I dati dei sensori nella missione STSp-1

Cedo la parola a Francesco http://www.stratospera.com/ di Develer, il nostro sponsor tecnico, che in questo guest post commenta i grafici dei dati raccolti dai sensori durante il volo STSp-1. Il sistema operativo BeRTOS, sviluppato da Develer, ha gestito il computer di bordo che riceveva i dati dei sensori.

– Paolo

Scarica il file ZIP con il foglio OpenOffice Calc dei dati di STSp-1

Ricordo che i dati loggati da BeRTOS erano:

  • Ora (UTC)
  • Posizione GPS (WGS84)
  • Altitudine GPS
  • Temperatura interna
  • Temperatura esterna
  • Pressione
  • Tensione di alimentazione delle batterie

Il log avveniva una volta ogni 3 secondi, ed abbiamo un flusso continuo senza interruzioni da alcuni minuti prima del lancio fino a circa un’ora dopo l’atterraggio, quando il payload è stato recuperato e spento. Ecco gli screenshot dei vari grafici.

Altitudine

Si nota la quota massima raggiunta (27km) ed il fatto che la salita è stata a velocità pressoché costante. La discesa, per i primi minuti, è stata molto ripida a causa del fatto che a quell’altezza non c’è praticamente aria e il paracadute quindi non frenava più di tanto la discesa.

Altitudine

Temperatura esterna

Partiamo da una temperatura esterna di circa 35-40°C (il payload era al sole, quindi era stato riscaldato), e poi la discesa è molto repentina. Il minimo registrato è stato di circa -48°C, a circa 15000 metri di quota. Questo è consistente con il modello che prevede a quell’altitudine la tropopausa: la fine della troposfera e l’ingresso nella stratosfera.

Una volta entrati in quest’ultima, la temperatura risale fino a -30°C a causa della presenza dell’ozono che assorbe i raggi ultravioletti, dissipando questa energia in calore. Si nota il picco di risalita, intorno alle 10:10 UTC, punto in cui il pallone è scoppiato. Dopodiché la temperatura fa il percorso inverso, prima riscende fino alla tropopausa e poi risale fino all’atterraggio.

Temperatura esterna

Pressione

La pressione diminuisce in modo esponenziale inverso con l’altitudine. Si nota il fondoscala del sensore, intorno 110mBar, sotto il quale la pressione non è scesa. Per il prossimo lancio utilizzeremo un sensore con un fondoscala più in basso 🙂

Pressione

Temperatura interna

La temperatura interna, per tutta la durata del volo, non è mai scesa sotto i 15°C, segno che l’isolamento realizzato era molto buono. C’è anche da considerare che la scheda elettronica, le batterie, il GPS, etc… generano un po’ di calore che l’isolamento in polistirolo ha mantenuto all’interno del payload.

Direi quindi che per i prossimi lanci non avremo problemi di temperature eccessivamente basse all’interno del carico.

Temperatura interna

Tensione di alimentazione

Il payload era alimentato da 2 pacchi batterie al litio indipendenti, una per la scheda di acquisizione dati con BeRTOS, e l’altro per il solo circuito di cutoff. Questo era stato fatto per sicurezza, in quanto il sistema di cutoff, che controlla una certa potenza, avrebbe potuto avere un guasto, e non volevamo che in questa (remota) eventualità ciò avesse ripercussioni sul datalogger principale. La tensione di alimentazione del pacco batterie del datalogger era monitorata, in modo da controllarne il rendimento.

La tensione è prima salita, per poi scendere con il passare del tempo. Il grafico è molto a scalini perché la scala verticale è molto espansa, si possono vedere i singoli quanti utilizzati dal convertitore analogico/digitale per l’acquisizione.

Tensione di alimentazione

Un altro grafico interessante (che è esteso anche al tempo dopo l’atterraggio) è quello che mette in relazione la temperatura interna del payload con la tensione della batterie. Si nota una correlazione molto forte tra le due, soprattutto si nota che una volta che la temperatura interna, dopo l’atterraggio, è risalita, anche la tensione delle batterie è risalita. Questo indica che, come ci aspettavamo, la capacità delle batterie dipende molto dalla temperatura.

La missione di StratoSpera è durata circa 3 ore dal momento della prima accensione della scheda fino al recupero e spegnimento. Il giorno dopo ho portato la scheda con le sue batterie in laboratorio e l’ho lasciata accesa… per altre 27 ore! Abbiamo quindi autonomia a sufficienza per aggiungere altre apparecchiature nelle prossime missioni. Potremmo anche ridurre il numero delle batterie per guadagnare peso.

Ultima nota tecnica: si nota che da un certo punto in poi, il grafico della tensione delle batterie è molto “rumoroso” (dalla riga 2000 circa in poi). L’apparizione del rumore coincide con l’accensione del cicalino utilizzato per il ritrovamento. Evidentemente quest’ultimo, essendo piezoelettrico, genera del rumore che si propaga sulla tensione di alimentazione.

Temperatura interna e tensione di alimentazione

Altitudine e temperatura

Ecco l’ultimo grafico che mette in relazione la temperatura con l’altitudine. Presenta una doppia linea a causa del fatto che StratoSpera è salito e (fortunatamente) sceso, facendo due percorsi diversi. Le temperature più basse sono quelle dell’andata. E’ interessante vedere come sia all’andata che al ritorno, a meno di una piccola differenza costante, i grafici seguano lo stesso profilo.

Altitudine e temperatura

– Francesco http://www.stratospera.com/

Paolo Amoroso

Divulgatore dell'astronomia e dello spazio appassionato di scienza e tecnologia

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5 risposte

  1. Luca ha detto:

    Davvero un ottimo lavoro ragazzi!!!

  2. RikyUnreal ha detto:

    Grazie.
    Ero in attesa che postaste i dati. Molto interessante.

  3. Fabio ha detto:

    Ciao ragazzi, bellissimo progetto e, per me che mi occupo di meteorologia, pieno di interessanti risvolti. Vorrei però farvi notare che il grafico sopra postato è piuttosto anomalo. Mi sarei aspettato piuttosto una temperatura differente durante la fase di discesa in troposfera (e solo nelle quote inferiori, tra l’altro), non certo in stratosfera, dove dovrebbero essere piuttosto uniformi. Temo che il sensore abbia risentito in qualche modo della velocità di caduta, andando a stabilizzarsi poi al rientro in troposfera, dove il paracadute ha cominciato a frenare meglio.

    Se vi interessa, posso girare la questione ad un ufficiale dell’Aeronautica Militare qui di Milano che, avendo accesso ai dati integrali registrati dai loro palloni sonda, mi potrà confermare se anche la loro strumentazione ha un comportamento simile in fase di discesa.

  4. Paolo Amoroso ha detto:

    Fabio, grazie dei complimenti. Sarebbe interessante conoscere l’opinione dell’ufficiale AM.

  1. 21 Maggio 2011

    […] differenza della prima missione di StratoSpera, stavolta avevamo inserito sulla scheda di bordo un sensore con fondoscala minimo a 0 […]