Experimento TEL

El experimento de corte de cuerda no funcionó como se esperaba. La cuerda de ejemplo estaba sin cortar.

El principal motivo del fallo se debe a la descarga de la batería de 9V que se embarco para generar el corte. Se comprobó el estado de la batería y se descubrió que estaba totalmente descargada, a 7,64V. Lo normal serian 9,6V.

La exploración visual del recubrimiento del MOSFET utilizado indica que circulo corriente a través suyo durante un periodo de tiempo. Se calentó y fundió parcialmente el recubrimiento, pero nada importante. Esto indica que la corriente, a muy bajo voltaje, estuvo pasando a través suyo por un tiempo, pero fue insuficiente para generar ningún efecto.

Experimento 2C

El experimento funcionó parcialmente, ya que hasta 3000 metros se consiguió telemetría. Se sospecha que no se pudo más lejos por las antenas que se pusieron en la estación terrestre. Muy pequeñas.

Experimento Motor de Reglas

Funcionó perfectamente, el sistema generó los tokens de control según como estaba previsto.

Chicken Wings (The Air and Space Box Program)

Biológicos

En el Servet 5 pudimos comprobar que las patatas sufren necrosis por engelamiento. Pero las legumbres deshidratadas sobreviven sin problemas a las bajas temperaturas y la radiación. La germinación de lentejas y un crecimiento equivalente a las muestras de control que se germinaron a la vez no se apreciaban diferencias. Este año se han subido semillas de Ginkgo Biloba que actualmente están estratificándose para germinarlas en primavera, para iniciar entonces el seguimiento comparado con las muestras de control.

Comunicaciones: 

LoraWan conseguimos una cobertura bastante amplia a pesar de que por motivos de fallo en la configuración el dispositivo estuvo en silencio por encima de los 12000 metros. La cobertura fue prácticamente ininterrumpida durante el vuelo.

Lora

El dispositivo auxiliar de tan solo 10 mW funcionó muy bien complementando las señales de LoraWan e informando del status de la sonda. 

Seguimiento

El software de predicción hizo un cálculo muy acertado del lugar de impacto facilitándonos la recogida. El canal de Telegram para el seguimiento funcionó correctamente. El software offline de información del estatus de la sonda y su posición también funcionó correctamente. Ahora nos queda descargar los datos de la base de datos para revisión.

Sistema de Estabilización

El sistema de estabilización por efecto Magnus no funcionó como se esperaba. Los ejes de los rodillos acabaron muy desgastados y generaron resonancia en la sonda. Tenemos ya soluciones de mejora.

Audio y Vídeo

Las imágenes en alta resolución 2.1K y 60 fps nos han ayudado a entender lo sucedido en el vuelo y poder confirmar visualmente el funcionamiento propio y del resto de sondas del tren. 

GaCLA (Greenhouse Gas Concentrations in the Lower Atmosphere)

GaCLA (Greenhouse Gas Concentrations in the Lower Atmosphere) es un proyecto cuya finalidad es medir tres gases de efecto invernadero (dióxido de carbono, ozono y vapor de agua) a distintas alturas de la baja atmósfera. Para ello se creó una sonda que recogería estos datos además de temperatura, presión y localización GPS (latitud, longitud y altitud) para poder contextualizar los datos que se recogieran. Además de guardarse estos datos localmente, se envían por radiofrecuencia utilizando los protocolos LoRa y LoRaWAN.

La cápsula está compuesta de dos TTGO T-beam (microcontroladores basados en el ESP32 que además incorporan comunicación LoRa y LoRaWAN además de GPS) y los distintos sensores para medir los gases en cuestión: BME280 para medir la temperatura, presión y humedad relativa (a partir de la cual se puede obtener la concentración de vapor de agua); MH-Z14A para medir la concentración de dióxido de carbono; y ZE25-O3 para medir la proporción de ozono. Estos sensores se escogieron por su fiabilidad teniendo en cuenta su bajo coste, pues sensores que pudieran tomar mediciones más precisas costaban significativamente más (por encima de los 250€ cada uno) en el caso de los dos últimos.

El lanzamiento fue parcialmente satisfactorio: la sonda se pudo recuperar, todos los sensores recogieron datos y estos se guardaron y transmitieron por radio, pero los valores presentaron anomalías. En primer lugar, el sensor de CO2 no recogió datos por debajo de los 400 ppm pese a que supuestamente sí podía y posteriormente se observó cómo la concentración de dióxido de carbono sube con la altura, algo completamente opuesto a lo esperado. Además, el sensor de ozono recogió datos con mucha más variabilidad de la prevista a alturas bajas, por lo que las concentraciones obtenidas por el sensor no son

fidedignas.

Los problemas en las mediciones de CO2 pueden deberse a una mala programación por defecto del sensor por la cual no midiera bajas concentraciones. Por otro lado, los provenientes del sensor de ozono no están muy claros. Ambos sensores pudieron además dar valores extraños debido a mediciones cruzadas de otros gases y a las condiciones anormales de presión y temperatura encontradas durante la subida y bajada, puesto que están preparados para trabajar a presiones y temperaturas propias de la superficie terrestre.

En cualquier caso, los datos recogidos por los sensores de CO2 y O3 no están corregidos con la presión. Por las tecnologías de medición que usan, lo que miden es la concentración absoluta de estos gases y, tomando una presión atmosférica estándar, asumen la cantidad total de gas para hallar la concentración relativa que es la que devuelven (ppm de CO2 y ppb de O3). Debido a estas anomalías en los datos, se optó por no retocarlos para evitar añadir más orígenes de error.

Como conclusión, en caso de repetirse un experimento de medición de gases atmosféricos, se recomendaría a quienes lo fueran a realizar que optaran por utilizar sensores con tecnología óptica (que cuantifican la luz de una longitud de onda precisa que ha sido absorbida por el gas objetivo) y si fuera posible que contaran con alguna garantía del fabricante de que puedan funcionar a esas presiones y temperaturas.

Servet Wings

Debido a problemas de última hora no hemos tenido grandes descubrimientos durante el vuelo, aun así, podemos confirmar que la radiación aumentó aunque poco, ya que no subió lo que a todos nos hubiera gustado. Por otro lado, intentamos buscar otros mini-experimentos:

La batería, sin ninguna protección térmica extra, hubiera dejado de dar energía al ordenador de aborto si se hubiera llegado a los 35 km de altitud.

Un simple sensor analógico sin chip funciona sin problemas con la baja temperatura y mantiene la precisión.

Sitripio 1

La cápsula Sitripio (Barcelona) pretendía ser un demostrador tecnológico de un microcontrolador de reciente creación, el RP2040, unido mediante un sistema de radiofrecuencia a la red LoRaWAN de The Things Network. La cápsula debía transmitir con muy poca potencia la temperatura interna del procesador y la posición GPS del sistema.

En las horas previas al lanzamiento hubo algún problema (todavía por determinar) con el módulo de radio y la sonda no pudo transmitir correctamente sus datos pero se ha comprobado que el ordenador de a bordo seguía funcionando después de su vuelo a través de la estratosfera.

Aunque un poco agridulce por el fallo imprevisto del módulo de radio, creemos que la misión ha sido casi un éxito completo al sobrevivir el sistema a las inclemencias de la estratosfera y el aterrizaje.

En futuros vuelos del Proyecto Servet se habrán solucionado los problemas de comunicación y podremos considerarlo un éxito completo.

CRANGILANDER I

Mi selección en la convocatoria SERVET VII para desarrollar experimentos científicos y técnicos por parte de ciudadanos en entorno de gran altitud ha supuesto poner en práctica (o intentarlo) alguna de las ideas que me rondaban en la cabeza de cara a posibles aterrizajes autónomos de sondas.

El experimento principal era comprobar la capacidad de autofrenado de la cápsula empleando autorrotores, tal como se puede ver en este video didáctico de la NASA https://youtu.be/HrKRWsrZuYc

Para ello diseñé y construí una capsula que constaba de dos hélices, una de dos palas y otra de tres de forma que pudiera comprobar la diferencia de rendimiento entre los dos diseños medido en forma de velocidad angular de rotación.

Para medición de esta velocidad de rotación empleé dos encoders diseñados manualmente con sensores de efecto Hall A3144.

Además, la hélice de tres palas iba acoplada a una célula de carga con el fin de cuantificar el empuje de frenado producido por el efecto de rotación. 

También estaba previsto, dentro de los experimentos de CRANGILANDER I, medir el albedo de la Tierra en estas latitudes, pero debido a que no encontré sensores de luz lo suficientemente fiables deseché realizar esta parte del experimento.

Además de medir las velocidades de rotación de las palas y el empuje ejercido sobre una de ellas (tripala), medimos los siguientes parámetros físicos:

• Posición (latitud, longitud, altitud) y hora: GPS Neo 6M
• Presión atmosférica: BMP180
• Temperatura interior de la cápsula: BMP180
• Temperatura exterior: DS18B20

De forma indirecta también medimos:

• Velocidad de ascenso/descenso
• Densidad del aire

La cápsula también incluía una minicámara, pero agotó su batería antes de iniciar el ascenso.

Para controlar todos estos sensores empleé un microcontrolador Teensy 3.5 que además tiene la posibilidad de guardar todos los datos obtenidos en una tarjeta microSD a modo de respaldo.

 Además de guardar los datos de los sensores en la tarjeta de respaldo, estos se enviaban por LoRa 868 MHz cada 30 segundos a la estación de tierra. Esto se conseguía con un módulo Dorji DRF1276DM.

La estación de tierra consistía en otro de estos módulos conectado a un teléfono móvil que leía por el puerto serie las tramas de datos enviadas. 

De las 208 tramas de datos enviadas se recibieron en tierra 166, lo que en mi parecer es un buen dato.

Estos han sido los datos más significativos del vuelo:

Unos cuantos gráficos asociados al experimento principal:

De la observación de los datos y gráficos obtenidos se puede comprobar que hubo un periodo durante el ascenso (de los 5671m a los 9839m) y durante el descenso (de los 7843m a los 2299m) en los que el gps dejó de enviar datos nuevos ya que pasó de recibir con 9 o 10 satélites a 0 en esos tramos. No encuentro justificación alguna a esta incidencia.

También el sensor de temperatura exterior DS18B20 dejó de marcar temperatura cuando se aproximó a las temperaturas mínimas recomendadas por el fabricante (en mi caso, tal vez por no ser un sensor “oficial” dejó de dar datos por debajo de -54.31ºC)

En cuanto a las velocidades de rotación de las palas, estas se mantienen más o menos constantes con relación a la velocidad de ascenso del globo, 5300rpm para la tripala y 4400rpm para la bipala. Ahora bien, en el momento que la densidad del aire baja de los 0.43 Kg/m3 la velocidad de rotación se desploma llegado a ser 0 rpm cuando la densidad del aire es de 0.35 Kg/m3.

Por todo ello, podemos concluir que el efecto de aerofrenado podría comenzar cuando la densidad del aire es de unos 0.5 Kg/m3, es decir a unos 8500m de altitud y alcanzar su régimen constante a los 7500m que es cuando se vuelven alcanzar las 5400rpm de media en la hélice tripala.

Lo que no he podido confirmar es que el empuje ejercido por el autorrotor sea suficiente para el frenado. Creo que ello es por un mal diseño en esta parte del experimento en varios aspectos. Uno de ellos es no haber tenido en cuenta que el sistema de la cápsula no era un sistema aislado al ir en el mismo tren que el resto de cápsulas y paracaídas y por tanto no ir en “caída libre” real. El otro problema, ha sido posiblemente las mediciones de la célula de carga, ya que no parecían muy consistentes a lo largo de todo el vuelo.

CONCLUSIÓN

El proyecto Servet VII me ha dado la oportunidad de poder llevar a cabo experiencias que sin el apoyo de organizaciones como Ibercivis sería difícil de hacer. Además, hacerlo junto con un grupo de ciudadanos con intereses similares de los cuales he aprendido mucho es un añadido nada despreciable.

PaPe3 + (uPape3A+uPape3B)

Cuando se lanzan picoglobos / picoballons desde tierra se suele usar muy poco helio, si usamos de más el globo explota y si se usa de menos el globo se va llenado de humedad que se convierte en hielo y hace que caiga.

El experimento consistía en transportar dos picoglobos con muy poco helio, ya que al subir propulsados por un globo de gran altitud al subir tan rápido se evitaría que se formara el peligroso hielo.

Con helio y una microsonda de apenas 10g se buscaba alcanzar alturas de unos 12km.

¿Qué hay de interesante a 12km?

Las corrientes de chorro, estas se encuentran entre los 9km y los 16km, y son un flujo de aire que circunvalan la tierra a velocidades entre los 90 y los 400 km/h.

Cuando un picoglobo alcanza uno de ellos puede circunvalar la tierra en tan solo unos días. Vídeo.

El diseñar un mecanismo que portara y libera una frágil sonda de 10g fue un reto y llevo más tiempo del que inicialmente había pensado, optando finalmente por diseño de pinzas accionado por un pequeño servo.

Para el diseño utilice la aplicación de código abierto FreeCAD, imprimiendo partes con una impresora 3D y utilizando una cortadora laser para conseguir unos engranajes más precisos. 

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El proyecto de ciencia ciudadana #ServetVII ha elegido la localidad de Ateca para vivir su momento más esperado: el lanzamiento de los 2 globos sonda que subirán hasta más de 30.000 metros de altura. Los lanzamientos serán este sábado 22 de octubre por la mañana. Los globos están equipados con cápsulas diseñadas y construidas por científicos ciudadanos y permitirán tomar datos durante su ascenso a la estratosfera y desarrollando diversos experimentos científicos. 

Lugar de los lanzamientos: IES Zaurín, P.º Manubles, 6, 50200 Ateca, Zaragoza

Hora de apertura al público: 11:00h

Hora prevista para los lanzamientos: 11:30h

Servet es un proyecto de ciencia ciudadana para democratizar el acceso al espacio que involucra a toda una comunidad de entusiastas de la astronáutica, la navegación espacial y todo aquello que se mueva a más de 12.000 metros sobre el nivel del mar. El éxito de la iniciativa ha sido tal que ya ha llegado a su séptima edición. 

Durante las últimas semanas se han propuesto, diseñado y fabricado sus cápsulas y experimentos, que se lanzarán en los globos hasta alcanzar la estratosfera. 

¿Cómo se pueden ver los lanzamientos?

Cualquier persona interesada en conocer y presenciar los lanzamientos del sábado 22 de octubre podrá acercarse hasta el IES Zaurín, donde podrá conocer los pormenores y preparativos previos, charlar con los responsables de las cápsulas y seguir el recorrido de los globos hasta su reentrada a la Tierra desde la estratosfera.

Servet cuenta con el apoyo de la Fundación Ibercivis, la Universidad de Zaragoza,  Etopia Centro de Arte y Tecnología, los Laboratorios CESAR en Etopia, el Ayuntamiento de Ateca la Unión de Radioaficionados Españoles y financiado por la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología – Ministerio de Ciencia e Innovación.

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Nuestro plan es probar la fiabilidad de equipo informático de tipo industrial en condiciones extremas de temperatura y movimiento mecánico. Queremos montar tres placas (de menos de 40gr cada una) realizando operaciones sincronizadas y grabando los datos en una tarjeta SD. En paralelo, enviaremos datos por radio para confirmar que el experimento sigue unos resultados esperados. Las placas a usar serían Arduino Portenta H7 con doble núcleo, Arduino Nicla Vision con cámara embebida y sensores industriales de Bosch, y Arduino Portenta X8, con 9 núcleos en 2 procesadores.

Todo el sistema se alimenta desde una batería recargable de alto mAh, siendo la pieza más pesada de todo el conjunto. Espero diseñar una placa que sirva para colocar toda la electrónica en una sola pieza dentro del contenedor. Como añadido, colocaremos un GPS de Ublox preparado para 1g.

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Cápsula propia controlada por microcontrolador con GPS y comunicaciones LoRA. Peso inferior a 400gr.

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Mejorar los Sistemas de Estabilización probados en el Servet 5. Mejoras en el seguimiento del globo, web pública (los datos sensibles para la recogida serán solo accesibles bajo password para el grupo de lanzadores) para el seguimiento de la sonda. Pruebas de Lorawan en up/downlink. Hacer video.

Frecuencias: Lorawan, Lora de 433Mhz a 10 mW para la recuperación.

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Tenemos tres experimentos sobre los que estamos trabajando. 1. Medición de CO2 a lo largo del ascenso para hacer un mapa vertical de concentraciones de CO2. 2. Medición de % de transmisión de sonido en función de la altura. 3. Caracterización de parámetros biológicos de líquenes y plantas tras exposición a altos índices de radiación. El objetivo de cada experimento es diferente. Con el primero y tercero estamos trabajando en sensibilización y propuesta de regeneración contra el efecto invernadero. El segundo cumple un objetivo formativo para nuestro alumnado. Los proyectos no están desarrollados técnicamente. El peso total no supera los 400 gr.

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Planteo llevar a cabo dos misiones. Una puramente científica: medida del albedo de la Tierra en la zona de lanzamiento y otra científico-técnica: medida del rendimiento de unas palas de autorrotor y su relación con la densidad de la atmósfera y de la velocidad de ascenso/descenso de la sonda.

Las palas del autorrotor serán prototipadas en PLA y estarán unidas al eje un micromotor. La sonda contará con un sensor de giro (velocidad y sentido de giro), sensores de Temperatura, Presión atmosférica, humedad relativa, luz, gps y transceptor LORA, así como una cámara de video. Todo ello estará controlado por un microcontrolador Teensy 3.6.

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La idea es lanzar una sonda de un peso de unos 300gr, que porte dos picoballons muy justos de helio, para soltarlos ya en altura y ver si así se consigue alcanzar una mayor altitud.

La sonda principal usará comunicaciones por LoRa en la banda ISM de 433 Mhz y 868 MHz (Thethingnetwork).

Las picosondas una funcionará en ISM 433 Mhz y la otra en 868 MHz (Thethingnetwork).

En la banda de 433Mhz se probarán comunicaciones entre las sonda principal y la picosonda a modo de repetidor.

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La atmósfera está compuesta por un grupo diverso de gases. Algunos de ellos, como el dióxido de carbono, el vapor de agua o el ozono convierten los rayos infrarrojos en calor de manera especialmente eficiente, influyendo así en la temperatura de nuestro planeta. Es por este fenómeno que son conocidos como gases de efecto invernadero.

Algo a resaltar de estos gases es que su concentración varía según la altitud en la que se toma la medición. En los primeros kilómetros, sus concentraciones son más altas debido a efectos antropogénicos, es decir, producidos por los seres humanos. Ejemplos de esto son la quema de materia orgánica (como combustibles fósiles o vegetación) o los resultados de procesos industriales. Posteriormente, entre 15 km y 50 km de altitud aproximadamente, se observa un nivel de ozono especialmente alto producido por la interacción entre los rayos ultravioleta provenientes del espacio y el oxígeno atmosférico. Esta franja de la atmósfera es la conocida como capa de ozono, responsable de disminuir la radiación ultravioleta de alta energía que llega a la superficie terrestre.

El propósito de esta sonda es conocer cómo varía la concentración de estos gases (vapor de agua, dióxido de carbono y ozono) en función de la altitud. De esta manera, se pueden conocer de forma aproximada la magnitud de los efectos antropogénicos en la baja atmósfera y la concentración de ozono en la primera mitad de la capa de ozono.

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El OBC (On Board Computer) de esta sonda es una raspberry pi zero. Se pretenden embarcar dos dispositivo LoRa, o dos de ebyte o uno de ebyte y otro un ra02. La idea es utilizar ambos en frecuencias centrales ligeramente separadas (podemos movernos por configuración entre los 410 Mhz y los 440Mhz si llegara el caso) para implementar una comunicación full-duplex con la sonda.

El experimento principal consiste en enviar comandos a la sonda y que ésta los pueda devolver para comprobar la viabilidad de enviar comandos de control desde tierra.

El experimento secundario consta de un dispositivo experimental de corte de cuerda. En el experimento no cortaremos la cuerda que une la sonda al tren de lanzamiento, sino que embarcamos una pequeña cuerda que estará unida por ambos extremos a nuestra sonda. El diseño del dispositivo hará que la cuerda circule por su interior y que esté en contacto permanente con una resistencia basada en hilo de NiCromo, que, mediante un transistor controlado por un GPIO de la pi, se encargaría de controlar el momento del corte.

El sistema en sí se alimentará de una batería auxiliar en el interior de la pi y el sistema eléctrico llevaría un sistema físico de protección (el armado del circuito) que se retiraría solo antes del vuelo.

En esencia, queremos ver si podemos ordenar el corte de la cuerda en el momento que queramos (manual o programáticamente).

Finalmente, si los tiempos dan, haríamos un tercer experimento y sería sustituir la base de baterías 18650 que solemos usar por una solución de tipo EPS (Energy Power System) que estamos desarrollando en colaboración con un alumno de ing. electrónica de la UB. La idea es que este dispositivo lo podamos donar a los centros a futuro como el primer componente ad-hoc diseñado exclusivamente para HABs.

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