My Blog – Anderson

"Se não existe demanda, crie a demanda!"

Foguete SilverHawks v1.0

https://openrocket.info/index.html

https://cambridgerocket.sourceforge.net/

1. Previsão antes do voo (Simuladores de Trajetória)
Antes de apertar o botão de ignição, você deve alimentar um software de simulação com os dados do vento local daquele exato momento.
  • OpenRocket ou Cambridge Rocketry: São softwares gratuitos de simulação aeroespacial. Você insere o peso do foguete, o tamanho do paraquedas e baixa o arquivo de vento do dia (velocidade e direção em diferentes altitudes). [1]
  • Área de Impacto (Elipse de Dispersão): O software gerará um mapa mostrando uma área em formato de oval (elipse). Essa é a região provável de queda. Se o vento mudar de direção durante a subida, o foguete sairá dessa área prevista, por isso o simulador sozinho não basta.
2. Rastreamento em Tempo Real (Obrigatório)
Você deve instalar sensores na placa eletrônica (aviônica) dentro do compartimento de recuperação do foguete. Os três sistemas mais eficientes são:
  • Sistemas baseados em GPS + Radiofrequência (LORA / Telemetria):
    • Como funciona: Um módulo GPS a bordo lê as coordenadas de latitude, longitude e altitude. Um transmissor de rádio acoplado (frequências comuns como 433 MHz ou 915 MHz com tecnologia LoRa) envia esses dados para uma antena no solo ligada ao seu notebook ou celular.
    • Vantagem: Funciona no meio do mato, montanhas ou desertos, pois não depende de sinal de internet celular. Ele atualiza a posição a cada segundo no mapa.
  • Rastreadores de Satélite Comerciais (Spot Trace / Garmin):
    • Como funciona: São pequenos dispositivos prontos (pesam menos de 100g) que enviam a localização diretamente para constelações de satélites (como a Globalstar).
    • Vantagem: Cobertura global absoluta. Mesmo que o foguete caia em um vale profundo sem sinal de rádio comum, o satélite conseguirá ler a posição da carga.
  • Rastreadores Celulares GSM (Apenas como redundância):
    • Como funciona: Dispositivos que usam um chip SIM de celular comum para enviar SMS com o link do Google Maps.
    • Desvantagem: Só funciona abaixo de 2 km de altura (antenas de celular são apontadas para o chão, não para o espaço) e falha completamente se o foguete cair em uma área rural ou mata fechada sem cobertura de sinal da operadora.
3. Auxílios visuais e sonoros no pouso
Quando o foguete estiver a poucos metros do chão, o relevo ou as árvores podem bloquear o sinal de rádio. Para o momento final da busca a pé, utilizam-se:
  • Bip sonoro de alta potência: Um alarme piezoelétrico que começa a apitar alto assim que o paraquedas abre. É possível ouvir o som a mais de 200 metros de distância no meio da vegetação.
  • Cores de alta visibilidade: O paraquedas principal e o corpo do foguete devem ser pintados de cores que não existem na natureza local (como laranja neon, rosa choque ou vermelho vivo).
Para criar o sistema de telemetria e rastreamento da sua carga útil de 5 kg, a arquitetura eletrônica mais confiável e barata combina um microcontrolador, um sensor de pressão/altitude, um GPS espacial e um módulo de rádio LoRa de longo alcance.
Abaixo estão os componentes e modelos exatos mais utilizados por grupos universitários e entusiastas de foguetes para essa finalidade:

1. O Cérebro do Foguete (Microcontrolador)

Responsável por ler os sensores, processar as coordenadas e enviar os dados para o rádio.
  • ESP32 (Modelos S3 ou DevKitV1): É o mais recomendado. Possui dois núcleos de processamento rápidos, muita memória e consome pouca energia. É ideal para calcular a altitude em tempo real e gerenciar o envio de dados.
  • Teensy 4.0 ou 4.1: Se você precisar coletar dados muito rapidamente (como vibração e aceleração do motor), o Teensy é o microcontrolador mais rápido do mercado de desenvolvimento integrado.

2. Sensores de Localização e Altitude (GPS e Altímetro)

Foguetes que sobem a 60 km sofrem acelerações violentas. Os sensores comuns de robótica falham sob essas condições, exigindo modelos específicos:
  • GPS U-blox MAX-M10S ou NEO-M9N: Item crítico. A maioria dos chips de GPS comuns trava ao ultrapassar 18 km de altura devido a restrições militares (limites de COCOM). Os chips modernos da U-blox possuem o “Modo Airborne/Air” selecionável via programação, permitindo ler altitude e velocidade corretas até 80 km de altura.
  • Barômetro MS5611 ou BMP388: Sensores de alta precisão que medem a pressão do ar para calcular a altitude exata. Eles são fundamentais nas altitudes mais baixas (até 25 km) para indicar ao computador de bordo o momento exato em que o foguete parou de subir e deve ejetar o paraquedas.

3. Comunicação de Longo Alcance (Módulos de Rádio)

O sinal precisa cruzar dezenas de quilômetros de atmosfera e chegar até a sua antena no solo.
  • Módulos LoRa SX1262 ou SX1276 (Frequência de 915 MHz): A tecnologia LoRa consegue transmitir dados a distâncias absurdas com pouquíssima energia. Utilizando antenas do tipo dipolo simples no foguete e uma antena direcional (Yagi) no solo apontada para o céu, você consegue receber a latitude e longitude mesmo com o foguete a 60 km de distância.

4. Placas Integradas “Tudo em Um” (Prontas para Uso)

Se você preferir não soldar vários fios e componentes soltos (o que pode quebrar com a vibração do lançamento), existem placas que já vêm com o processador, o GPS e o rádio LoRa soldados no mesmo circuito:
  • TTGO T-Beam (V1.1 ou V1.2): É a placa favorita da comunidade. Ela integra em um único circuito compacto um ESP32, um GPS U-blox e um rádio LoRa, além de já possuir o suporte traseiro para uma bateria de lítio recarregável do tipo 18650.

5. Computadores de Bordo Comerciais (Plug and Play)

Se você não quiser programar do zero e preferir uma solução profissional testada e homologada para foguetes, existem empresas que vendem os computadores de bordo prontos:
  • Altímetros Eggtimer (Modelos Quantum ou TRS): Placas específicas para foguetes que já gravam os dados, gerenciam a queima das cargas de ejeção do paraquedas e transmitem a posição via rádio para um receptor no solo.

 

1. Código de Exemplo (C++ / Arduino) para Alta Altitude
Os chips de GPS da marca U-blox (como o NEO-M9N ou MAX-M10S) vêm configurados de fábrica para o modo “Pedestre” ou “Portátil”. Se o foguete passar de 9.000 metros de altura ou se mover muito rápido, o GPS trava por segurança.
O código abaixo configura o chip para o Modo Aeroespacial (Airborne < 1g/2g/4g), garantindo que ele continue enviando a latitude e a longitude até os 60 km de altitude.

#include <Wire.h>
#include <SparkFun_u-blox_GNSS_Arduino_Library.h> // Biblioteca oficial U-blox
#include <LoRa.h> // Biblioteca para o rádio LoRa

SFE_UBLOX_GNSS myGPS;

// Definição dos pinos do rádio LoRa (Exemplo para placa TTGO T-Beam)
#define SCK 5
#define MISO 19
#define MOSI 27
#define SS 18
#define RST 23
#define DIO0 26

void setup() {
Serial.begin(115200);
Wire.begin();

// 1. Inicializa o GPS
if (myGPS.begin() == false) {
Serial.println(F(“Erro: GPS nao detectado via I2C!”));
while (1);
}

// 2. CONFIGURAÇÃO CRÍTICA: Ativa o modo dinâmico aeroespacial (Airborne 2g ou 4g)
// Isso impede que o GPS pare de funcionar acima de 9km ou em alta velocidade.
if (myGPS.setDynamicModel(DYN_MODEL_AIRBORNE2g) == false) {
Serial.println(F(“Erro ao aplicar o modo Aeroespacial!”));
} else {
Serial.println(F(“Sucesso: Modo Aeroespacial Ativado. Pronto para voar!”));
}

// 3. Inicializa o Rádio LoRa na frequência de 915 MHz
SPI.begin(SCK, MISO, MOSI, SS);
LoRa.setPins(SS, RST, DIO0);

if (!LoRa.begin(915E6)) {
Serial.println(“Erro ao iniciar o rádio LoRa!”);
while (1);
}

// Ajusta a potência do rádio para o máximo (20dBm)
LoRa.setTxPower(20);
}

void loop() {
// Coleta os dados do GPS apenas se houver uma leitura nova válida
if (myGPS.getPVT() == true) {
long latitude = myGPS.getLatitude(); // Valor multiplicado por 10^7
long longitude = myGPS.getLongitude(); // Valor multiplicado por 10^7
long altitude = myGPS.getAltitude(); // Altitude em milímetros

// Converte os valores para floats legíveis
float latCorreta = latitude / 10000000.0;
float lonCorreta = longitude / 10000000.0;
float altMetros = altitude / 1000.0;

// Monta o pacote de texto para enviar via rádio
String pacoteDados = String(latCorreta, 6) + “,” + String(lonCorreta, 6) + “,” + String(altMetros, 2);

// Envia o pacote via LoRa para a estação no solo
LoRa.beginPacket();
LoRa.print(pacoteDados);
LoRa.endPacket();

// Mostra no monitor serial local do foguete (para testes no computador)
Serial.print(“Enviado: “);
Serial.println(pacoteDados);
}

delay(1000); // Envia a localização uma vez por segundo
}

2. Como montar a Antena de Recepção no Solo
No solo, você terá outra placa eletrônica idêntica (um ESP32 com LoRa) conectada ao seu notebook ou celular para receber as coordenadas enviadas pelo foguete. Se você usar uma antena comum (aquele bastãozinho preto), o sinal vai desaparecer quando o foguete subir muito.
Para rastrear o sinal a 60 km, você precisa de uma Antena Direcional Yagi (Frequência 915 MHz):
  • Como ela funciona: Diferente das antenas comuns que buscam sinal para todos os lados, a antena Yagi (que se parece com uma espinha de peixe ou uma antena antiga de TV) concentra toda a sua capacidade de recepção em uma única direção.
  • Ganho Recomendado: Procure por antenas Yagi de 12 dBi a 15 dBi. Quanto maior o ganho em dBi, mais longe ela enxerga, porém mais estreito fica o seu “feixe de busca”.
  • Operação durante o voo: Uma pessoa da equipe no solo deve segurar a antena Yagi e mantê-la apontada diretamente para o foguete no céu durante a subida. Conforme os dados chegam no notebook, um software simples (como o Mission Planner ou uma extensão do Google Earth) plota um ponto no mapa mostrando onde o veículo está exatamente naquela fração de segundo.
Para processar as coordenadas recebidas no solo e visualizá-las em tempo real em um mapa (como o Google Maps ou Google Earth), você precisará criar uma Estação de Solo (Ground Station).
A arquitetura do sistema funciona em três etapas consecutivas: a recepção física, o tratamento do texto e a plotagem no mapa.
Passo 1: A Recepção Física no Solo
Você terá uma segunda placa eletrônica (ex: um ESP32 com LoRa) conectada à sua antena direcional Yagi. Essa placa receberá o pacote de texto via rádio e o repassará para o seu computador através de um cabo USB.
O código que roda nessa placa de solo é extremamente simples:

#include <SPI.h>
#include <LoRa.h>

void setup() {
Serial.begin(115200); // Abre a porta serial USB com o computador
while (!Serial);

if (!LoRa.begin(915E6)) {
Serial.println(“Erro ao iniciar o receptor LoRa!”);
while (1);
}
}

void loop() {
int packetSize = LoRa.parsePacket();
if (packetSize) {
// Lê o pacote recebido (ex: “-23.550520,-46.633308,60000.00”)
while (LoRa.available()) {
String dados = LoRa.readString();
Serial.println(dados); // Envia o texto bruto para o computador via USB
}
}
}

Passo 2: O Tratamento de Dados no Computador
O texto bruto enviado pela porta USB precisa ser capturado e interpretado. A forma mais moderna e eficiente de fazer isso é utilizando um script em Python rodando no seu notebook.
O script abaixo lê a porta USB, separa a latitude, longitude e altitude (que vêm divididas por vírgulas) e gera automaticamente um arquivo chamado foguete.kml. O formato KML é o padrão universal que o Google Earth usa para desenhar mapas.
// codigo python
foguete-silverhwaks-v1
Passo 3: Visualização em Tempo Real no Mapa
Com o script Python rodando no notebook e atualizando o arquivo foguete.kml a cada segundo, basta abrir a interface gráfica:
  1. Abra o Google Earth Pro (versão de computador desktop).
  2. Vá em Arquivo > Abrir e selecione o arquivo foguete.kml gerado pelo script.
  3. Nas configurações do Google Earth, ative a opção de “Atualização Automática de Link de Rede” apontando para esse arquivo.
  4. O Google Earth vai desenhar um pino tridimensional flutuando no céu exatamente na posição real do foguete, mostrando a subida até os 60 km e toda a parábola de queda de volta ao chão.
Alternative “Plug and Play” (Sem Programação)
Se você não quiser programar o script em Python, pode baixar um software gratuito de aviação chamado Mission Planner. Ele é projetado para drones e foguetes amadores. Você o conecta na porta USB do rádio de solo e ele já possui mapas integrados (Google Maps e Bing Maps) que mostram o veículo se movendo na tela automaticamente.
Se você estiver interessado, posso detalhar como alimentar os circuitos do foguete usando baterias de Lítio (LiPo) para garantir que a placa não reinicie com a trepidação ou explicar como salvar esses dados em um cartão SD embarcado caso o sinal de rádio caia por alguns segundos. Qual caminho prefere seguir?