На вечер 17 февраля было назначено "общий сбор всего личного состава" -- все участники запуска собрались для конкретного обсуждения структуры зонда, реализации разных блоков и т.д. Там была обнародована структура зонда "Yy":

Оболочка массой 600 г., наполненная водородом, соединяется 30 м нейлоновой ниткой с куполом парашюта. Парашют снабжён жёстким каркасом, к которому крепятся стропы. Концы строп крепятся к площадке, к которой крепится коробка с полезной нагрузкой, способная свободно вращаться относительно площадки со стропами вокруг вертикальной оси. Предварительные тесты показали обнадёживающие результаты на счёт подобной системы ориентации.

Теперь о полезной нагрузке (см. картинку):

1). Центральным электронным блоком является плата "Arduino Mega 2560". Эта плата отвечает за сбор данных с датчиков, запись этой информации на SD-карту, управление активной ориентацией коробки с полезной нагрузкой а также за управление процессом съёмки фотоаппаратом. Плата куплена и протестирована.

2). Система ориентации состоит из трёх датчиков:
а). Гироскоп -- электронная плата "Single Axis ±300°/s Gyro Breakout Board - LISY300AL", определяющая угловую скорость вращения коробки с полезной нагрузкой (вокруг вертикальной оси Oz). На основе информации об угловой скорости Arduino производит активную коррекцию ориентации коробки по азимуту. Питание осуществляется от Arduino. Плата куплена и протестирована.
б). Компас -- электронная плата с цифровым магнитным компасом, которая отвечает за определение ориентации системы по азимуту относительно розы ветров. Предоставляет систему отсчёта для гироскопа, совместно с которым позволяет определять текущую ориентацию коробки относительно сторон горизонта и прогнозировать ориентацию для последующих моментов времени. С целью уменьшения уровня помех со стороны металлических и электронных частей зонда компас будет помещён в специальную коробочку и вынесен за пределы коробки с полезной нагрузкой на диэлектрической штанге длиной 30-50 см. Питание осуществляется от Arduino. Плата должна была прибыть в течении месяца.
в). Акселерометр -- электронная плата, определяющая ускорения полезной нагрузки вдоль трёх осей (Ox, Oy и Oz). Акселерометр имеет встроенный датчик невесомости, что позволит отследить момент лопания оболочки зонда. Питание осуществляется от Arduino. Плата должна была прибыть в течении месяца.

3). Исполнительным устройством активной системы ориентации является коллекторный электромотор "Micro motor-reductor 250:1", ось редуктора которого будет крепится к площадке со стропами и осуществлять поворот коробки по азимуту. Arduino, получая информацию с компаса и гироскопа, будет выдавать управляющие импульсы на электромотор, чтобы компенсировать случайное вращение коробки. Питание осуществляется от 6 В. Мотор куплен и протестирован.

4). Основным по значимости бортовым устройством является GPS-трекер с GPRS-модемом "Xexun TK102-2", который мы использовали в первом запуске. Трекер определяет координаты и высоту зонда от старта до высоты 18 км при взлёте и от 18 км до посадки при спуске. Основная задача устройства -- передать на web-сервер по GPRS-соединению координаты места приземления зонда. Данные о координатах и высоте также будут сохранятся на бортовую SD-карточку (первые тесты этой опции уже проведены).

5). Вторым по значимости бортовым устройством является цифровой фотоаппарат Canon, который будет крепиться на выносных штангах в подвесе сбоку коробки с полезной нагрузкой. Фотоаппарат будет иметь свой независимый источник питания (2 литиевые батарейки AA-формата).

6). Фотоаппарат будет поворачиваться относительно горизонтальной оси при помощи рулевой машинки (серво-привод) "EMAX ES08D", которая управляется Arduino. За счёт активной ориентации коробки вокруг вертикальной оси система будет противодействовать неконтролируемому повороту коробки по азимуту, серво-привод будет задавать направление "взгляда" фотоаппарата в направлении вверх-вниз. Это позволит снимать круговые панорамы и видео-ролики на разной высоте, заранее наводясь на нужный азимут и высоту относительно горизонта. Питание осуществляется от 6 В. Рулевая машинка куплена.

7). Управление затвором фотоаппарата и режимами съёмки осуществляет Arduino посредством специальной платы -- "шилд шуттера" (shutter shield), который питается от 5 В. Arduino будет не только назначать моменты съёмки (при достижении коробки и фотоаппаратом нужной ориентации), но и режимами съёмки фото/видео. Фотоаппарат будет иметь обратную связь с Arduino (на рисунке не показана), сообщая о завершении того или иного этапа своей работы.

8). Управление электромотором азимутальной ориентации и рулевой машинкой осуществляется через специальную плату -- шилд двигателей на основе H-моста "L293DNE". Arduino через эту плату может управлять обоими моторами, потребляющими значительный ток. К плате подводится отдельная шина питания 6 В.

9). Зонд будет снабжён пятью цифровыми датчиками температуры LM75A. Один датчик (№1) -- внешний, будет измерять температуру за бортом, датчик №2 будет измерять температуру внутри коробки, датчик №3 -- температуру на аккумуляторе трекера, №4 -- температуру внутри фотометра (см. ниже), а №5 -- температуру компаса. Датчики передают информацию о температуре в Arduino по интерфейсу I²C, что позволяет использовать единую четырёхпроводную шину (для этого термодатчики подключаются к "концентратору").

10). Термоизолированная коробка с бортовой электроникой, GPS-трекер, магнитный компас и фотометр будут снабжены резистивными нагревателями (красные квадраты с буковой "Н" на картинке), которые будут управляться Arduino посредством специальной платы -- шилд ключей нагревателей (на рисунке не показана). Нагреватели и шилд ключей будут питаться от 3-9 В. Как видно из рисунка, вся электроника кроме фотоаппарата, двигателей, компаса, внешнего термодатчика и фотометра помещена в термоизолированную коробку, в которой будет поддерживаться режим термостабилизации -- работа нагревателей будет контролироваться Arduino по показаниям датчиков температуры внутри коробки и на аккумуляторе GPS-трекера. Режим термостабилизации также будет поддерживаться в коробке компаса и фотометра.

11). Дополнительный бортовым устройством будет фотометр -- для исследования степени рассеивания солнечного света с высотой.

12). БП -- бортовой блок питания зонда. Будет выдавать напряжение 5 В, 6 В и 9 В и ток до 1-2 А. Основан на литиевых батарейках CR2-формата (6 В и 9 В), напряжение 5 В будет производиться за счёт использования "кренки", 6 В будут потреблять электродвигатели, нагреватели и шилд ключей нагревателей, 9 В -- Arduino, 5 В -- GPS-трекер и шилд шуттера. Остальная электроника будет запитываться от Arduino.

13). Для привязки значений, получаемых с датчиков, ко времени, а также для предотвращения потери этой привязки, зонд будет снабжён бортовыми часами на основе микросхемы "DS1305N".

14). Ещё одним важным элементом бортовой аппаратуры будет датчик давления "MPX2103AP", который позволит фиксировать давление на всём протяжении полёта. Эту информацию можно использовать и для определения высоты подъёма зонда, когда выше 18 км GPS-трекер не будет выдавать значение высоты зонда.

15). Вся информация с датчиков (температура в 5 точках, значение угловой скорости и ускорения, давление, координаты, высота и скорость с GPS-трекера, время, азимут по компасу, данные фотометра) будет записываться на SD-карточку на борту. Для этого используется специальная плата -- шилд SD, в которую вставляется SD-карточка и подсоединяется к Arduino.

Отдельно стоит ещё остановится на моментах, не отражённых на рисунке:
1). Аварийная система ориентации -- на основе фоторезисторов. Если перед самым запуском будет магнитная буря, мы не сможем использовать компас как источник привязки к сторонам горизонта. В этом случае придётся ориентировать зонд по Солнцу, использую фотодатчики.
2). Возможно, если будет время и силы, на борту разместится счётчик Гейгера. Он у меня есть, весит мало, считать будет просто импульсы за единицу времени, оптронная развязка будет. Но это пока так -- в проектах.
3). В принципе, радиодиапазон 433-434 МГц является безлицензионным для мощностей передатчика до 10 мВт (вроде бы). Радиолюбители из России запускали подобный передатчик и прекрасно ловили его даже на портативные антенны! Можно купить FSK-передатчик типа RFM02-433-S2 за $7, который имеет SPI-интерфейс, и передавать телеметрию на землю -- будем её принимать в режиме реального времени. FSK (частотная манипуляция) хороша тем, что помехоустойчива. Жаль, что передать сигнал на зонд с земли такой мощностью не получится -- а то бы можно было и шарик отделять по команде с земли, и ещё много чего... В общем, можно подумать над этим и разузнать в БелГИЭ подробнее.
4). Вообще-то, мы планируем отделять шарик от зонда. На этот раз без пиротехники. Моторчик с редуктором вынимает штифт -- и всё. Команду на отсоединение шарика можно осуществить двумя способами:
а). Радиопередатчик-приёмник: передатчик, управляемый Arduino, и приёмник к нему, вроде бы, решат нашу задачу. Кроме этого, после приземления передатчик можно использовать для испускания сигналов, по которым его можно искать.
б). Использование ИК: ИК-диод управляется Arduino, приёмник -- TSOP1730 и контроллер, или использовать микросхему SIS-2. После приземления диод можно использовать для поиска зонда в темноте (обычным глазом не видно, плохие люди зонд не украдут, а через мобильный телефон или камеру -- отлично видно).

И последнее. Даже если активная стабилизация у нас не получится, мы сможем использовать наши датчики для съёмки панорам, но в этом случае не наводясь на нужный азимут, а ожидая, когда коробка сама повернётся на нужный угол. Так что в любом случае вся эта электроника не зря куплена (и будет докуплена).

Получается вполне "космический" зонд.

Lupus.