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楼主: king1976
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(2月27更新贴)虎年虎啸----集思广益之DIY平流层太空定高定位跨洋OSD

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发表于 2010-2-15 18:16 | 只看该作者
:em04:

探月工程
民间长江一号

欢迎继续阅读楼主其他信息

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 楼主| 发表于 2010-2-16 01:34 | 只看该作者
越讨论问题越深入,需要达到的指标越清晰:
一、17楼“电动机”所说的“气球比电子设备更难度大一些”,这和我同感,所以索性建议定购商业气象气球,将技术问题扔给生产厂家解决。我是这么想的:气球里的气体不能使用氢气漏得太快,而需要充氦气。我打算将所有的电子设备及电池等控制在1KG以内,并在起飞时额外增加1倍的负重,如此可以使用1.5M内相对小口径的气球以节省成本。这1KG的额外负重又分成100克一份共10份,用于解决因长时间工作气球气体泄露的问题:在飞行下降到一定高度时,扔掉1份的负重后气球高度自然再次回升,这样一来,每个周期假设为3天的话,30天的可靠定高飞行技术问题就可以简单解决了

二、“尾冲”在19搂对平流层的基本情况介绍非常重要,在此提议上,我几乎犯了一个致命性的错误,还以为平流层的风向是纵向的,实际上平流层横向刮起超过30米/秒以上速度的飓风,那是家常便饭,要命。看来定位飞行几无可能。
1)关于供电,因为错误的理解平流层风向,所以预算的电池容量误差千里之遥。现在计划必须修改,改为定高漂移OSD,另外本次试验,是不打算回收设备的。
2)关于太阳能供电容量1W/100g,现在民用轻巧型太阳能电池已经有成熟而廉价的规格,指标是1W/30g左右
3)关于太阳能电池工作云台,我建议电池布置采用顶部和侧面2:1的方式采光,如此省去了复杂的云台。
4)关于电池及太阳能电池容量:定高漂移OSD,电力消耗仍然主要是OSD设备,我建议把它控制在3W以内,电压是12V,则总工作电流是250mA左右,12小时夜间电力储备是0.25X12=3AH;太阳能电池板总体功率取10W,白天100%等效采光时间设6小时的话,3AH的电池应已能充满(80%充电效率)
以上设计,太阳能电池+电瓶总重量,大概就是在0.5KG左右
如果晚上关闭气球上的OSD只保留上传链路的接收机工作状态,或OSD在有上传链路开机指令信号才开启的话,则此项指标要求将大为降低。(高清晰照片由夜间回传改为白天特定时间回传)

5)关于气球上的通信设备及地面跟踪设备
我是这么设想的,气球上使用体积尽可能小的挂篮装载电子设备及低温装置,并将和球体的连接线延长到10米以上的长度,由于重力的作用,可以保持遇风时,挂篮的相对稳定。
气球上不使用指向性太强的天线,最多使用30-45度夹角平板天线指向地面,这样一来,大概能在地面形成1000平方公里左右的的覆盖范围,以确保试验目的“向各省份的爱好者团体公开,以便于他们按需要和兴趣控制高空机载设备的工作模式及OSD拍摄方向”中的“各省份”在相同时间段,数量足够多。
我估计非卫星渠道而直接TX-RX,选质量稍微好点的发射功率500mW的数字式图传设备,已经能满足30KM的地面设备功率阀值传输要求,大不了我们把OSD的实时分辨率降到160X120,1FPS,以增加地面相对RF强度,OSD镜头前面下方放一个小小的5imx金属标志。。。嘿嘿。
由于视频信号不经过外界,OSD的实时性能能得到最大程度的维护,况且这个分辨率指标的视频效果基本上也和手机之间的视频通话效果差不多了。
然后功夫放在地面,企图使用锅之类的天线,在气球漂移到的省份,对准“卫星”。锅往哪个方向指,多大的倾角,这正是我们OSD的强项,气球上的GPS数据给了我们准确的参数,因为气球相对速度不是很高,所以如果不想动手制造专门的GPS自动跟踪云台,实际上手动控制地面天线我看基本也行了。
我不赞成使用商业的涉及到海事卫星的设备,虽然实际上这类设备也有支持高宽带的规格,但费用太高,再说别人一问起,估计100%会说:你这也算DIY?
这个方案的要求是到时参与的爱好者团体必须足够多,申请者自个准备地面天线,和购买基站。。。高空气球飞到哪,就轮到谁控制,然后把OSD视频通过QQ或MSN传回“总台”。(到时候来个“卫星控制”大比武?~~~)
这涉及到了地面设备的成本问题,天线不贵,主要是那台基站。。。(我又想到了屏幕左上角作广告的那台)
如果飘到老外那,这回更热闹了。。。5imx金属标志后面再加上China。。。还可以选特定的季节放飞,找个平流层东风和西风转接的季节,让气球在特定的省份及估计的线路间逛来逛去?又涉及到了气象行家。。。
如果到时参与的爱好者团体数量不足。。。
6)再次确ren气象方面的行家必不可少,再次呼吁集思广益,以解决详细准确的参数,没这些参数,其他的东西也没法进一步推敲及定型。漂到哪,路线估计是怎么样的,在哪个季节飘,在平流层飘还是其他层譬如改为对流层飘更合适些等等数不胜数的问题?
23
发表于 2010-2-16 02:51 | 只看该作者
挺有意思的,希望楼主坚持下去
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发表于 2010-2-16 02:57 | 只看该作者
和楼主讨论技术问题
一,负重丢弃问题,只有非关键的载荷能丢弃,除了相机,哪些载荷是可以丢弃的?
二,供电问题,贴气球上是没可能的,首先薄壁的软气球贴不上去,你是准备充气前贴还是充气后贴?如果真的要太阳能电池板的话,只能掉在下面,T型布置。 “T”的一横是一面电池板,T竖直部分是刚体,载荷放在最底部充当配载,气球吊在T的交叉点,这样重力可以让电池板自动水平。
三,通讯, 如果你的气球漂移的话,假设你的天线90度角覆盖地面,也就是说地面接收范围是30KM半径的圆圈。平流层风速10m/s的话,时速就是36KM/h, 也就是说1个小时之后就会离开你的控制范围,而且他一旦离开你的控制范围就意味着GPS信息得不到跟新,没有GPS信息就不存在下次天线对准的机会,所以你的控制必须无缝接力。 一天就需要至少10个地理位置最优分配的地面站无缝接力,24小时不间断。注意,这是最佳地理分配的基站,考虑到你的气球是随机飞行的,要跟踪一天的话,你需要的是3.14*(36×24)^2/(3.14*30^2), 大约150个地面站,你认为能有这么多模友会如此支持你么? 有多少人愿意单单为你的项目购买一次性使用的卫星天线,而且是装在庞大云台上可以瞄准目标的卫星天线。 你的计划的广告效应能够让任何组织资助你购买30台地面站来维持3天的气球控制么?
假设,你使用和FPV分离的无线电设备,使用较长的波段广播GPS信息,能够保证时时感知气球位置,并且网上直播,那这个气球只要进入网友的地面站范围就能被跟踪,我个人认为全国有100个网友参加你的项目是非常非常大胆和乐观的估计,这100个网友分布在100万平方公里的中东部地区,1000KM×1000KM的范围内,你的球一天多一些飞过1000公里,能够碰上一个地面站的概率大约是1000×60/(1000×1000)×100=6个,这是所有网友24小时待命的前提下的估算。如果你告诉他们你买一套设备,有6%的可能看到我的气球,我估计这100人不会剩几个。

[ 本帖最后由 尾冲 于 2010-2-16 03:05 编辑 ]
25
发表于 2010-2-16 09:21 | 只看该作者
  这个项目和摇杆那个不是一个等级的啊!
不懂哈,但是我可以帮忙先查查这样的试验是不是在国家相关法律允许范围内,或者要搞这样的试验需要通过哪些审查批准。
这里的学习氛围越来越好了!“玩”航模本来就不是一味拿钱砸的事儿那叫傻有钱。

另外哈,好像哥伦比亚号航天飞机就是因为飞行62秒后遭遇强烈的侧风,剧烈晃动后绝缘材料脱落并击中燃料箱导致坠毁的。
虽然气球和风的相对速度造成的冲击不能和航天飞机比,但是仍可见侧风是一大难关啊!

建议楼主一步步来,咱们先把力量集中在较低的高度进行研究。一下子想得太深的话容易疲劳。
我上次好像在YOUTUBE上看到过本田公司放了一个气球飞到了接近平流层的高度,在那儿看地球的确不是一般的美啊!
找到视频后我传过来!

[ 本帖最后由 tonny1025 于 2010-2-16 09:56 编辑 ]
26
发表于 2010-2-16 14:27 | 只看该作者
看了楼主的贴,我早就在关注,卫星天线可否用现在收卫星电视的抛物线天线改进???我们这儿草原上的牧民用的就是太阳能电池板,我建议气球用网兜网住,这样便于固定太阳能电池板,而且可以拆开安装,重量又可以减轻,用氦气安全,空了我画个图发上,因在外地过节,非常喜欢参与这项活动
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发表于 2010-2-16 21:31 | 只看该作者
气球为什么不能是个方的?这样太阳能电池板就可以安到顶部了
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发表于 2010-2-16 21:39 | 只看该作者
本来也想参与的,后来觉得躲在墙后听墙那边人YY怪有趣的,你们继续YY,我就听着不说话:em15:
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发表于 2010-2-16 21:42 | 只看该作者
老毒物也出来了,今年过春 节在西安还是出去了?
30
发表于 2010-2-16 22:03 | 只看该作者
为什么非要是太阳能电池板?平流层风大那风力发电咧?而且没白天夜晚之分。不是很懂,个人拙见。
31
发表于 2010-2-16 22:50 | 只看该作者
原帖由 电动机 于 2010-2-16 21:31 发表
气球为什么不能是个方的?这样太阳能电池板就可以安到顶部了


同问
32
发表于 2010-2-16 22:51 | 只看该作者
原帖由 liufei0079 于 2010-2-16 22:03 发表
为什么非要是太阳能电池板?平流层风大那风力发电咧?而且没白天夜晚之分。不是很懂,个人拙见。

好想法,很不错的主意。挺一下
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发表于 2010-2-16 22:58 | 只看该作者
:em26: 挺一下楼主。看的出来楼主不是开玩笑的,是用心考虑过的。这是个开放性的课题,大家都可以参与,很有意思,不是吗?我们很多认得额想法没准就能解决很多问题了,我会关注这个贴的,个人感觉很有意思。但是我就是担心这个会触及航空法规,呵呵。我有个想法,能不能控制气球的体积来控制它的升力,来节省一部分动力呢?:em19: 。贵在想法嘛,我们不应该抱着100%可行的心态来参与,只要有10%的可行性我认为都值得参与。也许我们绝大多数模友不能提供经济支持,那干兴趣的朋友就提供下智力支持吧!再次挺一下楼主大哥:em00:
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发表于 2010-2-16 23:32 | 只看该作者
继续关注............
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发表于 2010-2-16 23:51 | 只看该作者

回复是一种美德

米弄懂。。。
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发表于 2010-2-17 00:20 | 只看该作者
关注加支持讨论:em26:
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发表于 2010-2-17 00:32 | 只看该作者
继续关注,这个项目无论是否成功,大家这种集思广益的精神绝对能得到发展,这对将来模友们联合起来做有意义的活动绝对是个好的铺垫
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 楼主| 发表于 2010-2-17 14:33 | 只看该作者

继续和尾冲及其他同学探讨解决问题的办法

我隐隐约约有个预感:这个贴,一不小心可能已经闯入了人类空间技术某个空白或欠缺区域,这也许只是国家性的,也可能是全球性的。原因主要是因为我在网络上所能查到的关于平流层的中文资料非常地有限,其中的一篇源自北京大学地球与空间科学学院的《平流层空间开发利用》文章,更是在最后点出:对于平流层空间的开发利用,我国还仅仅处于起步阶段。。。(文章地址http://www.baidu.com/s?wd=%C6%BD%C1%F7%B2%E3 往下数第6篇)另一个情况就是tonny1025在25楼所提醒的哥伦比亚号航天飞机侧风坠毁
难道说我们的这个贴子的讨论,已经和国家级的研究项目同步了么?北京大学也只是说先讨论讨论而已,我们却在那个地方放了个卫星,那到时候岂不是会严重地吓他们一大跳么?嘿嘿嘿,~~!•#¥
正所谓无知便无谓,不管它了~~

定高气球的英文是Constant-pressure balloon平流层的英文单词是Stratosphere   在英文http://www.google.com上可以搜索到无以计数的结果(不要使用百度也不要使用中文google)。既然感觉5imx里缺乏气象方面的行家,只好试着自个动手找资料了。找什么呢?找30KM平流层及10KM高度以下对流层的风向及大范围区域的走向?还有一个需要确ren的:谁说的12KM高度存在一个恒定的由东往西的风带?它具体的描述是怎么样的?
很可惜,如此珍贵的科技搜索资料,大部分在我这个城市既然被屏蔽了,尤其是使用Images图片搜索功能时,全是XX,哎呀~~搞什么呀~~

集思广益:懂英文又能打得开网页的朋友请多多帮忙;不懂英文但家有小孩在读书的边翻译边看,小孩高中了还看不懂的请直接将其压岁钱扣一半!、•#¥
1)对比他们,本贴在气球结构构思和设计上是否存在严重缺 陷和需要优化之处(尽量找岔~~)
2)他们是如何事先估算30KM平流层及10KM以下对流层的风向及大范围区域的走向的?有没有亚洲地区的走向图?是什么季节什么高度的?(非常重要,务必发动群众集思广益群策群力集中火力!还可以考虑再独立发一个新贴专门讨论这个问题,找个人去负责这个贴的技术攻关,有报名的么?如果最后能搞定需要的资料,则《尾冲》在24楼所担心的6%“收视率”问题便能有望解决了,甚至可能还具备我朝相关部门所号称的所谓“军事及经济价值”!)
**到以下类似风向及走势图,即算OK,请直接贴到本贴并注明原文地址


继续和尾冲及其他同学探讨解决问题的办法
一、关于“额外负重”,就是铁块或沙袋之类,一次一次的扔掉它们,又涉及到以下实施细节:
1)2立方米左右的氦气球,在30KM高空如果泄露了50%的气量的话,大概是多长时间?或者什么材料或构造以及“超压率”的气球,内部氦气泄露速度是最慢的?集思广益。包括redant2006的气球技术负责人能否一起查查?这个指标直接影响到咱们这颗卫星的寿命
2)“额外负重”的触发及扔掉方式,触发信号取自GPS还是地面遥控指令?我记得应该有一个叫什么气压开关的东西,使用原理是:因为额外负重那边的质量相对不变,这边的压力却在逐步减小,最后自动扔掉一份负重,不需要人工的参与。这个机械机构该如何设计?集思广益

二、气球的外形是方的还是圆的,我原来的计划是想用三角的,以减少迎风面,然后还会给它加上一个小小的尾舵,如此我们光靠气象风走向图,就能准确掌握气球的朝向,而不仅仅是依靠GPS,另外这个尾舵,在以后需要较正飞行路线时,还会起到重大作用。
这种气球是双层结构,最外层选用非可扩张的材料(限制气球的膨胀体积,免得炸掉):里层充氦气,外层充空气。随着气球的缓慢升空,内层逐渐膨胀的同时,外层的空气基本也被挤掉了。氦气如果从里层泄漏,因为氦气质量轻的缘故,它还能暂时滞留在外层顶部。这种气球的结构设计是否是最合理的?这样作是否可以获得最小的“超压率”?以尽可能减少氦气的泄漏速度?集思广益

三、关于太阳能电池板的安装:气球既然不是圆的,还有刚性的架子,尾冲在24楼所担心的问题,便迎刃而解。又加之因为气球有尾舵,在落实风走向图后,便可以将太阳能电池板简单固定在某两面,确保完全迎向阳光。塑料锁紧带,不干胶。。。RC干起来轻车熟路,嘿嘿嘿~~且慢,这些材料在最低有可能-85度的环境,是否会失效?谁有能达到这个温度的冰箱?不止是光为了测试这些材料,电子设备的测试及其他也用得上。集思广益
另外,民用太阳能电池板能顶得住-85到+45度的温差剧变么?(考察物理结构上的刚性,及能否发电两项关键指标)集思广益

四、关于尾冲所担心的地面设备“锅”体积很大的问题,如果地面上的RF强度能达到-125Bm,我看一个稍微大的平板就够了。这和最后所选定的OSD设备定型及能否实现160X120的最低OSD传输速率有关,图丽图丽,你在哪里?(EDIMAEG的解释贴没对此参数进行说明,无法进行进一步估算。)

五、关于卫星GPS信号的连续性(尾冲同学的考虑真是太细致了~~),如果前面的“对流层风向及大范围区域的走向”资料足够准确的话,则问题看似很乐观了。但为谨慎起见,尤其是夜间我们关闭了气球上的GPS后(它是一个耗电大户),是不是应该为气球再加上个专门的微型短波段信标发射机呢?专门定期启动GPS广播定位信息?反正大不了这气球再拉根长长的镀银尾巴作天线,还能增加吊篮的稳定性能。集思广益
1)这个微型短波段信标发射机目前的指标参数是多少?市场上能买到么?还是由群里的HAM自己动手制造?
2)选7-27MHZ短波段合适么?还是VHF
3)谁来负责这个GPS广播定位信息,由传感器到触发电码之间的单片机程序设计?有现成的下 载么?集思广益

六、风力发电?没玩过,谁有时间负责这个事的集思广益?试验的假设前提是平均风速暂按20米/S计算(风速越高,输出功率越大),然后求证最佳的体积重量能效比,平均功率只需要5W。如果采用风力发电,设备吊篮加一个长长的尾舵是必须的,在地面上测试时,可以使用一个工业风扇,开足马力对着它吹。
39
发表于 2010-2-17 16:12 | 只看该作者
原帖由 king1976 于 2010-2-17 14:33 发表
我隐隐约约有个预感:这个贴,一不小心可能已经闯入了人类空间技术某个空白或欠缺区域


永远不要觉得自己聪明,别人都是傻子。 你自己好好搜搜,现成的中文调研论文都有,没有发展是因为有难以解决的技术和成本问题。
40
发表于 2010-2-17 16:15 | 只看该作者
我建议你先动手搞一个蓄电池的返回式气球,升到平流层,然后落下来回收,搞定了这些再构想你的宏图大业不迟。饭要一口一口吃,路要一步一步走。
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