Запуск експериментального метеорологічного зонду з використанням системи GPS

Починаючи з другої половини 2000-х років, стало можливим використання системи глобального позиціонування (Global Positioning System – GPS) для метеорологічних зондів, які здійснюють дослідження земної атмосфери. Зокрема, став можливим запуск у верхні шари атмосфери зонду, в гондолі якого міститься компактна відеокамера разом з мобільним телефоном, обладнаним GPS-навігатором. Даний запуск передбачає подальший пошук зонду за координатами, переданими від GPS-навігатора по мобільному зв’язку (GSM або GPRS способом). Після знаходження зонду можна переглянути зроблене камерою відео із стратосферних висот (до 50 км), яке на око важко відрізнити від зображень, зроблених з орбіти Землі. Той самий чорних колір неба, а також захопливі види атмосфери та поверхні нашої планети. Такі запуски здійснювали аматорські колективи в США, РФ, Білорусі та країнах Європи, відеозвіти про які можна знайти в мережі Інтернет. Роз’яснення різних технічних питань, які виникають під час проведення таких запусків, можна знайти на Інтернет-ресурсі, також там можна обрахувати прогнозовану траєкторію польоту зонду.

Слід сказати, що запуск зонду з невеликим контейнером, масою всього декілька сотень грам, може створити небезпечну ситуацію для руху літаків. Ненульова ймовірність зіткнення літака на великій швидкості з майже нерухомим зондом може призвести до його розгерметизації, виходу з ладу двигуна літака або іншим пошкодженням. Тому проведення такого запуску потребує отримання відповідного дозволу в Центрі планування використання повітряного простору та регулювання повітряного руху України, з узгодженням місця, часу запуску, а також параметрів та характеристик зонду.

2016-го року колектив астрономічного гуртка гімназії №59 ім. О.М. Бойченка Голосіївського району міста Києва отримав дозвіл на запуск даного експериментального зонду на базі Об’єднаної гідрометеорологічної станції (ОГМС) «Київ» Центральної геофізичної обсерваторії (ЦГО). На жаль, окремого дозволу на відеозйомку з верхніх шарів атмосфери отримано не було, тому обладнання зонду містило лише давачі для дослідження земної атмосфери та логери, що забезпечували реєстрацію їх показів.

Даний спосіб реєстрації інформації під час зондування атмосфери не потребує спеціального радіообладнання, яке використовується ЦГО під час планових запусків радіозондів. Також значною перевагою є можливість його використання для різних задач, оскільки зонд легко може бути укомплектований різними давачами під певні дослідження. До того ж даний спосіб, на відміну від звичайного радіозондування, дозволяє проводити реєстрацію параметрів атмосфери не тільки на висхідній частині траєкторії польоту зонду, під час його підйому, а і на низхідній частині траєкторії, під час спуску. Недоліком цього способу є необхідність подальшого пошуку зонду за отриманими GPS-координатами. Зонд може опинитись де завгодно: на полі, в лісі, у водоймі, в непрохідному болоті, у приватних володіннях, на даху будинку тощо.

У процесі розробки та виготовлення зонду, підготовці до його запуску, слідкуванні за зондом та в його подальшому пошуку брали активну участь члени астрономічного гуртка та учні гімназії № 59, що, своєю чергою, сприяло популяризації методів наукової діяльності серед учнівської молоді взагалі та зацікавленості аерологією зокрема. Організаторами даного запуску були вчитель фізики та астрономії гімназії, керівник астрономічного гуртка Сергій Васильович Старий, та учні старших класів: Скригун Владислав, Шелін Владислав, Лісучевський Олександр, Хрущова Ірина, Бриль Юлія, Манець Марія та інші.

Запуск зонду був здійснений о 8:30 за київським часом 1 жовтня 2016 року на базі ОГМС Київ ЦГО. Його здійснювала начальник ОГМС Київ Надія Василівна Гапіченко. Після запуску на місце ймовірного приземлення зонду виїхала пошукова група. В той же час в приміщенні гімназії почав роботу центр збору інформації про місцезнаходження зонду та пошукової групи, де всі охочі могли отримати інформацію про пошук зонду. Стандартна оболонка масою 400 г, наповнена воднем, забезпечила підйом зонду масою 370 г на висоту 22 км за 1 годину 24 хвилин, а система порятунку, що складалася з парашута площею 0,7 м², забезпечила приземлення без пошкоджень та вимірювання параметрів під час спуску. Фактичне місце приземлення зонду було на відстані 132 км від місця запуску, поблизу села Августівка Ічнянського району Чернігівської області. Пошукова група успішно знайшла зонд та доставила його до приміщення гімназії того ж дня. Відеозвіт про запуск зонду можна знайти на сервісі Youtube.

Зонд був обладнаний давачами для збору інформації та двома логерами – пристроями для реєстрації інформації давачів з записом на SD-картку, системою живлення, GPS трекером фірми Xexun TK-102, стеком з фотопапером для реєстрації космічних променів. До аналогового логеру були приєднані 1. давач зовнішньої температури на платиновому резисторі РТ100; 2. давач інтенсивності ультрафіолетового освітлення; 3. давач освітленості у видимій ділянці спектру; 4. давач магнітного поля; 5. давач вібрації. Даний логер здійснював 100 записів даних п’яти давачів за секунду. До логера на платформі Arduino були приєднані 1. давач висоти та температури всередині гондоли зонду; 2. давач кольору.

GPS-трекер надсилав інформацію про своє місцезнаходження лише до висоти 1,8 км, що обумовлено відсутністю мобільного зв’язку. Тому трекер мав власну картку пам’яті, на яку зберігалися координати польоту. На жаль, деяка частина інформації була втрачена під час спуску зонду: на 12-ій хвилині після розриву оболонки зонду через сильні струси та вібрації перестав вести запис аналоговий логер.