Le BallonBus est une expérience scientifique portée par le CNES, en partenariat avec Planète Science. Le but du projet scolaire du département électronique, était d’étudier l’impact des radiations en haute altitude sur les mémoires flash. Ce projet étudiant a été porté par Antony Giotto, avec Augustin Roussely, à la tête d’une équipe de quatre étudiants, composés de Roman Gamain, Baptiste Glacial, Eliott Bardat et Théo Ranchoup.
Ainsi, pour effectuer cette expérience, un module a été conçu pour être intégré dans un ballon sonde. Ce ballon sonde a été lancé en juin 2024 en Suède, à Kiruna. Ce module intégrait des mesures de radiations, mais aussi des mesures atmosphériques et des métriques internes au ballon. Le but était de nous aider à mieux comprendre comment allait réagir notre électronique dans les conditions extrêmes de haute altitude. De plus, la redondance des différentes cartes et capteurs nous a permis de comparer les erreurs de mesures et de moyenner les acquisitions.
Le projet a été hébergé à EirLab. L’une de ces cartes d’acquisition a été complètement réalisée à EirLab, de sa conception à sa fabrication. Cette carte mesure les accélérations, la pression, la température et l’humidité et communique en I2C avec l’Arduino Nano.
Cette carte a pu être fabriqué grâce à WÜRTH ELETRONIK qui a fourni à EirLab, les capteurs et les différents composants de la carte. Würth Eletronik a aussi fourni les bibliothèques Altium.
Figure 1 : Carte électronique réalisé via Altium designer
La carte a pu être conçu grâce au savoir faire du fablab, et a pu être réalisé grâce à son matériel de haute qualité. Sur la Figure 1, nous pouvons avoir le détail de la conception de la carte sur Altium. Il s’agit d’un PCB 2 layer, avec led de débug sur le bus I2C et des résistances 0Ω servant de jumper afin de déconnecter éventuellement les capteurs.
Les capteurs utilisés sont les WSEN-ISDS, WSEN-TIDS, WSEN-HIDS et le WSEN-PADS, respectivement capteur d’accélération, capteur de température, capteur d’humidité et capteur de pression.
Une fois les cartes modélisée et review, elles ont été commandées chez JLC PCB. Elles ont alors pu être fabriquées Figure 2, et 3.
Figure 2 : PCB a nu
Figure 3 : Cartes électroniques fabriquées
Une fois que ces cartes électroniques ont été assemblées, plusieurs tests ont été faits. Il s’est avéré que le capteur d’humidité ne fonctionnait pas. Une fois que tous les capteurs ont été testés, nous avons pu les comparer à d’autres capteurs intégrés à l’expérience.
Figure 4 : Pression atmosphérique au cours du temps
Figure 5 : Température au cours du temps
Figure 6 : Accélération de la nacelle au cours du temps
On se rend compte sur la Figure 4 que les capteurs PADS de Würth Electronik est plus performant que le capteur 015PAAA5, qui possède une lecture analogique. En effet, le capteur possède moins de bruit dans la lecture. De plus, nous avons trouvé que l’écart de mesure entre les 2 capteurs PADS est inférieur à l’écart de mesure entre les 2 capteurs 015PAAA5.
Sur la Figure 5, on observe les capteurs de températures qui sont embarqués : TIDS, PADS, ISDS, MPU. Ce sont les capteurs qui sont à l’intérieur de la nacelle. Sachant qu’il n’y a pas d’air, il n’y a pas de refroidissement par convection. Il y a donc l’électronique qui chauffe à l’intérieur de la nacelle. De plus, en fonction de l’orientation de la nacelle, face ou non au soleil, la température peut varier. Les capteurs DS18B20, mesures les variations de températures à l’extérieur du module.
Tous les capteurs de températures sont dans le même ordre de grandeur, ce qui permet d’établir une incertitude de mesure et une moyenne de température à l’intérieur du module (isolé thermiquement de l’extérieur).
Nous avons aussi mesuré les accélérations sur la Figure 6 de la nacelle. Cela nous a permis de nous rendre compte des accélérations subies au décollage. Le courant de la nacelle étant coupé avant la chute libre, il n’y a pas les données d’accélérations subies lors de l’atterrissage.
Finalement, voici quelques images du ballon sonde et du déroulement de l’expérience.
Figure 7 : Image de la GoPro embarquée dans le ballon sonde
Figure 8 : Vol du ballon Sonde avec la nacelle
Figure 9 : Nacelle du vol Atmosphère avec tous les modules installés
Remerciements
Un grand merci à l’ENSEIRB-MATMECA, et plus particulièrement au département électronique, au CNES, à Planète Sciences, Antony Giotto, Guillaume Ferret, Christophe Jego, Augustin Roussely, Michel Maignant, le centre spatial suédois, Marwane Rezzouki, Nicolas Guegan, Würth Electronik, et EirLab, qui ont pu rendre ce projet possible en travaillant tous conjointement.
Auteur : Théo Ranchoup