23 Октября 2010 г. Вова (Pova), Таня (Selestia) и я (Lupus) провели последние "морозильные" тесты. Холодильник организовал нам -20^о С, в режиме ускоренной заморозки. В "лётный" контейнер поместили фотоаппарат, алектронику пиротехнического отделения зонда от оболочки, батарейку "SANYO CR-2P" и термопару для фиксации изменения температуры. Результат "морозильных" испытаний на диаграмме. Стрелкой показан момент извлечения из морозилки. Общее время, проведённое в морозилке, составило 2^ч 15^м.

Графики изменения температуры ПЗС-матрицы фотоаппрата ("CCD"), батарейного отсека ("Battery"), внутри пенопластовой коробки ("In Box")  и напряжения ("Voltage") при помещении зонда с фотоаппаратом в морозильную камеру.

Выводы:

1. Всё работает.
2. Фотоаппарат не возвращает температуру матрицы и батарейного отсека ниже -10о С. Как выяснилось позднее, наша модель камеры не может в принципе фиксировать температуру ниже этого значения.
3. Литиевые батарейки просто великолепны! При температуре -20о С их вольтаж будет в районе 2,7 В (см. график), а это более чем достаточно для корректной работы фотоаппарата.
4. Система пиротехнического отделения зонда от оболочки успехно сработала в назначенное время.

Некоторые теоретические результаты обработки. Т.к. скорость остывания пропорциональна разности температур между телом и окружающей средой, то можем записать дифуравнение:

dT
-- = a*(T₀ - T), (*)
dt

Из (*) получаем:

T - T₀ = exp(C)*e^-a*t

Откуда:

T = (T - T₀)*e^-t/tau + T₀, (**)

где T -- текущая температура остывающего тела в момент времени t, T0 -- температура окружающей среды, tau = 1/a -- постоянная остывания (характерное время). На рисунке ниже приведены теоретические кривые остывания по (**) при T0 = -10^о C, -20^о С, -30^о С, -40^о С, -50^о С, -60^о С, -70^о С и -80^о С. Также нанесены данные нашего эксперимента.

Теоретические графики изменения темперутуры внутри зонда на фоне измеренных данных.

Постоянная tau = 20,7 +/- 0,9 минуты (из фитирования экспериментальных данных экспонентой). Видно, что вначале экспериментальные данные сильно отличаются от теоретических, но потом всё становится согласованно. Следует отметить, что кривые справедливы только для данной коробки, данной начинки и режима работы фотоаппарата -- из сравнения кривой, полученной ранее, должно было получаться, что при T₀ = -12^о C, через 20 минут в коробке должно было быть +4^о С. А было +12^о С. Видимо, коробка была более герметично закрыта (да и фотоаппарат снимал каждые 30 с, а не каждые 3 минуты как в этот эксперимент -- больше грелся). Кривые не справедливы и для реального запуска на 30 км -- там плотность падает в 100 раз, температура падает с высотой (до -50^о/-60^о C) и т.д.

Как нам правильно подсказали на форуме, для холодильной камеры с компрессором неинверторного типа правильней было бы написать примерно так:

dT
-- = a*(T₀ + T_d*sin(b*t) - T), (***)
dt

tau₁ = 1/a -- постоянная остывания (характерное время), tau₂ = 1/b -- периодичность включения копрессора холодильника, T_d - дрейф температуры холодильника, после достижения которого включается компрессор. На рисунках ниже показаны теоретические графиеки с решением (**) -- первый рисунок, и с решением уравнения (***) -- второй рисунок. Величина tau₁ = 20 минут, tau₂ = 10 минут, T_d = 3_о С, T₀ = -20^о С, начальная температура в коробке +26^о С.

Lupus.