Содержание:

1. Вступление. Описание идеи.

2. Ход эксперимента
2.1 Подготовка к запуску
2.2 Запуск и подъем
2.3 Хронология наблюдений
2.4 Наблюдения дальних корреспондентов
2.5 Окончание полета
2.6 Обнаружение (ранее незапланированная часть)

3. Подведение итогов и анализ результатов эксперимента
3.1 Общие данные по эксперименту
3.2 Выводы

4. Приложения
Приложение 1: Что потребовалось для осуществления эксперимента.

Приложение 2: Аппаратный журнал RR3DH/AM

Приложение 3: Некоторые видеозаписи из зарубежного опыта

1. Вступление. Описание идеи.

Всем известно, что радиолюбительское хобби во многом основывается на исследовании неизведанного и до конца непознанного, и интерес вызывает любое новое направление, будь то новые виды цифровой связи, гибрид интернет и радио (как например eQSO), исследование видов распространения радиоволн и изучение зависимостей от солнечной активности, погоды и многих других факторов. И то, что делает это хобби таким замечательным – это, в большой мере, возможность достижения очень интересных результатов, порой неожиданных. Нас, после опыта поднятия ретранслятора 144/430 на высоту 400м, посетила идея об осуществлении проекта по запуску маяка на максимально доступную высоту с целью исследования возможности его приема на максимально возможной территории. Приурочить запуск было решено к трехлетию работы ретранслятора RR3DH. Насколько нам известно в радиолюбительском сообществе нашей страны подобного эксперимента еще не проводилось. Однако существует достаточно обширный опыт зарубежных энтузиастов. Он был проанализирован и принят во внимание.

При рассмотрении возможностей реализации такого проекта были обозначены следующие проблемы, которые требовали своего решения.

- что поднимать?
- чем поднимать?
- ограничения по весу и габаритам
- ограничения по ресурсу питания
- определение рабочей частоты и мощности
- влияние очень низких температур и влажности
- обеспечение плавного приземления
- ограничение затрат

Теперь обо всем по порядку, как эти проблемы были преодолены:

1.1. Что поднимать?

1.2 Чем поднимать?

Из двух практически доступных вариантов: шарик с водородом или гелием, из соображений безопасности был выбран вариант с гелием, несмотря на меньшую удельную подъемную силу и высокую текучесть. Решено было также абсолютно минимизировать размеры и вес полезной нагрузки, чтобы не создавать ненужных проблем и, соответственно, перейти к эквиваленту обычного пуска детских шаров, наполненным гелием, что постоянно происходит в праздничные дни в различных городах.

1.3 Ограничения по весу и габаритам

Наличие практически невесомого микромаяка полностью решало проблему уменьшения веса и размеров нагрузки, но вставал вопрос с энергопитанием, и сами собой напрашивались эффективные в соотношении "емкость/масса" литий-ионные батареи…

1.4 Ограничения по ресурсу питания

Однако, из опыта, при низких температурах литий-ионные батареи имеют свойство резко терять емкость, что могло привести к прекращению работы маяка раньше ожидаемого срока, поэтому выбран был вариант с алкалиновыми батареями, меньше подверженными зависимости от температуры. Ими стали две батареи AAA от Duracell, обесчечившие требуемые 3 вольта. К слову, на момент публикации этой статьи (08.05.2003), маяк продолжает успешно работать от этих батарей, что подтверждает рекламный лозунг от Duracell – «ничто не работает так долго».

1.5 Определение рабочей частоты и мощности

Для маяка был выбран безлицензионный диапазон в участке 433МГц с соответствующим ограничением по излучаемой мощности в 10мВт. Антенна была простейшая - диполь из тонких проводников во фторопластовой изоляции. В середине диполя находилась плата маяка и 2 батарейки AAA. Из соображений круговой диаграммы была выбрана вертикальная поляризация.

Малая мощность и простейшая антенна помогли обеспечить ресурс длительности работы и уменьшить общий вес, но до самого начала эксперимента не было ответа на вопрос – а насколько реально услышать такую ничтожную мощность за десятки километров без направленных антенн, причем как правило на «резинки» и на антенны, чаще настроенные на 144-146МГц чем на 430? Наземные испытания показали радиус приема порядка сотни метров, а отдельный эксперимент с UA3DAV при прямой видимости и приемной диско-конусной антенне показал расстояние 3-4км.

1.6 Влияние очень низких температур и влажности

Изучение опыта зарубежных радиолюбителей показало, что не исключена возможность подъема маяка на высоту более 5 км, где температуры в любое время года отрицательные и могут доходить до -25..-50 С! Также весьма вероятно значительное воздействие влаги при нахождении в облаках. Для обеспечения надежности работы маяка были приняты следующие меры:
- применение кварцевой стабилизации частоты маяка,
- обработка платы уретановым изоляционным лаком и аэрозольного баллончика.
- заключение маяка в тонкий пенопластовый кожух
- упаковка пенопластового кожуха в тонкостенный пластиковый стаканчик с крышкой.

2. Ход эксперимента

2.1 Подготовка к запуску

Перед запуском маяка на сайте ретранслятора RR3DH и на популярном сайте QRZ.RU были размещены объявления о предстоящем эксперименте и назначено время: 26 апреля, 20:00 MSK. В процессе подготовки происходило активное общение с корреспондентами в ретрансляторе и по электронной почте, поскольку интерес был очень велик.

2.2 Запуск и подъем

Время 20:07. Небо ясное, закат солнца, ветер средний, северо-западный. Предполагаемое направление движения – юго-восток. Команда «запуск» и маяк отпущен.. 5 секунд и он уже за сотню метров впереди. Ветер все-таки сильный. Через 10 секунд полета начали поступать наблюдения через RR3DH (аппаратный журнал полета прилагается).

2.3 Хронология наблюдений

В течение всего эксперимента наблюдения о приеме сигналов маяка поступали через RR3DH в формате: “Позывной, RS, QTH”. Полный аппаратный журнал наблюдений полета маяка приведен в Приложении 1. Несколько корреспондентов применяло направленные антенны. Особенно хочется отметить RA3ADR/3 (QTH:Киржач) и RA3FV (QTH: Орехово-Зуево) обладавшие направленными антеннами на диапазон 430, к сожалению без элевации. Благодаря их наблюдениям постоянно отслеживалось направление на маяк. А дрейфовал он с азимутом 140-160 градусов от точки запуска.
По мере подъема стал заметен уход частоты. При запуске частота была 433.900 МГц. Через полчаса полета частота стала 433.895 МГц. К завершению полета частота снизилась до 433.882 МГц !! И это при задающем генераторе на кварце с частотой чуть более 72МГц. Сказалось действие низких температур. Об экспериментальной проверке их воздействия – позднее. А пока дальше о полете. Все корреспонденты слышали маяк непрерывно, иногда с QSB, однако с ростом высоты выяснилось, что:

- уровень сигнала у всех корреспондентов плавно снижался и стал по всей принимаемой территории, а это от Солнечногорска до Орехово-Зуево от RS 52 до RS 56
- Сигнал маяка пропадал на коллинеарных антеннах, направленных и просто вертикальных, однако одновременно был неплохо слышен на штатные «резинки» портативных радиостанций в тех же QTH даже в помещениях как например у RZ3FO с портативной станцией лежащей на столе.

- маяк с его мощностью в 10 мВт принимался одновременно всеми корреспондентами, кто имел возможность прослушать диапазон 430 и пробиться в ретранслятор RR3DH, а это радиус около 100км. Это говорило о том, что радиус его слышимости намного больше.

2.4 Наблюдения дальних корреспондентов

После приглашения от UA3DRP на диапазоне 80м к более дальним корреспондентам прослушать наличие сигнала маяка – отозвался UA3EIZ / Мценск QRB 350км. Он сообщил, что маяк слышен с RS 56 на его стек 144МГц! К сожалению другие запрошенные корреспонденты не обладали диапазоном 430МГц.

2.4 Окончание полета

Наконец, через 2.5 часа полета послышались быстрые QSB на частоте маяка. Это говорило о том, что маяк пошел вниз. Интересно что не все корреспонденты наблюдали QSB. Снижение длилось около 40 минут с восстановлением начальной частоты до 433.895МГц и в 23.15 сигнал маяка у всех пропал. Данные по азимутам в момент приземления показывали что это район Ногинск-Павловский Посад-ОреховоЗуево на расстоянии около 50-70км от места запуска. Это частично подтвердилось тем, что в момент приземления маяк прошел у RA3FV/Орехово-Зуево на направленные антенны с RS 59+40 и пропал… Эксперимент завершился и надежды найти в лесах и болотах не было и этого не планировалось с самого начала. Хотя корреспонденты проявили энтузиазм в поиске маяка на вертолете (RA3VI) и проезжая в электричке или машине по трассе с портативкой и наушником в ухе (RA3FV) – надеяться на удачу даже не планировалось. Было начато подведение итогов.

2.5 Обнаружение (незапланированная часть)

На следующий день, 27 апреля утром раздался телефонный звонок – RA3FV ехал утром на машине на работу с наушником в ухе и обнаружил сигнал маяка! Это произошло на Горьковском шоссе в районе деревни Кузнецы, причем сигнал принимался только на участке дороги длиной 150 метров! Если учесть что интервал передачи позывного маяком был 7 секунд, то это более чем удивительно, ведь на машине 150метров по трассе преодолеваются менее чем за 5 секунд и проехать мимо ничего не заметив можно запросто. Однако сигнал замечен и бросив в багажник пилу, два топора, 5-элементную яги на 430 для поисков вместе с RU3DAB и RA3DVN выезжаем в указанный QTH на поиски. Изучив по дороге карту понимаем что шансы пододбрать маяк все равно малы так как на карте обозначены болота и леса. Но все-равно едем на поиски. Подъезжаем к вышеупомянутой деревне и о, чудо – принимаем телеграфом RR3DH/AM.

1.7 Обеспечение плавного приземления

Поднять маяк было мало, надо ведь также подумать о его приземлении. Причин для приземления шаров обычно две. Это:

- утечка гелия через поры оболочки, которая происходит за несколько часов (обычно 12-24). Для сокращения утечки применяют специальные составы закупоривающие поры составы High Float и Super High Float. Ими обрабатывается внутренняя поверхность шара и срок удержания гелия увеличивается до 5-7 суток. Мы таким составом не пользовались.

- основная причина приземления - это разрыв оболочки от изменения давления, ведь если у земли давление близко к 1 атмосфере, то при высоте в несколько километров атмосферное давление резко уменьшается, и шар пропорционально раздувается, уравновешивая внешнее и внутреннее давление. Поэтому желательно применять оболочку из хорошо растягивающегося латекса, и перед запуском ее недокачивать, чтобы расширяющийся газ позже имел пространство для заполнения. Обычное время до разрыва оболочки по статистике составляет около 3 часов, что и это время оценивалось нами как планируемая длительность эксперимента.

Поскольку ожидалось падение маяка из-за разрыва оболочки, возникла необходимость предотвращения возникновения кратера на месте его падения путем добавления в конструкцию парашюта. Парашютом стал тонкий полиэтиленовый мешок обычно предназначенный для мусора объемом 120 литров (Hi). Конструкция стала такой: сверху шарик, внизу мешок-парашют, ниже стаканчик с маяком. В случае хлопка шара маяк на парашюте спускался бы вниз, и в силу своего малого веса и пенопластовой обертки никакого вреда причинить не смог бы.

1.8 Ограничение затрат

Поскольку затраченные средства улетали в буквальном смысле слова на ветер, и на получение маяка обратно надеяться не приходилось. Поэтому никакого дополнительного усложнения полезной нагрузки не осуществлялось.

3. Подведение итогов и анализ результатов эксперимента

3.1 Общие данные по эксперименту

3.2 Выводы

Опыт показал, что диполь с вертикальной поляризацией является не лучшей антенной для работы при высоких углах места. Причиной тому является минимум диаграммы направленности такой антенны вдоль ее оси. Соответственно большая часть энергии уходит напрасно. Следовательно, для достижения лучших результатов целесообразно применение расположенных крестообразно и горизонтально двух полуволновых диполей. При этом уровень напряженности поля должен быть существенным как внизу под антенной так и вдоль горизонта.

Также интересным выводом является факт уверенного приема маяка такой минимальной мощности как 10мВт корреспондентами на расстояниях в сотни километров. Это еще раз подтверждает факт что эта мощность достаточна для проведения QSO, и высота антенн имеет намного более важное значение чем излучаемая мощность.

Еще одним интересным наблюдением было то что при высоких углах места маяка эффективные антенны имеющие диаграмму направленную вдоль горизонта теряли сигнал и не позволяли принимать маяк, в то время как малоэффективные штатные антенны портативных станций принимали маяк с достаточным уровнем даже из помещений.

В качестве общего вывода можно указать на то, то сам по себе такой эксперимент явился по своему уникальным и притягивающим внимание широкого круга радиолюбителей. К сожалению диапазон 430 МГц практически не развит у нас и подобные эксперименты было бы целесообразнее осуществлять в намного более популярном диапазоне 144-146МГц.

Комментарии и предложения по теме данной статьи можно присылать по адресу ra3dem@mail.ru

Приложение 1: Что потребовалось для осуществления эксперимента.

Приложение 2: Аппаратный журнал RR3DH/AM

Приложение 3: Некоторые видеозаписи из зарубежного опыта

Карта с маршрутом движения и расположением корреспондентов прилагается ниже.

Карта маршрута маяка прилагается. На ней указаны:

- QTH корреспондентов

- маршрут по азимутам от корреспондентов красным цветом

- прямая соединяющая кратчайшим путем точки подъема и приземления.