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 Radiosonde Molchanov RZ-049
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Voir aussi : Les débuts du radiosondage 1920-1945 - Les radiosondes à tubes de 1940 à 1970 - Histoire des radiosondages en mer -


Historique

La première radiosonde soviétique a été lâchée le 30 janvier 1930 par Pavel Alexandrovich Molchanov (également orthographié Moltchanov, Molchanow ou encore Moltchanoff - 1893-1941) , soit un an après celle du Français Robert Bureau. Cet événement eut lieu à l'Observatoire de Slutsk (actuellement Pavlovsk) près de St-Petersbourg. Des mesures de pression et de température purent être effectuées jusqu'à 8900m d'altitude.
Cette radiosonde, développée tout à fait indépendamment de celle de Bureau (et de celle de l'Allemand Paul Duckert) est originale par le fait qu'elle transmet en morse (même si ce sont surtout des points) et à l'aide d'un système électromécanique particulièrement complexe. Elle a été améliorée au fil des ans par les techniciens russes, de nombreuses années encore après que son concepteur ait été épuré par la police secrète de Staline. La radiosonde présentée ici date de 1956 mais son principe d'origine, unique en son genre, a été conservé. Une des différences importantes est le remplacement du tube de Bourdon des débuts par des capsules de Vidie ainsi que le principe de codage de la pression, modifié pour augmenter le nombre de niveaux.
Ici l'émetteur est un élément séparé mais sur une des variantes anciennes (qui utilisait un tube de Bourdon), il était câblé sur une des ailes en tôle pliée qui forme la carcasse.
Pendant l'année polaire internationale de 1932-1932, les radiosondes de Molchanov furent utilisées pour des radiosondages par les stations arctiques russes, américaines, danoises et suédoises, au même titre que celles développées par l'ONM et produites en petite série par Jules Richard. Les résultats des radiosondes russes ont toutefois donné des résultats douteux qui ont provoqué une certaine méfiance vis à vis des radiosondes en général.
Dès 1932 la société allemande Askania, qui produisait déjà des instruments de mesure et des météographes pour sondage par avion, commença à fabriquer en petites séries des radiosondes PTU de conception Molchanov mais basée sur le principe du codage chronométrique.
Après la guerre, plusieurs constructeurs ont fabriqué des radiosondes sur le principe décrit ici comme GZZ en Chine (jusque vers 1966) et Metra à Prague (Metra 972 utilisée en Tchécoslovaquie de 1961 à 1969) et bien sûr par l'URSS jusqu'au début des années 1960-1962.
Elle est désignée sous la référence RS-049, RZ-049 (parfois transcrite abusivement "P3-049" en passant directement du cyrillique à l'alphabet latin ) mais aussi sous le nom de "Comb sonde", "Comb radiosonde" dans la littérature anglosaxonne ou encore "Kammgerät" en allemand à cause des sortes de peignes utilisés comme contacts dans le dispositif de codage (rep. K sur la photo ci-contre).
Une des variantes de cette radiosonde était équipée d'un dispositif permettant de signaler la sortie de la radiosonde de la couche nuageuse.



Description

La partie décrite ici date de 1956, il s'agit uniquement du système de codage et des capteurs. L'émetteur et le boîtier en plexiglass sont manquants..
Les capteurs de température et d'humidité sont placés dans une cheminée en tôle d'aluminium polie qui les protège du rayonnement solaire. Dans le boîtier, cette cheminée est placée à l'opposé de l'émetteur et de l'échauffement parasite qu'il pourrait provoquer.
Le codage est effectué à l'aide d'un système compliqué de commutateurs ; les déformations des capteurs (dilatation des capsules de Vidie ou allongement des cheveux de l'hygromètre, par exemple) sont amplifiés par un ensemble de biellettes et de leviers. Les informations codées sont transmises en morse, sous la forme de lettres constituées de points (E, I, S, H) se répétant régulièrement et ponctués par d'autres signaux dont un caractère de référence.
Au sol un opérateur très vite formé, armé d'un crayon, d'une feuille de papier et d'un simple récepteur, était suffisant pour la transcription du sondage. Il restait ensuite à traduire la séquence de caractères en valeurs de pression, humidité et température.
La radiosonde, dont l'émetteur était équipé d'une triode, était placé au centre du doublet formé par les deux brins d'antenne.

C : cheminée des capteurs de température et d'humidité
U : poulie du capteur d'humidité (voir photo du capteur)
V : capsules de Vidie
Kp : peigne du codeur de pression
Ku : petit peigne du codeur d'humidité
Lp : levier du capteur de pression
Lt : levier du capteur de température
Lu : levier du capteur d'humidité

Caractéristiques

Dimensions : Longueur = 215mm - largeur = 182mm - épaisseur = 70mm
Le bras pivotant a une longueur de 140mm
Masse
: 262g

Capteurs

Pression : deux capsules de Vidie identiques
Température : Bilame métallique cylindrique.
Humidité : mèche de cheveux


Photos des capteurs


La mèche de cheveux du capteur d'humidité est fixée à une de ses extrémités sur la carcasse et à l'autre sur un bras transmettant les variations de longueur de la mèche à une biellette. Pour doubler la longueur de la mèche, le concepteur (russe) a imaginé de la faire passer sur une roulette (russe), sorte de poulie fixée à un bras dépassant de la cheminée. L'humidité est codée en 10 niveaux.
Le capteur de température est constitué d'une portion de cylindre de métal poli pour refléter les rayons du soleil. Son axe est perpendiculaire au vent de la course. La tôle qui forme le cylindre est en réalité constituée de deux feuillards en métaux différents collés l'un sur l'autre selon le principe du bilame. Les coefficients de dilatation thermique de chacun des métaux étant différents, la tôle se déforme en fonction de la température et le cylindre s'enroule ou se déroule. Ses déformations sont amplifiées par un système de leviers et de biellettes.
 
 (Bu) levier du capteur d'humidité
 (Bt) Biellette du capteur de température
 (C) Cheminée anti rayonnement solaire
 (T) Bilame métallique
 (U) Poulie du capteur d'humidité.
 
   (Bu) levier du capteur d'humidité
 (Bt) Biellette du capteur de température
 (M) restes de la mèche de cheveux
 (T) Bilame métallique

Les photos suivantes montrent la complexité des systèmes d'amplification et de transmission des déformations des capteurs.
 
 (Bp) Biellette du capteur de pression
 (Bt) Biellette du capteur de température
 (Lp) levier du capteur de pression 
 (Lt) levier du capteur de température
 (Lu) levier du capteur d'humidité
 (V) Capsule de Vidie (capteur de pression)
 
   (Bp) Biellette du capteur de pression
 (Ku) peigne de codage du capteur d'humidité
 (Lp) levier du capteur de pression 
 (Lt) levier du capteur de température
 (Lu) levier du capteur d'humidité
 (V) Capsule de Vidie (capteur de pression)


Système de codage

Comme pour beaucoup de radiosondes, la déformation d'un capteur provoque le mouvement d'un levier amplificateur dont l'extrémité joue le rôle du doigt d'un commutateur électrique. Ici, la position du contact détermine la lettre morse (E, I, S ou H) qui sera manipulée. La séquence des lettres émises pour un type de capteur est établie par un groupe de lames crénelées (les peignes), regroupés en un commutateur.
Par exemple, la séquence peut prendre la forme S, E, I, E, I, E, I, E, I, S, E, I, E, I, E, I, E, I, H, E, I... au fur et à mesure que la température diminue.
Les points sont manipulés en permanence par des interrupteurs à cames montés sur un axe entraîné par le moulinet, c'est le contact du levier de capteur (pression ou température) qui détermine la lettre à transmettre. Pour l'humidité, le mécanisme est un peu différent car c'est le commutateur rotatif et le peigne du codeur d'humidité (rep. Ku sur la photo générale) qui sont mis à contribution.
Le dessin ci-contre résume le principe de base de l'émission d'une lettre en fonction de la position du levier d'un capteur sur le peigne correspondant. Pour simplifier, seuls deux circuits ont été représentés : deux peignes et deux cames. Ici les valeurs paires sont transmises par des "H" et les valeurs impaires par des "S". Ce dispositif fonctionne mais il exige que l'opérateur ne manque aucun caractère.


 
 Le codeur de température est constitué du levier Lt, amplifiant les déformations du bilame métallique placé dans la cheminée et d'un ensemble de 5 peignes semblables au rep. Kt groupés en un empilage alternant feuilles de bakélite et peignes métalliques.
 
  Une autre vue du codeur de température et de ses 5 peignes.
Le codeur de pression est formé de 3 peignes s'ajoutant à la pile des 5 peignes du codeur de température mais ses dents sont dirigées vers le bas (on en aperçoit une qui dépasse)


 
 L'axe du moulinet (manquant) traverse le palier Am ; un pignon, fixé à son extrémité engrène sur la roue dentée E avec un rapport de démultiplication de l'ordre de 1/2 ou 1/3.
Six cames (rep. Ce, Ci...) montées sur le même arbre tournent en permanence, fermant chacune un contact (rep. Me, Mi...) manipulant une lettre en morse : "E", "I", "S" et "H"... en fonction de son nombre de bosses (1 pour Ce, 2 pour Ci...). La 5ème came provoque la manipulation d'un trait et la 6ème comporte 7 bosses.
 
   Un autre aspect de l'arbre à came. A son extrémité droite sur la photo, une vis-sans-fin constituée d'une rondelle en forme d'hélice entraîne à chacun de ses tours une dent de la roue Er solidaire de l'axe du commutateur rotatif R.
 

 
 L'axe du commutateur rotatif R est entraîné par l'arbre à cames au travers d'un système roue et vis-sans-fin ayant un rapport de démultiplication de 1/20. A chacune des 20 positions du commutateur correspond 1 tour de l'arbre à cames.
 Le repère (Kp) pointe sur l'ensemble des trois peignes de codage de la pression
 
  Le système de codage de l'humidité est différent de ceux des capteurs de pression et de température. Il ne comporte qu'un seul peigne à 10 contacts.
 (Bp) biellette du capteur de pression
 (Ku) peigne de codage du capteur d'humidité
 (Lp) levier du capteur de pression 
 (Lu) levier du capteur d'humidité



Sources

- Examen de l'exemplaire RSM-044 de la collection de Payerne.
- The invention and development of the radiosonde par Dubois, Multhauf et Ziegler - Smithsonian Institution
- Catalog of Meteorological Instruments in the Museum of History and Technology par W. Knowles Middleton - Smithsonian Institution 1969
- "La Radiosonde a 65 ans" par Michel Rochas et Michel Lagadec dans "La Météorologie" avril 1994
- "Impacts of Reference Time Series on the Homogenization of Radiosonde Temperature" par GUO Yanjun et DING Yihui
- "Data documentation for data set 6300 (DSI-6300)" - National Climatic Data Center



Remerciements

- Radiosondeurs de Payerne