L’aventure STIM d’AHAB du groupe scout 7th Prescott

Le groupe scout 7th Prescott s’est lancé dans un projet d’un an d’AHAB (Montgolfière amateur de haute altitude) avec l’aide des louveteaux et des scouts dans un programme spatial unique et passionnant appelé  » le programme spatial des hommes pauvres « . Au cours de l’année scoute précédente, les louveteaux avaient lancé Cricksat – un simple ballon de lancement et d’oubli avec un émetteur de tonalité à température contrôlée – et le groupe avait suffisamment de matériel restant pour se lancer dans une deuxième aventure de lancement de ballon cette année.

Pré-lancement

Le but du 7e projet STEM de Prescott était de suivre et de récupérer les expériences et les données du vol en ballon à des fins d’analyse. Dans le cadre d’un processus complet de planification-action-révision, une couverture d’assurance a été obtenue de Scouts Canada au cas où quelque chose tournerait mal et qu’une planification minutieuse et détaillée et une atténuation des risques seraient utilisées. Une proposition détaillée a également été présentée à Scouts Canada.

Le Centre d’information de vol de Nav Canada à London a été contacté une semaine avant le lancement pour confirmer les détails et envoyer un avis aux aviateurs (NOTAM) afin d’alerter les aéronefs de la zone de lancement et de la trajectoire de vol du ballon.

Chaque louveteau et chaque scout a eu l’occasion d’envoyer sa propre expérience dans l’espace proche. En prévision du lancement de l’AHAB, l’animateur à la retraite Murray a fabriqué une chambre à vide de bricolage (à partir d’un vieux compresseur de climatisation de réfrigérateur) pour montrer aux louveteaux et aux scouts ce qui se passe à haute altitude. Une guimauve a été utilisée pour démontrer les effets du vide de l’espace et il y a eu beaucoup de bonnes discussions sur les raisons pour lesquelles la guimauve a fait ce qu’elle faisait dans un vide partiel.

J’ai aimé voir l’excitation et l’enthousiasme des jeunes et des moins jeunes lorsqu’ils travaillaient ensemble sur ce projet, a déclaré Shirley Martin, une mère scoute.

Pour les prévisions de décollage et d’atterrissage, le programme « CUSF Landing Predictor » de l’Université de Cambridge a été utilisé – predict.habhub.org. Les taux de montée et de descente et l’altitude des salves peuvent être calculés à partir des premiers principes ou vous pouvez utiliser le « Totex Balloon Burst Estimator – by Steve Randall » qui est disponible sur le web. Voici la trajectoire de vol prévue produite par le CUSF et utilisée pour produire les détails des NOTAM.

L’endroit choisi pour le lancement était le stationnement de l’école secondaire du district d’Almonte. Le gaz de levage utilisé était l’hélium, qui est beaucoup plus sûr que l’hydrogène. Pour ce vol, le ballon a été gonflé à 190 cm de diamètre et a utilisé environ 39 mètres cubes d’hélium. Ci-dessous se trouve Harman, un scout, avec l’inflation en cours (le ballon est devenu beaucoup plus gros).

It was a lot of fun watching the troop coming up with ideas for experiments. It was interesting watching them work as a team to launch the balloon, said Troop Scouter Wayne Reid.

Décollage

La plate-forme utilisée par le groupe 7th Prescott était AHAB – Amateur High Altitude Ballooning. AHAB est l’étude et l’utilisation de ballons météorologiques de haute altitude pour explorer l’espace proche qui est la région de l’atmosphère entre 18 300 mètres et la limite acceptée de l’espace à 100 000 mètres d’altitude. La pression de l’air dans l’espace proche atteint 99% du vide ou mieux et les températures chutent à -50° C ou moins.

Pour le lancement de cette année, un micro-ordinateur Arduino Uno a été utilisé comme ordinateur de vol avec enregistrement des données ainsi qu’un meilleur système de localisation redondant et basé sur le Web (SPOT et application de suivi de téléphone portable -followmee). Le ballon utilisé était un TA-600 de 600 grammes avec une altitude d’éclatement estimée à 24 400 mètres. (À titre de comparaison, le groupe a suivi le Cricksat l’année précédente à environ 6 400 mètres.)

Il y avait deux baies de charge utile attachées au ballon avant son lancement. La charge utile principale transportait l’ordinateur de vol avec des enregistreurs de données (enregistrement – latitude, longitude, température interne de la charge utile, température externe de la charge utile, pression atmosphérique, altitude et vitesse GPS) et les systèmes de suivi redondants (téléphones cellulaires et trackers SPOT).

La charge utile secondaire transportait les expériences des louveteaux et des éclaireurs. Les expériences des louveteaux et des scouts ont été recueillies la semaine du lancement et consistaient en :

  • Enregistreur MP3 – pour enregistrer les sons pendant le vol.
  • Batterie – pour voir si le vide de l’espace proche et la température froide affecteraient la performance de la batterie.
  • Matchs – pour voir si le vide de l’espace proche et la température froide affecteraient le match.
  • Guimauve – à comparer à l’essai sous vide en chambre de bricolage.
  • Bougie – pour voir si le vide de l’espace proche et les températures froides pourraient affecter la performance de la bougie.
  • Un œuf dur pour voir ce qui lui arrive dans l’espace. Celui-ci a été placé dans une soute séparée, car nous n’étions pas sûrs de ce qui allait se passer (ça pourrait être salissant !).
  • Un œuf frais – pour voir ce qui lui arrive dans l’espace. Celui-ci a été placé dans une soute séparée, car nous n’étions pas sûrs de ce qui allait se passer (ça pourrait être encore plus désordonné !)

Le 14 juillet 2018, à 10 h 30, le ballon a été lancé. Le traceur GPS a très bien fonctionné et le vol a été suivi sur le web pour que tout le monde puisse le voir. Ci-dessous se trouve la superposition de Google Earth montrant le lancement, les trajectoires (ROUGE est le GPS de l’enregistreur de données, JAUNE est l’application de suivi du téléphone cellulaire et BLEU est la trace du satellite SPOT). Notez que l’atterrissage réel a été court d’environ 23 km par rapport à la prévision.

Le vol a été un peu plus court que prévu, probablement en raison d’une montée plus rapide (plus d’hélium dans le ballon) et d’une descente plus rapide (la chute libre du ballon, dont la simulation de prévision n’a peut-être pas tenu compte).

Voici un résumé du vol

Ci-dessous se trouvent quelques photos de la caméra située dans le ballon.

Ces photos ont été prises juste après le décollage.

  

Cette image, nous croyons, montre l’obscurité (noirceur) à la limite de l’espace proche.

Atterrissage dans le champ de maïs. L’une des dernières photos prises avant que la batterie ne soit à plat.

Après l’atterrissage

La récupération de la charge utile était intéressante! Nous connaissions le lieu d’atterrissage (un champ de maïs), mais le maïs était au-dessus de nos têtes, nous ne pouvions donc pas voir le ballon. Wayne et son fils Harman (un scout) se sont rendus sur les lieux le lundi après le lancement pour récupérer le ballon et, à l’aide d’un GPS portable, ont marché jusqu’au lieu d’atterrissage au milieu du champ de maïs. Ci-dessous se trouvent la charge utile récupérée et les embouts de ballons.

Conclusion

Dans l’ensemble, ce fut un projet STEM très réussi. Cette activité STEM a duré environ un an, à commencer par la proposition, la programmation Arduino, les essais de trempage à froid et les essais par caméra.  Les jeunes et leurs scouts ont eu d’excellentes conversations sur ce qu’ils avaient appris de leur expérience STEM. Lorsqu’on lui a demandé ce qu’ils feraient d’une autre façon la prochaine fois, Harmon a répondu qu’il emballerait l’oeuf différemment dans la charge utile : la prochaine fois, il sera emballé dans un emballage à bulles.

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