Звёздный курс

Летающая игрушка, которая сама держит курс по солнцу и показывает полёт от первого лица

Что это

Аппарат запускается с катапульты, разгоняется твердотопливным двигателем, летит по курсу, который задаёт солнце, и передаёт картинку оператору от первого лица. Курс держится сам: камера находит солнце и горизонт, спутниковый приёмник даёт движение по земле, а рули отрабатывают болтанку двести пятьдесят раз в секунду.

Идея простая и старая, как мореходство: солнце — единственный ориентир, который не уплывает. Гироскоп за минуту полёта уходит на градусы, компас рядом с силовыми проводами врёт на десятки градусов, а азимут солнца известен заранее и точно — он зависит только от времени и места.

Что в камере главное. Камера даёт две вещи: абсолютный курс по положению солнца в кадре и крен с тангажом по линии горизонта. Снос ветром камера, смотрящая вперёд, видит плохо — она смотрит туда, куда летим, а сносит вбок. Снос измеряет спутниковый приёмник.

Как он летит

ЭтапЧто происходитЧисла
Пуск Резинки разгоняют аппарат по направляющей 19 м/с за 2,5 м
Разгон Двигатель даёт тягу 5 кг две секунды до 50 м/с, высота 47 м
Крейсер Тяга 2 кг, крыло несёт аппарат, избыток тяги уходит в подъём подъём 34–38°, 13–17 м/с
Курс Нос развёрнут против ветра, чтобы трек по земле был прямым до 11° при ветре 5 м/с
Возврат Заряд выпускает парашют, аппарат садится снижение 6 м/с, купол 1,36 м

Полная масса 2,36 кг, крыло 1595 см², размах 98 см, хорда 16 см, скорость срыва 14,6 м/с.

Из чего состоит

Курс по солнцу

Камера находит солнце в кадре, азимут считается по времени и месту, задание уходит на быстрый контур. Без компаса и без накопления ухода.

Прямая в ветер

Спутниковый приёмник даёт трек по земле. Программа сама находит угол, на который надо задрать нос, чтобы ветер перестал сносить.

Ровный полёт

Гироскоп и акселерометр на отдельной плате держат крен, тангаж и курс с ровным шагом 250 раз в секунду.

Возврат

Барометр, акселерометр и таймер решают, когда выпускать парашют. Резерв срабатывает даже при отказе датчика.

Список комплектующих

Цены ориентировочные, их надо проверять у поставщика перед покупкой. Массы взяты из массовой сводки sim/mass.py; часть из них — оценка, реальные надо получить взвешиванием.

Планер и силовая установка

ЧтоКол-воМассаЗачемЦена, ₽
Крыло 1595 см², размах 98 см, хорда 16 см, пенопласт с лонжероном1190 гНесёт аппарат: с ним полёт по горизонту становится возможнымдо 1500
Твердотопливный двигатель, загруженный, 451 Н·с1800 гРазгон 5 кг две секунды, затем 2 кг восемнадцатьпо заказу
Корпус, хвостовое оперение, руль направления1350 гКаркасдо 3000
Направляющая с резинками, 2,5 м1—Сход на 19 м/с, пока рули ещё слабыдо 1500

Управление

ЧтоКол-воМассаЗачемЦена, ₽
Raspberry Pi Zero 2 W1в составе 100 гКамера, приёмник, расчёт курса и сноса, 25 Гц2000–3000
RP2040 (Raspberry Pi Pico)15 гБыстрый контур рулей, ровный шаг 250 Гц200–400
Гироскоп и акселерометр ICM-42688-P15 гПовороты и наклон400–900
Приёмник GNSS с антенной115 гТрек по земле, время и место для азимута солнца800–2000
Датчик давления BMP390 или DPS31013 гВысота для парашюта300–700
Сервоприводы цифровые, момент от 1,5 кг·см, перекладка 0,1 с4140 гРуль направления, руль высоты, два элерона600–1500 за шт.

Камера и передача картинки

ЧтоКол-воМассаЗачемЦена, ₽
Камера широкоугольная с защитой от солнца1в составе 800 гКурс по солнцу, горизонт для крена и тангажа, картинка оператору3000–8000
Видеопередатчик 5,8 ГГц, 0,3 Вт, с антеннами1в составе 800 гКартинка на землю: хватает на 0,9 км с запасом2000–4000
Батарея питания камеры и передатчика1в составе 800 гПитание борта1500–3000
Приёмник картинки на земле с очками или экраном1—Оператору3000–15000

Возврат

ЧтоКол-воМассаЗачемЦена, ₽
Основной купол 1,36 м и вытяжной1120 гСнижение 6 м/с1500–3000
Вышибной заряд 1,1–1,7 г и воспламенитель2—Выпуск куполов—
Термостойкая обмотка купола, шнур, шпилька среза130 гЧтобы заряд не сжёг купол500–1500
Тумблер разрыва цепи заряда с чекой120 гФизическая защита: снимается перед самым пуском300–800
Итого по массе: 2,36 кг. Из них 800 г — двигатель, 800 г — камера с передатчиком и питанием, 350 г — корпус, 190 г — крыло, 220 г — остальное. Половина массы приходится на двигатель и картинку, поэтому экономить надо именно там.

Что посчитано, а что нет

Проверено расчётомНе проверено
  • Баланс момента винта и рулей, подбор площади рулей
  • Размер крыла и скорость срыва
  • Массовая сводка и продольная центровка
  • Профиль разгона и углы набора высоты
  • Площадь элеронов и дальность видеопередачи
  • Азимут солнца и уход его за время полёта
  • Удержание трека в боковом ветре до 12 м/с
  • Логика парашюта, включая отказы датчиков
  • Контуры управления: 9 стендовых проверок из 9
  • Аппарат не построен и не летал
  • Программа на плате не запускалась: числа регистров взяты из описания
  • Реальная камера и приёмник не подключались
  • Не сделано управление тангажом: руль высоты в нейтрали
  • Геометрия корпуса не уточнена, центровка проверена только на бумаге
  • Двигателя с таким профилем тяги не существует: он заказан как гипотеза

Меры безопасности

  1. Физический разрыв цепи заряда с чекой, снимаемой перед самым пуском. Программная нейтраль физический разрыв не заменяет.
  2. Заряд отрабатывается ступенями: сначала автомат без заряда, потом заряд без парашюта на земле, и только потом полёт.
  3. Камерой нельзя смотреть на солнце: объектив концентрирует свет в точку, матрица выгорает даже на закате. Курс задаётся по солнцу, а лететь надо под углом к нему.
  4. Пуск только в сторону от людей и по правилам модельного спорта. Полёт набирает сотни метров, а в России выше 150 м нужны разрешения.
  5. Никакого наведения на живые цели. Аппарат держит курс по солнцу и не преследует ни птиц, ни что-либо живое.

Готовые программы

Программы для платы, контур рулей, автоматический парашют и все расчёты собраны в архивы. На отдельной странице — что в каждом архиве, что нужно для запуска и в каком порядке отрабатывать.

Перейти к программам