Z výšky, kam běžně létají jen stratosférické balony a Felix Baumgartner, vypustíme v sobotu 25. 10. 2014 (bude-li počasí) 12 kapslí v podobě 40cm javorových semínek. Ty by měly po přistání ohlásit svou polohu, kterou zveřejníme, a účastníci experimentální hry Stratocaching je budou moci vyrazit hledat. Zve vás občanské sdružení Žádná věda a samozřejmě redakce Technet.cz. Pokud ještě nejste přihlášeni nebo nemáte staženou aplikaci pro svůj chytrý telefon, učinit tak můžete na stránkách Stratocaching.cz.
Zní to celé jednoduše, ale z loňska už víme, že to technicky tak jednoduché není. Cestou tam i zpět totiž musí stratokešky (tedy ta semínka) překonat oblast takzvané tropopauzy, kde panují rekordně nízké teploty. Loni nám poslední přeposlané telemetrické údaje z výšky 14 kilometrů nad Zemí ukázaly teplotu -69,8 stupně Celsia. Po té se elektronika uvnitř všech semínek navždy odmlčela. Baterie kvůli mrazu už nebyly schopné dodávat potřebné napětí a vše zamrzlo. Tomu musíme letos zabránit.
Průběh teploty čipu vysílače v radiosemínkách (Radioseeds) při Stratocachingu 2013. Okolní teplota byla ještě výrazně nižší.
Vlastní topení, izolace BASF a 3D tisk
I když jsme loni celou sestavu včetně součástí Dropionu a samozřejmě semínek podrobovali extrémním testům, kdy jsme je ve zkušebnách VZLÚ Výzkumného a zkušebního leteckého ústavu zmrazovali až na -70 stupňů, podcenili jsme zřejmě několik faktorů.
Semínka při cestě rotují. To zajišťuje, že při přistání nic nerozbijí a nikomu neublíží. Kdybyste je chytili do ruky, pocítíte stejný náraz, jako když ze stolu na zem shodíte obyčejnou tužku. Jenže rotace má i nepříznivé účinky. Je to stejné, jako když mrzne a ještě fouká vítr. Semínka se mnohem rychleji ochlazují. Proto jsme udělali několik změn.
Semínka nám na profesionálních 3D tiskárnách Stratasys vytiskla kuřimská společnost MCAE Systems. Prostor na elektroniku je tak výrazně větší, než mohl být u šitého semínka z loňského roku, a tudíž je i více místa na tepelnou izolaci. Tiskli jsme z materiálu ABS a izolaci dodala společnost BASF. Samotné křidélko je z lehké pěnové hmoty. A kdyby izolace náhodou nestačila, má každé semínko i vlastní topení.
Pod záštitou ...Stratocaching se koná pod záštitou:
Vypuštění balonu a odborné poradenství nám poskytli odborníci z ČHMÚ. Bez morální a taktické podpory těchto institucí a jednotlivců by se experiment uskutečnit nepodařilo. Start by nepřicházel v úvahu bez účinné spolupráce a dozoru ÚCL (Úřadu pro civilní letectví) a ŘLP (Řízení letového provozu ČR, s.p.). Stejně tak by nebylo možné provést nákladné testy a nakoupit či vyrobit jednotlivé součásti Dropionu a semínek bez našich partnerů. Jejich kompletní seznam najdete na stránkách Stratocaching.cz. Hlavním partnerem Stratocachingu je společnost Jobs.cz. |
„Některá elektronika pracuje jen nad bodem mrazu, některá si nechá líbit třeba -20 stupňů, použité baterie snesou třeba i -40, ale rychle ztrácejí kapacitu. Proto musíme teplotu udržovat raději nad bodem mrazu. Za tímto účelem jsme vyrobili regulátor teploty v kombinaci s odporovým topením. Odpor (rezistor), když jím prochází proud, tak se zahřívá,“ vysvětluje Petr Kospach, který má elektroniku a celou technologii semínek na starosti.
Udej polohu!
V rámci Stratocachingu uskutečníme i několik technických experimentů a pokusů. Součástí sestavy bude například i meteorologická sonda Vaisala, přesnost údajů budou moci odborníci z ČHMÚ zkonfrontovat z dalšími pěti technologiemi, které Dropion a semínka ponesou, a primárně nám slouží k ohlášení okamžité polohy stratokešek (a Dropionu) a dalších telemetrických dat. Jsou to tyto:
- GPS tracker - musí během letu spát
Sériově vyráběný tracker Meitrack MT90 (který letěl v semínkách i loni) jsme letos zbavili všeho nepotřebného a lépe ho zaizolovali výše popsaným způsobem. Novinkou je však takzvané budítko. Systém GPS v běžně prodávaných zařízeních, jako je námi použitý tracker, je totiž konstruován primárně k fungování na Zemi. Když tedy keška vzlétne do výšky kolem 30 kilometrů, systém dostává od satelitů zdánlivě nesmyslné údaje (autem se těžko dostanete 30 km do vzduchu). Proto je možné, že tracker se zjednodušeně řečeno zblázní a vypne se. Přesně k tomu mohlo dojít i loni, ale s jistotou to říci nemůžeme. Jde o řešení typu „black box“, do kterého dostupným reverzním inženýrstvím můžeme jen velmi těžko proniknout. „Řešení jsme však našli a je jím právě ono budítko, které GPS tracker vzbudí až v předepsaný čas, kdy už semínka s jistotou budou v přiměřené výšce,“ říká autor tohoto řešení Petr Kospach.
GPS tracker MT90 byl zbaven všeho nepotřebného a doplněn Budítkem. Po dvou hodinách letu Budítko stiskne tlačítko na trackeru MT90. Ten se probudí, zjistí pomocí GPS, kde je, naváže komunikaci s GSM sítí a pošle nám opakovaně po třech minutách SMS se svou polohou. Tedy za letu i na Zemi.
Ihned po probuzení MT90 zjistí svou polohu, naváže komunikaci s GSM sítí a pošle nám opakovaně po třech minutách SMS se svou polohou. V ideálním případě tedy budeme znát i část trasy letu semínka a jeho polohu po dopadu.
Výhody: Pošle přesnou souřadnici.
Nevýhody: Nezachytí průběh letu, protože „spí“. Navíc může spadnout nešikovně, např. do hluboké trávy, odkud přesnou polohu neodešle.
- LoRa - budoucnost internetu věcí poprvé v ČR
LoRa je zcela nová technologie, která bude mít v Česku premiéru. Při své „klíčenkové“ velikosti má toto zařízení dosah přes 2 km na Zemi a až 15 km ve volném prostoru. Systém LoRa jsme zabudovali do experimentální stratokešky s označením Stratocache X. Součástí je GPS přijímač, miniaturní Li-Ion baterie a vysílač na 868 MHz. V našem provedení ji doplňuje jedna AA baterie s vyhříváním.
Výhody: Sleduje polohu po celou dobu letu, odesílá ji pořadatelům, navíc je to velmi lehké zařízení.
Nevýhody: Je nutný externí tým, který semínko pronásleduje s mobilní gatewayí.
LoRa podrobnějiLoRa je technologie, kterou si nechala patentovat americká společnost Semtech a prezentuje ji jako přenosovou technologii vhodnou pro Internet věcí (Internet of Things, IoT). Má výhodu v tom, že využívá pro přenos malého množství informací (pozice, teplota, tlak, spotřeba elektřiny, detekce pohybu, …) nelicencované ISM radiové pásmo 868 MHz, které znáte z dálkových ovladačů od auta nebo vašeho domácího zabezpečovacího systému. LoRa je standard, který zejména díky vylepšené metodě kódování informací dosahuje dobrých parametrů přenosu i ve velmi radiově zarušeném prostředí, čímž pásmo 868 MHz v Evropě bezesporu je. Díky tomu může i v městské zástavbě fungovat na vzdálenost až 2 kilometry, ve volném prostoru pak 15 kilometrů od základnové stanice, tzv. LoRa gatewaye, které se instalují na výškové body. Propracovaný systém radiového přenosu má rovněž pozitivní efekt na výdrž baterie, které napájejí LoRa senzory v terénu. Právě díky tomu jsou LoRa vysílače vhodné pro komunikaci řady zařízení, o čemž je Internet věcí.  LoRa je technologie, která se zatím v ČR nepoužívá. Při své „klíčenkové“ velikosti má toto zařízení na Zemi dosah přes 12 kilometrů. Pro Stratocaching používáme dvě zajímavé technologie, které jsou na LoRa založené. Jde o LoRa gatewaye a komunikační platformu ThingPark. Tu nám poskytla na otestování francouzská společnost Actility. Celý pokus bychom nebyli schopni uskutečnit bez miniaturního GPS/LoRa trackeru. Ten jsme získali přímo z vývojové laboratoře opět francouzské společnosti Abeeway, která tyto trackery s dlouhou výdrží baterie uvede na trh začátkem příštího roku. David Capoušek, autor řešení, zástupce společnosti NetRex, která také zajišťuje pro Stratocaching přímý video přenos z Dropionu kamerami Axis. viz. článek: Vysílali jsme živě ze stratosféry. To v Česku ještě nikdo nedokázal |
- APRS - radioamatéři v akci
V některých semínkách bude pouze APRS tracker, který využívá síť radioamatérských antén. Modul nám každých 30 sekund - a to i během letu - pošle digitálně zprávu, která obsahuje identifikaci, souřadnice polohy, výšku, teplotu, napětí baterií, kvalitu GPS signálu a podobně.
Systém semínka s APRS. To je radioamatérský provoz (podobně jako RTTY). APRS modul každých 30 sekund pošle digitálně zprávu, která obsahuje identifikaci, GPS pozici, výšku, teplotu, napětí baterií, kvalitu GPS signálu a podobně. Zpráva se vyšle všesměrově. Kdo ji na zemi či v autě zachytí, ten ji zopakuje pro ostatní. Takto se zpráva šíří dál, až se objeví v Internetové aplikaci jako bod na mapě s patřičným popisem.
Zpráva se vyšle všesměrově. Kdo ji na zemi či v autě z radioamatérů zachytí, ten ji zopakuje pro ostatní. Takto se zpráva šíří dál, až se objeví v internetové aplikaci jako bod na mapě s patřičným popisem.
APRS je zkratka pro Automatic Packet Reporting System, který využívají radioamatéři právě třeba pro sledování pozic balonů nebo pro přenos telemetrických dat po celém světě.
Výhoda: Semínko sleduje a odesílá data téměř celou cestu, navíc se zajímavými detaily o letu.
Nevýhoda: Ztratí signál za horizontem přijímacích antén (to může být někde kolem sta metrů výšky). Poslední zachycená poloha tedy není finální. Lze ji ovšem zpřesnit, jakmile se přiblíží radioamatérský tým Stratocachingu s anténami.
- Morseovka - jako před sto lety
Bzučákem a LED diodou je vybaveno semínko Českého rozhlasu Rádia Junior. Po dvou hodinách letu (hodinu trvá cesta sestavy nahoru a přibližně stejný čas je potřeba pro cestu dolu) se semínko probudí a začne zábleskově blikat a akusticky vysílat v morseovce (Morseova abeceda) texty „AHOJ“ a občas „RADIO JUNIOR“.
Po dvou hodinách letu se semínko Rádio Junior probudí a začne zábleskově blikat a vysílat akusticky v morseovce text „AHOJ“ a občas „RADIO JUNIOR“.
V provozu bude možná až několik dní podle toho, jak se podaří obvod efektivně zapojit a uspořit energii baterie, která musí cestou opět napájet i vytápění.
Nevýhoda: Stratokeška vůbec nenahlásí polohu pořadatelům a o jejím letu nebudeme nic vědět.
Výhoda: Hledání bude napínavější. Bude nutné použít logické myšlení a polohu odvodit od pozice již nalezených kešek.
- RTTY - radiodálnopis
Radiodálnopis (RTTY) je telekomunikační systém, který testovalo americké vojenské námořnictvo už v roce 1922 a základy technologie lze vysledovat už v 19. století. Původně byl systém založen na dvou (případně vícero) elektromechanických psacích strojích umístěných v různých částech světa.
Radiodálnopis RTTY: Každé dvě sekundy vyšle digitálně krátkou zprávu, ve které je GPS poloha včetně výšky, identifikace, teplota, napětí baterie a některé systémové informace.
Prvotní využití našel radiodálnopis pochopitelně v novinách pro přenos informací. Nám poslouží k tomu, aby jím vybavené semínko poslalo každé dvě sekundy krátkou zprávu, ve které je obsažena poloha objektu včetně výšky, identifikace, teplota, napětí baterie a některé další systémové informace.
Právě díky RTTY technologii jsme mohli rozklíčovat selhání loňských semínek. Ta jediná totiž fungovala až téměř do dopadu.
RTTY je zkratka pro Amateur Radio Teletype, neboli dálnopisný systém v současnosti využívaný radioamatéry na celém světě.
Výhoda: Vysílá celou dobu v krátkém intervalu. Jako jediná technologie umožňuje měřit rotaci semínka.
Nevýhoda: Semínko zmizí za horizontem (zhruba ve výšce sto metrů nad Zemí), dokud se nepřiblíží tým Stratocaching radioamatérů s anténami.
Nový dopravní prostředek?
V našem týmu si pohráváme s odvážnou myšlenkou, jejím nositelem je zejména konstruktér Dropionu a semínek Petr Bakoš, že semínko by v budoucnu mohlo sloužit jako dopravní prostředek. Například i při přistávání na některých planetách.
Jak bezpečně dopravit náklad ze stratosféry?Jak jsme vymýšleli javorové semínko Balony létají do stratosféry a padají zpět na Zem jen v Česku více než třikrát denně. Žádný však za letu nemusí vypustit desítku kapslí, které pak lidé na zemi budou hledat. V projektu Stratocaching jsme se museli postarat i o to, aby na zem dopadly doslova něžně. Pomohl nám trik okoukaný z přírody.  Biomimetika |
Už dnes dokáže tento nosič o vlastní hmotnosti nepřesahující 30 gramů dopravit z výšky 32 kilometrů náklad o hmotnosti až 200 gramů. Zcela bezpečně a do předem dané oblasti.
Díky nové metodě modelování a následnému 3D tisku se nám semínka podařilo optimalizovat a skutečně se stala plnohodnotným dopravním prostředkem pro menší náklady. Oproti běžně používané dopravě na padáku mají některé zásadní výhody. Nepotřebují vypouštěcí zařízení padáku (do rotace přejdou semínka sama automaticky), nikdy se jim nezamotají šňůry, mají menší plochu a fungují i v relativně silném větru. Teoreticky je možné změnou geometrie křidélka aktivně a plynule řídit rychlost sestupu. Už teď se nám podařilo pouhým natočením křídla dosáhnout zcela horizontální rotace nebo naopak letu, při kterém se rotace pravidelně střídá s volným pádem.
Nejsme pochopitelně v tomto počínání sami. První se pokusili autorotačního principu využít britští vojáci během 2. světové války pro zásobování předsunutých a špatně dostupných jednotek. Shazovali jim obří „javorová semínka“, která jako malé vrtulníky bezpečně přistála i s 30kg nákladem jídla a léků (více v angličtině). Říkali jim Sky Hook.
„Semena“ o rozměrech 0,3 × 0,9 metru, vyrobená ze dřeva a potažená leteckým plátnem, klesala k Zemi rychlostí 38 km/h. Dokonce se tehdy uvažovalo, že stejný způsob by mohl být po válce použit i pro dopravu pošty. Proč zrovna z tohoto sešlo, se asi dovtípíte sami.
Pokud nás chcete podpořit v dalších pokusech a nebo si jen chcete pořídit třeba tričko nebo čepici s emblémem Stratocaching, zkuste náš e-shop. Koupit si zde můžete loňské i letošní památeční Stratocoiny, samolepky a nášivky.
Z každého prodaného suvenýru s motivem Stratocachingu jde 20 % na financování delších experimentů Žádné vědy.
Jak jsme navrhovali nový Dropion z něhož se budou semínka vypouštět, co všechno umí palubní počítač a čím budeme letos zajišťovat přímý přenos ze stratosféry, se dozvíte v příštím článku.
.
