100英镑玩转航拍

　　想从天空中给地球母亲拍几张照片还真不是件容易事，如果不考虑费用问题的话，我们倒是有两个好办法：亲自乘坐航天飞机飞上太空，或者租用“GeoEye-1”卫星进行太空拍照 。虽说对众多Geek来说钱不是问题，但问题是咱没有钱。不过，真正的Geek是不会被困难吓倒的，最近有四名西班牙高中生Geek只花了不到100英镑就把这件事情搞定了。他们使用伺服电机、数码相机、GPS定位器以及各种传感器组装了一个可遥控的航拍设备，用一个充满氦气的气球将它带到3万多米的高空，在拍了大量非常美丽的照片以后，又成功将其回收。

　　目的

　　1.拍摄航空照片

　　2.测量并记录高空温度、气压等数据

　　3.测试GPS设备工作状况，回收设备

　　行动思路

　　俗话说磨刀不费砍柴工，虽然咱们没有亲自参与这个行动，但在开始这个“宏伟”的工程之前，我们有必要从这群学生的角度来理清一下思路。所谓航拍，从字面上来理解就是要飞起来（航），然后拍摄照片（拍），飞起来并不难，飞机咱们买不起，放飞气球上天还是办得到。至于拍肯定要用到相机，为了在天空中摇摆不定的状态下拍到清晰的照片，对相机的改造肯定是必需的，它至少能够调整拍摄角度，能够自动或者被遥控拍摄。另外，照片拍好了以后，还得将它们收回来才行，因此整个行动的思路也很明晰了：制造航拍设备、放飞然后回收获得照片。整个计划看上去很有趣，但做起来非常难。他们要解决多方面的问题，也有很多细节都要处理。自己动手制造这些玩意儿对高中生来说已经实属不易了，但他们要面临的困难还远不止这些。我们就来看看他们是怎样去一个一个地攻克的。

　　全面改造相机

　　大家都知道使用数码相机的时候都要用手指按下快门，但这次航拍没法由人去完成这个动作，为了让相机在高空中能够自动拍摄照片，他们对相机的快门部分进行全面的改造。将外壳拆开，用导线连接到快门电路上，使快门不再用“按”的办法来开启，而是通过控制系统给它一个电平，即可实现对焦和拍照；另外，伺服电机受控制系统的指示变换相机的拍摄角度。控制系统可以按预定的程序自动在既定的条件（如高度、气压、温度等）下自动连续拍摄。它也可由无线模块与地面进行通讯，通过地面的指令控制，进行人工操纵的手动拍摄。就像遥控飞机一样，要它拍它就拍。

　　改造完以后还要测试相机是否准确对焦。刚开始测试的照片都很糟糕，经过多方查找原因，结果是因为在给相机加隔离层时不小心碰到了一个按钮，改变了相机的拍照模式，造成了对焦不准的问题。于是他们决定把相机外壳和按钮拆了，但操作时又不小心把相机弄坏了，最终他们不得不另买一个尼康L15，它的外形跟L10完全一样，不过像素更高、镜头更好，最后我们看到的那些照片就是这个几百块钱的相机拍出来的，是否觉得很惊讶呢？

　　经受低温的考验

　　材料：电脑机箱风扇；干冰；塑料收纳箱

　　改造相机快门是个绝妙的主意，但他们接下来还要考虑如何去对付高空中的低温、低气压环境。物理知识告诉我们，气温随高度的上升而均匀下降，大约是平均每上升100米降低0.6℃，在11000米附近温度下降到此行的最低温-55℃，这将是对设备的最大考验。最终气球会带着设备飞到30000米高空，进入平流层，这里的温度会回暖，而且通常是万里无云，能见度极高，非常适合拍摄。

　　为了让设备能经受低温的考验，要用到许多隔热保温材料。毫不夸张地讲，所有暴露在外的都要用保温材料包裹，不管是主体箱子、相机还有伺服电机都要裹得严实，绝对不能在天上裸奔。大家看到的相机外面金光闪闪的那一层其实并不是隔热保温材料，它是电磁屏蔽层，用来隔绝来自太阳的带电粒子的干扰，保温隔热材料都藏在里边呢。以相机为例，先用厚厚的一层优良保温材料—聚氨酯泡沫将它严严实实地包裹起来。用刀片把泡沫刮平之后，再给它加一个聚苯乙烯的塑料外壳，它除了保温外，还有抗冲击的作用。最后才是粘上金属屏蔽材料，这样才能保证数码相机在高空中能够正常运行。此外，经过成员们的激烈争论，他们最终还是决定不在镜头前加装任何透明保护装置，以防结冰之后得不到清晰的照片。然后他们如法炮制，将伺服马达和探测装置也用三层材料牢牢地包裹起来。最后再用轻质的铝合金材料进行加固。

　　那么所有的设备和材料能否经受住这个温度的考验呢？为了确保万无一失，必须进行一些测试。他们将10公斤干冰放进一个箱子里，并安置了两个模拟空气流动的风扇形成了冷空气流动，模拟出了探测仪在上空将遇到的天气条件。被测的物件包括：连接在气球和设备之间的尼龙绳，用作隔热材料的塑料板和铝材，微型控制器、电池、伺服马达和温度计。它们被放置在“冰箱”里大约两个小时，这已经超过整个装置在低温环境中停留的时间。令人欣慰的是，所有的设备和电源都能承受低温天气，他们可以放心地进行后面的工作了。

　　探测及控制装置

　　大家是否看到与拍摄组件相连的还有一个更大的家伙，它的作用是记录和回传各种气候数据，并通过GPS进行定位，协助小组成员回收。

　　为了给一大堆芯片一个温馨的家，他们选用了一个塑料收纳箱来作为装置的外壳。他们沿箱壁铺一层聚苯乙烯材料用于隔热，并在收纳箱外面做了一个铝合金支架，起着保护的作用。至于内部就复杂得多了，它就相当于一个单片机，温度计、气压计、GPS等都是这个系统的外设。刚开始的时候整个系统都在一个临时的主板上运行，这样他们可以对其不断地修改，在确保所有的系统都能稳定运行之后，才开始动手做最终的电子板：他们先把在电脑上设计好的图纸打印到A4纸上，并把这张打印好的纸用电熨斗熨平，然后把它放在铜板上再次熨烫，让轨迹粘附在铜板上，再把铜板放到水中，去除纸张。然后使用盐酸和过硼酸钠清除轨迹以外的东西。清洁结束之后再挖孔，并焊接上所有部件和模块，最后用劲量L91锂电池做电源。这种手工制电路板的方法并不多见，操作起来也需要相当强的动手能力，看来这群牛人不光是航拍Geek，还是电子达人啊。

　　把硬件组装好了还不算完，它们是如何协同工作的呢？这就要程序员出马了，整个装置内的所有的模块都由程序员用MTK OS（没错，就是山寨手机的操作平台）写入到微处理器里。各模块调校好了以后连接到电路板上，驱动程序相当于已经固化在处理器里了，所以各模块能被正常驱动。看来已经是万事具备，只待好天气了。

　　放飞及回收

　　在制造、测试的同时，他们也积极地向飞行管制部门申请使用空域，最终得到了在2009年二月底的许可。飞行地点定在Monegros，这是唯一一个飞机飞行区以外的地区，而且离海超过100公里，可以确保气球不会飘到海里去。在申请的日期到来之前，他们还做了几次低空飞行试验，以确保探测仪能够正常运转。在克服了一系列稳定性的问题之后，他们终于可以探讨放飞时间的问题了。根据气象预报显示，2009年2月28日的能见度比较高，飞行方向为东北，根据程序模拟出来的情况看，飞行距离为20公里左右。

　　这一天早上9点10分，同学们开始给气球充氦气了，15分钟后，气球的直径达到了2米，重量仅1500克，它携载着与它一样重的设备升空了。由于大气压力减小，气球直径将逐渐膨胀至9.5米，每分钟上升约270米。同学们使用谷歌地球和无线电接收机很快就掌握气球的升空情况，并绘制出气球的飞行轨迹。气球用了将近两小时爬升到最高点30677米，随后气球开始泄气并逐渐下降，最后携载着照相机和传感器仪器返回地面，随着高度的下降，速度开始稳定。同学们最后收到的数据是在881米及679米间的高度。根据GPS的指示，他们最后在离发射地10公里外的农田里发现了气球和仪器，虽然它在飞行过程中暴露在非常极端的状况下，而且还重重地摔了一下，但他们发现气球时携载的传感仪器仍发射着无线电信号。飞行的路程及预先的模拟路程如图。