IEEE Spectrum February, 2011 - 20

hands on
Balloon-Borne PhotograPhy
get a bird's-eye view on a budget

A

lthough there's
a certain awe-inspiring 
beauty to the images 
that hobbyists' weather 
balloons can capture from 
the edge of space, in fact most 
of the good stuff happens 
much nearer the ground. 
These flights can be 
broken into three phases. 
The first, with cool imagery of 
the ground below, lasts about 
10 seconds. In the second, 
the balloon starts to swing 
around wildly in the wind, 
and you get a long period 
of nausea-inducing footage. 
Finally, the balloon ruptures, 
transmitting a quicker but 
equally queasy view as it 
plummets earthward.
Since most of the 
interesting images come in 
the first 100 meters, why 
go higher? Besides, by 
keeping the balloon low, 
you can control the pan 
and zoom, rather than 
trusting to dumb luck.
Setting up a balloon for 
low-altitude observation 
involves some interesting 
logistical issues, but it isn't 
particularly difficult. To begin 
with, balloon flight is all about 
payload weight. The more 
you want to carry, the more 
lift you'll need, meaning a 
bigger balloon and more 
helium. In the United States, 
there's a practical limit to 
both: FAA Part 101 regulates 
what size and type of balloon 
can be operated without 
notifying the FAA prior to 
flight. Moored balloons can't 
have an inflated diameter of 
more than 6 feet (1.8 meters) 
20

or a capacity of more than 
115 cubic feet (3256 liters). 
These requirements will 
pretty much drive all the 
other decisions you make. 
The best source I've 
been able to find is Balloons 
Direct. It sells a US $35 
chloroprene weather balloon 
with a 1.7-meter diameter 
and a total fill capacity 
of 2464 L-enough to lift 
2.1 kilograms. I ordered 
two, just to be safe.
Next I needed a payload. 
There are lots of pan-zoomtilt webcams around, but 
most require an Ethernet 
connection, which would 
leave little lift for the 
camera-an altitude of 
30 meters would require 
an entire kilogram's worth 
of Cat 5 cable. I turned my 
attention to Wi-Fi-enabled 
webcams, settling on the 
Vivtek PZ7131. It features 
640-by-480 resolution, a 
2x optical zoom, and a winceinspiring $340 price tag.
The camera required 
about 1.5 amperes at 12 volts. 
I could have used lithiumion batteries, but because 
I had to tether it anyway, 
I decided to run 12 V up 
on a wire from the ground, 
using the power line as the 
mooring line as well. I spent 
an evening with my 15-yearold son braiding a 30-meter 
length of two-conductor 
wire out of some 22-gauge 
single-conductor wire and 
splicing it between a jack 
and a spare 12-V power 
cube. The lift penalty was 
well under half a kilo. A test 

NA * iEEE SpEctrum * fEbruAry 2011

confirmed that the camera 
received enough power 
to operate, so I was set. 
I pulled a spare IEEE 
802.11g wireless access point 
out of my closet and attached 
it to my MacBook via 
Ethernet. The camera found 
the access point, and the 
MacBook found the camera's 
Web browser interface, so 
now I had a balloon, camera, 
power, and networking. 
All that was left was the 
helium and the weather.
Helium isn't cheap 
these days. The only place 
it's being made locally is 
the interior of the sun, so 
we have what we have, 
and it's running out fast. 
Some analysts estimate 
that the cost of helium is 

about one-tenth of what 
it really should be, given 
the increasing scarcity.
In any event, your best 
bet is a welding supply 
house or industrial gas 
supplier. You'll want a 
125-cubic-foot (3540 L) tank, 
which is about 1.2 meters tall 
and is definitely awkward 
for one person to move 
around. You'll probably 
need to put down a deposit 
on the tank, and be sure to 
ask for a balloon inflator. 
That's one of those things 
you see at party stores, but it 
works for weather balloons, 
too. My tank, courtesy of 
Granite Industrial Gases, 
in Derry, N.H., set me back 
$60, and the company lent 
me the inflator for free.
spectrum.ieee.org
http://spectrum.ieee.org
Table of Contents for the Digital Edition of IEEE Spectrum February, 2011
