> le ballon sonde

L'électronique de bord utilise une parties des modules développés par le GAREF AEROSPATIAL pour le projets précédents (Paparazzi, Atalante). De nouveaux logiciels ont été développés pour la partie embarquée et surtout pour les traitements temps réel des données au sol. Un brouillage sur la fréquence 138 MHz a empêché la réception en temps réel, néanmoins la réception de toutes les mesures et points GPS pendant le vol, qui a culminé à 30500m, a été possible. Après un calcul du point d'atterrissage sur la base de la dernière position GPS et une recherche par hélicoptère, la nacelle a été récupérée le 3 août 2002 à 30Km au nord d'Alès, et les photos enregistrées à bord ont pu être récupérées.

> Objet de l'expérience

Mesures physiques

Température

Les mesures de température sont réalisées à l'aide de sondes thermorésisitives en platine de type Pt100. Les deux sondes de grande taille sont placées à l'intérieur de la nacelle, alors que les deux sondes de petite taille, plus sensibles, sont placées à l'extérieur. La résistance de chacune des sondes est mesurée par une carte électronique réalisée à cet effet.

Pression

La mesure de pression atmosphérique est faite à l'aide d'un capteur Honeywell 142PC13A de pression absolue.

Suivi de la tension du bloc de piles

Un convertisseur analogique-numérique connecté au bloc de piles permet de suivre son état de charge

Transmission d'images numériques en temps réel

L'appareil employé, un Fuji MX-700, est utilisé pour sa facilité de télécommande et de téléchargement des prises de vue par un simple port série. Cet appareil prend des photos en résolution 1280x1024 pixels et sa carte mémoire peut contenir jusqu'à 53 images en qualité la plus basse.

Traitement des photos

Une minute après la mise sous tension, la première photo est prise et téléchargée sur la carte calculateur. Le taux de transfert vers l'émetteur étant supérieur(100 kbps) à celui de l'appareil photo vers le calculateur, les trames photo sont répétées sept fois, et le programme de traitement choisit deux trames identiques (les erreurs de transmission ne devant pas se répéter de manière identique) puis la stocke dans un fichier. Une trame spécifique de fin de photo est envoyée à la fin de chaque photo pour signifier au programme de traitement de fermer le fichier en cours et de préparer le suivant.

Repérage et suivi de la nacelle

Repérage GPS

Un récepteur GPS, débridé en altitude, envoie sa position sur le port série de la carte d'acquisition. Cette position, intégrée dans une trame spécifique, est décodée par le programme de traitement, et est affichée sur une carte géographique. Cette carte a été réalisée par assemblage de multiples morceaux de cartes adjacents provenant d'Internet.

Orientation de l'antenne

Le site et l'azimut de pointage de l'antenne sont calculés à partir de la position du ballon et de la position de la station de réception tout en tenant compte de la courbure de la terre. Ces données devaient être envoyées à un pied de télescope soutenant l'antenne de réception qui pointe vers le ballon. Lors du passage à l'utilisation de la fréquence 138 MHz, l'antenne est devenue trop grande pour être dirigée ainsi.  L'orientation automatique a servi à faire viser le ballon par un télescope, servant de référence à l'antenne de réception, qui elle était orientée manuellement.

> Déroulement de l'expérience

L'équipe a dû concevoir mécaniquement la nacelle, mettre au point différentes cartes électroniques, étalonner les capteurs et gérer émetteur et récepteur.

Réalisation de l'expérience

> Lancement

Le 31 juillet 2002 au soir, la météo semble bonne pour un lancement le lendemain matin.

Le jeudi 1er août, l'équipe se rend sur le plateau du Larzac. Sur place, pendant la préparation de l'expérience, elle installe le mat pour l'antenne de réception (Yagi 17 éléments de 6, 5m de long sur un mat de 3.5m) et met en place le matériel de réception dans la voiture kangoo. Vers 11h30, le gonflage du ballon commence. Pendant ce temps, les différentes équipes se préparent au lancement. La qualité de la télémesure est une dernière fois vérifiée.

Vers midi, le ballon est gonflé et l'équipe commence la chronologie de lancement. A 12h03m55s, la nacelle est mise sous tension, puis l'appareil photo est mis en marche. Pendant les premières secondes de transmission, l'équipe relève un brouillage, mais décide de lancer tout de même, pensant que cette interférence ne serait que passagère. A 12h08m17s, le ballon est lancé. Le brouillage s'amplifiant avec l'éloignement de la nacelle et supprimant toute télémesure, l'équipe en informe l'ANSTJ, qui constate les faits sur ses équipements sans en trouver la source. Ce fort brouillage se composait d'un "burst" par seconde faisant décrocher le récepteur. Par une modification des paramètres du récepteur, l'équipe réussit tant bien que mal à recevoir par intermittence, suffisamment pour avoir des mesures et des points GPS, mais la transmission d'images, requérant une télémesure continue, ne donne aucun résultat. L'ANSTJ nous informera quelques jours plus tard que la source du brouillage était un anémomètre radio situé à proximité de la station de réception.

30 minutes après le lancement, un des membres de l'équipe se rend à l'aérodrome de Millau d'où il prend un hélicoptère pour tenter de suivre la retombée et récupérer la nacelle.

Arrivé à un plafond de 30500 m au bout deux heures environ, à une cinquantaine de kilomètres, le ballon éclate et retombe rapidement. La retombée se passe bien, mais à 4650 m d'altitude, une coupure de courant de quelques secondes éteint les ordinateurs. Le suivi GPS temps réel est alors perdu.

L'hélicoptère se pose sur une colline et relève le vent en basse altitude tout en cherchant le ballon des yeux, sans le trouver. Quelques minutes plus tard, quand le programme de traitement est relancé, l'équipe a juste le temps d'enregistrer quelques secondes puis constate la perte de télémesure à une altitude d'environ 2900 m. Malheureusement, ces quelques secondes de télémesure ne permettront pas de connaître en temps réel la dernière position du ballon.

> Récupération

Le soir du premier août, un examen détaillé des fichiers de données stockés par le programme de traitement permet de retrouver manuellement les derniers points GPS à 2900 m avant la perte de télémesure. De là il est fait une extrapolation tenant compte de la vitesse de descente et des vents qui définit une zone de chute possible de la forme d'un triangle de 3 km de coté. Le travail sur ces mêmes fichiers permet également de retrouver des morceaux de photos (inexploitables).

Le 3 août, le GAREF se déplace à l'aérodrome d'Aubenas, le plus proche du point de chute estimé pour récupérer la nacelle. Parti à 14h10, l'hélicoptère retrouve la nacelle à 14h35 à moins de 500 m du point prévu. (à 30km au nord d'Alès)

> Résultats 

Cliquez ici pour voir les photos prises durant le vol

Cliquez ici pour voir les mesures effectuées par le ballon

> Conclusion

Finalement, ce projet a été une réussite, vu que la transmission des mesures, le suivi du ballon puis sa récupération grâce aux coordonnées GPS, ainsi que la prise de photos numériques tout au long du vol ont été un succès.

Seule la transmission des photos en temps réel a échoué, compte tenu du brouillage télémesure rencontré. La récupération a été limité en ce qui concerne le risque de perte de la nacelle et de ses équipements.