Faire décoller un émetteur WSPR sous un ballon est déjà une expérience fascinante. Mais pourquoi se contenter d’une balise ? Pourrait-on installer une véritable station FT8 sous un ballon stratosphérique et réaliser des QSO HF depuis 25 ou 30 km d’altitude ?

Un projet britannique permet aujourd’hui de poser sérieusement la question.

Une balise FT8 de seulement 10 mW

Steve, G4AQB, membre du Bolton Wireless Club, a réalisé une petite balise HF capable d’émettre en WSPR et FT8. Elle est basée sur un projet de Gene, W3PM, initialement développé pour la bande expérimentale des 40 MHz.

L’électronique reste étonnamment simple : un Arduino Nano, un synthétiseur Si5351A, un GPS NEO-6M disposant d’une sortie 1 PPS et éventuellement un petit écran OLED.

Le GPS joue ici un rôle essentiel. FT8 exige une excellente synchronisation temporelle, tandis que la fréquence produite par le Si5351 doit rester suffisamment précise. Le logiciel utilise donc le GPS pour maintenir temps et fréquence dans les limites nécessaires.

Plus étonnant encore : la puissance de sortie n’est que de 10 mW.

Lors des essais effectués par G4AQB sur les bandes des 10 et 20 mètres, cette minuscule balise a pourtant été reçue par de nombreuses stations européennes et ses signaux sont apparus sur PSKReporter.

G4AQB explique avoir construit l’ensemble dans la perspective de l’embarquer à bord d’un ballon expérimental haute altitude. À ce jour, aucune date publique de lancement n’a cependant été annoncée.

Principe de la balise FT8/WSPR de 10 mW destinée à une future expérience sous ballon stratosphérique.

→ Projet FT8/WSPR de G4AQB
→ Projet W3PM sur GitHub

Pourquoi FT8 est-il intéressant dans un ballon ?

FT8 a précisément été conçu pour communiquer lorsque les signaux deviennent extrêmement faibles.

Une transmission occupe une séquence d’environ 15 secondes et WSJT-X est capable de décoder des signaux situés très largement sous le niveau de bruit audible. C’est pourquoi des radioamateurs réalisent quotidiennement des liaisons intercontinentales avec seulement quelques watts.

→ Documentation officielle WSJT-X

Un ballon possède en plus un avantage spectaculaire : son antenne peut se retrouver à 30 km au-dessus du sol, sans bâtiment, arbre ou relief immédiatement autour d’elle.

Mais attention à une idée reçue : en HF, monter à 30 km ne permet pas automatiquement de communiquer à 5 000 ou 10 000 km.

Pour les grandes distances sur 20 ou 10 mètres, l’ionosphère reste le principal acteur. L’altitude supprime surtout les obstacles proches et offre une situation particulièrement intéressante pour étudier la propagation.

WSPR et FT8 : ce n’est pas la même expérience

Une balise WSPR peut transmettre périodiquement son indicatif et différentes informations. Des stations réparties dans le monde la reçoivent et transmettent leurs reports vers Internet.

Elle répond essentiellement à la question :

« Jusqu’où mon ballon est-il entendu ? »

Une véritable station FT8 poserait une question beaucoup plus ambitieuse :

« Avec quelles stations mon ballon peut-il réellement communiquer ? »

Et cela change complètement l’électronique nécessaire.

Émettre du FT8 ne signifie pas réaliser un QSO

La balise de G4AQB sait émettre des messages FT8 préprogrammés. Elle ne constitue donc pas encore une station capable d’effectuer automatiquement des QSO.

Pour cela, le ballon devrait être capable d’écouter les réponses, de les décoder et d’enchaîner correctement les échanges.

Par exemple :

CQ → appel d’une station → report → R-report → RR73 → 73

Il faudrait donc embarquer non seulement un émetteur, mais également un récepteur HF, un décodeur FT8 et un calculateur capable de gérer automatiquement le QSO.

Nous passerions alors d’une balise de propagation à un véritable transceiver FT8 autonome.

À quoi ressemblerait notre station embarquée ?

Une architecture expérimentale pourrait comporter :

Antenne → filtre HF → récepteur → calculateur → décodeur FT8 → gestion du QSO → synthétiseur → amplificateur → filtre passe-bas → antenne

Il faudrait ajouter un GPS avec référence temporelle, une alimentation, une télémétrie indépendante et probablement des capteurs permettant de connaître l’état de la station.

Un petit ordinateur ARM ou un microcontrôleur suffisamment puissant pourrait assurer une partie du traitement.

La difficulté n’est donc pas vraiment de fabriquer l’émetteur. C’est la réception et le décodage autonome qui compliquent fortement l’expérience.

Architecture d’une station FT8 autonome capable de recevoir, décoder et répondre depuis un ballon stratosphérique.

Combien de watts faudrait-il ?

L’expérience de G4AQB donne un indice intéressant puisque seulement 10 mW ont déjà permis des réceptions européennes depuis le sol.

Regardons les différences :

10 mW = +10 dBm
100 mW = +20 dBm
1 W = +30 dBm
5 W ≈ +37 dBm

De 10 mW à 5 W : influence théorique de la puissance FT8 sur le bilan de liaison depuis la stratosphère.

Passer de 10 mW à 1 W apporte donc 20 dB supplémentaires.

Dans de bonnes conditions de propagation, quelques centaines de milliwatts pourraient déjà produire des résultats étonnants. Avec 1 ou 2 W, l’expérience deviendrait particulièrement intéressante.

Mais augmenter la puissance entraîne immédiatement davantage de consommation, une batterie plus importante et donc davantage de masse.

Et l’antenne ?

C’est probablement l’un des problèmes les plus intéressants.

Sur 20 mètres, un dipôle demi-onde approche 10 mètres de longueur totale. Sur 10 mètres, seulement 5 mètres environ.

Sous un ballon, une antenne filaire verticale ou légèrement inclinée devient parfaitement envisageable : contrairement à une station terrestre, nous disposons justement de dizaines de mètres… vers le bas !

Le 10 mètres serait donc particulièrement séduisant lorsque la propagation le permet. Le 20 mètres offrirait probablement davantage d’ouvertures, mais au prix d’une antenne plus longue.

Un opérateur FT8 robotisé à 30 km d’altitude ?

Reste une question fondamentale : la station pourrait-elle choisir seule à qui répondre ?

Techniquement, c’est envisageable. Le logiciel pourrait lancer CQ, analyser les réponses reçues, sélectionner un indicatif et dérouler automatiquement la séquence FT8.

Mais cette automatisation introduit une autre dimension : la réglementation. Selon le pays de lancement, il faudra vérifier les règles concernant les stations automatiques, l’identification, les fréquences utilisées, le contrôle de l’émission et naturellement celles concernant le ballon lui-même.

Alors, des QSO FT8 depuis la stratosphère ?

Techniquement, oui.

Et paradoxalement, produire le signal FT8 serait probablement la partie la plus facile.

L’expérience de G4AQB montre déjà qu’un émetteur de 10 mW peut être entendu à plusieurs centaines ou milliers de kilomètres lorsque la propagation coopère. FT8 est précisément destiné aux communications numériques à très faible niveau de signal.

Le véritable défi serait de construire une station suffisamment légère pour recevoir, décoder puis répondre automatiquement.

Un ballon équipé d’un transceiver FT8 de seulement 1 W, d’un GPS et de quelques mètres de fil pourrait alors devenir une extraordinaire expérience de propagation : une station radioamateur autonome flottant à près de 30 km d’altitude.

Et lorsque G4AQB annoncera finalement la date de son lancement, l’expérience méritera assurément d’être suivie sur PSKReporter.

Pour aller plus loin

→ G4AQB – HF WSPR and FT8 Beacon
→ W3PM – balise GPS FT8/WSPR
→ WSJT-X – site officiel
→ Guide utilisateur WSJT-X
→ Bolton Wireless Club
→ PSKReporter
→ F5KEE – Envoyer sa propre expérience radio dans la stratosphère
→ F5KEE – Faire le tour du monde avec un ballon de quelques grammes