YO3IHG ham radio website: iunie 2020

Data zborului: 14 iunie 2020
Durata zborului: 3 h si 54 min
Altitudine maxima: 35009 m
Greutate payload: 164 g
Viteza ascensionala: 3.5 m/s
Indicativ: YO3ICT-PITS
Telemetrie: LoRa, RTTY, 437.600 MHz

Balonul de inalta altitudine (High Altitude Balloon - HAB) este cea mai accesibila metoda de a trimite un obiect la limita dintre atmosfera si spatiu, unde temperatura scade pana la -60 °C, aerul are doar 1% din densitatea de la sol si unde se poate observa curbura Pamantului. Aceste zboruri pot avea mai multe obiective, de exemplu fotografia, diverse masurari ale mediului in scopuri stiintifice, sau chiar scopuri publicitare.

Pe data de 14 iunie, am avut ocazia de a participa pentru prima data alaturi de Eduard YO3ICT si sotia lui, Laura la o noua lansare a unui balon stratosferic. Scopul a fost de a obtine fotografii de la o altitudine de 35000m si de a testa un nou design al trackerului PITS (Pi In The Sky).

Dupa cum ne sugereaza numele, trackerul are la baza un computer single-board Raspberry Pi Zero. Pe acesta se conecteaza o a doua placa de dimensiuni similare, pe care este instalat receiverul GPS, transceiverul LoRa, senzorii de temperatura, un buzzer si cateva butoane de comanda. Optional se poate conecta o camera video sau un sistem de decuplare.

Receptia poate fi facuta cu asa numitul „LoRa Gateway”, de data aceasta fiind suficiente doar un Raspberry Pi si un modul LoRa. Atat procesul de instalare, cat si modul de configurare sunt descrise pe site-ul lui Dave Akerman. Gateway-urile pot fi instalate atat in locatii fixe, cat si in masinile de urmarire. Conexiunea la internet este necesara pentru a putea urca datele de telemetrie pe trackere online, de exemplu tracker.habhub.org.

Din nefericire semnalul LoRa nu poate fi demodulat cu ajutorul unui SDR, deoarece este un standard de transmisie proprietar.

Balonul a transmis atat telemetrie, cat si fotografii SSDV la viteza de 1400 bps, utilizand standardul LoRa cu o largime de banda de 20.8 KHz si spreading factor 6. Modulul LoRa a fost configurat in frecventa de 437.600 MHz, cu o putere de numai 50 mW.

Pentru a obtine o caracteristica de radiatie omnidirectionala fara nul pe verticala nacelei, am utilizat o antena dublu dipol cu polarizare orizontala, realizata de Eduard.

Nacela a fost prevazuta cu un sistem de decuplare cu servomotor. Acesta actioneaza decuplarea nacelei de balon in anumite conditii, cum ar fi atingerea altitudinii dorite sau parasirea unei zone geografice prestabilite, deasemenea avand scopul de a facilita recuperarea.

Balonul a fost lansat in dimineata zilei de 14 iunie la ora 10:10 de la marginea localitatii Mizil, judetul Prahova.

Pentru o greutate a payload-ului de 164g, volumul gazului a fost calculat astfel incat balonul sa aiba o viteza de urcare de 3.5 m/s.

Avand o oportunitate extraordinara, cu vant de la est la vest, zborul s-a derulat fara probleme pana la 14000m altitudine, de unde a incetat sa mai transmita imagini din cauza unui contact electric care nu a rezistat la variatile de temperatura. Balonul a continuat sa urce, iar nacela a fost decuplata automat la 35000m altitudine. In primele momente de coborare nacela a atins 168 m/s, pierzand 10000 m altitudine in aproximativ 2 minute.

Pe tot parcursul zborului, balonul a putut fi urmarit online pe tracker.habhub.org, multumita unui numar redus de gateway-uri active (YO3FWL, YO3ICT, YO3IHG, YO5VAE, YO6OSC, YO9FFX). Fotografiile transmise s-au putut vedea in timp real accesand ssdv.habhub.org.

Dupa ce coboara sub 500m altitudine, trackerul incepe sa transmita pozitia si in RTTY, pentru a face recuperarea mai usoara. Datorita largimii de banda mai inguste fata de LoRa, semnalul RTTY poate fi demodulat cu un SNR mult mai mic, atunci cand nacela ajunge la sol. In acest fel cresc sansele de gasire a nacelei.

Nacela a fost recuperata cu succes cateva ore mai tarziu dintr-o padure destul de deasa din apropierea localitatii Mija, judetul Dambovita. La cautare ne-a insotit Sorin YO9FFX.

Imagini din nacela

Datorita costurilor relativ reduse, lansarea baloanelor de mare altitudine a devenit un hobby foarte popular in ultima perioada, hobby numit adesea si "programul spatial al saracului". Cea mai cunoscuta organizatie din acest domeniu este UKHAS.

Mai multe informatii pot fi gasite in linkurile de mai jos.
UK High Altitude Society
Dave Akerman
Pi In The Sky
Predictie zbor

Foto de YO3ICT si YO3IHG

In urma unei discutii cu Eduard YO3ICT despre baloanele stratosferice, am aflat despre radiosondele meteo. Acestea sunt instrumente de telemetrie, care masoara diversi parametrii meteo si apoi ii transmit la sol prin intermediul undelor radio. Radiosondele sunt transportate in atmosfera cu ajutorul baloanelor meteorologice.

Radiosondele moderne masoara sau calculeaza urmatoarele variabile: pozitia geografica, altitudinea, presiunea atmosferica, temperatura, umiditatea, viteza si directia vantului. Deasemenea se pot masura si alti parametrii, ca de exemplu concentratia de ozon, prin conectarea unor senzori auxiliari.

Atat pozitia GPS cat si datele meteorologice sunt transmise la sol in timp real prin radio in banda 400-406 Mhz.

In Romania, radiosondele sunt lansate zilnic la orele 11:00 si 23:00 UTC de la Centrul Meteorologic Regional Muntenia din Afumati.
Modelul utilizat cu preponderenta in tara noastra este RS41-SG, de la binecunoscutul producator de statii meteo Vaisala. RS41 transmite datele cu modulatie de tip GFSK, utilizand o largime de banda de aproximativ 5 Khz, la viteza de 4800 bps. Conform datelor de catalog, puterea de emisie este de maxim 60 mW.
Frecventa in care pot fi receptionate in sudul tarii este de 403.920 MHz.
In functie de conditiile meteo, baloanele pot ajunge la o altitudine de peste 30000 m, iar durata medie de zbor este de 2 ore.
Dupa ce au aterizat, radiosondele nu mai sunt recuperate de catre ANM, deoarece operatiunea de recuperare este mai costisitoare decat utilizarea unei sonde noi.

Acum cativa ani am avut ocazia sa particip la lansarea si recuperarea unor baloane stratosferice in scop stiintific, asa ca discutia mi-a starnit curiozitatea de a recupera cateva radiosonde.

Pe internet am descoperit o comunitate destul de mare de vanatori de radiosonde meteo, majoritatea fiind si radioamatori, in mai multe tari ca Bulgaria, Austria, Germania, Italia sau Polonia.
Acestia au dezvoltat o varietate de softuri de urmarire a sondelor si stocare a datelor receptionate, atat pentru Windows, cat si pentru Linux.

Pe site-ul SQ6KXY Radiosonde Tracker poate fi gasita o baza de date online foarte complexa, cu toate datele stranse de la receiverele din intreaga lume. Dupa creerea unui cont, tot aici pot fi marcate sondele gasite. In felul acesta ceilalti vanatori pot verifica ce sonde au fost deja recuperate si ce sonde sunt inca disponibile.

Primele receptii le-am facut cu softul RS41 Tracker pentru Windows, care se poate descarca gratuit de pe site-ul lui IW1GIS. Este un soft destul de complex, dar usor de folosit, cu ajutorul caruia se pot decoda toti parametrii transmisi de radiosondele Vaisala RS41. Pozitia poate fi afisata atat local pe harta online sau offline, cat si pe aprs.fi in cazul in care avem disponibila o conexiune la internet. Softul este insotit de un manual de utilizare foarte bine structurat.

Am utilizat un receptor SDR Airspy R2 impreuna cu SDR# si Virtual Audio Cable. Semnalul fiind destul de puternic, a fost suficienta o antena Diamond AZ506 montata pe talpa magnetica la geam la etajul 1 in zona de nord a Bucurestiului.

Cea de a doua solutie utila pe care am gasit-o, este utilizarea unui Raspberry Pi cu softul Radiosonde Auto-RX. Softul a fost creeat de VK3FUR si VK5QI si poate fi descarcat de pe github. In sectiunea „wiki” este descris foarte bine modul de instalare in CLI, nefiind necesare cunostiinte de Linux.
Auto RX poate decoda mai multe tipuri de radiosonde uzuale, printre care Vaisala RS41/92, Graw DFM06/09/17, Meteomodem M10/20 sau Intermet Systems, Lockheed Martin, Meisei.

Atat pozitia GPS cat si datele de telemetrie pot fi vizualizate in timp real pe o pagina web si in acelasi timp sunt exportate catre serverele radiosondy.info si sondehub.org.

Avantajul acestui setup este ca poate fi lasat la receptie 24 din 24 de ore, timp in care scaneaza banda si stocheaza datele de la orice radiosonda receptionata.

Din pacate softul nu a fost gandit sa functioneze cu SDR-uri Airspy, asa ca a fost necesar sa achizitionez un binecunoscut RTL-SDR. Pentru a avea o stabilitate buna in frecventa, este recomandata utilizarea unui SDR cu TCXO de 0.5 ppm, ca de exemplu Nooelec NESDR SMArt sau RTL-SDR.COM V3.

Pe acelasi Raspberry Pi se mai poate instala softul Chasemapper. Acesta preia datele de telemetrie din Radiosonde Auto-RX si ofera o interfata de cartografiere usor de utilizat. Chasemapper vine in ajutorul vanatorilor de pe teren, deoarece poate face predictia aterizarii balonului in timp real. In acest fel putem ajunge la locul aterizarii inaintea balonului si putem vedea coborarea acestuia.

Pentru a putea urmari si recupera radiosondele pe teren, in afara de radiogoniometrie, exista mai multe solutii tehnice pentru decodarea pozitiei GPS.

OM3BC ne propune utilizarea unui Raspberry Pi cu LCD touchscreen si RTL-SDR. Softul functioneaza fara probleme, dar dupa parerea mea Raspberry Pi-ul are un consum mult prea mare de curent (peste 1A) si degaja prea multa caldura pentru a putea fi utilizat in portabil.

O solutie mult mai compacta si cu un consum redus de energie este utilizarea placilor de dezvoltare cu microcontroller ESP32 si modul LoRa in banda de 433 MHz. DL9RDZ a dezvoltat un soft pentru tracking destul de complex pentru aceste microcontrellere, care poate fi descarcat tot de pe github. Deasemenea in sectiunea „wiki” pot fi gasite informatii atat despre placile suportate, cat si despre instalare si configurare.

Am testat doua modele de placi de la TTGO, LoRa32 (v2.1_1.6) si T-Beam (v0.7 si v1.0). Primul model, LoRa32, este compact si are display OLED inclus. Al doilea model, T-Beam, are suport pentru acumulator Li-Ion de tip 18650 si receiver GPS, dar displayul OLED/LCD trebuie achizitionat separat. Avantajul utilizarii unui T-Beam este ca poate calcula cu ajutorul GPS-ului distanta si directia de deplasare catre radiosonda.

Va recomand sa evitati TTGO T-Beam versiunea 0.7, deoarece atunci cand este alimentat din baterie, controllerul de incarcare TP5400 produce interferente RF atat de mari astfel incat modulul LoRa nu mai poate demodula semnalul util. Aceasta versiune de placa functioneaza corect numai alimentata din portul USB. La versiunea 1.0 circuitul de incarcare a fost inlocuit cu AXP192 si emisiile nedorite au disparut.

Microcontrollerul ESP32 are WiFi integrat, cu ajutorul caruia putem configura trackerul printr-o interfeta web. Aici putem defini listele de frecvente, putem configura conexiunea WiFi (mod AP sau client) si celelalte setari are trackerului, sau putem vedea pozitia balonului pentru a putea fi exportata mai usor intr-un soft de navigatie. Deasemenea interfata web mai are cateva butoane virtuale pentru diverse comenzi, pe langa cele fizice existente pe placa.

In comparatie cu Raspberry Pi, consumul trackerelor cu ESP32 este foarte redus, de aproximativ 50 mA pentru LoRa32 si de 160 mA pentru T-Beam.

Pentru utilizatorii de telefoane cu sistem de operare Android, radioamatorii italieni au dezvoltat softul MySondyGo. Acesta nu este disponibil si pentru iOS, asa ca din pacate nu am putut sa-l testez.

TTGO LoRa32 v2.1_1.6

TTGO T-Beam v1.0

TTGO T-Beam v1.0 cu display OLED

schema conectare LCD

TTGO T-Beam v1.0 cu display LCD

interfata web RDZSonde

Cu ajutorul lui Eduard YO3ICT, am reusit sa recuperez prima radiosonda cu seria R3950860, in data de 26 mai 2020. Sonda si resturile balonului au aterizat in doua gospodarii separate de la marginea localitatii Nuci, din judetul Ilfov. Totusi le-am putut recupera pe toate prin amabilitatea localnicilor. Cu aceasta ocazie am testat trackerul TTGO T-beam cu succes pentru prima data pe teren.

Radiosondele Vaisala RS41 sunt compuse dintr-un receiver GPS uBlox UBX-G6010-ST, un emitator SI4032, diversi senzori pentru temperatura, umiditate sau presiune atmosferica (modelul SGP) impreuna cu circuitele anexe, toate fiind gestionate de un microcontroller STM32. Modelul acesta foloseste doua baterii alcaline de tip AA pentru alimentare. Mai multe informatii pot fi gasite pe github.

Seria radiosondei R3950860 indica data fabricatiei dupa cum urmeaza:
„R” – anul 2019 (P=2018, R=2019, S=2020, T=2021, etc.)
„39” – saptamana 39
„5” – vineri (1=luni, 2= marti, 3=miercuri, 4=joi, 5=vineri)
„0860” – numar secvential

Radiosondele RS41 pot fi reprogramate si utilizate ca balize APRS, CW sau RTTY in banda UHF de radioamatori. Deoarece microcontrollerul este protejat la citire, odata ce este reprogramat, softul initial nu va mai putea fi recuperat. Microcontrollerul STM32 se poate rescrie cu un programator ST-LINK prin intermediul portului pentru senzori auxiliari. Atat procedura de programare, cat si softurile disponibile pot fi gasite accesand linkurile de mai jos.

Happysat NL: http://happysat.nl/RS-41/RS41.html
DL1NUX: http://www.dl1nux.de/umbau-einer-vaisala-rs41-wettersonde/
OM3BC: http://www.om3bc.com/docs/rs41/rs41_en.html
RS41HUP: https://github.com/darksidelemm/RS41HUP
RS41FOX: https://github.com/darksidelemm/RS41FOX

In perioada urmatoare, am profitat de conditiile meteo bune si am mai recuperat cateva radiosonde cazute in apropierea Bucurestiului sau in judetul Buzau.

R3950882 - 29 mai 2020

R4440422 - 31 mai 2020

R4420479 - 8 iunie 2020

S0740512 - 24 iunie 2020

R4620785 - 18 iulie 2020

S1910235 - 13 septembrie 2020

S1750449 - 19 septembrie 2020

S1750457 - 20 septembrie 2020

S1750462 - 20 septembrie 2020

ME92227A1 - 28 decembrie 2020

T1510437 - 26 septembrie 2021

T1821139 - 13 noiembrie 2021

T1821155 - 13 noiembrie 2021

T1821136 - 14 noiembrie 2021

T1920132 - 24 decembrie 2021

T1751173 - 24 decembrie 2021

T2340559 - 24 decembrie 2021

T2340524 - 6 martie 2022

T3540597 - 11 martie 2022

T2310739 - 11 martie 2022

T2320768 - 12 martie 2022

T3750362 - 12 martie 2022

T2330438 - 12 martie 2022

T2340543 - 13 martie 2022

T3930416 - 25 aprilie 2022

T4110065 - 1 iunie 2022

T4210061 - 11 iunie 2022

T4210598 - 11 iunie 2022

U0420445 - 9 iulie 2022

U0370382 - 9 august 2022

U1340416 - 27 august 2022

U1310481 - 27 august 2022

U1340418 - 27 august 2022

U1720983 - 12 noiembrie 2022

U1720970 - 16 decembrie 2022

U3724604 - 17 martie 2023

U3460107 - 14 aprilie 2023

U3460219 - 15 aprilie 2023

U3835009 - 15 aprilie 2023

V0630804 - 28 mai 2023

U4414230 - 1 iunie 2023

V0620058 - 1 iulie 2023

U4274032 - 7 iulie 2023

U4274031 - 7 iulie 2023

V1630827 - 28 august 2023

Sonda de dupa amiaza V1630827 a cazut intr-o fosta curte industriala de langa Calea Plevnei, Bucuresti. Totusi am pornit la drum sa-mi incerc norocul.

Dupa ce am ajuns acolo, am parcat masina si am pornit receiverul TTGO RDZsonde. Am ramas uimit cand am observat ca pozitia se tot schimba, ba pe o strada, ba pe cealalta, ba pe un acoperis, astfel incat am crezut ca cineva a gasit-o si a plecat mai departe pe jos.

Pana la urma m-am dat jos din masina si am inceput cautarile in parcare si printre cladiri. Un paznic m-a intrebat ce caut si mi-a zis ca este proprietate privata. I-am explicat despre ce este vorba, iar el a inceput sa caute cu mine. Dupa cateva minute am reusit sa gasesc mosorul cu restul de balon si cu sfoara taiata pe strada.

I-am multumit paznicului de ajutor si m-am dus spre masina cu gandul sa plec. Inainte sa ies din curte, observ ca iese paznicul cu inca cineva dintr-o cladire veche, acesta din urma avand sonda in mana cu firul bobinat pe ea. O auzise cand a aterizat pe marginea cladirii si a recuperat-o neavand nici cea mai vaga idee ce este.