Brno, 2. 3. 2020, text a foto Jan Kužník

Teoreticky je můžete zahlédnout i vy. V pondělí druhého března se z hvězdárny na Kraví hoře vydaly na cestu kolem světa téměř dvě desítky balónů se speciálním nákladem. Miniaturní sondy budou po celou dobu letu vysílat svou polohu a výšku. Teoreticky mohou obletět zeměkouli i několikrát. Prakticky se většina zřítí nebo odmlčí velmi brzy po startu. Začala picoBalloon Challenge 2020, ve které si vítěz odnese finanční prémii 1000 Euro.

IMG_4739

Vrčení kompresoru, šustot nafukujících se fóliových balónů, radiostatický šum, pípání Morseovy abecedy, nadšené, ale i zklamané výkřiky diváků a soutěžících. To jsou zvuky, které asi nejlépe dokreslují soutěž picoBalloon Challenge 2020 odehrávající se v Brně v rámci akce nazvané Brno Space Days.

Jednotlivci i týmy se v ní snaží vypustit svou miniaturní sondu na standardizovaném balónu takovým způsobem, aby pokud možno zůstala ve vzduchu co nejdéle. Někdy jsou to dny i měsíce, někteří už dopředu počítají s tím, že baterie na miniaturním tištěném spojí nevydrží víc než pár hodin. Soutěže se může zúčastnit každý. Jsou zde „profesionální týmy“ s dlouholetou zkušeností z radioamatérských klubů i „rodinné podniky“, pro které je hlavním cílem start a pobavení i poučení přítomných dětí.

IMG_4705

Startují Poláci, Češi, Slováci i Němci. Vyhrát může kdokoliv. Bez ohledu na profesionální vybavení či konstrukci sondy, zásadně rozhoduje i štěstí. Stačí jeden náhodný poryv větru při startu a balón i se sondou skončí ve větvích okolních stromů. Přesně to se stalo i loňskému vítězi z Německa.

Na hmotnosti záleží

Soutěž má jen několik základních podmínek a pravidel. Sonda nesmí vážit víc než 20 gramů. Balón je pro každého stejný a plní se přímo na místě podle hmotnosti dané sondy. Sestava, která dokáže nejdéle vysílat údaje o své výšce a poloze, vyhrává. Jak to technologicky provede, je čistě na konstruktérech. Ve výšce kolem osmi až devíti kilometrů, kde může být až třicet stupňů pod nulou, to každopádně není jednoduchý úkol ani na pár hodin, natož několik dní nebo dokonce měsíců.

IMG_4671

Sonda může vlivem kolísající teploty (noc / den) pravidelně sklesávat a přitom se pochopitelně potká s vlhkostí. Voda, která na povrchu konstrukce vysráží a později zmrzne, nejenom zkracuje životnost akumulátorů, kondenzátorů a dalších citlivých součástek, ale zvyšuje i hmotnost celku. Balón přesně napočítaný na vztlakovou sílu dvou gramů pak už nedokáže vytáhnout sondu do potřebné výšky.

IMG_4724

V ideálním případě se sestava drží po celou dobu letu v maximální výšce, kde dojde k vyrovnání tlaku uvnitř balónu s okolím. Při dané hmotnosti sestavy a objemu balónu je dokonce možné výšku, ve které se celek dostane do rovnovážného stavu, přestane stoupat a (a teoreticky) obepluje Zemi, vypočítat.

IMG_4688

Platí, že čím je sonda lehčí, tím vyšší jsou i naděje na vystoupání do ideální hladiny a setrvání zde. Proto se i soutěžící snaží zkonstruovat sondy co nejlehčí. Pomyslným vítězem v této kategorii se letos stala pouhé 4,35 gramů vážící sonda z Polska.

Vysíláme přes celý svět

Celkovou hmotnost, ale i životnost systému ovlivňuje způsob jeho napájení. Zatímco někteří soutěžící jednoduše přilepili k sondě lithiovou nebo alkalickou AAA baterii, jiní vyřešili napájení solárními panely v kombinaci s kondenzátory. Taková konstrukce pochopitelně nabízí nejen nižší hmotnost, ale zejména prakticky neomezenou životnost.

IMG_4748

Rozdílné a technologicky zajímavé je řešení způsobu komunikace nákladu se zemí. Na startu se objevily sondy využívající APRS, RTTY, LoRaWan i Sigfox. Každá z komunikačních technologií a jejich případné kombinace mají něco do sebe. Světově nejrozšířenější a z pohledu dosahu tedy i nejspolehlivější je pochopitelně systém APRS. Vyžaduje však složení zkoušek a pořízení radioamatérské licence. Proto ji některé, zejména rodinné týmy použít nemohly. Někteří soutěžící naopak šli dál a místo obvyklé frekvence 144 MHz, zvolili v rámci APRS (Automatic Packet Reporting Systém) delší vlnovou délku na 14 MHz. Takový signál dokáže urazit výrazně větší vzdálenost, což se nad Asií a obecně nad východní částí zeměkoule hodí, protože četnost pozemních stanic je zde velmi omezená.

IMG_4824

Často volili konstruktéři ke komunikaci sondy se zemí síť LoRaWan (něco jako wifi pro IoT zařízení) využívající bezdrátový přenos dat LoRa. Ten, stejně jako například Sigfox slouží k přenosu malého množství dat při co nejmenší spotřebě energie s malými pořizovacími náklady. Životnost baterie, která napájí takové zařízení může být teoreticky i několik let. Velkou výhodou pro amatérské tvůrce je i fakt, že pro vysílání používá bezlicenční pásma.

IMG_4786

Velké popularitě se stále těší i radiodálnopis neboli RTTY (RadioTeleType). Tento způsob komunikace vlastně využívá principu klasických linkových dálnopisů. Poprvé takový telekomunikační systém testovalo americké vojenské námořnictvo už v roce 1922. Původně byl založen na dvou (případně vícero) elektromechanických psacích strojích umístěných v různých částech světa. Princip je stále stejný. Možnosti (stejně jako dosah) přenosu jsou omezené, proto se zde často ke komunikaci používá Morseova abeceda.

Stačí stará meteorologická sonda

Někteří soutěžící využili při výrobě své sondy vnitřnosti z meteorologické sondy Vaisala, kterou několikrát denně vypouští například meteorologové z hydrometeorologického ústavu v Praze Libuši. Při troše snahy ji na poli může najít každý. To je také asi nejrychlejší cesta k vlastní „družici“.  I když i zde jsou potřeba základy programování pro „přeflešování“ firmwaru modulu sondy a samozřejmě praktická znalost slaboproudé elektroniky a pájení.

IMG_4679

Pro odečtení polohy většina konstruktérů použila na svých sondách GPS senzor, někteří se však spokojili jen s identifikací brány, která v danou chvíli zachytila vysílání sondy. Vzhledem k tomu, že přesnost polohy nehraje při soutěži roli, bohatě to stačí. Pokud na palubě GPS chybí, povinný údaj o výšce se díky barometru dopočítává podle tlaku. Některé týmy do výbavy sondy přidaly i snímače teploty.

Všechny sondy startovaly zavěšeny pod fóliovým balónem o průměru přibližně jeden metr. Ten organizátoři soutěže používají místo běžného latexové, který mnohem více propouští plnící plyn hélium a za dva dny tak byl balón prázdný.

IMG_4719

Na výsledky soutěže si, pokud vše půjde dobře, počkáme několik dní a možná i týdnů. Ti, co totiž měli štěstí a už při startu jejich sestava netrefila některý ze stromů v okolí se teď musí soutěžícím ozvat a nahlásit požadované údaje. I to může trvat několik dní. Teprve když se totiž sonda neozve 10 dní, je považována za ztracenou. Vítěze i průběh akce můžete sledovat na facebookových stránkách pořadatele, kterým je Hvězdárna a planetárium Brno.

Konstruktéři nejdéle letícího balonu (anebo posledního vysílajícího a letícího balonu) obdrží cílovou prémii ve výši 1000 euro. Konstruktéři čtyř dalších nejdéle letících balónů obdrží cenu ve výši 200 euro.

IMG_4798

Odkazy:

Pro airZone.TV Jan Kužník

Odpovědět