Publié le 13 novembre 2014 - par

Un Raspberry Pi Français à l’assaut de la stratosphère

fab4space_250pxlLancé de Boissières (situé à une dizaine de km au sud-ouest de Nîmes) le 2 novembre 2014, le ballon rêvé par Fabrice a pris son envol pour atteindre une altitude de 27 km.
Il faut se rappeler qu’un Boeing 747 ou 787 ne dépasse pas 13 km…
Préparé depuis plus de 2 ans, ce vol a abouti grâce à une préparation minutieuse. Fabrice (F4HHV) a même passé l’examen de radioamateur pour pouvoir utiliser les balises en VHF et UHF qui émettent pendant et après le vol.
L’expérience a permis de tester la résistance d’un écran OLED dans les conditions extrêmes de la stratosphère (-50 à -60°C).

Un ballon français équipé d’un Raspberry Pi à l’assaut de la stratosphère

atmosphere

Les différentes couches de l’atmosphère terrestre

La genèse du projet fab4space

C’est il y a deux ans que Fabrice s’est lancé ce défi : photographier notre planète et son atmosphère bleue ainsi que le noir de l’espace.
Fabrice est ingénieur, développeur spécialisé dans les systèmes embarqués (ça aide !) et il habite Boissières (dans le Gard) d’où le ballon a décollé.
Son idée : inclure dans le champ de la caméra un écran OLED chargé d’afficher les paramètres de vol (altitude et température extérieure). Ceci avec une forte luminosité et par des températures de -50°C… c’est un écran OLED ILSoft qui a été choisi pour cette mission.
Fabrice a modifié le driver SPI entre autres pour améliorer la luminosité et le taux de rafraichissement.
D’autre part la caméra doit capturer en parallèle des images et une vidéo de l’ensemble du vol sans interruption. Ceci a été permis par l’utilisation de raspimjpeg.
Depuis un an le rythme s’est accéléré avec la réalisation concrète du projet (hardware et software).

Les prototypes

Un premier prototype a été réalisé sur table dès septembre 2012. Bien entendu il a beaucoup évolué depuis cette date !

fab4space_proto_sept_2012

Le prototype de juin 2012

Un des derniers modèles avant la réalisation finale date de juin 2014. Cette fois le matériel est en place, ce qui permet de mieux préparer la mission. On reconnait le tracker APRS Byonics à droite et la carte prototype Adafruit sur le dessus du Raspberry Pi.

fab4space_int_nacelle_juin2014

Le matériel et le logiciel

Vous trouverez sur le site fab4space.com la description complète du matériel et du logiciel mis en œuvre pour cette expérience.

nacelleIci l’intérieur de la nacelle avec le matériel en place. Notez l’épaisseur de polystyrène servant d’isolant thermique, et le blindage en feuille d’aluminium qui fait également office de réflecteur radar, obligatoire sur ce genre d’engin. La nacelle mesure 20x20x20cm.

fab4space_payloadEnfin voici CONSTELLATION, la nacelle prête à l’envol avec son système de suspension au ballon. Le bloc rectangulaire sur le dessus à droite est l’antenne GPS. L’antenne de la balise UHF dépasse de l’autre côté de la nacelle. On aperçoit également la prise USB accessible pour des raisons de maintenance.

On aperçoit à l’arrière de la nacelle le logo du sponsor de l’opération : Alliance Expert.

L’ensemble nacelle + parachute pèse 1200 grammes. Le ballon pèse également 1200 grammes. 3m3 d’hélium ont été nécessaires pour obtenir une vitesse ascensionnelle de 5 m/s environ.

L’écran OLED se situe à gauche, au bout du bras support.

L’alimentation est assurée par 8 piles Lithium 1,5V Energizer Ultimate. Elles alimentent directement le tracker APRS en 12V et sont reliées à un convertisseur DC/DC 5V qui alimente le Raspberry Pi et tout le matériel nécessitant du 5V.

Les formalités pour lancer un ballon

Autorisation de la DGAC

Bien entendu il n’est pas question de lancer un ballon sans avoir obtenu les autorisations nécessaires car il représente un danger pour le trafic aérien (imaginez qu’il soit avalé par le réacteur d’un Airbus…) !

Un dossier technique comprenant tous les détails a donc été déposé à la DGAC (Direction Générale de l’Aviation Civile) 2 mois avant la date de lancement du ballon. Une fois le dossier validé, Fabrice a proposé des dates pour le lâcher et a contacté le centre de contrôle aérien 10 minutes avant le lancement, pour confirmer l’autorisation de lâcher.

Le jour exact du décollage a été choisi en fonction des prévisions de chute calculées 2-3 jours auparavant sur http://predict.habhub.org/hourly/diegoesep/ qui donne les prévisions heure par heure à une semaine à partir du point de lâcher prévu.

Émission amateur

Pour pouvoir émettre des informations technique et de géolocalisation de la nacelle, Fabrice a passé l’examen de radioamateur. Cela lui a permis d’utiliser des émetteurs dans les bandes réservées à l’usage des radioamateurs.

Le tracker APRS envoyait ses signaux sur 145,650 MHz sur une antenne dipole de Byonics.

La balise UHF est un émetteur openLRS NG de 1W. Il est basé sur un Arduino pour lequel Fabrice a créé un nouveau firmware qui détecte le moment de l’impact au sol (basé sur les informations GPS ou sur le temps écoulé depuis le lâcher du ballon). A partir de ce moment la balise transmet la position GPS en MaidenHeadLocator en Morse sur 436.650Mhz (si le GPS ne fonctionne plus au bout d’un temps prédéfini la balise transmet l’indicatif de Fabrice (F4HHV) en Morse). C’est d’ailleurs ainsi qu’il a pu retrouver la nacelle précisément par radiogoniométrie grâce à cette balise 🙂 .

Le vol

Le lâcher

fab4space_ballon_full

L’équipe juste avant le lâcher

fab4space_lacher

Et c’est parti… !

Le lancement a eu lieu le 2 novembre 2014 à Boissières.

Les images

C’est la récompense de cette mission, Fabrice a récolté des images vraiment superbes. En voici quelques-unes. Pour admirer les autres rendez vous sur fab4space.com !

fab4space_nuages

Juste au dessus des nuages – Cliquez pour agrandir

fab4space_mediterranee_600px

Une vue sur la Méditerranée – Cliquez pour agrandir

fab4space_rhone

Le delta du Rhône – Cliquez pour agrandir

fab4space_espace

L’espace n’est pas loin… – Cliquez pour agrandir

La vidéo

L’éclatement du ballon

Après avoir atteint son altitude maximale, le ballon éclate sous la pression de l’hélium :

fab4space_eclatement_ballon28.1km

Éclatement du ballon saisi par la caméra du Raspberry Pi

fab4space_profil_vol

Profil du vol du ballon – Cliquez pour agrandir

Fabrice commente le vol de Constellation :

« L’ascension a duré 1h30 et la descente 30 mn. On voit sur la courbe l’altitude par rapport à la distance parcourue depuis le point du lâcher. Le parachute est prévu pour se déclencher automatiquement car le poids de la nacelle le tire vers le bas une fois que le ballon a éclaté. On peux voir sur la courbe que de 27000m à 15000m le parachute n’avait que peu d’effet car il y a peu d’air, alors qu’a partir de 15000m la nacelle est freinée dans sa descente pour garder une vitesse de l’ordre de 5 mètres par seconde jusqu’à l’impact au sol.« 

La récupération

A l’issue du vol, la nacelle est retombée à 55 km environ (à vol d’oiseau) de son point de départ. Grâce à la balise embarquée, la nacelle a été retrouvée et elle était intacte :

fab4space_recup

La nacelle après sa récupération

Le sponsor

Si une aventure comme celle-ci nécessite de l’investissement en temps et en énergie, il faut également financer le matériel qu’il soit électronique ou aéronautique (ballon, hélium, parachute…).

Le rôle du sponsor de ce lancement a donc été vital et le partenariat mis en place entre Alliance Expert et Fabrice a permis cette réalisation.

Je pense qu’il faut encourager ce genre d’initiatives qui est à l’origine de telles expériences 🙂

Conclusion

Nul doute que ce premier lâcher constitue un galop d’essai et que de nouvelles expériences aux frontières de notre petite planète bleue trottent déjà dans l’esprit de Fabrice…

Les belles images et la réussite de cette réalisation montrent qu’il est possible de faire aussi bien en France que dans les autres pays… Vous en doutiez ?

Merci à Fabrice qui a souhaité partager cette informations avec les lecteurs du blog et sans doute à bientôt pour un nouvel envol !

fab4space_equipe

Sources

 

Share Button

À propos François MOCQ

Électronicien d'origine, devenu informaticien, et passionné de nouvelles technologies, formateur en maintenance informatique puis en Réseau et Télécommunications. Dès son arrivée sur le marché, le potentiel offert par Raspberry Pi m’a enthousiasmé j'ai rapidement créé un blog dédié à ce nano-ordinateur (www.framboise314.fr) pour partager cette passion. .

14 réflexions au sujet de « Un Raspberry Pi Français à l’assaut de la stratosphère »

  1. Ping : Un Raspberry Pi Français à l’assaut de la stratosphère | Radioamateurs-France

  2. MARZUK

    Bonjour,

    Je connais bien Fabrice et sa détermination ce projet est a l’image de son talent.
    Bravo guy !!

    Saïd
    Ingenieur Electronicien chez FOGALE

    Répondre
  3. Christian

    Bonsoir , il est dommage que la communauté radioamateur des départements voisins ( le 13…) n’aient pas été informée. Nous aurions pu suivre par radio cette expérience.

    Ce sera sans doute pour une prochaine fois…..

    Bien amicalement Christian F6DHI.

    Répondre
    1. Fab4Space

      Bonjour, pour ce lâcher effectivement je n’avais pas contacté la communauté radioamateur mais ce sera avec plaisir pour les prochains 🙂

      Fabrice

      Répondre
  4. sd

    Bonjour,

    Bravo pour cette aventure.

    Quel est la durée de l’ascension et celle de la descente?
    Je comprend pas le graphique « profil du vol » est-il possible d’avoir des détails la dessus.
    Pour la partie parachute, comment était-il déclenché?

    Félicitation 😉

    Répondre
    1. fab4space

      L’ascension a duré 1h30 et la descente 30minutes. On voit sur la courbe l’altitude par rapport à la distance parcourue depuis le point du lâcher. Le parachute est prévu pour se déclencher automatiquement car le poids de la nacelle le tire vers le bas une fois que le ballon a éclaté. On peux voir sur la courbe que de 27000m à 15000m le parachute n’avait que peu d’effet car il y a peu d’air, alors qu’a partir de 15000m la nacelle est freinée dans sa desctente pour garder une vitesse de l’ordre de 5metres par secondes jusqu’à l’impact au sol.

      Répondre
  5. Elise

    Une très belle réussite, bravo à l’équipe. Les images sont très nettes et superbes. Moi aussi je pensais que la montée aurait durée un peu plus d’une heure et demi. Bon courage pour la suite.

    Répondre
  6. Ping : Mon premier ballon radioamateur lancé dans la stratosphère! | Fab4Space!

  7. Guillaume P

    Bonjour,
    Je suis en DUT de Mesures Physiques, et pour mon projet de fin de première je souhaite lancer un ballon stratosphérique. J’hésite encore pour le système électronique embarqué, entre l’Arduino et la Raspberry Pi. Je souhaite en effet juste mesurer la température et la pression à l’aide de capteurs et que le système électronique les enregistre. Que me conseillez vous?
    Dernière question, où vous êtes vous fourni en hélium?

    Cordialement

    Répondre
    1. Fabrice FAURE Fab4Space

      Bonjour Guillaume,
      Si tu prévois d’enregitrer des photos ou vidéo alors le raspberry PI est la meilleure solution avec sa caméra 5Mpixels!
      Si tu veux juste enregistrer des mesures de capteurs de températures/pression, alors je recommande un Arduino avec ses ADC et de connecter par SPI une sdcard afin d’enregistrer les mesures.
      Pour l’hélium je me suis fourni chez aerovue.
      Tiens moi au courant pour ton projet

      Cordialement,
      Fabrice

      Répondre
      1. Guillaume P

        On a déjà une caméra pour enregistrer des vidéos, donc je me tournerai alors plus vers l’Arduino.
        Et vous pensez que quel modèle d’Arduino, convient le mieux à cette utilisation? (Si vous le savez bien sûr)
        Car il en existe plusieurs types et je ne sais pas lequel choisir?
        C’est noté pour l’hélium, merci du renseignement.
        Merci de votre réponse, je vous tiendrai au courant de l’évolution de mon projet

        Bonne soirée

        Répondre

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Complétez ce captcha SVP * Time limit is exhausted. Please reload CAPTCHA.