Proč semínko z okraje vesmíru nevyklíčilo? Chystáme Stratocaching 2

V sobotu 16. listopadu 2013 jsme si ověřili, že výprava do stratosféry není jednoduchá věc. Proč selhaly kapsle s GPS trackery a proč jsme málem museli odložit start? Tento článek je shrnutím akce s názvem Stratocaching.

Pokud snad ještě nevíte, co znamená Stratocaching, projděte si prosím nejprve tyto články. Pro všechny ostatní tady máme shrnutí toho, co se v rámci experimentu a hry Stratocaching povedlo a nepovedlo a hlavně proč.

Proč semínka (stratokešky) nefungovala?

Zdánlivě jednoduchá odpověď zřejmě zní: zmrzla. Někdo by nás snad mohl obvinit z hlouposti, že jsme si nezjistili, že tam nahoře je zima až -70 °C. Tady ovšem problém není. Dokonce jsme si nechali sestavu zamrazit ve speciálním mrazáku až na zmíněnou teplotu a při pokusném letu s hydrometeorologickou sondou vyzkoušeli, že stratokeška pobyt v takovém mrazu pohodlně vydrží.

Poslouchali nás i u sousedů

Stratokeše s radiomajákem (Radioseeds) sledovalo přes 50 pevných radiostanic z pěti zemí (Polsko, Slovensko, Německo, Rakousko a Česko).

S jedním faktorem jsme však počítali pouze okrajově a nepřidělili mu patřičnou váhu: s ochlazováním stratokeší způsobeným obtékáním vzduchu při jejich rotaci. Zatímco totiž zkušební semínko vypuštěné na sondě pouze vylétlo nahoru a spadlo jako kámen zpět na zem (přilepené k sondě) a v oblasti tropopauzy, kde byla nejnižší teplota, pobylo mnohem kratší dobu, při ostrém letu se ihned po průletu stratosférou dalo automaticky do rotace (ve stratosféře pochopitelně nerotovalo, protože zde je téměř vakuum).

Během rotace pak docházelo k jevu, který se dá popsat hodnotou označovanou Wind Chill Index (WCI). Pro výpočet jeho účinků existuje i poměrně složitý vzoreček. Zjednodušeně lze říci, že je to podobné, jako když se jdete projít v mínus deseti a je bezvětří, nebo naopak fouká vítr. Zatímco v prvním případě se i v oblasti obličeje cítíte komfortně, v druhém případě je tělo omíláno větrem, vrstva tepla je neustále "odnášena" pryč a vám je zima. V bezvětří se vytvoří mezní vrstva a tepelná energie uniká pomaleji, než když je předmět obtékán vzduchem s rozdílnou teplotou.

Stratocaching v kostce

• Poprvé v České republice se podařilo zrealizovat přímý přenos videa ze stratosférického balonu.
• Živý stream videa sledovalo na Technet.cz přes 220 tisíc diváků
• Zpoždění startu o 84 minut kvůli technickým komplikacím se prokázalo (zvláště pro záběry z kamer) jako požehnání: mlhavé ráno vystřídalo slunné dopoledne.
• Let Dropionu trval 117 minut, po nichž modul skončil na zahradě pana Mencla v Cerhovicích (47 km vzdušnou čarou z Prahy-Libuše)
• Stratokešky byly vypuštěny ve výšce 30 409 metrů, Dropion pak dosáhl maximální výšky 30 722 metrů.
• Stratokešky i dvě radiosemínka  bohužel neměly dostatečnou izolaci pro tento extrémní let, a tak došlo k jejich zamrznutí. Poslední signál zaslaly moduly Radioseed ve výšce 14 080 metrů (na zpáteční cestě), kdy byla teplota na jejich vysílači uvnitř -42 °C.
• Do dnešního dne se našlo šest stratokešek  v rozpětí 7,8 kilometru mezi obcemi Chrást u Plzně a Březina
• Registrovaných zájemců o hledání stratokešek bylo nakonec 13 360.
• Kolik z vás nakonec vyrazilo do terénu, není možné stanovit. Očití svědkové z okolí Chrástu u Plzně mluví o minimálně tisíci stratokačerů.
• Stránka Stratocaching.cz dosáhla v soutěžní sobotu 1 185 000 zobrazení, což bylo dáno hlavně tím, že jste sledovali informace ve Stratocaching trackeru. Nejvyšší počet přihlášených uživatelů Stratocaching trackeru v jednom okamžiku byl 4 600.

Podobně i stratokešky napájené z lithiové tužkové AA baterie odolné mrazu se dokázaly do určité míry zahřívat vlastním ztrátovým teplem. Při rotaci a tedy neustálém obtékání vzduchem už však vytvořené teplo dané vybíjením baterie na udržení provozní teploty s použitou izolací nestačilo. Rotačním pohybem se navíc prodloužila doba pobytu semínek v troposféře, kde panují nejnižší teploty až kolem -70 °C, a to se jim všem stalo osudné.

Díky systému RTTY+CW, kterým byla dvě semínka (Radioseeds) vybavena, dokážeme rekonstruovat celý průběh letu až do jejich "smrti" při pádu ve výšce 14 080 metrů nad zemí. Právě v této výšce se totiž ozvala naposledy. Došla jim energie, baterie zmrzly. Jakmile totiž pokleslo napětí pod 0,88 voltu, systém se vypnul. Poslední naměřený a odeslaný údaj o teplotě uvnitř kešky má hodnotu -42 °C. Jen pro představu, uvnitř Dropionu bylo oproti tomu naměřeno příjemných -17 °C. Průběh letu semínek a aktuální teploty je dobře vidět na přiloženém grafu.

Možností, proč stratokešky selhaly, je samozřejmě více, nikdo z nás tam nahoře nebyl. Další hypotézou je vlhkost, která systém zkratovala.

Ptáte-li se, proč jsme si let semínka nevyzkoušeli dopředu, pak vězte, že to z administrativních a ekonomických důvodů nebylo dost dobře možné. Na dva starty prostě nebyly peníze a celý experiment navíc podléhal přísnému schvalování ze strany Úřadu pro civilní letectví, který z pochopitelných důvodů podobné experimenty usměrňuje.

Průběh teploty čipu vysílače v radiosemínkách (Radioseeds). Okolní teplota byla ještě výrazně nižší.

Řešení problému se zamrznutím je nasnadě. Pro příští let musíme zlepšit izolaci (teplotní i proti vlhkosti) akumulátorů v semínkách, případně použít odolnější (a tedy i dražší) baterie. Vše je pochopitelně limitováno hmotností. Nosnost balonu není neomezená a svou roli hraje i bezpečnost (nemůžeme z nebe hodit cihlu). Kromě zlepšení izolace, zvažujeme i vytápění druhou baterií nebo použití fóliového solárního článku.

Ve hře je i změna systému z GPS na APRS či RTTY. Samotné GPS trackery však přečkaly tvrdou zkoušku bez ztráty květinky. Za jejich poskytnutí musíme dodatečně poděkovat společnosti Az5. "Jsme velmi rádi, že jsme se mohli akce zúčastnit a těšíme se, že příště už společnými silami vyladíme semínka k dokonalosti," říká Filip Urban, dovozce a inovátor zabezpečovací techniky
ze společnosti AZ5 s.r.o.

Proč byl start opožděn

Někteří čtenáři a účastníci akce nám vyčítali opožděný start. Samozřejmě nás to mrzelo, ale zpoždění se nakonec ukázalo jako velmi šťastné, protože počasí se za těch 84 minut stačilo oproti všem předpovědím umoudřit natolik, že Dropion byl na obloze vidět ještě dlouhé minuty po startu. Ráno to přitom vypadalo na pěknou mlhu.

Výherci

Kompletní seznam výherců  Stratocachingu a způsob předání cen můžete najít na této stránce.

Prvním nálezcům jsme již osobně předali ceny (na fotografie se můžete podívat na Facebooku).

Ostatní jsme kontaktovali e-mailem. Po dohodě se sponzory dosud nenalezených Stratokeší (ESET 1, ESET2, Harddecore, Nano Energies) můžeme ohlásit, že hlavní výhry může stále získat jakýkoli nálezce Stratokešky po oznámení nálezu na telefonní číslo uvedené na semínku, a to do 31.12.2013.

A co tedy odklad startu způsobilo? Problém, se kterým se potýkají nejen amatéři jako my, ale i profesionálové například při vypouštění satelitů. Zakopaný pes má jméno EMC problém (Electromagnetic compatibility problem) a nastává téměř vždy, když se na malé ploše vyskytuje příliš mnoho elektronických součástek, které mají fungovat najednou. A věřte, že v Dropionu jich pár bylo. Zjednodušeně řečeno, jde o to, že jeden systém může svou funkcí negativně ovlivňovat jiné systémy. A přesně to se stalo i nám.

Na startu se ukázalo, že systém pro přímý přenos videa z paluby Dropionu významně blokuje (zhoršuje) příjem GPS RTTY. Po vynesení Dropionu z montážní haly se oproti obvyklým osmi až devíti satelitům nepřihlásil žádný. Hlavní inženýr letu Milan Barvíř (člen skupiny radioamatérů) se tedy během několika málo minut musel rozhodnout, zda Dropion vypustit a riskovat ztrátu signálu a tedy i ztrátu samotného Dropionu (a tím celého experimentu), nebo start zrušit, najít závadu a odstranit ji.

Některé z predikcí letu Dropionu s označením místa odpojení balonu (symbol výbuchu).

Naštěstí jsme s výpadkem jednoho systému pro sledování polohy balonu počítali. Dropion byl vybaven systémem záložním (v tomto případě APRS). Milan tedy po krátkém váhání a marných pokusech o odstranění problému mohl přeci jen dát povel ke startu.

Tomu však předcházela mnohaminutová diagnostika problému. Na první pohled totiž pochopitelně nebylo zřejmé, který systém GPS blokuje. Matoucí bylo navíc to, že při testech jednotlivých technologických celků k žádným problémům nedocházelo. Bylo nutné postupně jednotlivé okruhy vypínat a zkoušet, zda mají na příjem GPS signálu vliv.

Kompletní videa z celého letu

Pokud vás fascinují záběry z blízkého vesmíru nad Cerhovicemi stejně jako nás, můžete se podívat na kompletní záznamy z obou kamer (GoPro Hero 3 a Axis).

• Záznam kamery GoPro doplněný občas hrůzostrašnými zvuky "vesmíru" najdete na YouTube ve Full HD kvalitě tady.
• Záznam z kamery Axis bez zvuku, ale s doplňkovými údaji najdete na YouTube zde.

Vše ověřovali technici na řídícím počítači a přes celý dvůr Hydrometeorologického ústavu, který nám laskavě poskytl pro akci zázemí, signalizovali posunky na místo startu zda signál je, nebo není. Napětí v našem týmu bylo obrovské a zejména Milan Barvíř o tom ví své. Představa zklamaných účastníků, kteří se na start těšili dlouhé týdny (bylo jich přes dvě stě a tisíce kačerů) nás děsila. A to jsme v tu chvíli nevěděli, že na internetu se kouká dalších několik desítek tisíc lidí.

Napětí povolilo až ve chvíli, kdy se ukázalo, že záložní systém funguje stoprocentně. A fungoval naštěstí po celou dobu letu.

Pro lepší pochopení problému je možná ještě dobré si uvědomit, že celý vývoj Dropionu a vůbec celé akce probíhal najednou na několika místech (na projektu se podílelo přibližně 60 lidí) a do samotného startu nebyl čas vše stoprocentně dohromady vyzkoušet. Některé díly doputovaly ze specializovaných obchodů do Česka jen pár dnů před startem. Za akcí totiž nestála žádná organizace s měšcem plným peněz, ale "pouze" řada nadšenců, amatérů a odborníků, kteří většinu práce museli odvádět ve svém volném čase a zdarma. Někdy se také ukázalo, že původně zamýšlené řešení je zcela nevhodné a na poslední chvíli muselo být změněno. Předobraz pro technické řešení Stratocachingu ve většině ohledů neexistoval.

Proč měla semínka při dopadu tak malý rozptyl

Setkali jsme se i s výtkou, že semínka dopadla příliš blízko sebe. Všechny stratokešky se zatím našly na úsečce o délce 7,8 kilometrů. Proč tak relativně blízko? Je to dáno způsobem vypuštění a působením větru. Ve stratosféře, kde panují již zmíněné nízké teploty, můžete na nějaké běžně dostupné servomotorky zapomenout. Ty by sice teoreticky dokázaly semínka uvolňovat postupně, ale tam nahoře by prostě nefungovaly. Navíc by balon takový náklad ani neunesl. Pro uvolnění nákladu tedy přicházely v úvahu jedině speciální pyropatrony. Jsou jednoduché, dokáže je odpálit jednoduchý počítač a nic neváží.

Kompletní přehled článků

Vše, co jsme o Stratocachingu zatím napsali, najdete pod klíčovým slovem zde.

Ale na malé ploše nemůžete odpalovat jednu pyropatronu za druhou. Došlo by pochopitelně k poškození nákladu. A opět z důvodu hmotnosti a prostoru nebylo možné stratokešky opatřit nějakým "brněním" nebo ochranným krytem. Boj s hmotností a s tím spojeným dostatkem (respektive nedostatkem) energie nás ostatně provázel po celou dobu vývoje. Když někde přidáte, musíte logicky na druhé straně zase ubrat. Ono se totiž jednoduše řekne: dáme tam výkonnější počítač, ale co ho bude napájet? Každý článek něco váží. I při našem minimalistickém řešení jsme se ocitli na samé hranici nosnosti balonu. A to jsme použili ten největší, co je k dostání.

Jediné, co se do Dropionu vešlo navíc, byl speciální geocoin Járy Cimrmana. Legendární geocachingová bruntálská Zubatá žába už však nikoliv (kačeři vědí). 

Kdo všechno se na Stratocachingu podílel

Plán průběhu Dne D a přehled toho, kdo všechno se na projektu podílel a co všechno startu předcházelo, najdete v tomto článku.

Vše o Stratocachingu jsme také představili na přednášce v rámci Týdne Vědy.

Stratokeše tedy logicky dopadly nedaleko od sebe, protože byly vypuštěny v jeden okamžik a všechny se pohybovaly přibližně stejným způsobem. A odpověď na častou otázku, proč všechny leží na jedné přímce je také jednoduchá: vítr.

Na druhou stranu, šest stratokeší se stále nenašlo a mohou nás svou polohou překvapit. Možná, že je to odfouklo někam stranou, a právě proto je stále nikdo neobjevil.

Průběh počasí v den startu 16.11.2013 - 10:24 - dohlednost přes 5000 metrů. Start balonu s Dropionem. Na střeše ČHMÚ si můžete všimnout slunečníku, pod kterým je ukryto pracoviště kolegů z firmy Netrex, kteří zajišťovali přímý přenos z letu. Méně už je patrná otočná parabola (je bokem k fotoaparátu a není to ta velká v popředí na střeše), která balonovou sestavu po celý let sledovala.

V diskusích se vyskytl i návrh, že bychom mohli kešky vyhazovat z bezpilotního dronu. To by pochopitelně bylo možné, ale už by nešlo o experiment s letem do stratosféry. Nehledě na to, že "bombardovat" takovýmto způsobem je pochopitelně opět podmíněno získáním povolení ÚCL.

Proč Věda-Krása-Hra-Spolupráce

Navzdory podmínkám počasí (směr větru zklamal mnohé obyvatele východní části republiky) a také lidskému selhání (nefunkční mobilní aplikace, zmatky při výpadcích webu a zveřejňování souřadnic) máme všichni v týmu radost, že projekt naplnil kritéria "kouzelného experimentu."

Všechna dosud nalezená semínka leží podle předpokladů téměř v přímce protínající i místo dopadu Dropionu.

Stratocaching neobvyklým způsobem spojil lidi "z různých světů" v neformální a ne zcela dokonalý, o to však nadšenější tým spolupracovníků: studentů, vědců, radioamatérů, umělců, geocacherů a nic netušících obyvatel západních Čech. Chceme tedy poděkovat vám všem, kteří jste tento experiment se zápalem a smyslem pro humor pomohli realizovat.

Suvenýrem ze stratosféry podpoříte další experimenty

Stratocaching pro vás připravili lidé okolo Občanského sdružení Žádná věda. Pokud se vám akce líbila, můžete nás podpořit při přípravě dalších experimentů. Naši první akci, pokus s plazmatem uvnitř trubky ze smeťáku najdete zde.

Z každého prodaného trička, kulichu s motivem Stratocachingu nebo Stratocoinu jde 20 % na financování delších experimentů Žádné vědy.

Fešný kulich (přesně takový, jaký hřál členy týmu na startu balonu), tričko nebo sběratelskou minci si můžete koupit v obchodě Geofashion.cz.

Bílých Stratocoinů, které dostali i hlavní výherci, bylo ručně vyrobeno pouze 50 kusů.

Tričko Stratocaching

Proč musí být pokračování

Ukázalo se, že k ideálnímu průběhu akce nám ještě pár kroků chybělo. Některá nedopatření (zamrzlé stratokeše, odklad startu) vyplynula ze špatného odhadu časové náročnosti a nedostatku zkušeností, některá (nefunkční aplikace) ze selhání třetích stran. Všem nedostatkům se chceme příště vyvarovat a dotáhnout hru až do konce. Začínáme proto plánovat Stratocaching 2. Kdy, kde a jak se uskuteční, zatím nevíme.

Záleží také na tom, zda nám Úřad pro civilní letectví opět udělí povolení. Určitě vás ovšem budeme o vývoji průběžně informovat zde na Technetu, na stránkách Stratocaching.cz a na našem Facebooku.

Shrnutí on-line kampaně Stratocaching.cz v infografice