Hosszú szünet után, 2015. április 17-én, szinte napra pontosan egy évvel az első tesztrepülésünk után sor került a második felbocsátásunkra. Az eredeti terv szerint, már továbbfejlesztett alegységekkel szereltük volna fel a ballont, viszont a fejlesztés során felmerült nehézségek miatt az utolsó pillanatban erről le kellett mondanunk. A repülés a Global Space Balloon Challenge nevű nemzetközi rendezvény keretein belül került megrendezésre, ezért a felbocsátás időpontjának egy kötött felbocsátási ablakhoz kellett igazodnia. A végső előkészületeket már a fedélzeti számítógép (On-Board Computer – OBC) új továbbfejlesztett változatával kezdhettük meg, viszont a többi alrendszer még a korábbi repülésen használt modulokkal lett megvalósítva.

A Fedélzeti rendszer

A repülés során egy hibrid fedélzeti rendszert használtunk, mely az új továbbfejlesztett fedélzeti számítógépből és a hozzá illesztett korábbi repülés során használt tápegység (EPS) és kommunikációs (COM) modulukból épült fel. Az OBC most is rendelkezett egy integrált kamerával (ICS), mely kis felbontású képeit rádiós úton a repülés során le lehet tölteni. A rendszert kiegészítettük egy külső, nagy felbontású fényképezővel is, melyet a szintén a fedélzeti számítógép vezérelt. Az aktuális pozíciót a beépített GPS modul mellett egy másodlagos GPS-GSM tracker is szolgáltatta, melynek adatai mobilhálózat segítségével akkor is elérhetők, ha az elsődleges fedélzeti rendszer meghibásodik.

IMG_9895
 

Fedélzeti számítógép (OBC)

A fedélzeti számítógép egy STM32F407 32bites ARM alapú mikrokontroller köré épül. Feladata a teljes rendszer szinkronizálása mellett az Integrált Kamerarendszer (ICS) kezelése, a GPS adatok feldolgozása és a telemetria csomagok összeállítása. Az OBC rendelkezik egy SD-kártyával, melyre az ICS képei mellett a repülés során gyűjtött house-keeping adatok is letárolásra kerülnek.

Főbb paraméterek

  • STM32F407VGT6  32-bit ARM Cortex-M4F mikrokontroller, 1 MB Flash, 192 KB RAM
  • Rendszeróra: Real Time Clock (RTC)
  • UART csatlakozás a GPS modulhoz
  • CAN vezérlés + CAN szintillesztő
  • DCMI port a kamera illesztéséhez
  • Micro SD-kártya foglalat
  • Diagnosztikai port
  • 2×20 pines UPRA-BUS csatlakozó

Az új fedélzeti számítógép az UPRA-formatényezőnek megfelelően 70x75mm-es méretben került megvalósításra, ezzel a korábbi repüléshez képest nagy méretcsökkenést értünk el.

IMG_9895
   
    IMG_9895

GPS Modul

A GPS koordinátákat, a magasságot és a sebességet egy NV08C-CSM modul biztosította. Ennek a GPS vevőnek a különlegessége, hogy a magassági korlátozását 18000 méter helyett 50000 méterre állították, ezáltal a tervezett 30km-es repülési magasságig folyamatosan követni lehet a ballon útját. Az NV08C modul NMEA szabvány szerint kommunikált az OBC-vel. A megfelelő NMEA üzenetek felbontásával nyerhetők ki a szükséges szélességi és hosszúsági koordináták valamint magassági és sebesség adatok. Az GPS NMEA szavak mindegyike tartalmaz egy időbélyeget is, melyet a rendszeridő szinkronizálására is felhasználtunk. Az időszinkronizálás azért szükséges, mivel a hőmérséklet csökkenésével az OBC Real Time Clock (RTC) egysége növekvő elcsúszást produkál. A mindenkori GPS időhöz történő szinkronnal ez hiba kezelhető mértékűre csökkenthető.

A belső hőmérsékletet és a stabilizált feszültséget a rádiós modulon elhelyezett mikrokontroller segítségével mértük. Ezeknek az adatoknak a cseréje a COM és az OBC között a rádiós kommunikációt előkészítő szakaszokban történt meg.

Integrált Kamera

A fedélzeti rendszerbe integrálásra került egy kisfelbontású kamera modul, melynek képeit az OBC a saját SD kártyáján tárolja. Az integrált kamerával készült képeket a rendszer összes modulja elérheti a Fedélzeti számítógépen keresztül. Ez lehetőséget biztosít, hogy a felvételeket repülés során rádiós úton visszaküldjük a földi állomásra.

A terveknek megfelelően egy 180°-os látószögű halszem lencse került beépítésre annak érdekében, hogy minél nagyobb terület kerüljön rögzítésre.

 
  • Felbontás: 320×200
  • Színes: igen
  • Natív látószög: 65°
  • Módosított látószög: 180°
  • Képformátum: BMP
  • Kapcsolódás: integrált (DCMI)
   
    IMG_9895
 

Kommunikációs alegység (COM)

A saját fejlesztésű kommunikációs alegység prototípúsának gerince egy Silicon Laboratories által gyártott SI4461 FSK adóvevő integrált áramkör. Tetszőlegesen konfigurálható különböző rádiós megoldásokhoz, így a kívánt frekvencia, adatsebesség, frekvencialöket és modulácó beállítása lehetséges. Ahogy a tesztrepülés során, a későbbiekben is célunk a rádióamatőr közösség bevonása. Ezért olyan peremfeltételeket kell teremteni, hogy számukra is akadálymentes legyen a követés. A választott frekvencia az ISM tartományba esik, mely a rádióamatőrök körében népszerű 70cm-es sáv mellett található. Egy átlagos készülék sávszélessége maximum 3kHz, ezért az adatsebességet, a frekvencialöketet, és az így kapott sávszélességet is úgy kellett megválasztani, hogy ebbe beleférjünk. Így adódott a 625bps, és a 625kHz löket. A spektrális hatékonyság növelése érdekében gaussi FSK modulációt használtunk. Mivel egy additív zajjal terhelt csatornán keresztül történt a kommunikáció, szükség volt a hibás csomagok kiszűrésére, ezért azokat CRC hibajelző kóddal egészítettük ki.

IMG_9895

A ballon orientációja folyamatosan változik, ezért egy olyan antennát kellett a rendszerhez illeszteni, ami lehetőség szerint minden irányba sugároz. Így egy monopol antenna került a szondára. Mivel az ISM szabvány szerint korlátozott a lesugárzott teljesítmény, ezért az adódó szakaszcsillapítást a földi állomáson található antennanyereséggel kompenzáltuk.

A vezérlés a Masat-1, az első magyar műhold elsődleges állomásáról történt. Itt 4db kereszt-Yagi antenna található. A keresztpolarizációs csillapítás elkerülése érdekében körpolarizált módban voltak használva.

A földi állomáson a COM-ban használt RF IC-hez hasonló chip található. A vezérlő szoftver egy Raspberry Pi miniszámítógépen futott, mely közvetlenül feldolgozta az SPI buszon az IC által küldött csomagokat, ezáltal valós időben láttuk a repülés adatait. A vezérlés is ezen a felületen keresztül került történt. Az állomáson található irányított antennák forgatása a visszaküldött GPS koordináták alapján történt, ezáltal optimálissá téve az adatátvitelt.

 

Mérőkapszula

A repülésen a ReHAB-150 mérőkapszula továbbfejlesztett változatát használtuk. A mérőkapszula rendelkezik egy aluminium kerettel, mely az antenna rögzítése mellett lehetőséget biztosít külső szenzorok és kísérletek egyszerű felerősítésére is. Az extrém hidegtől való védelmet egy 2cm vastag polisztirol réteg valamint egy 4 rétegű mylar (MLI) szigetelőkabát biztosította.

Ejtőernyő

Az ejtőernyő ismét a saját készítésű, egyszerű nyolcszögletű modell volt, melyet a sarkainál rögzítettünk. Anyaga élénk színű, könnyű műselyem. A két színű design elkészítésében a Pulcsi és Foltmékör segített.

IMG_9895

Az összeállított mérőkapszula repülés előtt

   

 

Repülés beszámoló

A felbocsátás tervezett időpontja 10:00(UTC+2) volt. A felbocsátás idején tiszta, szélcsendes időnk volt. Az előrejelzések komoly hidegfront érkezését jósolták, mely a repülés során megérkezett, ennek köszönhető, hogy a szimulációkhoz képest sokkal távolabb értünk földet

Egy órával a felengedés előtt felállítottuk a felbocsátási helyszínt a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi egyetem ST épülete mellett. Ezalatt a földi állomáson előkészítették az irányítóközpontot és a másodlagos GPS vevő konfigurációja is megtörtént. A repüléshez ismét PAWAN 1200grammos ballont használtunk. A töltőgáz megérkezéséig elvégeztünk egy kommunikációs tesztet és kicsomagoltuk az ejtőernyőt. Az előkészületek során pár kisebb technikai probléma során megszakítottuk a visszaszámlálást, így ismét egy rövidebb csúszással kellett számolnunk.

10:00 – A BME Áramlástan Tanszék munkatársa segítségével előkészítettük és csatlakoztattuk a töltőcsonkot gáztartályhoz. Ezzel megkezdhettük a ballon feltöltését héliummal.

10:20 – Befejeztük a léggömb feltöltését. Rögzítettük az ejtőernyőt és a másodlagos GPS vevőt a mérőkapszulához, majd a teljes payload-ot csatlakoztattuk a ballonhoz.

10:40 – GO jelzés megérkezett a földi állomástól. Minden rendszer él

10:50 – Felbocsátás

10:55 – Az első kép letöltése után megszakadt a kommunikáció a ballonnal. A másodlagos GPS vevő segítségével frissítettük a pozíciót és felszámoltuk a felbocsátási helyszínt

11:20 – Megkezdődött a ballon vészhelyzeti követés. Az egység útvonalát a korábbi szimulációk segítségével próbáltuk meghatározni.

14:20 – Feltételezett földetérés időpontja. Elkezdtük az adatok kinyerését a másodlagos GPS vevőből

14:50 – Valós földetérés. Első stabil koordináták a másodlagos GPS vevőből. A földetérés helyszíne: Hortobágyi Nemzetipark, 60km-rel a tervezett landolási helytől

15:20-17:30 – Utazás a landolási ponthoz. A helyszínt 3km-re tudtuk megközelíteni gépkocsival, a további keresést gyalog folytattuk.

   

 

A visszatérő egység begyűjtése

A visszatérő egység begyűjtése ettől a ponttól egy hortobágyi kalandozásba csapott át. Gyalog elindultunk a földetérést jelölő koordináták felé. Első megállónk a nemzetpark szélén álló tanya volt, ahol érdeklődtünk, hogy látták-e a ballonunkat földetérni. Sajnos a visszatérő egység pontos hollétéről nem kaptunk információkat.

“Nyugodtan másszatok át a villanypásztoron és nézzetek körül” – búcsuzott tőlünk a tanya gazdája
“És…ezek a nagy állatok nem fognak problémát okozni?” – mutatott Levi a közelünkben legelésző szürkemarhára
“Ááááá dehogy, ezek jámbor jószágok”

IMG_9895

Ezen felbátorodva átmásztunk a villanypásztoron és elindultunk a nagyjából két kilóméterre lévő jelzett koordinátákhoz. Eközben eleredt az eső és konstatáltuk, hogy bizony a bakancs és a “játszósruha” jó ötlet lett volna a kereséshez. Közben újabb villanypásztorhoz értünk, ami valójában egy senkiföldjét húzott két terület között. Ekkor már látóterünkbe került egy 60 jószágból álló marhacsorda, de ennek nem tulajdonítottunk különösebb jelentőséget, hiszen jámbor jószágok ezek. Folytattuk a túrázást kezünkben egy GPS vevővel…egyenesen a marhacsorda felé.

Nagyjából háromszáz méterre lehettünk a csordától, amikor valakiben felmerült a kérdés:
“Mikor lesz az a pont, amikor visszafordulunk, nehogy valami baj legyen?”
Ebben a pillanatban a rendezetlen marhacsorda összes irányvektora felénk kezdett mutatni, és a “kisméretű” állatok elkezdtek rohanni felénk. Ez pont elég volt ahhoz, hogy minden életösztönünk előtörjön és vad rohanásba kezdjünk a villanypásztor felé. Futás közben többen az Oroszlánkirály epikus jelenetét vizualizálták, de nem merülhettünk el teljesen a gondolatainkban, hiszen az eső miatt fellazított talaj hol mocsaras, hol mély gödrökkel tarkított volt és nem utolsó sorban hatvan magyar tarka loholt mögöttünk.

Szerencsésen elértük a villanypásztort és a senkiföldjén biztonságban érezhettük magunkat. Közben a másik oldalunkon megjelent egy szürkemarha csorda is. A két csapat bősz bőgésbe kezdett, próbálták megmutatni egymásnak, hogy ott vannak, mi pedig próbáltuk kitalálni, hogyan szerezzük meg a ballonunkat.

IMG_9895
IMG_9895

Az ötlet a következő volt: Ketté válunk, az egyik páros próbálja lefoglalni a marhákat a villanypásztornál, a csapat másikfele pedig bemegy a ballonért. Ez látszólag jól működött. A keresők a jelzett koordinátákat 50-100 méteres körzetben meg tudták közelíteni, ekkor felmerült a kérdés, hogy ha most a marhák a villanypásztor és közöttük vannak, akkor merre is kéne menekülni.
Vizuális nyomok után kutatva feltűnt, hogy a marhák minden próbálkozás ellenére elkezdtek a keresőcsapat felé haladni. Szerencsére most csak lassan poroszkálva, így könnyű sétával sikerült kikerülni őket. Eközben a csapat másik fele a jószágok mögött elindult megszerezni a mérőkapszulát.

Levente ötven méterre megközelítette a marhacsordát, amikor édesanyjától telefonos segítséget kért, aki azzal az információval segített ki minket, hogy a marhák jámbor jószágok (ezt tudtuk eddig is), nem bántanak csak nagyon kíváncsiak. Ezen felbátorodva Levi megindult az állatok felé, akik megindultak az ő irányába, viszont pár lépés után fejvesztve menekültek, mint ahogy mi tettük korábban.

Ahogy a csorda elviharzott feltűnt a ballonunk élénk színű ernyője és az arany színű mérődoboz. A marhák tényleg kíváncsi állatok és úgy tűnik kifejezetten tetszett nekik az égből pottyant ajándék.

A történet vége happy end. Begyűjtöttük a ballont, elindultunk a kocsi felé. Ahogy megérkeztünk a járműhöz és próbáltuk letisztítani magunkat még az eső is elállt. A fél órás műveletből közel két órás kalandozás lett, de sikerült megtalálnunk a mérőeszközt.

IMG_9895

Összefoglaló

Bár a fedélzeti rendszerünk megállt a repülés elején egy korábban nem tapasztalt szoftverhiba miatt, a felbocsátást sikeresnek értékehetjük, hiszen a másodlagos GPS vevő segítségével sikerült megtalálnunk az egységet és azt épségben visszajutatnunk a laborba. Ismét rengeteg tapasztalattal gazdagodtunk, melyek elősegítik a további sikeres küldetések kivitelezését. A csapat töretlen lendülettel folytatja a megkezdett munkát, hogy minél hamarabb újra útjára bocsájthassunk egy ballont.

A repülés előkészítése és a felbocsátás során ismét rengeteg segítséget kaptunk. A földi állomást és a másodlagos GPS vevőt Dudás Levente és a BME-GND csapata bocsátotta rendelkezésünkre. A töltőgázt a Maszat csapat közbenjárásával a BME Áramlástan Tanszéke biztosította, akik a ballon töltésénél is segítséget nyújtottak.

   

Ezúton is köszönjük mindazok segítségét, akik hozzájárultak a felbocsátás sikeréhez!