Orientation magnétique des sondes stratosphériques

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Submitted on 1 Jan 1954

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Orientation magnétique des sondes stratosphériques

J. Heidmann

To cite this version:

J. Heidmann. Orientation magnétique des sondes stratosphériques. J. Phys. Radium, 1954, 15 (5),

pp.344-351. �10.1051/jphysrad:01954001505034401�. �jpa-00234930�

43, 997; Congrès international des Rayons cosmiques, Bagnères, 1953.

[10] ^PETERS.

Congrès international des Rayons

miques, Bagnères, 1953.

[11] CAMERINI, ^{LOCK et PERKINS.}

Progress ^{in Cosmic-} Rays. North Holland Publishing Co, 1952.

[12] Communication privée ^du Professeur Amaldi.

[13] LAL, PAL, PETERS et SWAM.

Proc. Ind. Acad. Sc., 1952, 36, 75.

[14] REGENER. 2014 Phys. Rev., 1951, 84, ^161.

[15] LOCK et YEKUTIELI.

Phil. Mag., 1952, 43, ²³¹ [16] MULVEY. 2014 Communication privée.

[17] BERNARDINI et LÉVY.

Phys. Rev., 1951, ^{84, 61.}

[18] ^MORRISH.

Phys. Rev., 1953, 90, 674.

[19] WINKLFR, STIX, ^{DWIGHT et SABRI.}

Phys. Rev., 1950, 79, ^656.

[20] ^{ALLEN et SINGER.}

Phys. Rev., 1950, 78, 819.

ORIENTATION MAGNÉTIQUE ^{DES SONDES} STRATOSPHÉRIQUES

Par J. HEIDMANN,

Laboratoire de Physique ^{de l’École} Polytechnique.

Sommaire.

Nous décrivons

appareil destiné à garder orientées dans

direction fixe les émulsions photographiques nucléaires envoyées

ballons dans la stratosphère pour l’étude du rayonnement cosmique. L’appareil ^est suspendu par flottage, guidé par aimants ^et amorti par

amortisseur liquide;

enregistreur ^{de soleil sert} de contrôle. L’appareil ^{est très} léger (5 kg) ^et

^volé

deux fois,

^succès.

LE JOURNAL ^DE PHYSIQUE ^ET LE RADIUM. TOME 15, ^MAI 1954,

1. Introduction.

Le champ magn6tique ^{de la}

terre exerce sur la radiation cosmique primaire ^une

action selective dont on peut ^tirer parti pour 1’6tu- dier. Mats cette selection est fortement brouill6e,

au sol, par les interactions secondaires que subissent les rayons cosmiques lorsqu’ils traversent 1’atmo-

sphere. ^{Pour diminuer ce} brouillage, ^{il faut recourir}

a des 6tudes faites dans la stratosphere. ^{La malheu-}

reusement on perd l’avantage ^d’une orientation fixe de I’appareil ^{de mesure et} les effets directionnels créés par le champ ^{de la} terre sont effaces par varia- tion ind6termin6e de Fazimuth.

Ainsi d’habitude ^on se contente de 1’6tude de 1’effet de latitude, beaucoup ^{moins riche et n6ces-}

sitant des vols diff6rents difficiles a etalonner.

Cependant ^des experiences ^{ont ete faites en tenant} compte ^{de la variable} angle ^azimuthal.

Une methode consiste à avoir un appareil ^{de mesure}

directionnel (telescope ^de compteurs, ^par exemple)

et a noter son orientation aux instants ou il reçoit

un rayon. Cette methode ^a ete employee ^{dans les}

vols stratosphériques ^{en ballons mont6s d’avant la}

guerre, ^{en V 2 et} Aerobee, et en balllon Skyhook.

Une autre methode consiste a avoir un appareil enregistrant l’angle d’arriv6e des rayons (plusieurs telescopes ^de compteurs, par exemple) ^{et a le main-}

tenir orient6 fixement. C’est la methode qui s’impose lorsque l’on veut utiliser comme enregistreur ^des

emulsions photographiques nucl6aires. Le point ^de repère ^le plus commode est fourni _par le champ magnetique ^terrestre lui-meme. Celui-ci peut ^etre

utilise de deux facons :

10 Comme commande d’un servomécanisme, qui,

selon 1’information qu’il recoit, gardera le materiel à orienter dans une direction fixe. Ce systeme ^{a donn6}

lieu a diverses réalisations (l). ^{Mats il necessite un} appareillage ^{lourd et} complexe.

20 Comme force agissant directement sur le mat6- riel a orienter _pour le maintenir ^en position. ^Comme

cette force est faible (dans notre realisation elle donne ^un couple ^{inférieur a}

g-poids X cm) ^deux probl6mes ^se présentent de suite : a. la suspension

du materiel doit etre quasi ^sans frottements, ^{et b. elle} necessite alors l’adjonction ^d’un systeme amortisseur d’oscillations.

Une suspension par roulement a billes ayant ^6t6 essayee ^{sans donner} satisfaction par des chercheurs du laboratoire, ^{nous avons utilise une} suspension

par flottage, qui ^{nous a conduit a} 1’appareil ^decrit ci-apres.

2. Principe.

^Le principe ^de l’appareil ^{est tres} simple. ^{Il est} schematise sur la figure

^{: un reser-}

voir R, port6 par les ballons, ^{contient un} liquide

sur lequel ^{flotte un flotteur} F, ^{maintenu en} place par

un pivot p fin et a jeu important, ^{donc a faible} couple ^de frottement ; pour reduire ^ce couple, ^{il est} indispensable qu’il n’y ^ait qu’un ^seul pivot; ^{ce flot-}

teur contient le materiel a orienter P, ^{un aimant} -A/I,

(1) S. E. GOLIAN et E. G. REILLY. Rev. Sc. Insfr., 1951, 22, 753; NEY, LINSLEY et FREIER, Phys. Rev., 1950, 79, 206;

G. ANDERSON, Communication privee ; ^{P. DEMERS, Univer-}

site de, Montreal, rapport ^int6rieur.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01954001505034401

un amortisseur A et un appareil de contr6le C.

A est tout simplement ^un recipient rempli ^de liquide

et C un appareil photographique enregistrant ^le

soleil.

Le fonctionnement ^sera le suivant : lorsque ^les

ballons feront tourner le reservoir, ^un couple ^faible

sera transmis au flotteur qui ^sera rappel6 par le

couple ^{de l’aimant;} pour éviter que les oscillations r6sultantes ne s’accumulent, ^{elles sont} amorties _par travail de viscosite dans le liquide de 1’amortisseur.

Fig.

^{Schema de} principe.

L’ensemble sera contenu comme d’habitude dans

une boite protectrice, munie ici d’une fenetre permet-

tant l’insolation du contr6le C.

3. Calcul de l’appareil.

Les seuls ballons accessibles couramment aux cosmiciens sont les ballons-sondes météorologiques; employes ^en groupe d’une demi-douzaine, ^ils permettent ^des plafon- nements de quelques ^{heures vers 3o km} d’altitude.

Mais leur charge ^{utile est} faible, environ 5 kg pour

un tel _groupe. II est donc indispensable de construire

un appareil orientateur léger. ^{Aussi une} grande importante fut donn6c ^au calcul des conditions de

poids ^total minimum, ^ce qui ^a permis ^{de r6aliser}

un appareil ^{dont le} poids, ^tout compris, n’est pas six fois Ie poids ^{du materiel a} orienter. Ainsi ⁸⁰⁰ g d’emulsions photographiques nuel6aires peuvent ^etre

orient6es _par ^un appareil ^{de 4,5oo} kg.

a. FLOTTAGE.

Considérons un flotteur F et un

reservoir R cylindriques (fig. 2); ^les paramètres ^a

notre disposition ^{sont Ie} rayon du flotteur r, la hauteur immergee h ^et l’épaisseur d du manteau

liquide (considérée partout la meme pour simplifier).

D6signons par cc’ et Q les vitesses angulaires ^de

rotation de F et R par rapport ^{a la terre; si n est la}

viscosite du liquide, ^le couple ^{exerce par R sur F}

par l’interm6diaire du liquide ^est, par ^un calcul facile :

Si M est le moment magnetique sp6cifiqtie ^{et Mm la}

masse de l’aimant port6 par Ie flotteur ^{et X} le champ

magn6tique ^terrestre horizontal, ^le couple magn6- tique ^est

oc

6tant l’angle ^{de 1’aimant avec le} Nord. Pour une

vitesse angulaire constante (2 du reservoir, ^la posi-

tion d’6quilibre ^{du flotteur ac sera} telle que

C) =-- Cm; 6crivant que la ^masse de l’aimant est une fraction P ^{de la masse totale} supportée par le flotteur :

(6/, ^masse sp6cifique ^du liquide), ^{on obtient :}

S’imposer que le flotteur reste orient6 a moins d’une valeur donnee ae pres (en negligeant les oscil- lations autour des positions d’6quilibre, qui ^d’ailleurs

seront amorties, voir § b) pour des vitesses de rotation des ballons inf6rieures à une limite donnee 03A9,

c’est ecrire

en faisant un choix plus commode de parametres :

d

u = r ^{epaisseur relative} du manteau liquide ; ^{t =} lï’

aplatissement ^{du flotteur.}

Comme le materiau servant a la construction

Fig.

Flotteur et reservoir.

sera choisi tres léger, le gros ^{de la masse} de 1’appa-

reil M (liquide ^du reservoir + masse flottée) ^est

donnée par M = 03C0(r ⁺ d)2(h ⁺ d) 03B4l, c’est-h-dire

ou Mea est ^la masse des emulsions et de l’amor- tisseur (le gros de ^masse flottée moins masse de

l’aimant). ^La minimisation de (4) donnera les ^carac-

t6ristiques ^et dimensions relatives de l’appareil.

Cette formule est ind6pendante ^{des dimensions}

absolues qui, ^{elles, sont} données par : ^masse

La minimisation de (4) ^donne immédiatement : 1° t petit, c’est-a-dire flotteur allongé. ^Pour qu’il

soit stable vis-h-vis du chavirement, ^condition indispensable puisqu’il ^{n’est maintenu} que par ^un

pivot, ^{il faut} que le centre de gravite ^{de la masse}

flott6e soit sous le plus petit metacentre. Pour ^un

cylindre ^de densite uniforme of ^{flottant sur un} liquide

de densite 0/, image suffisante des éléments flottants de la disposition ^{de la} figure ^{i, on} ohtiendrai t t > p ( / - I ) ; ^{comme dt doit etre grand (6,}

^13,

voir ci-dessous) et que 6f ^ne peut ^etre superieur ^à

la densite d’un aimant (a.f 7), ^{on aurait} t>I,3,

ce qui ^est trop grand. 11 est donc avantageux ^de

mettre carr6ment le centre de gravite ^{sous le centre}

de poussee, c’est-a-dire de disposer ^{les materiaux}

lourds sous le flotteur, ^comme par exemple ^{sur la} figure 5 ; t pourra alors etre petit. Cependant ^il n’y ^a

pas interet a le faire trop petit, ^{car un flotteur} trop allonge pourrait, ^en s’inclinant, ^se coincer dans le reservoir et, de plus, ^le gain ^{sur Ie} poids ^serait

minime. Aussi avons-nous pris t

o,5, ^ce qui ^corres- pond ^{a un} flotteur aussi large que ^haut. On pourrait

penser le r6aliser de forme hémisphérique, ^{mais cela}

conduirait a ^un usinage plus ^{difficile et} l’ amortis- sement des pendulements ^serait trop ^lent.

20 u petit, ^ce qui ^{conduit a :} prendre ^le signe

Fig. ^3.

Poids total

fonction du poids de 1’aimant.

égalité ^dans la relation (3); faire y grand, donc choisir

un liquide ⁴ faible coefficient de viscosite cin6ma-

tique §/ ; ^{comme ce liquide doit avoir une faible}

tension de _vapeur (pour ^ne pas s’6vaporer ^{dans la} stratosphere) ^{et ne} pas risquer ^de geler, ^{le choix se} porte immediatement sur le mercure (0, = 13,,3,

-noo = o,oI6 ^C. G. S.); ^constater quelques evidences :

M grand (aimant 4 fort moment spécifique), ^r petit

de par (5) puisque ^{o/ est} grand (flotteur petit;

ce qui ^{est encore une raison de} disposer ^{les elements}

lourds sous lui).

30 Prenant u par ^la relation (3) ^{avec le} signe 6galit6 ^{et le} portant ^dans (4), ^{il faut minimiser}

vis-à-vis de 6. ^La courbe de la figure ^{3 donne} M

en fonction de P pour ^notre realisation particuliere

d6crite ^au paragraphe 4; ^{dans ce cas il faut} prendre

au voisinage ^de 0,2 - o.3; ^{un aimant trois fois} plus léger (ou plus lourd) conduirait a ^un poids ^total

double.

b. AMORTISSEMENT.

L’6tude rigoureuse ^des

meilleures conditions d’amortissement conduit a une

equation diff6rentielle du 3e ordre et ne sera pas faite. Nous allons voir que le liquide, amortisseur doit avoir ^un moment d’inertie fa (par rapport ^a

l’axe de l’appareil) grand par rapport ^a celui, I,

Fig. 4.

Formes d’amortisseur.

du reste ^du materiel flotte. Donc, puisque ^nous

voulons un appareil ^de poids minimum, il faut :

10 que le liquide amortisseur soit loin de 1’axe

(cas b ^{ou c,} fig. 4); ²⁰ que I ^soit petit, ^en particulier

que le récipient de l’ amortisseur ait une section méri- dienne ramass6e (cas ^c, fig. 4); ^{en effet, ce} recipient

contribue beaucoup ^a augmenter ^I puisqu’il ^se

trouve loin de 1’axe; ^{il faut donc} qu’il ^{soit le} plus 16ger possible, ^donc qu’il presente ^{le minimum de}

surface _pour un volume donne. Prenons-le de forme

torique ^{avec R et r} pour rayons moyen ^et g6n6-

rateur (cas ^d, fig. 4)’

On pourra v6rifier qu’avec les dimensions d6fi- nitives l’ écoulement du liquide ^est laminaire pour des deviations allant jusqu’a 750. Supposons ^alors

le liquide ^{lance en} regime ^de Poiseuille dans le tore, rendu fixe, ^a l’instant I

Si 0’ d6signe ^{la vitesse} angulaire (par rapport ^a 1’axe) des molecules se

trouvant sur le cercle moyen, l’application ^du

théorème f

my à la veine fluide donne

ou u est la viscosite cinematique, ^en supposant que 1’6coulement continue a se faire en regime ^{de Poi-}

seuille. Un calcul facile donne le travail des forces de viscosite a l’int6rieur du liquide :

ou r est la viscosite; ^{avec 1’aide de la relation} prece-

dente, ^{on obtient}

En realite, ^le regime ^de Poiseuille ne persiste pas et, afin que pour t = 00, 19 ^soit 6gal ^a 1’energie ^cin6- tique ^{initiale Ia} °11 (ce qui exprime que le liquide

s’arr6te comple,tement), il suffit de multiplier ^le

resultat par ’3 pour avoir ^une approximation ^sum-

sante.

Pour empêcher ^les oscillations de 1’appareil ^{de se}

composer, ^il faut qu’au ^{bout d’un} temps

^inferieur

ou equivalent ^au quart ^d’une periode ^d’oscilla-

tion Pose le travail de viscosite soit 6gal ^a Fenergie cinetique d’oscillation a absorber; ^celle-ci est 102,

si 0’0 ^est la vitesse angulaire communiqu6e ^a 1’appa-

reil par ^une perturbation; ^d’ou I,, -

I - C--

Si l’on veut que I. ^ne _{soit pas} trop grand (ce qui

conduirait a une masse ou encombrement trop grands), ^{il faut} T ^r. D’un autre cote, ^{il faut} que T

ne soit pas trop inferieur ^au _temps d’etablissement d’une perturbation, ^sinon lorsque ^la perturbation ^sera

6tablie le liquide ^{aura la} meme vitesse _que 1’appareil

et aucun travail de viscosite ne se fera _pour 1’amortir.

Commc les plus longs temps d’etablissement sont

justement I Poes, cela donne T> §P,,,c; ^{en défi-}

nitive :

On est ainsi amen6, pour amortir les oscillations, ^à

relations qui determinent l’amortisseur.

Comme la masse du liquide amortisseur estpro- portionnelle ^a Rr2, la condition de poids ^minimum requiert de faire R grand plut6t que ^r pour satis- faire (6); ^{donc dans} (7), v ^{doit etre} petit, c’est-A-dire que la densite du liquide ^{doit etre} grande, ^{a visco-}

site egale. ^De plus ^{cette densite a} interet a etr e

grande pour reduire la surface de la paroi ^{du reci-} pient amortisseur, ^{donc I. Le mercure} s’impose ^donc

ici encore.

4. Realisation de l’appareil.

^a. DISPOSITION GENERALE.

Les considerations du paragraphe ³

nous conduisent a mettre emulsions et aimants :

n sous le flotteur (stabilite); ^{20 sur 1’axe} de l’appa-

reil (moment ^d’inertie faible) (cette ^condition emp6-

cherait la realisation d’une suspension ^sur pivot).

11 est alors necessaire de suspendre le reservoir par

un axe fixe au centre de ^{son fond et} d’6vider le flot- teur selon son axe (fig. 5); ^on peut ^ainsi r6aliser le

guidage ^{du flotteur} par 1’axe du reservoir en un point

voisin du centre de poussee, ^ce qui reduit conside-

rablement le couple ^de frottement ^au guidage lorsque

la masse flottée pendule; ^le couple de frottement

supplementaire liquide-flotteur introduit par cet evidement est negligeable [CfQ( r2, ^form. (1)].

Une certaine marge ^est introduite pour permettre

un libre pendulement ^{de la masse flott6e sous l’action}

des sautes de vent (voir § b, 7); c’est ainsi que l’axe du reservoir comporte ^{un cardan et} que I’amortisseur est place ^{a son} voisinage (et ^non pas ^sous le flotteur).

La boite protectrice ext6rieure peut ^ainsi prendre

une forme cylindrique ^{simple et légère. Une réduc-}

tion importante ^{du moment d’inertie et de la masse}

Fig. ^5.

^{Schema de} 1’appareil.

est obtenue en utilisant deux petits ^aimants 6loign6s

l’un de 1’autre au lieu d’un plus gros, ^{car ainsi} leur

champ d6magn6tisant ^est plus ^faible.

Un inconvenient important est que les emulsions

se trouvent plac6es ^{sous du matériau dense} (mercure,

un aimant), qui, dans des 6tudes de la radiation

cosmique primaire, ^{introduit un} angle ^{mort de une}

a trois dizaines de degrés ^{autour du} zenith ; ^{mais ce} n’est _{pas la} un inconvenient majeur puisque ^ces

6tudes portent ^{sur des effets} differentiels Est-Ouest.

b. DISPOSITION DE DETAILS. - io Prescriptions.

-

Nous nous sommes impose ^un poids ^{total d’en-}

viron 5 kg. ^{En avril} 1953, nous avons suivi a la lunette (grossissement : ⁶⁰ x) ^{deux vols ordinaires} (A sept ballons) pour avoir ^une idee de la vitesse de rotation maximum du paquet emport6 par les ballons;

la figure ^{6 donne les} p6riodes ^les plus ^{courtes obser-}

v6es pour ^ces vols, qui ^{furent suivis} jusqu’A ^{6 ooo}

et 7 ^{o0o m} d’altitude; ^en consequence, ^{nous nous}

sommes fixe une periode ^{minimum de s.}

Comme valeur du champ horizontal terrestre,

nous avons pris ^0,25 gauss, valeur correspondant ^à

la latitude 35°.

Enfin nous nous sommes fixe _que 1’appareil ^reste

orient6 a moins de lie

5° pres; ^une orientation

plus precise serait inutile a cause des pendulements

de la sonde ^au bout de son filin (voir § ⁵ b).

Les calculs se font de proche ^en proche ^{dans l’ordre}

ci-dessous. On part ^d’un poids d’6mulsions _{donne et} l’on voit à quel poids d’appareil ^il conduit. En

quelques ^{essais on trouve} la solution.

Fig. ^6.

P6riode de rotation de la sonde.

20 Emulsions photograph iques.

L’appareil peut

emmener 200 cm3 d’emulsions pel6es contenues dans

une boite cubique 6tanche de 6 cm de cote int6rieur

en

Afcodur

de 4 ^mm.

L’Afcodur qui ^{a les} caracteristiques suivantes : densite, I,3; composition, chlorure de polyvinyle;

resistance a la traction, 180 kg/cm2, ^a ete utilise

largement ^{car il est} léger, inattaquable par le ^mercure, facilement mis en forme a 1000, ^{soude a 2ooo et} usine. La boite est inclin6e a 6oo pour que le plan

des emulsions passe ^en dehors du materiau absorbant

sup6rieur. ^{Une boite} plate permettant ^d’emmener

des emulsions de 1o x 15 cm peut ^{lui etre} substituee, le grand ^{cote 6tant} vertical, ^{tout en} ayant ^memes poids ^{et moment d’inertie.}

30 Aimanls.

11 faut realiser ^un compromis ^entre

faible champ demagnetisant ^et faible ^moment d’inertie; ce qui ^{nous conduit a} utiliser de 1’acier Ticonal a BHmax ^{de 5.106} gauss2 fonctionnant

à B = 18, ^ce qui ^{donne un moment} magnetique spécifique ^Jl1 = 104 ^{C. G. S. e. m. On} peut ^alors calculer par ^la formule (2); ^{en fait nous n’avons}

pas pu obtenir de ^mercure ayant la viscosite des tables; le notre, ^bien que livre chimiquement pur, avait une viscosite cinq ^fois plus grande (malgre

cela le mercure est encore le liquide ^le plus ^avan- tageux) : -ti

0,077 C. G. S. (vers 18°), ^d’ou y

32,.

On peut ^{alors faire} la minimisation par rapport a 3 (§ ³ a), ^ce qui ^donne la courbe de la figure ^3, d’où 03B2 = 0,2-0,3. ^Pr6sumant de I’ordre de grandeur

de Mea, ^on est conduit a r6aliser les aimants ^sous la forme de deux barreaux cylindriques ^{de 250} g

longueur

chacun; le rapport - - _{est donne par le} gra-

section

phique du coefficient angulaire ^{des droites de fonc-}

tionnement fourni par les fabriquants; ^{on obtient}

en definitive des barreaux de 96 ^{mm de} longueur

et 356 mm2 de section (ces ^chiffres precis ^viennent

de ce que ^{l’on a} utilise un empilement ^d’aimants

a haut-parleur standards).

Une carcasse légère ^{et de faible} moment est faci- lement r6alis6e _pour fixer les emulsions et les aimants

au flotteur; ^les aimants sont mis en sorte que la direction Est-Ouest soit dans le plan des emulsions.

40 Flotteur et réservoir.

La formule (5) ^{donne les}

dimensions absolues du flotteur et (3) l’ épaisseur ^du

manteau liquide; nous avons requis que le flotteur

ne soit immergé qu’aux 3 ^{pour nous donner une}

marge dans 1’equilibrage; ^{on trouve h}

^2r

^{66 mm}

et d > 4,5 mm; pour ^ne pas être trop ^{limit6 dans} les pendulements ^{nous avons} pris d==6mm; ^le reservoir est alors determine. L’Afcodur est utilise ici aussi, _{sauf pour} ^la tige ^{centrale du réservoir} qui

est en acier de 3 ^mm.

5° Amortisseur.

Les formules (6) ^et (7) ^donnent

alors les dimensions de l’amortisseur ; toujours

avec ’n

0,077 C. G. S. _pour le mercure, (7) ^donne

r

3,8 mm, arrondi:h 4; puis (6) ^{donne R}

^{106 mm.}

Le recipient ^est facilement realise en cintrant a chaud du tube d’Afcodur de 0int

8, 0ext

^mm qui,

avec ses trois attaches 16g6res, ^ne p6se que 40 g.

60 Appareil ^{de controle.}

^{11 est} constitue par

une petite ^boite cylindrique d’aluminium pere6e

d’un trou d’6pingle (0 - 0,4 mm) ^et tapiss6e, ^{a l’in-} t6rieur, de papier photographique; ^{un manometre}

a tube m6tallique obture le ^trou a basse altitude;

le papier (au ^chlorure d’argent) ^est revetu d’une

pellicule plastique transparente pour le prot6ger

de 03 ^et SH2 (voir ci-dessous), pellicule ^facilement

lavable _par 1’alcool; ^{un écran} gris de coefficients 1,3 r6duit l’intensit6 solaire a une valeur correcte.

La boite est fixée juste au-dessus des emulsions

(fig. 5), ^{du cote} de l’Est pour ^{un vol du} matin;

si les emulsions sont rest6es orient6es pendant ^le vol, le soleil, ^en s’elevant dans le ciel, laissera une trace

régulière ^{sur le} papier photographique.

70 ^Bolte protectrice.

L’ensemble de I’appareil

est contenu dans une boite destin6e a la protection mecanique ^et thermique; ^{elle est de forme} cylin- drique octogonale, ^{en ebonite mousse de 3o mm} d’epaisseur; l’ ébonite mousse (caoutchouc ^mousse vulcanise) ^{est tres} léger (densité : o,og), ^isolant (Z - 5,5.10-5 ^{C. G. S.} °C) ^et résistant. - Cependant

dans le vide il d6gage ^de Fhydrogene s-Lilfur6; ^c’est pourquoi ^{il faut} prot6ger ^le papier photographique

du contr6le; ^ce SH2 ^{sera utile en ce} qu’il empê-

chera l’ozone de p6n6trer ^a l’int6rie-ur et d’oxyder

le mercure du reservoir. Un trou d’epingle ^est pratique ^{dans la} paroi ^{d’ebonite mousse} pour l’équi- librage ^des pressions.

Une f enetre en plexiglass ^{de 3 cm de} large et

d6couvrant jusqu’d ^6oo de hauteur a partir ^du

controle est pratiqu6e ^{sur une} face. L’ensemble est accroche au filin des ballons par l’intermédiaire d’une tige ^de 4o ^{cm de} long, solidaire du couvercle,

ce pour que la boite protectrice ^{ne s’incline} pas trop

sous l’action d’un coup ^{de vent.}

Une variation brusque ^{et locale V dans la vitesse}

du vent applique ^{a la boite une force F =} CSO V2

(C, coefficient de resistance ; p, densite de 1’air;

S, ^surface lat6rale), qui s’inclinera momentan6ment

F [I

de 0

I): ^{(fig. 7) et prendra une} accélération qui

inclinera la masse flottée de cx (P, poids).

Avec nos dimensions, ^{on obtient 0 ~ 03B1} et pour

Fig. 7.

Action d’un coup de vent.

une saute de vent de ^2o kmjh ^{au sol} (ou ^2oo km/h

a 3oooom) ^{on a} 0 +a - 13°, bien inf6rieur a la marge de pendulement que nous avons pr6vue (170).

Dans le tableau I nous donnons les poids ^des

diverses parties.

TABLEAU I Poids

grammes

On voit que P

^{0,23 et est bien au} voisinage ^du

minimum de la courbe de la figure ^3.

5. Essais de l’appareil.

^{a. ESSAIS EN LABO-}

RATOIRE.

Une tres grande propreté ^du reservoir,

du flotteur et du mercure est absolument n6cessaire,

sinon une pellicule ^de graisse ^ou d’amalgame ^flotte

sur la surface du mercure libre et introduit des frot- tements intempestifs; il suffit de faire un nettoyage

a 1’alcool des parois ^{et un} filtrage ^{du mercure.}

La figure ^{8 montre} 1’efficacit6 de l’amortisseur.

L’appareil ^{est mis en} oscillation et les angles ^maxima

Fig. ^8.

Amortissement de 1’appareil.

dc deviation sont port6s ^{en 6clielle} logarithmique

en fonction du temps, ^{mesure en} p6riodes ^d’oscil-

lation. Les courbes 1, 2, ³ correspondent ^{au fonc-}

tionnement normal : la periode d’amortissement P,,.

est 6gale ^{a la} periode d’oscillation (Pose

^{15 s;}

le champ terrestre, ^{IA ou se trouvait} l’appareil,

n’6tait que de o,o98 gauss, le laboratoire ^{6tant en} ciment arm6). ^{La courbe 4 est} pour l’appareil prive

de son tore amortisseur : Pam ^est pass6e ^a 5,5 ^fois Pose (Posc = 10 S); ^{la courbe} 5 est pour 1’appareil ^avec

tore vide de mercure : Pam ~ 4, I Pose (Posc

I S)

et enfin la courbe _{6 pour} 1’appareil ^{avec le mercure}

du tope remplace par ^{une tare} solide de poids egal : Pam

5,7 Pose (Pose

24 s). Done, ^{sans amortis-}

seur, la periode d’amortissement est d’environ 5 p6riodes d’oscillation.

La figure 9 ^{montre la deviation} d’6quilibre ^{a, cn}

fonction de la vitesse de rotation du reservoir.

Fig. 9.

Entrainement de I’appareil (h

o,1 Gauss).

La droite repr6sente ^{la relation} th6orique (2) (tou- jours ^{avec ;IC}

o,o98 gauss) ^{et les} points ^{les mesures}

faites.

Les figures 8 et 9 montrent que I’appareil ^se comporte ^{bien comme} prevu.

b. ESSAIS EN vOL.

Deux vols ont ete faits dans

la stratosphere depuis ^Paris (latitude magn6-

tique 5oo, ^Je

0,2 gauss) ^{le 14} septembre ^{et le}

350

9 octobre derniers; les courbes de vol, reconstituees

d’apr6s observation A la lunette, ^{sont donn6es sur la} figure io. ^Le tableau II donne 1’6tat des vents

d’apres ^les radiosondages ^{de la station m6t6oro-} logique ^voisine (3o km) ^{A 2 h T. U. des memes} matins.

Fig.

Courbes de vol.

TABLEAU II.

Vitesse ^et direction des vents.

Fig.

Disposition des ballons.

La figure ¹¹ montre ^la disposition des ballons

(Darex . ^J 8-18-800) ^avec indication des gonflages (en kg) ^{et des} longueurs des attaches (en m), ^les

chiffres entre parenthèses ^se rapportant ^{au 2e vol.}

Les départs ^{eurent lieu au lever du} soleil pour que ^son deplacement ^vertical soit maximum.

Fig. ^12-13.

Enregistrements photographiques ^des controles.

Dans le ^Ier vol, la boite cubique ^n’etait remplie

d’6mulsions qu’au ^tiers (3o ^emulsions pel6es ^IlfordG5,

600 p., 59 ^X 59 mm), le volume restant 6tant rempli

par des blocs de plomb et d’aluminium r6tablissant le poids ^{et le moment d’inertie} que l’on aurait ^eu si la boite etait pleine d’6mulsions. Le trou d’6pingle

de la boite de controle etait dirig6 a 350 de hauteur et a 3oo ^au sud de 1’Est (geographique)..

Dans le 2e vol, ^{aucune emulsion ne} fut emmenee : a leur place ^{fut mis un} dispositif supplémentaire d’enregistrement ^{du soleil} constitue d’un tambour

(a ^axe horizontal) garni ^de papier photographique, entraine _par ^un mouvement d’horlogerie (i ^tour

en

h) ^{et d6filant derriere un trou} d’6pingle perc6

dans le couvercle de la boite cubique. ^Du plomb

r6tablissait poids et moment d’inertie. Le trou etait

dirig6 ^{a 2oo de} hauteur et a 2oo au sud de 1’Est.

En plus, il y avait deux boites de controle a la

place ^usuelle, dirig6es ^{a 3oo} de hauteur et, ^l’une a 10o a l’ouest du Sud, ^{et 1’autre a 200 a 1’est du} Nord.

Les figures

et 13 montrent les enregistrements photographiques obtenus pour les deux ^vols.

Pour le I er vol (fig. 12), ^{la courbe a} repr6sente

la trace qu’aurait ^{laiss6e le soleil} pour ^une orien- tation parfaitement constante, ^avec indication des

positions ^{d’heure en heure} (1’heure d’atterrissage, observe, est 10 h T. U.), les courbes b correspondent

a des 6carts de ± I00 dans l’orientation; ^c indique

la limite impressionnable par le soleil et d celle due a la fenetre de la boite ext6rieure lorsqu’il n’y ^a

pas de pendulements; ^{enfin e est 1’ombre laissee}

par ^une bague ^{de fixation} et f la ^trace que laisserait le soleil a 9 h 30 T. U. si 1’appareil tournait de

à + 4oo.

L’examen des traces laiss6es _par le soleil montre que la plupart ^{se trouvent} concentr6es entre les courbes b, donc que 1’appareil ^{est reste orient6 à}

moins de 100 pres pendant ^la majeure (~ ^go pour I oo) partie ^du temps. ^{Le reste des traces} indique ^des

6carts s’6tendant jusqu’A

^et 4oo, ^{dont la cause} peut ^etre imput6e ^{a des} pendulements ^excessifs (il est concevable qu’un pendulement, ^{en ecartant}

les aimants du Nord, ^{induise une} desorientation) :

en effet, ^d’une part ^ces traces sont souvent dirig6es

verticalement (sur ^la figure 12), ^alors qu’une ^d6so-

rientation donnerait une trace horizontale (par exemple ^{la courbe} f), ^d’autre part ^{elles sont} plus importantes ^au d6but du vol qu’a ^{la fin} (c’est-A-dire

en haut de la figure qu’en bas), ^ce qui s’explique par le fait qu’au depart 1’appareil ^n’6tait s6par6 ^des

ballons _{que par} 10m de filin, ^alors qu’apres ^les

eclatements des deux gros ballons du bas (A 7 ^{h 14} et 7 ^h 53), 70 ^m de filin 1’en separaient.

C’est _pour confirmer cette influence perturbatrice

des pendulements que le ^2e vol a ete effectue, avec

cette fois 5o m de filin au depart ^entre 1’appareil

et les ballons, ^car il est bien evident que I’amplitude

des pendulements ^est inversement proportionnelle ^à

la longueur ^{du filin.}

La boite de contr6le plac6e ^{au Sud ne} comporte

pas de trace, ^ce qui permet ^{de dire} qu’il n’y ^{a eu}

aucune désorientation sup6rieure ^{a une limite} passant ^{de 5oo} à 6 h à 13° à 9 h et que 1’appareil

n’est pas retomb6 plus tard que 9 h 40 ^environ (il ^{a ete d6couvert au sol a}

^h 15).

La boite de controle Nord a 6t6 fortement dete- rior6e a l’atterrissage ^et comporte ^du voile; ^comme

la presque totalite du voile peut ^etre prouv6e ^avoir

ete faite au sol et comme le reste (trois petites traces) peut avoir ete fait au sol, ^{il nous} parait sur,

en conjugaison ^avec l’absence de trace sur la boite Sud, que la boite Nord n’a pas ^ete impressionnee,

donc que l’appareil ^n’a jamais ^{d6vi6 de} plus ^d’un angle passant ^de 4oo ^{a 6 h a} 70° A 9 ^h.

D’ailleurs l’enregistrement ^obtenu par le dispo-

sitif place ^{dans la boite} cubique, ^{donne sur la} figure 13, ^est excellent; ^a est la trace th6orique ^du soleil, ^b correspond ^{a des ecarts de ± 50 et c} marque le bord du papier photographique (légèrement

6caiII6 en has). L’enregistrement ^n’a pu ^commencer

qu’après 9 h, le soleil devant etre ^assez haut sur

1’horizon pour pouvoir ^atteindre l’ enregistreur ^à

travers la fenetre de la boite ext6rieure. On voit que l’appareil ^n’est pas retomb6 avant environ _g h 35 et que pendant ^{la derniere} phase ^{du vol} (a partir

de 12

m) il est reste orient6 a 3 ou 4° pres,

ce qui ^{est tres bon, car} il est a noter que cette stabi- lit6 se rapporte a la fin du vol, ^{donc a un moment}

oii les effets d’un mauvais fonctionnement ont le

plus ^{de chances d’6tre} actifs, ^et que l’altitude de

m est la plus agit6e (voir ^tableau II).

Done l’appareil, pourvu qu’il ^soit suspendu ^avec

au moins 5o m de filin, ^se comporte ^comme pr6vu.

L’auteur est heureux de remercier ici M. L.

Leprince-Ringuet pour les f acilites qu’il ^{lui donna}

dans la realisation de cet appareil ainsi que ^ses camarades du laboratoire pour 1’aide qu’ils appor- terent lors des envois de ballons. Ses remerciements vont 6galement ^{a MM.} Champollion ^et Jalu, ^du Service de Prévision de la Meteorologie ^nationale, qui ^lui prodigu6rent ^{des donn6es sur 1’6tat de} 1’atmosphere ^{en altitude.}

Manuscrit reçu le 19 décembre 1953.