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Telemetria nel RM - possibilità e suggerimenti

testo scritto sull ml "razzimodellismo" domenica 8 dicembre 2002

Telemetria. Semplici considerazioni.

Il nostro hobby è, oltre che un piacevole passatempo, anche un'attività che si presta molto bene alla ricerca scientifica o quantomeno a fornire interessanti supporti a quanto si studia a scuola, dico questo per i ragazzi più giovani. E' veramente possibile mettere in pratica alcuni aspetti tecnologici che sono nascosti ma importanti nella nostra vita di tutti i giorni, oppure ripetere, naturalmente in piccola scala, momenti storici che hanno 
segnato il nostro tempo.

Lanciare un razzomodello è senza dubbio interessante e divertente, serve a concludere il lavoro della costruzione, serve a controllare che tutto sia stato eseguito a regola d'arte e, lo sappiamo, non avremo mai la certezza del buon esito del lancio, con buona 
approssimazione a quello che capita ancora oggi a Cape Canaveral. Ma il semplice volo del nostro razzomodello potrebbe anche servire a qualcos'altro: potrebbe rappresentare, piuttosto che la conclusione di un lungo lavoro di costruzione, l'inizio di un nuovo 
stimolante lavoro successivo a quello del montaggio. Il razzomodello può diventare così non più fine del nostro hobby ma anche, se vogliamo, strumento per realizzare una nuova 
esperienza.

Il razzomodello è una macchina, piuttosto complicata nella progettazione ma molto semplice nella sua realizzazione. Una volta assemblato è un veicolo che può durare molti voli. Grazie 
al fatto che si usino motori commerciali di sicuro funzionamento, pochi pensieri abbiamo circa la sua affidabilità. Quindi, dopo pochi voli, cominciamo a pensare che la sua vita sia abbastanza scontata e magari pensiamo solamente a trovare un motore più potente per farlo volare ancora più in alto.

Ma se cominciamo a considerarlo come un veicolo per strumentazione scientifica cominciamo ad entrare nell'ordine di idee di trasportare un carico utile. Vale a dire una piccola 
apparecchiatura che non ha alcuna influenza nel volo del modello, o addirittura ne è peggiorativa, dato che rappresenta un peso inutile. Ma che ci può dare modo di imparare alcune cose nuove che non potremmo in altro modo conoscere. Il razzomodello inteso come 
estensione dei nostri sensi, diciamo che può diventare il nostro occhio, il nostro orecchio lassù dove noi non possiamo arrivare, perché prima di salire su uno dei nostri modelli, ne passerà del tempo.

Come prima cosa si pensa di imbarcare un altimetro, che ci dà la possibiltà di conoscere, una volta recuperato il modello, l'altezza da esso raggiunta all'apogeo. Moderni apparecchi sono in grado di diventare anche parte attiva del modello, consentendo la gestione del funzionamento di una o più cariche di deploy e di arrivare così nel campo dei modelli da grandi altezze dotati di doppio deploy. Il piccolo paracadute (drogue) che si apre in prossimità dell'apogeo, in seguito alle decisioni prese dall'altimetro barometrico che 
rileva che la quota del modello ha cominciato a diminuire dopo essere continuamente salita in precedenza consente al modello di scendere molto velocemente verso terra, in modo da non 
essere eccessivamente allontanato dal vento. L'altimetro, successivamente, alla quota precedentemente programmata come idonea a espletare l'espulsione del secondo paracadute 
(main), attiva una seconda carica di espulsione e il più grande paracadute rallenta la velocità del corpo a valori tali che non si danneggi all'impatto con il suolo; e lo fa a bassa quota, diminuendo la distanza che il proprietario del modello dovrà coprire a piedi 
per recuperarlo.

Tutto molto interessante, molto stimolante. 

Ma c'è una cosettina che si può fare per aumentare il grado di difficoltà e di interesse alla cosa.

Se io prendo un trasmettitore radio di piccole dimensioni, che funzioni su una frequenza facilmente ricevibile da un ricevitore, e lo metto all'interno della payload del missile, e se predispongo un circuito atto a trasformare il segnale di un sensore barometrico in una frequenza variabile in funzione del suo segnale in uscita, ottengo un semplice sistema analogico di telemetria.

Ciò significa che ottengo un sistema in grado di raccontarmi in diretta, via radio, secondo per secondo, la variazione della pressione a cui il veicolo è sottoposto durante il suo volo. 
Posso ricevere a terra il segnale, ascoltarlo e registrarlo per poterlo poi elaborare con comodo. Anzi, senz'altro c'è qualcuno in grado di progettare un circuito e un semplice software che permetta di elaborare in diretta questo segnale su un computer e tracciare 
così in diretta il grafico che rappresenta nel tempo la quota via via raggiunta dal modello dopo il lancio.

Otteniamo così la misurazione via radio di un parametro del volo del nostro modello, altrimenti assolutamente impossibile da ricavare se non a posteriori dopo il recupero del modello. Già, ma se il modello atterra in un luogo inaccessibile, oppure cade senza paracadute e si schianta al suolo disintegrandosi (e distruggendo l'altimetro)?

La soluzione della telemetria rappresenta un grosso vantaggio: significa che l'informazione giunge indipendentemente dal fatto che il veicolo possa arrivare a terra intero o a pezzettini, è assolutamente svincolata dal veicolo, e tocca solo a noi approfittarne e coglierla nella maniera più ampia e costante possibile, in modo da salvare il dato ricercato.

Questo aspetto è alla base della missilistica, perchè il veicolo è solo il mezzo per trasportare la payload, e non il soggetto principale, il protagonista del volo. Ricorderete tutti che fino a prima dell'avvento dello shuttle nello spazio si andava con enormi missili 
e si tornava con una minuscola capsula. Tutto il resto dell'enorme Saturn V veniva lasciato indietro, non aveva altra funzione. Ma a terra si sapeva TUTTO di tutti i sistemi, si poteva controllare non solo il funzionamento dei motori di tutti gli stadi del vettore, ma anche lo stato delle batterie del modulo di comando Apollo, del battito cardiaco e della respirazione dei tre astronauti. 

Bisogna dire che all'alba dell'esplorazione dello spazio la telemetria era ancora agli albori, e un sistema per trasportare semplici informazioni con un segnale radio era veramente molto simile a quello che vi ho poco prima spiegato (e che tra poco approfondisco un pochino). Ad esempio, le temperature interne ed esterne dell'Explorer I venivano trasformate in toni audio che venivano impiegati per modulare semplici portanti di bassa frequenza, che venivano miscelati e trasmessi su un unico canale radio, e poi a terra nuovamente separati per mezzo di filtri selettivi centrati per le varie frequenze. I valori della tensione delle batterie venivano controllati con lo stesso sistema. 

La faccenda è piuttosto semplice, se vogliamo realizzare qualcosa di simile. 

Certamente senza alcuna pretesa di precisione, diciamo che illustro semplicemente il principio, che è valido ed applicabile, dato che in passato l'ho realizzato proprio con questi principi di base. Ricordate che vi ho parlato di quando ho lanciato un rozzo 
accelerometro su un piccolo razzomodello bimotore di mia progettazione e realizzazione circa dieci anni fa.  Sto semplicemente pensando a una cosa molto simile, adattando quello che pensai all'epoca a ciò che ho imparato nel frattempo.

Posto che un normale sensore di pressione, come ad esempio il XFPM-115KP, utilizzato in molti circuiti commerciali e reperibile anche in Italia molto facilmente, alimentato a cinque Volt fornisce in uscita una tensione continua variabile in funzione della pressione 
a cui si trova, basta realizzare un semplice circuito VCO per ottenere una frequenza variabile in funzione dell'altezza a cui il sensore si trovi. Adattata l'uscita del VCO per renderla idonea a modulare un piccolo trasmettitore VHF, abbiamo già il sistema di 
telemetria analogico molto simile a quello che si impiegava sull'Explorer. A terra basterà registrare l'uscita del ricevitore e magari impiegare uno dei software di cui abbiamo parlato pochi mesi fa (GRAM, per esempio) per ottenere il grafico che visualizza l'andamento della pressione a cui il sensore è stato sottoposto durante il volo all'interno della payload.

Tutto è migliorabile, tutto può essere fatto meglio. Certamente, persone abituate a lavorare con i microprocessori potranno realizzare circuiti atti a trattare in maniera digitale le 
informazioni e a predisporre circuiti sia in trasmissione che in ricezione, per utilizzare i computer per l'immediata trasformazione dei segnali ricevuti in un grafico immediatamente visualizzabile in diretta sullo schermo del computer.

Però, volete mettere l'emozione di ascoltare il fischio via radio trasmesso dal missile che sta volando sopra le nostre teste, che assomiglia a quello che si sentiva con le primissime sonde e con i primissimi satelliti degli anni '50? Bisognerebbe proprio ascoltare il bip bip dello Sputnik, il fischio dell'Explorer I, i semplici toni audio che arrivavano a terra negli anni dei primi missili che riuscivano con fatica a porre in orbita i primi piccoli satelliti, per provare quelle emozioni. Non so come spiegarvelo, ma per me è stato proprio così. 


Documenti:

Il bip bip dello Sputnik 1

Il tono della telemetria di Explorer I

Vedi il mio esperimento di telemetria analogica con Policarpo

Cristiano

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