар, скорее всего поднялся даже выше!

Давайте вспомним тот баг с пропажей GPS сигнала и NRE в коде. Добавим к этому видео с камеры (не обращая внимания на ее телеметрию). И посмотрим график высоты по показаниям RPI:

Оранжевый сегмент — это отсутствие данных. Но, так как строчки в логе идут одна за одной (баг же), то нет разрыва по времени. Разрыв я вам показывал — почти полчаса. Итак...

После 35794 у нас есть период неизвестности. Что делал шар в эти полчаса — в логи (в явном виде) не попало. Но мы можем пытаться экстраполировать имеющиеся данные! Я сделаю это очень грубо, т.к. не вижу смысла в очень точных расчетах в данном случае.

Рассчитаем и возьмем вертикальную скорость шара перед пропажей сигнала: 1.4м/с.

Рассчитаем и возьмем вертикальную скорость шара после появления сигнала: -45.2м/с (я не беру в расчет значение 6.11м/с, так как это значение, посчитанное для промежутка потери сигнала).

Допустим, что эти скорости корректны и для отсутствующего отрезка. Теперь главный вопрос: до какой высоты X успеет подняться шар, чтобы через полчаса (учитывая и время подъема с заданной скоростью — 1.4м/с) его высота была равна 24864м?

Честно вам скажу — я заленился это считать, так что просто прикинул в голове, что это где-то 1.8-1.9км дополнительно. Итого, с оооочень большим допущением, мы получим максимальную высоту ~38км. И, сюрприз-сюрприз, это как раз регламентированная максимальная высота для этого шара. Нет, конечно, с такими расчетами мы не можем себе приписать 38км, но мы можем похвалить производителя шаров: с высокой долей вероятности — он не соврал (а мы правильно накачали и запустили).

Раз уж затронули вертикальную скорость — давайте построим и ее график. В конце концов, она для нас тоже важна, особенно на этапе снижения, чтобы оценить эффективность парашютов. Сначала "общий план":

Что меня тут радует — это относительно "ровная" скорость на подъеме. Она держалась в пределах 3-7м/с, что нас более чем устраивает (в полетном плане мы указываем скорость подъема 5м/с). Не смотрите на эти пики — это кратковременное пропадание сигнала GPS так сказывается. Да, потеря его на 1-2 сек — это вполне нормальное явление.

Что меня не радует — очень медленное гашение скорости на спуске. Давайте посмотрим поближе:

Мда… На этом графике хорошо видно, как наша нагрузка отчаянно боролась за жизнь. Нет, ну я конечно понимаю, что на 30+ км почти нет воздуха (давление 0.5мбар), но даже к моменту достижения 10км (лучше видно на общем графике) скорость была больше 10м/с. А там уже с атмосферой намного получше и самолеты летают. Но, надо отдать должное, почти у самой земли парашюты все же справились и "загасили" скорость до приемлемых 7-8м/с. Пусть это будет напоминанием тем, кто считает, что 2 парашюта всегда лучше, чем один.

На этом аномалии не заканчиваются. Следующая головная боль — внутренняя температура.

Замерз наш RPI, не побоюсь этого слова — в труху! Если кто не помнит, обычно он у нас в полете функционирует при температуре +30С и выше. А тут он замерзал до -16С! Это нам (и всем тем, кто решит сделать свой стратостат) хороший урок — уделяйте особое внимание планированию воздушных потоков в коробе. Отверстия должны быть сбоку, но никак не сверху. Схема правильной климатизации в первой части статьи. А тут, напомню, мы второпях просто поставили дырявую крышку. Вот, что из этого получилось. Да, хоть RPI и работал при -16С, но элементы питания выдержали весь полет. Могу сказать, что нам просто повезло. Вы так не делайте ;-)

Я так же пытался найти закономерность между внутренней температурой и вертикальной скоростью (раз уж она посчитана):

Кто-то видит закономерность? Я — не особо. Меня интересует зависимость температуры от скорости подъема. Но график скорости ± ровный, в то время как температура "скачет". Ну что же, видимо это связано не с вертикальной скоростью. На спуске (там где скорость уходит резко вниз) мы, ожидаемо, видим падение температуры и потом быстрый нагрев. И такое поведения вполне естественно. Так что извините, но я все еще не вижу вины скорости в переохлаждении нашей коробки.

Ладно, это была "так себе аномалия". Понятно, что в дырявом коробе будет "дуть". Но сейчас вы увидите кое-что покруче:

Влажность. Да-да, отрицательная влажность. -3?! На самом деле наиболее вероятный ответ был дан в комментах на хабре:

Relative Humidity sensor (accurate to ±4.5% in the 20-80%rH range, accurate to ± 0.5 °C in 15-
40 °C range)

Это, фактически, означает, что при относительной влажности ниже 20% и температуре ниже +15C - этот сенсор может выдавать хоть гороскоп на среду.

По поводу "закрашенных" областей у меня такое предположение — мы где-то нацепляли воды "по дороге". Может в облаках. И эта капелька росы, как-то всю дорогу портила нам показания (ранее на таких высотах этот сенсор вел себя корректно). Возможно с этим связаны и отрицательные значения. Возможно.

Ну что же. Это была сама сложная часть анализа телеметрии. Перейдем к "дежурным" и очевидным данным.

Давление:

Очередной рекорд в наших запусках: 0.49мбар! Похлопаем ему и идем дальше.

Температура за бортом:

Тоже без сюрпризов, но и без рекордов. Да, внешний градусник надо менять в первую очередь. Но с этим есть некоторые технические сложности, с которыми мы пока разбираемся. Надеюсь на следующий запуск полетит нормальный градусник.

На этом все. Я, как обычно, оставляю ссылки на всю телеметрию, для желающих покопаться самостоятельно:

Оригинал

Мои изыскания

Видео

Не самое лучшее наше видео, но, технически — это видео. Видео с высоты 30+ км в 4k, как мы и обещали. Да, 99% тут просто телеметрия поверх черного фона. Но, все же, есть пара интересных моментов:

1. Максимальная высота, зафиксированная RPI (дальше мы потеряли сигнал GPS, но видно, что зонд еще не падает): 2:07:10

2. Момент взрыва шара: 2:38:13

Я мог немного напортачить с синхронизацией телеметрии (GoPro vs RPI) и из-за бага в самописце — это сложно установить. Фактически, я могу синхронизировать только по старту: в момент разрыва шара GPS от RPI еще не появился, а до момента приземления не дожила камера. То, что происходит с показаниями RPI после потери сигнала — особенности поведения софта наложения телеметрии. Он, почему-то, решает сгладить резкие перепады и снижает плавно все показатели до 0, хотя их там нет совсем. Это поведение мне победить не удалось.

Выводы

По ходу прочтения статьи, вы уже могли сделать все правильные выводы. Давайте подведем итог:

1. Не используйте стропные парашюты

2. Используйте только 1 парашют. Диаметр купола зависит от массы спускаемой нагрузки. Для нагрузки до 1.5кг рекомендуется диаметр купола 1.2-1.4м. Можно больше (если найдете). Это по желанию

3. Пишите юнит-тесты к своему ПО

4. Уделяйте внимания отверстиям на коробе. Не должно быть ничего, кроме предусмотренных климатизацией. Рекомендую использовать схему охлаждения из первой статьи (или что-то получше)

5. Не запускайте в темное время суток

Вот, пожалуй, и все. Из планов на будущее обозначу следущие:

1. Мы хотим сделать еще как минимум 1 запуск и привезти нормальное видео. Запуск этот будет не раньше апреля 2022

2. Будут некоторые изменения в полезной нагрузке. Надеюсь за каникулы я успею сделать задуманное. Но, по-прежнему, не ожидайте запуска спектроанализатора :-)

Как минимум, мы повозимся вот с этим (система оповещения о сближении для авиации):

Также, попробуем добавить камер (скорее всего HQ RPI Camera или аналоги)

3. Ожидайте скорый выход статьи по легализации этих запусков. Мы прошли этот долгий путь, чтобы сделать его коротким для вас

Вот теперь точно все. Fly safe, cmdr!

Те из вас, кто читал предыдущие части моей истории, сейчас наверняка пристально разглядывают эту картинку и у них в голове появляются вопросы. Если вы присоединились только к 3-й части — все равно запрыгивайте, начало истории у меня в профиле.

Эта часть будет разбита на две (а не на три, как обычно). Здесь вас ждет: техническая часть, бухгалтерия, подготовка к запуску, запуск и поиск. В следующей части: результаты, видео и выводы.

Как можно догадаться — мы снова это сделали. Мы запустили свой самодельный стратостат из "плохого" гелия и "не надежного" GPS-трекера, и привезли немного интересного из стратосферы. Хотите узнать почему это фото именно такое?

Вступление

Да потому, что мы сделали запуск ночью… Мы, конечно, не планировали запуск ночью, но "человек предполагает, а COVID располагает"… Так что расписание наше пришлось подвинуть, пока все не перестали кашлять и запуск сдвинулся на будний день. А там у всех дневная работа, заботы и т.п. Перенести на ближайшие выходные не получилось уже из-за меня — мне надо было срочно улетать домой. В общем — это был вечер буднего дня.

По секрету скажу (я эту мысль никому из команды ранее не озвучивал, иначе меня засмеяли бы), что у меня была идея запустить ночью, когда-нибудь. Я, почему-то, думал, что GoPro вытащит неплохой ночной вид на видео. Но, как вы понимаете, не вытащила, хоть и снимала с максимальным для нее ISO 1600. Хотя фото это мне нравится — на нем Луна :-)

Все! На этом можно заканчивать! Да нет, конечно. У меня опять получился какой-то лонг-рид: я расскажу как все было и почему все было именно так.

Для начала небольшое отступление для вновь подключившихся. Около года назад мы с друзьями решили собрать свое нечто, способное подняться на высоту 30+ км, записать там видео и некоторые данные, вроде влажности, температур, давления и т.п. Мы назвали это самодельный стратостат. В первой части статьи приведен подробный план постройки этого аппарата (все этапы). Во второй части мы учли некоторые ошибки прошлого и повторили запуск(-и). 3апускали мы 3 раза, всего было 4 шара, улетело из них на тот момент — 2. И вот, наш 4-й запуск, в который полетел, улетел и прилетел наш 5-й шар — Vostok-4 (да-да, naming convention описан во второй части статьи).

В целом, всю нашу историю за прошедший год можно изобразить вот этой совершенной инфографикой:

Да, вы снова видите эту цифру: 35794м. И на фотке из заголовка она, и тут она. Все верно. Но обо всем по порядку.

Конструкция

Общая конструкция

Хоть я и обещал в прошлый раз, что технических изменений не будет, но, как говорится — еще ни один план не пережил начало битвы. А битва у нас случилась с парашютом. Дело в том, что за все наши запуски наш самый первый парашют поистрепался. Я упоминал уже, что, даже после первого запуска, он немного надорвался на внутренней поверхности купола. Повреждение было не критичным и мы запустились с ним еще раз. Это его и добило. Нет, посадка Vostok-3b была мягкой, но парашют окончательно пришел в негодность и мы решили его заменить.

Почему-то, наш конструктор посчитал хорошей идеей вместо одного парашюта сделать два. Ну, на самом деле, аргумент его был весьма прост: больше парашютов — мягче посадка (суммарная площадь поверхности, создающей сопротивление, ведь больше). Помогло это или почему не помогло — обсудим в результатах. А сейчас очень важный нюанс: первый парашют был бесстропный, вторые два со стропами. И я вам наперед скажу: если не хотите проблем — со всей силы ищите бесстропные парашюты.

Итак, у нас 2 стропных парашюта, каждый из которых крепится своим фалом к горловине шара. Снизу, от строп парашютов идут независимые фалы к еще одному фалу, который уже крепится к полезной нагрузке. Схематично это выглядит так (масштаб не учтен):

Существует древняя истина: чем больше в системе элементов — тем чаще она ломается. Это правда, я про это знал и… ничего конструктору не сказал. Представленная схема креплений Vostok-4 сильно сложнее прошлых версий. Тут и фалов вагон, и парашютные стропы, и их соединения. В общем — так себе идея. Но проверить стоило.

Ссылка на шар: aliexpress

Заявленные характеристики следующие:

Да, по ссылке шары >2000г отсутствуют. Так что мы заказали тот что на 2кг, а потом уже, пообщавшись с продавцом, выяснили что можно заказать шарик и покруче. Стоит их пробовать или нет — решайте сами. Сразу скажу, что шар на 2кг обошелся нам примерно в 25000 руб. К тому же, у меня большие сомнения насчет возможности подъема выше 38км без реактивной тяги — уж очень мало там воздуха. Так что, если хотите наверняка — берите максимум 2кг.

Полезная нагрузка

Тут без изменений. Ничего не убавили, ничего не добавили. Даже павербанки летали те же, что и в прошлый раз. Пролистываем.

Программирование

А вот тут с изменениями :-)

Но с одной оговоркой: на Vostok-4 летала та же версия ПО, что и на Vostok-3b. Все изменения, описанные тут, сделаны по результатам анализа телеметрии Vostok-4 и эта версия еще никуда не летала! По этой же причине бранч не влит в мастер.

Вот предмет обсуждения: bugfix/report_gaps

А произошло следующее. В основном цикле есть такое условие:

Я объяснял в первой части, что точка синхронизации всех параметров телеметрии — время, полученное по GPS. Соответственно, не имея данных GPS — нет смысл записывать отчет. Или есть? На самом деле есть, т.к. во-первых: нам не так уж и важно абсолютное время — достаточно относительного (просто записывать каждую секунду). Во-вторых: гораздо более удачной точкой синхронизации может стать высота, а не время. А высота у нас не только от GPS, но ее можно вычислить и по барометрической формуле (и мы это делали в первой статье). Но этот метод требует определенного оборудования за бортом. Например, градусника, способного измерить очень низкие температуры (ниже -40C). Наш внешний градусник ограничен нижней планкой в -40C, а внутренний — подвержен влиянию нашей системы климатизации (нагревается от RPI и охлаждается забортным воздухом).

В общем, данные GPS не сильно важны (но очень желательны), оттого появилось это || _reportService.ReportFileCreated. Так уж получилось, что хоть 1 раз, но GPS нам необходим — чтобы сгенерировать имя файла отчета ¯\(ツ)/¯ А дальше уже можно и без GPS, и все должно быть хорошо.

Но, листая телеметрию с этого запуска, вылезло вот это:

Видите, видите? "Расстояние" между 2-я этими соседними строчками немного больше чем 1 секунда. Оно почти полчаса! Откуда? Что? Как? Да, очевидно что мы потеряли GPS на какое-то время, но ведь, следуя условию в основном цикле, мы все равно должны были записать данные с сенсоров.

Одной из возможных причин потери сигнала GPS могло быть вот это:

Мы не знаем, в какой момент это произошло, но есть не нулевая вероятность, что изоляция перетерлась на подъеме (когда шар больше всего крутило) и это послужило "началом конца". Эта антенна была закреплена на центральном парашютном фале и вполне могла там и запутаться. Это конечно лишь мои догадки, но все же.

Причина оказалась совсем детской — NullReferenceException вот тут:

Мда… Собственно, это и есть весь фикс. Но этот случай вынудил меня написать юнит-тесты для всего этого хозяйства, чему и посвящено 99% изменений в бранче с фиксом. Сейчас там конечно не full coverage, но основные моменты я покрыл.

Раньше я быстро писал некрасивый и нерабочий код, но спустя многие годы упорной работы я перестал писать его быстро

Единственной проблемой было то, что все классы библиотеки для работы с SenseHAT (SenseHatNet) — не абстрактные, не реализуют интерфейс, да еще и запечатанные. Такая диспозиция вынуждает меня создавать пограничные интерфейсы, а я такое не очень люблю, но сделать их пришлось. Других проблем не было.

Сами тесты (если интересно) посмотрите в репозитории, а тут мы посмотрим на результаты.

До фикса:

После фикса:

Нуштош... заодно прогнали тесты с записью в файл, убедились, что теперь все "ок" и двинули дальше

Бухгалтерия

Тут почти все идеально, наконец-то :-)

Траты были только на расходники: шар и гелий. Ну и на новые парашюты. Теоретически, их тоже можно вписать в расходники, но чуть более long-term. С другой стороны — так можно все что угодно вписать в расходники. Ведь ничто не вечно. Тем не менее мы не рассматривали конструкцию как "полностью переиспользуемую" на протяжении долго времени. А для нескольких запусков одного нормального парашюта вам должно хватить. Единственное, что вы 100% будете докупать — это шар и гелий.

Подготовка к запуску

Этот пункт был подробно рассмотрен в первой части статьи, с тех пор механика поиска места запуска не изменилась. FPLN и Landing Predictor вам в помощь.

Но! Тут хочу отметить один важный момент: меня много раз в комментариях дергали вопросом обеспечения безопасности полетов и, в целом, "легализации" этого занятия. Как то: получение разрешения на использование воздушного пространства и подача плана полета в организацию воздушного движения. В прошлый раз я ответил в комментариях, почему не могу сейчас описать этот процесс в статье. Эта же причина сохранилась и по сей день, но мы над этим работаем и все выглядит так, будто бы дело сдвинулось с мертвой точки. Да, планы мы всегда (!) подавали, но процесс их подачи на данный момент непригоден для описания в виде "инструкции". А так как это очень важная часть всей нашей затеи — мы решили довести этот вопрос до пригодного состояния и выложить это как небольшую, но отдельную часть серии статей про самодельный стратостат. Как минимум это сильно облегчит поиск этой информации для тех, кто решит повторить этот путь. Так что ждите, будет отдельно и по делу про "ОрВД, ЕЦ, СЦ и ФГУП" и прочие генераторы случайных букв в российских госструктурах.

Запуск

Помните, в прошлый раз на поиск наш гитарист притащил лодку? В этот раз на запуск он притащил тент 6x4 метра. Несмотря на то, что запуск Vostok-3a провалился по причине наших кривых рук, он решил что проблема не в нас, а в тенте. И сшил на заказ новый, белый и красивый. Смысл использования тента при запуске был тем же, что и всегда — уменьшить нагрузку на горловину шара, пока его надувают гелием. Ведь шар надо удерживать за "что-то", чтобы он не улетел раньше времени (как случилось с Vostok-2). Ну вот...

¯\(ツ)/¯

Честно говоря, этот вариант использования тента мне даже больше понравился и он не лишен смысла. Сейчас объясню разницу с запуском Vostok-2.

После провала с Vostok-2, нашим скорополительным решением стал злополучный тент. Надо было его лишь правильно растянуть над местом запуска и надувать шар под ним. Тогда это практически ликвидировало бы нагрузку на горловину. Но! Как вы можете помнить, Vostok-2 то мы перекачали. Это "раз". "Два": масса шара Vostok-2 — 800 граммов. Масса шара Vostok-4 — 2000 граммов. В 2,5 раза тяжелее. За счет чего, даже при том же количестве гелия внутри — он и сам себя будет неплохо прижимать к земле. Так что, если закачать правильно количество гелия и иметь достаточно тяжелый шар — надобность в тенте над ним пропадает. Вот мы и решили использовать тент "под ним".

Рекомендуемое количество гелия зависит от начального диаметра шара. И, в случае с шарами L-800 и L-2000, это 1 баллон 40л с давлением 150 атм.

И так, мы расположились, разделились, каждый по своим делам. Первым делом запитали наш афроящик:

Ждем пока красный свет не сменится на зеленый. А если не сменится — значит дело плохо и надо разбираться прям там в лесу. Но, спустя несколько секунд видим что все ок:

А еще видим, что на нем нет крышки. Это не потому, что мы ее еще не поставили. Это потому, что мы ее забыли сделать. По пути мы заскочили в строительный магазин и купили лист самого обычного пенопласта. Его недостатки я описывал уже: он слишком толстый и хрупкий для наших нужд. Но, когда у вас стоит выбор между "ничего" и "плохой пенопласт" — выбирайте пенопласт. Там же нарезали себе крышку, проделали в ней отверстие для крепления парашютов и заклеили короб. Из-за спешки (и пенопласта) отверстие для крепления получилось слишком большим и через него в полете поступал забортный воздух. Что не очень хорошо сказалось на климате внутри коробки и это будет видно при разборе телеметрии. А вы помните, что основная проблема, возникающая из-за низких температур — быстрая разрядка элементов питания. А питание — это всё. Это и камера, и телеметрический модуль, и поисковый трекер. Да, каждый узел имеет независимое питание, но все они расположены внутри коробки. Так что батарейки надо беречь и греть. В данном случае, наши аккумуляторы выдержали. Но лучше так не рисковать.

Больше приключений не было. Мы спокойно закачали ровно 1 баллон на 40л, слегка придерживая шар рукой за горловину. Благодаря массе шара — это было не сложно.

Прицепили парашютный фал к шару, фал полезной нагрузки к парашютам и просто разжали руки, отпустив шарик в ночное небо. И стали мониторить, пока была такая возможность (напоминаю: поисковый трекер фиксирует высоту только до 10км):

Я же говорил в прошлый раз, что мы больше никогда не будем пытаться искать трекер в день запуска? Честно говоря, сейчас таких планов тоже не было. Это бессмысленно. Улететь он может на сотни километров (и улетел), да, к тому же, на дворе ночь! Но мы решили все же подождать — вдруг он упадет рядом с дорогой, в легкой доступности? Мы развели костерок, сообразили поесть и принялись ждать. План был такой: ждем до полуночи, если нет новостей — едем по домам, если есть новости — смотрим где упал и решаем. До полуночи с момента запуска оставалось 4 часа, а мы уже знаем, что примерно столько наши шары и летают. Так что шансы узнать место приземления в этот же день были вполне реальны.

Тем временем зонд начал рапортировать о наборе высоты:

И набирал он ее довольно бодро: чуть больше чем за час — 7553 метра. Неплохо для двухкилограммового шара. Дальше, очевидно, он преодолел рубеж в 10км и пропал с радаров. Мы доели шашлык, дождались полуночи и, не получив сигнала от трекера, двинулись домой. Нас ждали 400км пути и поиск этого несчастного в другой день. Опять не повезло.

Поиск и спасение

И, практически ровно в полночь, он проснулся. Но...

Во-первых — снова болото. Во-вторых — что-то тут не так с показаниями. Высота 128 метров? Нуууу, в принципе, это возможно. Скорость не нулевая? Это очень странно. Он либо лежит (и 128 метров это высота поверхности в данной местности над уровнем моря), либо продолжает лететь на такой высоте. Но больше всего меня насторожило вот это: Low Battery!

Если он не лежит на поверхности (скорость не нулевая же) и вот-вот разрядится — будет чрезвычайно сложно его найти. Честно говоря, к такому никто готов не был. Поисковый трекер у нас считался самым надежным элементом системы и от него зависел успех миссии.

Прямо посреди шоссе мы стояли и ждали, в надежде, что трекер пришлет еще одно сообщение. Он настроен присылать треки раз в 5 минут при наличии движения и раз в сутки "статус-сообщение". Да, сигнал GPS не всегда стабильный, и иногда пропадает — это нормально. Но мы прождали не меньше получаса, а нового трека не было. Все портило Low Battery — если бы не оно, я был бы абсолютно спокоен. С полностью заряженными аккумуляторами этот трекер может проработать месяцы. А за это время сигнал нет-нет, да появится. Но он все не появлялся… Что ж, в этот день мы уже точно ничего не могли сделать и двинули дальше в сторону дома с еще худшим настроением, чем было.

Практически 2-е суток он молчал. Двое суток мы в 8 рук тиранили приложение трекера своими запросами. К концу второго дня, принимая во внимание разряжающуюся батарею, надежды уже практически ни у кого не было. Но вдруг, мне в спам посыпалось:

И это означало лишь одно — придется нам снова ехать во всякие

Ну ладно, не так далеко, конечно.

Было бы смешно, если бы он упал не в болото. Но он, по привычке, упал в болото:

А я ни разу не удивлен… Новгородская область богата на болота. Раньше надо было думать, когда выбирали место запуска. Хорошо хоть рек рядом не оказалось.

К сожалению, в этот момент я уже сидел в аэропорту и смотрел на самолеты. Так что искать и доставать наш "Vostok-4" ребятам предстояло без меня. Когда я слушал эту историю по телефону — это звучало как-то так:

Аааа, медведи! Выстрелы! 700 верст по голову в болоте!!1 Взяли шашлык, но пришлось есть грибы! В той деревне все УМЕРЛИ!

Но сейчас, когда прошли недели, можно отбросить эмоции и взглянуть на ситуацию спокойно. Расстояние от точки высадки до зонда по прямой ~5км. Но по прямой там леса\болота. Давайте посмотрим, как шли участники нашей викторины:

A: точка высадки. Дорога, по карте, идет до деревни "Степаново" (точка C). На самом деле — нет. Ну, формально может дорога там и идет, но проехать по ней нельзя. Так что спешились и двинули на своих двоих

B: Свернули раньше времени, ушли немного в лес. Пришлось возвращаться назад. Тем более, что тут был обнаружен след медведя на земле (см. фото-пруф ниже)

C: Дошли до крайней деревни — Степаново. Это туда шла "дорога"

D: От "Степаново" пошли на север — тут начиналось первое болото. Да, болот там много и, так или иначе, но парочку пришлось бы пересечь

E: Пересекли первое болото. Не без потерь — потеряли носок (провалился гитарист под воду немного) :-)

F: Напрямую на северо-восток было не пройти — мешал лес. Откатились немного вдоль лесополосы на юго-запад. Тут начиналось второе болото

G: Пересекли и его. Зонд лежал по ожидаемым координатам — финиш

Весь маршрут — 8.14км в одну сторону. Еще столько же — обратно. Много это или нет (в условиях пересеченной местности и с нагрузкой из сухпайков) — решайте каждый для себя.

Как я уже упоминал — я (не участник этих событий) описываю это спустя недели. Так что довольно сухо и "по фактам". На самом же деле, они смогли мне выдать более-менее связный рассказ только через 2 дня после завершения этой вылазки — настолько сильно они вымотались. Да, и с точки G они мне отзвонились, и из машины по пути домой тоже. Но это больше походило на бессмысленное мычание в трубку, чтобы доложить, что они еще дышат. Тогда я думал, что они на меня обозлились, мол — отправил к черту на рога, а сам сидит там на диване и ест круассан. Но, так часто бывает при физическом и моральном истощении — просто не до разговоров. Точно так же было и при поиске Vostok-3b. Так что я старался терпеливо ждать, пока они отдышатся.

Тем не менее вылазка всем понравилась. Места там очень красивые. Грибов вагон (никаких грибовизоров не надо), очень аутентичная заброшенная церковь, заброшенные деревни, даже медведи там водятся!

И снова, из-за ограничений Pikabu, тут придется остановиться. Мы вернемся с результатами и выводами на следующий день. Fly safe, cmdr!

Ну вот мы и добрались до результатов нашего 3го запуска 4го шара - Vostok-3b.

История создания и спасения описана в частях "А" и "Б". Всю эпопею вы найдете у меня в профиле, а мы погнали, посмотрим, что нам привез Vostok-3b.

Результаты

Начнем с главного.

Высота

25,5 километров! Я нас категорически всех поздравляю — это сильно лучше чем у Vostok-1 (19км). Хочу обратить ваше внимание на то, что это шар L-300, с предельной расчетной высотой 21км. У нас он долетел даже выше, за счет того, что мы его не докачали на земле и сильно снизили массу полезной нагрузки. Так что шар качественный, рекомендую.

Да, и в этот раз я не стал обрезать показания на графиках только до полетного сегмента. Так что тут и части с земли. Посмотрим, как зайдет.

И ложка дегтя: GoPro у нас снова отключилась сильно раньше ожидаемого. Примерно на 6.5км. Но на этот раз я не поленился и наложил телеметрию на видеоряд (уже в постпроцессинге, дома). Фото вы могли видеть в заголовке статьи, а теперь полное видео в 4k 30fps:

Бонус-видео для инстаграмма с музычкой:

И оно нам всем сильно нравится, потому что тут есть проход облаков ;)

В качестве источников телеметрии выступали как сама GoPro (да, к 4-му году обладания этой камерой я вдруг узнал, что она тоже пишет телеметрию), так и наш RPI (для данных, которыми не обладает GoPro). Вот список показателей и источники:

Для видео я решил преимущественно использовать показания с самой камеры, ну потому что они нам показались надежней, да и синхронизировать их не надо.

Влажность

Честно говоря, увидев облака, я расчитывал на другую картинку. Ну, логично предположить, что в облаках влажность сильно выше? Вроде логично. Но тут мы видим что-то другое: влажность всегда падает с высотой. Даже там где облака. У меня есть теория на этот счет:

1. датчик влажности внутри бокса, а он закрыт.

2. размеры бокса мы сильно уменьшили (и его внутренний объем уменьшился).

Учитывая эти два факта, я могу предположить, что RPI просто испарял влагу вокруг себя, тем самым ломая нам показания. Эта теория слегка подтверждается показаниями внутреннего термометра — температура росла сильнее, чем у Vostok-1.

Ну а скачок в конце — это дождик пошел уже на земле. Бокс неплохо затопило, не по крышку, конечно, но когда мы его подняли из него вытекло пару литров воды.

Температура внутри

Это Vostok-3b. Пока лежал на земле, и немного поднялся — температура скакнула на 15 градусов по Цельсию! В отличие от:

Vostok-1. Где разница температур (правда не учитывая лежания на земле) составила всего 5-6 градусов по Цельсию.

Тем не менее, наш климат-контроль удерживал RPI и павербанки в диапазоне рабочих температур. Так что свою функцию он выполнил на все 100.

Температура снаружи

Тут никаких откровений: чем выше — тем холоднее. Видим некоторые флуктуации на высоте, которые мы видели и у Vostok-1. Видим все тот же провал после -40 — наш градусник ниже не умеет. Все ожидаемо.

Давление

А вот тут разница с Vostok-1 есть. Хоть и ожидаемая: раз мы поднялись повыше, то и давление там поменьше. Vostok-3b зафиксировал минимальное давление в 19.8mbar. Если что, то это 1/50 часть атмосферы. Напомню результат Vostok-1:

58mbar. Почти втрое выше, чем у Vostok-3b и все еще экстремально низко для людей :)

Вращение

Этого показателя раньше не было, но я его добавлю для обоих аппаратов, т.к. мы добавили боковые стабилизаторы и хотелось бы понять — имеют они смысл или нет?

Вращение Vostok-1:

Вращение Vostok-3b:

Хм. Ну, мне сложно сказать что-то однозначно. Могу лишь сказать — амплитуда колебаний со стабилизаторами меньше. Что нам это дает? Я не особо понимаю, если честно. Ну да, крутит поменьше, но и в первый раз вполне можно было разобрать пейзаж. Т.е. разница до/после не такая критичная. Да и не факт, что это эффект от стабилизаторов: может просто погода менее ветреная была?

Если у кого-то есть мысли на этот счет — просьба отписать в комментариях. Я добавлю/поправлю.

Время

Время в этот раз для нас было важно, так как мы поменяли источники питания для всех систем на павербанки вдвое меньшей емкости. И хотелось бы понять — можем мы их еще подрезать или уже все. Сравнивать конечно будем Vostok-1 и Vostok-3b. Напомню, оба шара в этих аппаратах были L-300: массой 300г и с предельной высотой 21км. Первый достиг 19км, второй 25,5км. Vostok-1 имел каждый powerbank емкостью 20000mAh, Vostok-3b — 10000mAh. GoPro сейчас в расчет не берем, т.к. она, по моему мнению, выключалась не от истощения внешнего павербанка.

Ну что же. Определенно зависимость между емкостью аккумуляторов и временем жизни телеметрического модуля есть. Но мы видим — время жизни Vostok-3b все еще сильно больше его времени полета. Значит есть куда уменьшать емкость, а значит — можно сделать полезную нагрузку еще меньше (даже с учетом того, что оставшиеся 4.5км до целевой высоты зонд будет подниматься еще пару часов). Но резать советую только аккумулятор для RPI, GoPro была проверена на земле и 10000mAh ей хватает впритык.

GPS

Тоже нечто новое. На этот раз я захотел проследить весь полет зонда по карте и решил построить трек по показаниям бортовой GPS HAT. Я построил. И перестроил. И все равно был недоволен. Вот что оно мне показывало:

На самом деле, там таких сегментов (схожей формы) несколько. Этот конкретно — последний по времени. Я его привел для сравнения мест посадки. Помимо того, что между сегментами значительные разрывы, там пара точек еще как-то оказалась в тихом океане.

А вот трек с поискового трекера:

Основная проблема — сильно разные конечные точки. Вот эта разница на карте:

Нет, я конечно не исключаю, что где-то в недрах документации можно раскопать способ калибровки и/или компенсации погрешности, но сорок километров?

Это еще раз говорит о том, что если кто-то вздумает, что можно сэкономить на трекере и использовать что-то попроще — не надо. Вы потом никогда его не найдете. Вдобавок не забывайте — GSM связи там нет. Совсем! Если вы выберете трекер, который передает координаты по GSM — вы его никогда не найдете.

Так же добавлю упущенный в прошлый раз момент — точность прогноза траектории. Хорошая. Вот что у нас было предсказано (синяя стрелка указывает на реальную зону посадки):

Учтите, что мы строили маршрут с условием подъема до высоты 30км, до которой мы немного не добрались.

Как и в прошлый раз оставляю ссылки на полную телеметрию:

Оригинал

Мои изыскания

На этом с результатами закончим. Подведем короткие выводы и пофантазируем о будущем.

Выводы

На самом деле все хорошо, несмотря на то, что мы потеряли основной для 3го запуска шар (Vostok-3a). Vostok-3b превзошел наши ожидания. Но снова подвела камера… На ее счет у меня тоже есть предположение: помните в первой части я обещал, что мы больше не будем оставлять в ней внутренний аккумулятор и запитаем только от внешнего? Мы этого не сделали. Не сделали потому, что побоялись, что 10000mAh может не хватить и оставили и внутренний, и внешний аккумуляторы. И вот, как по моему мнению, развивались события:

1. Включили камеру

2. Включили запись

3. Включили powerbank

4. Произвели неудачный запуск Vostok-3a

5. Выключили камеру (или запись)

6. Павербанк полностью зарядил камеру в этот момент и отключился

7. Перемонтировали нагрузку на новый шар

8. Включили камеру (или запись)

9. Камера питалась только от внутреннего аккумулятора, т.к. павербанк уже был отключен

Видите? Внутренний аккумулятор сыграл с нами плохую шутку — если бы его не было, мы могли бы по внешним факторам (красный огонек на фронтальной стороне) понять — идет запись или нет. А так, получилось, что запись идет всегда — только мы не понимаем от чего. Ну и в суматохе не перепроверили: включен ли павербанк. В подтверждение этому, выступает тот факт, что когда мы нашли и открыли бокс — банка для GoPro была почти полная (а для RPI, соответственно, пустая). Ок, это учтем на будущее (снова).

Немного про будущее. 30км мы так и не достигли — значит продолжаем. Но продолжать зимой — тяжело. Особенно по части поиска и спасения. Так что мы попробуем сделать еще 1 запуск в этом году и, скорее всего, уйдем на каникулы. Запускать попробуем шар L-2000 производства китайских кутюрье. Также, у нас серьезно укрепилась мысль, что нам надо купить тот вездеход. Ну может не тот именно, но такой же. Проведя 2 успешных поиска, мы поняли — нас всегда выручал именно вездеход. Так почему бы не заиметь его себе?

На время каникул я вынашиваю идею все же осилить владение паяльником и переделать черный ящик на Arduino. Это сильно снизит массу и тепловыделение этой подсистемы. Ну а этот год долетаем на RPI.

На этом все, до скорых встреч и...  Fly safe, cmdr!

Ок, в части "А" мы подготовились (не без неудач) к новому запуску нашего самопального стратостата из собачей шерсти и слёз. Улетел не тот, что мы хотели, но какой-то улетел. Настало время его запустить и посмотреть, что из этого получилось. Поехали!

Запуск

Вы, наверное, обратили внимание на закуп перчаток и материала для тента? Рассказываю :)

Сначала про перчатки. Начитавшись инструкции к шарам, мы обнаружили, что, во избежание повреждения оболочки, рекомендуется не прикасаться к шару голыми руками — жир может негативно сказаться на характеристиках латекса. Там же рекомендуется использовать х/б перчатки. Ну ок, взяли перчатки.

Тент. Помните видео крушения Vostok-2? Чтобы снизить нагрузку на горловину во время надува шара, было принято решение поднадуть шар под тентом, а потом уже фиксировать его положение исключительно тентом, не держать за горловину. Как-то так:

Так и сделали, но… вы помните видео крушения Vostok-3a? :) Честно говоря, еще когда я увидел этот тент, закрались в мою голову сомнения насчет целесообразности и его и перчаток. Ну какие перчатки, если у нас тент из мешковины с гвоздями? Сие сомнение было озвучено, но демократия страшная сила и мой голос был отклонен — все в перчатках, кроме шара. Шар в тенте. Крушение конечно произошло не по причине грубого материала тента или каких-то не тех перчаток, но результат вы видели:

Перейдем к хорошим новостям. Потеряв L-800, мы вспомнили про запасной L-300. За пару минут перемонтировали нагрузку к нему, закачали остатки гелия (а это было чуть меньше нужного количества) и отпустили, не питая особых надежд. Но он взлетел плавно и ровно!

Vostok-3b успешно стартовал и, по опыту первого запуска, мы собрались и двинули домой. Искать нам его предстояло минимум на следующий день, а то и на следующей неделе (все же по будням люди заняты на работах).

Поиск и спасение

И ехали мы примерно час (а до дома оставалось еще 3), пока поисковый трекер не прислал мне сообщение что он остановился… Проведя форум прямо там, на обочине, мы решили: не ну а чо? Время еще не позднее, до места падения ехать полтора часа, упал он, похоже, рядом с какой-то дорогой — поехали, быстро цапнем и домой разбираться? Разумеется мы поехали. Ехали час и трекер прислал — я двигаюсь!

Нуштош, время еще не позднее, постоим, подождем. На этот раз ждали не долго — он снова прислал Movement Stop.

В этот раз подальше от трасс, но спутниковые снимки показывали наличие деревни неподалеку. Это обнадеживало. От нее какая-то сотня метров то ли по лесу, то ли по полю — там не ясно, но мы выдвинулись… Приехав на место уже в сумерках, мы выгрузились в месте, где дорога терялась, взяли снарягу и двинули пешком. Проплутав часик, стемнело окончательно, а перед нами маячила нехорошего вида лесополоса. Знаете, именно в этот момент я взял со всех обещание — больше никогда не пытаться искать зонд в день запуска. Это мертвая затея, поверьте. Запустили и езжайте домой отдыхать. Ничего с ним не будет, полежит недельку, другую — не испортится! Мы вернулись к машине и поехали домой. А зонд… Опять прислал движение...

Но мы уже летели домой, строить планы на поиск и спасение через неделю. Среди планов на полном серьезе рассматривалась возможность поднять этот зонд квадрокоптером и принести нам. Я даже проводил дома испытания грузоподъемности Mavic Mini 2, но он осилил только 750г. Ок, эта идея отпала.

Окончательная точка падения была в 8км от того места, где мы плутали в день запуска. Местность, судя по всему, совершенно безлюдная, так что только если медведи унесут. А их мы потом тоже найдем, так что все ок.

Итак, давайте осмотримся, что там, в этих координатах? Зонд лежит на берегу реки "Смердомка", ближайший райцентр — Смердомский. А ехать нам в пятницу 13го. Так себе знаки… Но желание получить данные с зонда сделало всех участников команды несуеверными, так что начали строить варианты подхода/подплыва/подлета к точке.

Главный конструктор полезной нагрузки выдвинул предложение: раз зонд на берегу речки — надо идти по речке. Сопротивляться никто не стал. Во-первых: он особо никого и не спрашивал, а во-вторых: ну было интересно на лодке покататься, чего уж там :)

Хорошо, вы уже видели в бухгалтерии расходы на аренду лодки с мотором — вот она. Проблема оказалась в другом — подобраться к этой речке с лодкой не так-то просто. Лодка с мотором весит прилично, а речка подходит к дороге в местах, расположенным довольно далеко от зонда. Значит если придется оттуда плыть — плыть придется далеко и долго. Мы накидали 3 маршрута.

Start-1: доезжаем до поселка Смердомский, там спускаемся на воду и примерно 15км идем на лодке по реке. 15км это очень много для нас, но из плюсов — хороший подъезд к речке на машине (не надо тащить лодку с мотором на руках).

Start-2: доезжаем до поселка Турандино, оттуда… а оттуда не понятно. На каких-то картах там есть водные пути, на каких-то болота, на каких-то тропы. В общем — не ясно. Но по речке идти сильно меньше.

Start-3: Доезжаем до Пучнино (по официальной переписи там проживало 8 человек несколько лет назад. Сейчас — неизвестно). Дальше дорога до реки становится просекой. При хорошей погоде просека должна быть проходимой для обычного седана. По реке идти всего 3.3км

Я считаю, что человек развивался сотни тысяч лет не для того чтобы страдать, так что мы выбрали самую простую (как нам тогда казалось) точку старта — точку №3 (между собой мы называли ее "северная").

День первый

Просека оказалась… лесовозной дорогой, созданной лесовозами для лесовозов. Отнюдь не для нашего авто. Тем не менее мы решили рискнуть и проехать по ней, тем более, что большие грязевые колдобины виднелись только в начале, далее шла приемлемая дорога. По странному стечению обстоятельств у меня не сохранилось ни фото, ни видео с демонстрацией этой местности (это мы потом спросим с нашего оператора), так что просто поверьте — она непроходима для легковых авто. Мы даже катались там по соседним полям в надежде найти объезд, несколько раз увязли в грязи, но все тщетно. В итоге мы пропрыгали примерно километр, полтора по лесовозной, еще немного проехали по относительно ровной поверхности и уперлись в совсем плохое покрытие. С этого момента всем стало ясно — дальше мы точно не поедем. Доставать нас оттуда будет некому в случае чего.

Вернулись обратно и поехали на точку №1. Она же — восточная. От нее долго по реке, но, зато нормальный подъезд прямо к берегу. Ну не зря же мы лодку с мотором перли?

Мы так увлеклись идеей покататься на лодке, что даже не обратили внимания на саму речку. А это оказалась "речка Шредингера" — она вроде и есть, но ее вроде и нет.

Сильно позже мы узнали, что более-менее судоходной она, в лучшем случае, становится только весной. А в августе ее средняя глубина — полметра. Средняя. Да, это создает проблем для мотора, но у нас были и весла. А спустя метров 10-15 мы нашли проблему и для весел — пороги. Да, речушка оказалась очень порожистой, камни выступали над поверхностью воды. Это означало, что лодку придется через них перетаскивать. Дальше было 2 новости: хорошая и плохая. Хорошая: у нас был вот этот парень:

Он мог тащить лодку. Плохая новость — телепузы (сапоги по грудь) были только у него. Значит лодку ему предстояло тащить вместе с нами. На энтузиазме он проделывал это пару часов, но силы его заканчивались (а нам было нормально). Начали появляться предложения вернуться обратно, потому что мы прошли от силы всего метров 200, а предстояло пройти 15км. В пользу этого предложения послужил еще и тот факт, что с такой средней скоростью продвижения мы доберемся до точки как раз к весне, а там уже сможем пересесть на мотор.

Ок, развернули лодку и пошли обратно. На обратном пути утопили GoPro, которую использовали для съемок этой экспедиции. Честно говоря, никому ее жалко не было, жалко было потерять материалы с нее. Но ребята вознамерились отомстить этой речке за камеру и вернуться за ней с:

… металлоискателем. Это было в другой день и без меня, но:

Они ее нашли!

И небольшое отступление по материалам. Примерно в середине экспедиции, мне стало лень отписывать родственникам\друзьям как идут дела (там где появялалсь связь, но в 90% местности, где мы обитали — связи не было совсем! ни у кого!) и я решил записать селфи-видео с коротким рассказом: как прошла та или иная вылазка. Это неплохо развеселило ребят и мы решили и дальше так делать. В итоге у нас накопилось некоторое количество видеоматериала с поисков в формате репортажа-отчета. Но. У него нет начала и не установлен контекст (начал снимать то я практически с середины). Так что у меня это все хранится в виде набора разрозненных записей. Возможно, чуть позже, я смонтирую что-то из этого и досниму недостающий контекст, но пока я буду оставлять ссылки на отдельные видео — кто хочет смотрите, кто не хочет — игнорируйте :)

На точку №2 (западную) никто особо ехать не хотел. Мы уже и так потратили много времени и сил на выяснения окружения точек №1 и №3, так что было принято решение попытать еще раз удачу на северной точке. Но теперь уже без машины. Напомню — подъезд к реке нам нужен был, чтобы не тащить на себе лодку с мотором. Теперь мы знали — никакой ложки речки нет! В худшем случае — снимаем обувь и переходим вброд. Такая идея понравилась всем, даже лодочному фанату.

Приехав к началу лесовозной дороги, мы сгрузились, взяли кому что надо и пошли — нас ожидали 5км пешего пути до речки. Прошли мы их довольно бодро, а в конце нас ждал сюрприз — через речку был мост. Ну как мост… бетонная плита. Но она работала как отличный мост. Это укрепило нашу мысль о том, что лодка в этом путешествии была лишней, так как этот "мост" — непреодолимая преграда для нашей лодки. Ладно, нет смысла сожалеть — мы только на середине пути и надо двигаться дальше. А дальше… дорога, даже лесовозная, закончилась. Совсем. Там было поле высокой травы (под 2 метра высотой), местами примятой под колею. Но колея эта точно оставлена не автомобилями. Мы предположили, что это могли быть охотники на вездеходах, тем более, что по пути мы видели несколько лабазов (специальные охотничьи укрепления, к которым загоняется зверь и оттуда по нему ведется огонь). Поле это то и дело пересекал бурелом, лес, овраги и т.п. В общем — недружелюбная среда. Еще эти лабазы… И в такой обстановке нам предстояло еще 5км пути. Время было вечернее. Посовещавшись, мы решили — никто не пойдет в этот лес/поле ночью. Даже если мы к полуночи придем на точку — надо будет еще дойти обратно. Слишком опасно. Но план — пробраться именно здесь, этой дорогой — выглядел хорошо. Так что мы решили заночевать неподалеку. Километрах в 20 проходило шоссе, а где шоссе — там и мотели. План "А" на этот счет был таким: едем ночуем в мотель, утром, пораньше, выдвигаемся на северную точку и снова: 5км по лесовозной + 5км по буреломам. На этом закончился наш первый день спасения Vostok-3b.

И вот короткое видео, где я рассказываю все то же самое:

День второй

Переночевав в сомнительного вида мотеле (где, к тому же, ночью у нас в номере прорвало трубу канализации), мы поднялись в 6 утра, в 7 позавтракали и выдвинулись на северную точку. План был надежный, как швейцарские часы — просто идем всю дорогу пешком, берем зонд и так же уходим. Ну что тут может сломаться?! Мы же полетали там на коптере и увидели вполне проходимое поле! Ну вот примерно такое:

Наш план на начало второго дня:

Кадр из видео с квадрокоптера. Согласитесь — вполне нормально. Оказалось, что нет… Начиная от моста шла вездеходная колея, по которой мы и пошли. Вне колеи эта трава была высотой под 2 метра и она никому не нравилась по двум причинам. Во-первых: змеи. Во-вторых: кабаны. И те и те любят понежиться в травке, а, из-за ее размеров, видимость наша практически нулевая. Мы против убийства животных ради развлечений, но ружье у нас с собой было. Не от змей, конечно, от змей у нас были резиновые сапоги. Проблема заключалась в том, что кабаны спят в траве стаями. А в такой высокой траве увидеть их заблаговременно не получится. В итоге, любая встреча с ними была бы для нас неприятной неожиданностью.

В этот момент, вспомнив Биара Гриллза, в нашем отряде появилась почетная должность отпугивателя "медведей". Мы не знали наверняка — есть они там или нет, но проверять не хотелось. Заключалась эта функция в следующем: были найдены и вручены одному из членов отряда две металлические склянки. Ими он должен был бить друг о друга всю дорогу, оповещая весь лес — мы идем. Как минимум это поднимало нам всем настроение. Не знаю, сработало это против медведей или нет, но медведей мы по пути не видели.

Итак, мы упорно топали по колее, пока не закончилась и она. А до места приземления еще оставалось километра полтора. Мы просто уперлись в сплошную стену 2х-метровой травы (потенциально с полчищами кабанов внутри). Как я уже говорил: ружье у нас с собой, но никто из нас не Рэмбо — одно дело если ты видишь угрозу и можешь приготовиться, другое дело, когда она возникает неожиданно. Это означало только одно — надо возвращаться и пробовать последнюю точку захода "западную". И уже в который раз мы вернулись по знакомой дороге к машине, загрузились и, сильно потеряв в энтузиазме, двинули к западной точке.

Видео отчет за этот период:

И вы не поверите :) По пути нам навстречу попался вот этот парень:

Про встречу вездехода:

Это не просто вездеход. Это — решение абсолютно всех наших проблем! Я долго не мог поверить в такую удачу. Никто не мог. Но, тем не менее, за скромную плату мы арендовали это устройство вместе с водителем и двинулись снова на северную точку. На этот раз ни трава, ни овраги с человеческий рост, ни кабаны — не являлись для нас проблемой.

Пара видео с демонстрацией его возможностей:

Мы даже подумывали этот вездеход прямо там и купить, учитывая что его стоимость нас приятно удивила (по сравнению с Питерскими ценами), но хозяин сказал, что ему нужнее. Нуштош...

Думаю уже стало ясно, что до зонда мы добрались легко и без проблем, на месте мы распили шампанского на радостях и так же, благополучно, вернулись к машине.

На этом моменте я столкнулся с новым (для себя) ограничением Pikabu - я больше не могу добавлять картинки в пост (лимит 25 блоков на пост). А без них нет смысла постить результаты. Так что Результаты и Выводы ожидайте в части "В".

До скорых встреч и... Fly safe, cmdr!

Ну что же, запуская свой самосборный стратостат впервые:

Часть 1а

Часть 1б

Часть 1в

мы понаделали много ошибок. Часть из них мы исправили, часть заменили на новые :-) Еще, по реакции аудитории, мы прикинули, что техническая и приключенческая части имеют разный отклик у сообщества. Так что мы, впредь, постараемся разбивать статьи на 2 части: техническую + финансовую (А) и все остальное (Б). Совсем не публиковать техническую часть я не могу, т.к. это противоречит изначальной цели проекта - без нее "кто-то другой" стратостат не соберет (да и техническая в этот раз повеселей). Поехали?

Вступление

Кратко напомню, что тут происходит и что будет происходить дальше. Давненько уже (больше года назад) задумали мы с друзьями собрать с нуля и запустить (а потом и найти/достать) свой стратостат. Полных инструкций в интернете оказалось немного, поэтому появилась первая часть этой статьи. Как и любой проект — этот проект должен иметь финал. А чтобы иметь финал — нужно иметь конкретные цели проекта. Из целей были выделены две: достичь высоты 30км и получить видео в 4k с высоты 30км. Ни одна из целей не была достигнута в первом запуске (напомню, там было: 19км и видео до 7км), так что проект продолжил развиваться.

Давайте сначала я опишу naming convention, чтобы не путаться дальше в истории. Я разделяю 2 сущности: запуск и шар. Сделано это потому, что в один запуск мы можем запустить (поправить бы тавтологию) несколько шаров. А нам нужна адресация до конкретного запуска-шара. Итак. Первый наш шар носил название Vostok-1 — первый запуск, единственный шар. За ним был Vostok-2 — второй запуск, единственный шар. Далее Vostok-3a и Vostok-3b — 3й запуск, два шара. Vostok-2 и Vostok-3a потерпели крушение на старте.

Vostok-2

Первой нашей проблемой была высота. И с ней также связан неудачный запуск второго шара. Высоту мы решили победить увеличением объема шара. Был выбран шар L-800 (800 это масса шара в граммах, таблица ниже). А если больше шар, то и гелия надо больше, правильно? Правильно. Но мы совершили ужасную ошибку и тут и с Vostok-1: за целевой объем шара мы приняли не ту величину. Мы их сильно перекачивали. Vostok-1 улетел чудом, Vostok-2 не выдержал такого издевательства и сошел с рельс на старте. Давайте разберемся где я накосячил в оба запуска.

Вот технические характеристики шаров. Vostok-1 имел шар L-300. Вроде все ясно, только одно мне было не ясно: в чем разница между начальным и рабочим диаметрами. Я, почему-то, подумал, что если есть слово "гелий" — значит нам туда. Оказалось, что нет. Рабочий диаметр, это некое усредненное значение на высоте. А нам надо было использовать начальный диаметр как цель для наших расчетов. Давайте посчитаем количество гелия для этих шаров и разных диаметров по формуле из первой статьи:

В обоих случаях разница значительная. Уже на старте мы перекачали шар почти вдвое! Но, т.к. мы докачивали шар до его рабочего диаметра — он не взрывался (этот же диаметр — рабочий!). Проблема оказалась в подъемной силе. Во втором случае она очень, очень значительная. Пока ребята накачивали его, им пришлось буквально висеть на нем вдвоем и третий подстраховывал. Это создало значительную нагрузку на горловину шара, за которую его и держали. И, не выдержав растяжения, горловина порвалась, унеся в небо 50000 рублей. От такого количества гелия местные птицы еще 3 дня орали смешным голосом.

Итак, осознав свою ошибку, мы получили серьезное преимущество — теперь мы знали, что гелия нам надо вдвое меньше. А гелий и, непосредственно, шар — это единственные невозвратные ресурсы наших запусков. Иначе говоря — мы сильно снизили стоимость запуска.

Vostok-3a

Это был шар L-600. Мы закачали правильное количество гелия. И даже немного подстраховались (как мы тогда думали), используя тент для удержания шара в процессе накачки, чтобы не создавать нагрузку на горловину. Подвела нас анатомическая аномалия всех членов команды (проще говоря — руки из ж...). И этот шар успешно улетел в ветки деревьев, об которые и взорвался.

Выдержав минуту молчания, мы вспомнили, что когда-то давно то мы заказывали 2 шара L-300. Как раз на случай неудачи. И сейчас был именно такой случай. Так как гелия мы всегда берем немного с запасом (мало ли стравит где или еще чего), то немного у нас еще оставалось. Да и шар этот был почти вдвое меньше, так что и гелия надо было сильно меньше. Закачав остатки в 300-й шар мы, уже особо ни на что не рассчитывая, просто отпустили его в небо без долгих прощаний. Это был наш Vostok-3b. Об этом запуске и пойдет речь в этой статье, т.к. он оказался успешным!

Список оборудования и компонентов

На самом деле, оборудования, в сумме, докупалось прилично. Но тут я не буду перечислять все купленное, а сосредоточусь только на том, что реально улетело на Vostok-3b.

Некоторые разделы будут выглядеть как: ничего не изменилось, идем дальше. Я оставил структуру статьи как в первой части для обратной совместимости

Состав полезной нагрузки почти не подвергся изменениям: это все та же RPI 4B (+Sense HAT + GPS HAT) + GoPro 7 black.

Добавлю только пару фото компонентов черного ящика (ранее их не было), так как я забирал его домой для ремонта, который не пригодился, но об этом упомяну чуть детальней далее по тексту:

Помимо увеличения объема шара, для достижения расчетной высоты мы решили так же экономить и вес полезной нагрузки. Проанализировав массу компонентов, мы поняли, что можем хорошо сэкономить на аккумуляторах (павербанках). В первый запуск это было 2 павербанка по 20000 mAh, каждый массой ~300г. Взглянув на телеметрию Vostok-1, мы поняли, что бОльшую часть времени наш зонд работал на земле, соответственно таких емкостей (как минимум для RPI) — нам не надо. И решили порезать емкость банок вдвое. Обеих. Взяли 2 павербанка 10000 mah с массой 180г каждый. И не прогадали, экономия массы ощутимая, емкости хватило на обе подсистемы и даже немного с запасом.

Ну и мы не стали в этот раз класть бутылку виски :)

По оборудованию это все. Переходим к облегчению конструкции.

Конструкция

Далее мы решили переделать корпус. Корпус первого востока был слишком большой для наших нужд и это было нерационально — пенополистирол тоже имеет вес. Мы так же пробовали различные материалы, в частности, пенопласт.

Но, несмотря на значительную экономию массы — пенопласт не подходил по ряду причин. Например, он был слишком хрупким и мог развалиться от нагрузки создаваемой подъемной силой шара. В итоге мы откатились до пенополистирола, но срезали ему лишнюю крышу:

Размеры нового бокса:

Общая конструкция

Схема та же, что и с Vostok-1. Единственное что мы добавили (по совету из комментариев на YouTube) — боковые стабилизаторы. Помогли они или нет — сложно судить. Забегая вперед скажу: судя по телеметрии и даже видео — да, крутило меньше чем в первый раз. Но и условия полета были другие. Так что тут мне сложно судить о целесообразности этого решения в нашей задаче. И, несмотря на то, что стабилизаторы увеличат массу — мы все же решили рискнуть и приклеили пластиковые треугольники по бокам:

Это вид бокса уже после того, как мы его нашли (и сняли верхнюю крышку). Фотки до я, почему-то, не смог найти. Но суть стабилизаторов это передает.

Да, и, как видите — GoPro на этот раз мы решили закрепить целиком снаружи на пластиковые стяжки, продетые сквозь корпус. Во избежание перегрева в стенках бокса. По причине экономии массы короба, мы так же решили не использовать внешние 2-3-х-осевые стабилизаторы для GoPro (хотя один такой был закуплен и весит он прилично по нашим меркам).

Полезная нагрузка

Как я уже упоминал, заменили только павербанки. Так же, решили немного перекомпоновать компоненты в соответствии с новыми размерами бокса. Но смысл остался тот же: внизу грелка (RPI), над ней аккумуляторы обогреваемые RPI, по бокам сопла для поступления забортного воздуха для охлаждения RPI. Эти сопла так же используются для крепления бокса к парашютному фалу. Не буду вставлять схему охлаждения, т.к. это точно та же система, что и в Vostok-1. Она хорошо себя показала в тот запуск и мы решили ничего не ломать:

Приклеили так же несколько пенопластовых балок для фиксации компонентов нагрузки:

Итак. Что же нам это дало? Напомню, что Vostok-1 имел массу полезной нагрузки 2.5кг. После проведенных манипуляций, нам удалось снизить ее вдвое — 1375г:

Посчитав себя хорошими мальчиками, мы закончили с нагрузкой и двинулись дальше.

Программирование

Ничего не менялось перед полетом. Все тот же софт на dotnet полетел, прилетел и доставил нам всю телеметрию.

Но вот после полета был небольшой рефакторинг. Дело в том, что в этот раз наш зонд очень сильно промок. Когда мы его нашли и я поднял его с земли — из него вылилось ведро воды. Карта памяти не пострадала, но вот телеметрический модуль заводиться больше не хотел. LED матрица вела себя странно — то включалась, то нет. Так что без хирургического вмешательства было не установить: что конкретно отлетело? Я взял модуль домой и, поочередно снимая платы, выяснил что проблема где-то в SenseHAT. Подебажив свой код немного, выяснилось, что выбрасывается исключение именно на обращении к LED матрице, вот тут:

Это часть класса StatusReportService, который не имеет интерфейса и, чтобы понять: а все остальное работает ок или не ок — нужно было заэкстрактить интерфейс и за mock-ать этот сервис. Что и было проделано в единственном коммите.

Как оказалось — все остальное работает штатно. А как оказалось после еще одной перезагрузки — LED матрица тоже заработала штатно ¯\(ツ)/¯

Нуштош. Хорошо, что все хорошо закончилось. Пролистываем.

Бухгалтерия

Уффф… Тут все сложно, но есть и хорошие новости. Как вы помните, первый запуск влетел нам в копеечку — примерно 80000р (из которых реально полетело 75000р) без учета стоимости GoPro 7 black (т.к. она на тот момент у меня уже была и не входила в расходы этого проекта). На GoPro накиньте еще 35000, итого 115000р на первый запуск. Но, там же я отметил, что при оптимистичном развитии событий — из невозвратного у нас только гелий и шар. Все остальное возвращается, находится и запускается снова. При пессимистичном развитии (не нашли, не смогли достать зонд) — конечно все придется покупать заново. Но мы нашли :) Так что бОльшую часть расходов заняли именно гелий и шар, и, как я упоминал в начале статьи — необходимое количество гелия мы так же сократили вдвое (благодаря исправлению ошибки в расчетах). Так что запуски наши серьезно подешевели, хотя и пришлось докупать всякое по мелочи. Давайте посмотрим на такую же, как и в первой статье, таблицу, но для Vostok-3a — Vostok-3b:

Зеленый сектор — то что реально полетело в 3й запуск

Желтый сектор — было куплено, но можно было бы обойтись и без этого

Красный сектор — было куплено, но в этот запуск не пригодилось (можно было не покупать)

Как видите — в этот раз намного скромней. Львиную долю составляют именно гелий и шары. Шар L-2000 (царь-шар, массой 2кг) не успели доставить к нужной дате, так что вместо него полетели L-600 и L-300. L-300 был куплен еще к первому запуску и в эти расходы не входит.

Вооот, вот с такими ценами — запускам быть! Ну, если тут все ясно — двигаемся дальше.

Подготовка к запуску

Тоже никаких откровений, по сравнению с первым запуском. Но мы решили не запускать из того же места по 2м причинам:

1. Ребятам очень не понравилось прошлое болото (да и аренда вездехода дело не дешевое)

2. Хотелось разнообразить приключения

Так что мы снова отправились на fpln.ru смотреть — где не летают самолеты и нет никаких закрытых/бесполетных зон. Затем сходили на predict.habhub.org прикинуть — куда должен упасть наш зонд из той или иной точки запуска (желательно, чтобы падал подальше от болот). Ну и, поголосовав немного, выбрали одну. Все как в первый запуск — едем дальше.

На этом я завершу часть "А". В части "Б" вас ждут: Запуск, Поиск и спасение, Результаты и Выводы. Она выйдет совсем скоро, оставайтесь на связи и... Fly safe, cmdr!