Razzimodellismo

Tommaso mi ha regalato un piccolo trasmettitore UHF professionale per termosonde atmosferiche. Esso è una termosonda per pallone, immaginate un pallone sonda che parta da terra e debba trasmettere in diretta e continuamente la temperatura dell'atmosfera di un certo luogo, da zero a trentamila metri. A questo punto la sonda può anche essere persa perché tanto le informazioni sono già arrivate. Questo si chiama radiotelemetria analogica, esattamente quello che mi affascina da tantissimi anni.

La termosonda si presenta all'interno di un contenitore antiurto in polistirolo espanso. L'apparecchio era disponibile in diverse frequenze di trasmissione, la mia opera su quella dei 400 MHz.

Il sistema per trasmettere a terra l'informazione consiste nel trasmettere un tono audio di bassa frequenza, che varia in funzione della temperatura rilevata da un sensore.

Ho studiato l'apparecchietto e ho scoperto, in virtù delle mie esperienze lavorative, che il sensore è un componente particolare, noi lo chiamiamo "termistore", non è altro che una resistenza che cambia di valore in misura lineare con il cambiamento di temperatura. Ne uso tantissimi tipi perché nei fotocopiatori si guastano molto spesso. Sono piccolissimi ed affidabilissimi. Orbene, scoperto il valore a riposo del sensore (circa 2,3 Kohm), mi son reso conto che nei miei ricambi NON esiste un simile valore (sono molto più alti di valore ohmico). Tommaso ed io ci siamo domandati se potessimo impiegare questo TX nel campo del RM per effettuare un semplice esperimento di telemetria analogica in diretta, ovvero ricavare, durante il volo del razzomodello nella cui payload si trovi questo TX, un dato variabile, possibilmente associato a un fenomeno fisico tipico del volo di un RM. Scartammo l'idea di impiegare il sensore di temperatura tel quel perché alle quote e nei tempi tipici di un RM ben piccole variazioni di temperatura avremmo potuto sperare di rilevare. Quindi pensai, ancora (e dagli!...) a un semplice sistema di accelerometro.

Purtroppo anche questo è chiaramente un ben rozzo modo di sperimentare, perché costruire un accelerometro è un'impresa impossibile, diciamo che però possiamo almeno mettere in pratica il principio di funzionamento.

Quindi ho pensato di impiegare un potenziometro mosso da una levettina a cui fosse fissata una piccola massa. Due apposite piccolissime molle tendono a portare in una posizione "neutra" il potenziometro, che così diventa sensibile a sollecitazioni in un verso in due direzioni (cioè alto-basso, per aumenti e diminuzioni di accelerazione).

Il meccanismo è stato realizzato con un microscopico potenziometro estratto da un lettore CDrom (quello che necessitava della minore forza per essere azionato, e comunque oliato per minimizzare l'attrito), una microscopica basetta in vetronite e un semplice meccanismo di regolazione delle molle. Con opportune piccole masse (una vitina con dadino) il sistema rileva anche piccole accelerazioni ed è mosso già con movimenti di una mano. Il valore del potenziometro è molto vicino a quello del sensore originale del TX e l'escursione della levettina produce una variazione della R del pot contenuta ma avvertibile.

Quindi venerdì sera abbiamo collegato il sistemino al posto del sensore. Acceso il TX e ricevuto i segnale con uno scannerino, registravo il suono con un registratore Sony D6-C e direttamente riversato su pc con un sw di elaborazione audio. Insomma, le vecchie e le nuove risorse del fonoamatore appassionato. E devo dire che è anche bellissimo unire diverse passioni e competenze, per esempio io per la registrazione audio e Tommaso per la ricerca tecnologica. Ne nasce un esperimento che nel RM può benissimo essere definito "scientifico". Naturalmente, allo stato attuale, la cosa è appena cominciata.

Esattamente come previsto il TX ha compiuto ciò che mi fa impazzire: per variazioni di posizione della levetta (e cioè per variazioni di accelerazione) il tono audio trasmesso cambiava proporzionalmente ed avvertibilmente.

Una volta selezionata la banda audio, con il sw GRAM (sw molto noto tra i radioamatori, è un analizzatore di spettro per usi radio), abbiamo ottenuto il grafico della curva del segnale. ovvero abbiamo estratto l'informazione contenuta nel tono audio. Il GRAM ha disegnato fedelmente, con una linea continua che oscillava su e giù nel tempo, esattamente tutte le sollecitazioni che davo con il dito alla levetta del potenziometro.

Immaginate adesso questo sistema dentro una payload di un RM. Il sensore, che è un piccolo accelerometro analogico, pessimo per precisione e per costruzione, sarà sottoposto alle variazioni di accelerazione durante il volo e di conseguenza produrrà variazioni di R che il TX trasmetterà a terra continuamente. A terra si troverà un RX e un registratore e magari anche un pc per l'immediata elaborazione e ciò costituirà un bellissimo esperimento di radiotelemetria analogica, esattamente identico a quanto si faceva REALMENTE ai primordi della missilistica. Immaginate per esempio il tono audio dell'Explorer I, tanto per fare un esempio. L'apparecchio trasmetterà a terra tutte le sollecitazioni che rileverà e sarà forse possibile riconoscere ogni singola fase del volo del modello, stimandone, se non i valori di magnitudine, almeno i tempi in sequenza.

Non è altro che modellismo di missione spaziale, ovvero la ripetizione in piccolo di un vero esperimento scientifico. Non ho ancora trovato, dopo undici anni da quando lo realizzai con il mio Policarpo, una persona che mi abbia detto: proviamo a farlo in digitale, e ho paura che ancora oggi in Italia nessuno si sia ancora sognato di farlo (o forse sì? e sono i nostri cugini?), ma Tommaso mi ha dato un sacco di novità e alcune nuove motivazioni, tra le quali il piacere di lavorare con lui. Grazie Tom.

Vediamo adesso qualche immagine sull'esperimento.

Un potenziometro da CDrom a cui è fissata una levettina con un pesetto metallico, due molle antagoniste e l'accelerometro minimo è realizzato.

Le molle antagoniste servono per tentare di riportare la levetta in una posizione abbastanza centrale. Con queste molle e con la massa costituita da una vite con dado e un paio di rondelle il sistema è sensibile ad accelerazioni molto modeste, dell'ordine di 0,5g, stimati in modo approssimativo. Questo è solo un esperimento di fattibilità e NON si ricerca la precisione della misurazione.

Si può notare che il meccanismo di regolazione delle molle è separabile per poter sostituire le molle o per regolare la sospensione nei due versi di funzionamento.

Il telaio con i due alberini di tensione delle molle può essere spostato avanti e indietro e fissato poi stringendo i dadini. Il sistema, pur rozzo, è anche suscettibile di regolazioni. Inoltre, diminuendo la massa dell'elemento mobile il sistema può leggere accelerazioni via via sempre maggiori. L'unico problema, lavorando con un potenziometro, rimane l'attrito.

Il segnale in uscita dal RX di Tommaso, uno scanner digitale. La ripresa è stata fatta per via microfonica e non elettrica per la temporanea mancanza di un apposito cavetto. Quindi la forma d'onda è molto diversa da quella realmente trasmessa. Implicazioni di ordine meccanico (cioè le vibrazioni del cono dell'altoparlantino dello scanner, le risonanze dell'apparecchietto e la trasmissione del suono per via meccanica al microfono durante la ripresa fanno sì che NON possiamo pretendere di ottenere un segnale perfetto. In ogni caso si nota che il segnale possiede notevoli quantità di armoniche. Nonostante questo fatto, devo dire che mi aspettavo di peggio.

Questa è la forma d'onda del secondo tentativo. La forma d'onda è variata in conseguenza del diverso TX e anche, soprattutto, per sicure variazioni delle condizioni di ripresa audio. Inoltre, cosa che non abbiamo ancora scoperto, il TX potrebbe anche avere qualche particolarità nella "spedizione" dell'informazione. Vedremo in futuro, gli studi proseguono.

Con il sw GRAM abbiamo analizzato un breve segmento di registrazione. La linea mostra con una curva le sollecitazioni che ho provocato a mano sull'accelerometro, muovendo su e giù la levetta. La linea superiore rappresenta l'armonica superiore del segnale audio, anch'essa di notevole potenza. Ma ai fini dell'esperimento, la linea centrale, che è quella che ci interessa e che rappresenta la frequenza fondamentale dell'emissione, contiene esattamente l'informazione che abbiamo rilevato manualmente.

Secondo esperimento. Diverse regolazioni, diverso TX, diverse condizioni di ripresa. In ogni caso sarà possibile, associando alla frequenza un valore di accelerazione noto per comparazioni effettuate in sede di taratura a terra, rilevare tutto ciò che succederà sul modello che imbarcherà il sistema.

AUDIO:

- La registrazione del primo esperimento (845 KB)

- La registrazione del secondo esperimento (464 KB)

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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