Полет в стратосферу! Владимирцы отправят метеозонд в ближний космос

“А как тебе такое? В Москве есть специальный магазин, который продает метеозонды целиком или же узлы для них. А еще есть фирма, которая организует полеты “под ключ” для всех желающих. Включая сложные согласования запуска с десятком ведомств. По сути, если у тебя есть порядка 100-150 тысяч рублей, ты можешь себе позволить такое развлечение. Космос доступнее и ближе, чем кажется”.

“Да, наш запуск будет устроен по-другому и не просто ради хайпа вроде полета пиццы в космос, а с сугубо научной целью. Сейчас расскажу по порядку. Я - выпускник ВлГУ, кафедры “Информационные системы и программная инженерия”. Учился у легендарного профессора Алексея Владимировича Кострова. Он, например, участвовал в создании систем первого беспилотного космического корабля “Буран”. До сих пор западные специалисты не могут повторить тот успех советских ученых. Представляете, какой ценный опыт и знания преподаватель передавал нам, студентам? И конечно, хочется как-то реализовать этот потенциал. Знаешь, в чем беда программиста? Код руками потрогать нельзя, результаты труда эфемерные. А создавая метеозонд, мы и делаем полезную вещь, которую можно “пощупать”.

Вот почему я вместе со своим другом-однокурсником вернулся на родную кафедру с предложением поработать вместе. Одну часть проекта делаем мы двое, вторую половину доверили студентам. Для всех нас это интересный опыт. Плюс, так как речь идет о вузовском исследовании, будет проще получить разрешение на запуск зонда”.

“Сейчас у всех парашютистов есть одна проблема: фиксирование перемещений в воздухе. Да, на смартфонах есть функция геолокации, но на высоте часто случаются сбои - линия движения прерывается, так как не все данные удается заполучить. Да и рассчитана опция в первую очередь на движение по горизонтали, а парашютист смещается и вправо-влево, и сверху вниз. Поэтому с собой в небо приходится брать громоздкий и дорогой трекер, который отслеживает все эти движения и запоминает траекторию. Плюс телефон или камеру, чтобы была возможность сделать фото или видео на память. Согласись, не очень удобно.

Мы же создаем особую математическую модель, которая затем поможет создать замену для трекера. Как вариант стать основой приложения для смартфона. Суть в том, что кроме геолокатора, в телефоне “по умолчанию” встраивают датчик акселерометра и гироскопа. Эти датчики задействуются, когда человек запускает приложение-шагомер или трехмерную игру, где управление осуществляется при помощи поворотов и наклонов устройства. По сути, “железо” следит за перемещениями смартфона в пространстве. Если объединить данные от геолокации с показаниями акселерометра и гироскопа, можно воссоздать траекторию любого падающего объекта в пространстве. Одно “простенькое” приложение заменит дорогое устройство и облегчит жизнь всем, кто связан с полетами. Чтобы построить математическую модель, мы и задумали космический эксперимент. Во время подъема и спуска зонда наша программа соберет максимально точные данные о перемещении в пространстве. Позже мы проанализируем данные и сможем завершить работу над математической моделью”.

“Если ветер отнесет парашютиста или летательный аппарат слишком далеко от аэродрома, человек сможет сообщить точные координаты своего местоположения, и его “эвакуируют”. Плюс можно будет проанализировать данные о полете, а это всегда полезно. Те же парашютисты устраивают целые соревнования по рисованию фигур в воздухе. Наша математическая модель может лечь в основу мобильного приложения для парашютистов и в этом случае будет особенно ценно.

“Экспериментальный код - не единственная ценная “начинка” зонда. Мы установим еще ряд датчиков для изучения погодных условий. Чем больше информации получим, тем больше пользы принесем. Ну и, конечно, запустим в стратосферу камеру. Так что надеемся записать еще и удивительной красоты видео с высоты гораздо круче птичьего полета”.

“Чтобы понять наши проблемы, сначала обрисую, как будет выглядеть зонд. Это небольшая “коробочка” с датчиками и приборами, которую поднимет в стратосферу легкий резиновый шар, наполненный гелием. Чем-то похоже на миниатюрный аэростат. Только если там подъем осуществляется за счет нагрева воздуха, то у нас движение вверх обеспечит легкий гелий. Диаметр “шарика” с газом в безвоздушном пространстве может достигнуть 8 метров, а затем резина лопнет, и зонд начнет падать. Чтобы смягчить спуск, мы приделаем к конструкции парашют, он раскроется, как только войдет в атмосферу Земли.

Теперь о проблемах. Как ты знаешь, на высоте стратосферы температура окружающей среды - минус 55 градусов по Цельсию, а может, и еще ниже. Датчики и устройства на таком морозе просто отключатся. Поэтому короб зонда нужно как-то утеплить. Но при этом нельзя увеличивать массу, конструкция не может быть тяжелее 3 кг, а лучше, уложиться в 2-2,5 кг. Чем легче зонд, тем выше потенциальная высота подъема. Так что мы используем пенопласт - довольно легкий, но при этом хорошо удерживающий тепло материал. Надеемся, что внутри короба температура будет не ниже 0 градусов.

Но, как ни парадоксально, придется столкнуться и с жарой. Большинство устройств в зонде рассчитаны на воздушное охлаждение. Те же платы телефона не перегреваются как раз благодаря более низкой температуре окружающей среды. А в стратосфере прохладного ветерка нет, там вообще атмосферы уже нет. Значит, наши датчики начнут перегреваться. Есть риск, что детали могут расплавится. Мы поступили как в авиации: создали резервные дублирующие системы, если одна перегреется, вторая сохранится. Плюс проводим небольшой эксперимент: сравниваем надежность китайских и российских устройств. Зарубежные стоят раз в 5-10 дешевле, но выглядят не хуже отечественных. Интересно, как они себя проявят?

Ну и, наконец, вопрос с поисками приземлившегося зонда. Воздушные потоки непредсказуемы. Поэтому весьма сложно просчитать, где именно коснется земли наш аппарат. Обычно допускается зона поисков в 100 километров. Представьте, каково прочесывать настолько широкий круг! Есть дорогостоящее решение - специальная спутниковая система, стоимостью около 100 000 рублей. Мы пока не готовы тратить такие средства. Поэтому проработали вариант попроще. Наш зонд будет с нами “разговаривать” во время полета при помощи обычных SMS, отсылая свои координаты, скажем, раз в 30 секунд. Так мы сузим круг поисков примерно до километра. Это с учетом обстоятельств вроде падения зонда вне зоны действия сети. Например, в Мещере покрытие практически отсутствует.

Но и с SMS есть нюансы. Во-первых, столь частую отправку сообщений мобильный оператор (а мы используем обычную сим-карту) может принять за спам. Во-вторых, сообщения во время тестов приходили с задержкой. Но мы надеемся отладить систему. И даже так она значительно упрощает нам работу”.

“Да, такие шансы есть. Поэтому корпус будет влагозащитным. Ну а на случай падения зонда где-нибудь в населенном пункте нанесем на зонд предупреждения о возможной радиоактивной угрозе. Устройство безопасно, но есть риск, что жители сочтут его ну очень ценным и прикарманят. Так что решили подстраховаться”.

“Загадывать пока нельзя. Само устройство практически готово - осталось протестировать питание и парашют. Но есть вопрос с получением разрешения на полет. Все же надеюсь, что уже к лету мы сможем осуществить задуманное”.

“Это вряд ли. Для полноценного исследования одного полета мало. Так что, я полагаю, будет серия визитов в ближний космос. И мы сможем хоть каждый раз менять “начинку” зонда, собирать самые разные данные о стратосфере, атмосфере планеты и прочем. Наша глобальная цель - привлечь внимание к науке, сделать ее более популярной и доступной. Примерно тем же занимается Илон Маск, и это круто!”