Pico-ballon jegyzetek

Sorry, here are my fuzzy notes about the pico-balloons, you can follow the links, if you want to get more info in English about this topics.


Talan egy ket eve korvonalazodott az amator ballon roptetes egy uj valtozata, amit leginkabb a pico-ballon nevvel nevezhetunk. (pico  ballooning) Ez egy kicsiny, de egyre inkabb erdekes reszterulete az ugynevezett magaslegkori ballonozasnak, angolul High Altitude Ballooning.
A pico ballon elkeszitese es roptetese egy tobb teruletet erinto erdeklodesi kor, hobby, fejlesztesi tevekenyseg es "mozgalom" is, abban az ertelemben, hogy egy-egy ballon repules korul aktiv, az alkalomra szervezodo csoport is letrejon es tevekenykedik.
A mar hosszabb ideje kialakult "hagyomanyos" ballonokhoz kepest itt pici, csaladi vagy csoportos rendezvenyekhez ajanlott szines, un. party-ballonokrol van szo.  Ezek atmeroje 60-90 cm korul van. Egy ekkora ballon termeszetesen kis terhet tud csak felemelni, ezert a vezerlo elektronika, valamint a "fedelzeti" szenzorok tervezese is a minel kisebb meretek, a minel kisebb suly fele halad.

Egy hagyomanyos amator ballon jellemzoje, hogy elore megtervezett ideig repul, ha ez egy-ket ora idotartam, akkor a megtett tavolsag a foldon autoval kovetheto, a repulessel egyidoben bejarhato. Igy egy tervezett leszallas nagy valoszinuseggel a ballon elektronikajanak megtalalasat is eredmenyezni. A foldi koveto auto ellathatja az elsodleges radios koveto allomas szerepet is. Ezek a ballonok majdnem mindig hordoznak fedelzeti kamerat, ezek kep-gyujtemenye a megtalalas utan elerhetove valik.
Az ilyen ballonok leginkabb radio amator frekvencian, tobbnyire aprs poziciot es mas fedelzeti adatokat adnak, amik az aprs halozaton erkeznek a terkepes megjelenito szerver(ek)hez. De van mobil telefon halozatot hasznalo adat-tovabbitas is, ekkor SMS formatumban erkeznek a megadott telefonszamra az informaciok. Neha ez a mobil telefon alapu rendszer masodlagos, back-up szerepet kap.
Egy ilyen ballon reptetese komoly elokeszuleteket, kulonfele szakteruletek alapos ismeretet, es jelentos koltsegeket kivan, amit a nehany tagu csoportnak kell viselnie.

Ezzel szemben a pico-ballonokkal foglalkozo kozosseg, a fejlesztok lehetoleg igyekeznek a koltsegeket csokkenteni:
- a pici ballon olcso
- keves heliumot igenyel
- nem gond, ha nem sikerul megtalalni.
A fo cel tehat nem egy tervezett ideju repules es leszallitas/megtalalas, hanem minel hosszabb tavu repules, lehetoleg ugy, hogy az utvonalat kovetni lehessen. (No es persze a koveto halozat szervezese).
Erre szolgal az un. floating repulesi mod.
A hagyomanyos ballonok tobbnyire gumibol keszultek, es igy jelentos meret-valtozast, tagulast tesznek lehetove. A gazzal toltott ballon, az egyre ritkabb levegoretegekbe emelkedve kitagul es jelentosen noveli a ballon terfogatat. Egy ponton ez tobbnyire a ballon szetpukkadasahoz vezet. A tervezett repuleskor ezt megelozik, es taviranyitassal levalasztjak a szallitmanyt, amit ejtoenyo hoz vissza a foldre.
A pico-ballonok nem hordoznak ilyesmit.
A tervezes fo szempontja a minel kisebb suly, es a minel csekelyebb fogyasztas. Ezzel a "minimalista" megkozelitessel jelenleg kb 8 gram korul van a legkisebb "payload", ebbe bele kell erteni a vezerlo kontrollert, a radio ado modult es a gps helyzet meghatarozo modult, a tapellatast szolgalo akkut/elemet, ill. estenkent napcellakat is.
A minel kisebb payload iranyaba valo haladas egyik mozgatoja alighanem az volt, hogy az angol radioamator szabalyozas nem engedi meg, hogy "repulo szerkezeteken" radio-amator savu adot helyezzenek el, igy a telemetria adatok tovabbitasara az ISM savok fele fordultak. Elsosorban a 430 MHz-es sav fele. Itt ugyanis barki adhat, de csak meghatarozott pici teljesitmennyel. Ezt azonban kompenzalni latszik a szokatlanul nagy tavolsagu "lathatosag": a ballon 6-15 km magasan repulve az adasa kb 150-250 km-es korzetbol megbizhatoan veheto...tobbnyire persze a szokasos radioamator satellite koveto allomasokkal. De vannak sikeres veteli kiserletek olcso sdr, rtl-sdr vevokkel is, ill FunCube dongleval:
http://ukhas.org.uk/guides:sdr_tracker
A kovetes megszervezese, az ISM savon veheto adatok megjelenitese komoly infrastruktura fejlesztest igenyelt. A hagyomanyos ballonok tobbnyire a mar lassan 3 evtizede kialakult aprs halozatot ill. megjelenitesi infrastrukturat hasznaljak, tobbnyire ennek is a google map-el kombinalt valtozatat.
A pico-ballonok eseteben eleve a google map alapu megjelenitesbol indultak ki, valamint egy ismert, linux alapu vevo szoftverbol, ez pedig az fldigi volt.


A fejlesztes a kliens szoftver, vagyis az fldigi oldalalarol a vett adatoknak egy kozponti szerverre valo tovabbitasat takarja, valamint az idokozben jelentos szamura gyarapodott "trackerek", fedelzeti telemetria ado-verziok adatformatumainak feldolgozasat jelentette. Ezek a kulonfele senzorokat es az alap telemetria adatokat szolgaltato boardok szama/tipusa mostanra mar tobb tucatra szaporodott, es jelenleg is inteziv fejlesztes alatt allnak.
Bovebben:
http://ukhas.org.uk/ideas:flight_computer
Az aktualis helyzet megjelenitesere a kozponti szerveren futo web oldal szolgal, amit ezen az url-en lehet kovetni:
http://spacenear.us/tracker/
Mobil telefonra atdolgozott, egyszerusitet oldal:
http://habhub.org/mt
Egy "zsufolt" nap a terkepen:
A2RY...png

Itt alapvetoen az "aktualis" repulo ballonok utjat lathatjuk, ahogy a koveto allomasoktol beerkezett adatok alapjan az utvonalak kirajzolodnak. A beerkezo adatcsomagok kulon is megnezhetok, az utvonalra kattintva megjelennek az adott koordinatakhoz tartozo adatok, kiegeszitve a vevo allomasok felsorolasaval.
Egy sikeresen felinstallalt es az adott allomas adataival kiegeszitett konfiguracio alapjan ugyancsak felkerulnek a terkepre a vevo allomasok is.
Az allomas adataibol egy minimalis set lathatova is valik a terkepen, a vevoallomas ikonjara kattintva.

Szokasos a repulesre kesz ballonnal tesztet vegezni, gyakran a repulesre kijelolt helyszinen. Ha mind a ballon, mind a koveto allomas be van jegyezve a spacenear oldalon, akkor a ballon elektronikaja altal kuldott adatokat venni tudja a kozelben levo koveto allomas, es azok fel is kerulnek a terkepre. Gyakran latunk ilyen tesztek alkalmaval "egy helyben repulo" ballon ikont. Ha rakozelitunk erre, akkor veletlenszeru iranyu es hosszusagu szakasszokbol allo repulesi utavonalakat lathatunk. Ugyanigy, ha megnezzuk a bal oldali fomenubol a ballon magassagi profiljat, azt latjuk, hogy az kis kulonbseggel valtoztatja a magassagat. Ezek az adatok a gps pontatlansagabol adodnak, a lenyegeben egy helyben lebego ballonrol a  gps kulonbozo idopontokban kulonbozo koordianata harmasokat szamit es kuld ki.

SP3OSJ ballon tesztje

A pico ballonok utra-bocsatasa leginkabb a hetvegeken, megfelelo idojarasi korulmeny kozott elenkul fel.

Pico-ballon felbocsatas: SP9UOB

Az eppen aktualis, adott szituacio kovetesehez tovabbi kiegeszito vizualis elemek is lathatok a terkepen:
- a ballon aktualis helyzete kore ketfele kor rajzolodik, egy szukebb es egy tagabb, Ez utobbi a radios "lathatosagot" mutatja a ballon pillanatnyi magassagabol kalkulalva.
- az utvonal meghosszabbitasaban esetenkent lathato egy "elorejelzett" leszallasi hely, illetve haladasi utvonal. Ezek az alap infrastrukturatol viszonylag fuggetlen "szolgaltatasok", amiket a ballon gazdaja kerhet/tehet fel, a hasznossaguk, megbizhatosaguk kerdeses.

Alapveto fontossagu azonban az adott idoben merheto/eszlelheto magaslegkori aramlasok iranya, sebessege, termeszete. Ezek megjelenitesehez, tanulmanyozasahoz az amerikai NOAA szolgalat ilyen celbol gyujtott globalis adatain alapulo elorejelzo modellt lehet hasznalni, ami szabad szolgaltataskent a NOAA egyik web serveren erheto el. Ezeknek az elorejelzo modelleknek a megbizhatosaga jelentosen jobb, bar a meresi adatok leginkabb az amerikai foldreszre koncentralnak. NOAA HYSPLIT modell.
http://ready.arl.noaa.gov/hypub-bin/trajtype.pl
pelda:
194363...gif
(Kulonbozo retegekben kulonbozo iranyu aramlasok)

A megjelenitest nyujto web oldal (spacenear.us) tovabbi elemei/szolgaltatasai:
A jobb oldalon lathato pici ablakokban a repulo objektumok legutolso adatainak osszefoglaloja. Lehetoseg van koveto jarmu/auto definialasara, es terkepre tetelere is, ezek adatai is itt lathatok.
Az oldal bal felso sarkaban levo ablakban aktualis uzenetek, motd (message of the day), az egyes ballonok adatformatumara, adasmodjara vonatkozo infok is talalhatok. A bal felso sarokbol indulo menu-sorban pedig a terkep menupont mellett az aktualis ballonok "magassag profilja" is lathato. Van egy link a repuleseket koveto csoport online csevegesebe valo bekapcsolodashoz, egy irc alapu chat oldalon.
Itt elsosorban a koveto halozat tagjainak szervezese, aktivizalasa, a repulo ballnokkal kapcsolatos kerdesek vitatasa folyik.
A ballon-infrastruktura tovabbi elemei:
Egy szabadon irhato/olvashato, de moderalt google-group, ahol be lehet jelenteni egy tervezett repulest. "Announcement". Itt lehet a repules celjarol szolni, a hasznalt adasmodot jellemezni, esetleges feltetelekrol szolni, kerni az utvonal menten elo potencialis koveto allomasok segitseget, stb.
http://webchat.freenode.net/?channels=highaltitude
A google group, ahol a repulest elozetesen be lehet jelenteni:
https://groups.google.com/forum/#!forum/ukhas

A ballonok "bejegyzesere" a terkepes oldal adminisztratoranak jovahagyasaval egy erre szolgalo adatlap szolgal. Ha ezt kitoltjuk, es az admin jovahagyja, akkor megjelenik az adott feleresztesi helyszinen egy ballon ikon. A koveto allomasok kliens programjaban, a dl-fldigi menujeben pedig megjelennek a ballon adasmodjara vonatkozo szukseges adatok, es a menupont alatt a ballon kivalasztasaval automatikusan felkonfiguralodik a vevo program: DL-Client --> Configure --> Active flight list, innen valaszthatjuk ki a kovetni kivant ballont, ha tobb is van egyidoben a levegoben.

Adat-gyujto szerver, alap statisztikai szolgaltatasokkal
http://habitat.habhub.org/stats/

A koveto allomasok megoszlasa Leo Bodnar B-22 ballonja eseteben. A grafikon a fent idezett siterol valo.

Nyilvanos hozzaferes a lezajlott repulesek adataihoz.

Export Payload Telemetry web oldal:
http://habitat.habhub.org/ept/

Lezajlott repulesek adatait lehet az adatbazisbol exportalni, haromfele formatumban:
CSV, JSON, KML
Egy-egy pelda:
CSV:
-----------------------------
_sentence,_receivers,sentence_id,time,latitude,longitude,altitude,satellites,temperature,pressure,battery
"$$D-2,3,15:10:50,52.31809,13.63460,707,5,19,99079,1.45*44E3",DL7AD,3,15:10:50,52.31809,13.6346,707,5,19,99079,1.45
-----------------------------
JSON:
------------------------------
{"_receivers": ["DL7AD"], "temperature": 19, "pressure": 99079, "battery": 1.45, "altitude": 707, "_sentence": "$$D-2,3,15:10:50,52.31809,13.63460,707,5,19,99079,1.45*44E3\n", "longitude": 13.6346, "satellites": 5, "sentence_id": 3, "time": "15:10:50", "latitude": 52.31809},
-----------------------------
KML:
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
    <kml xmlns="http://earth.google.com/kml/2.0">
    <Document>
        <Style id="ept">
            <PolyStyle>
                <color>33ffffff</color>
            </PolyStyle>
        </Style>
        <Folder>
            <Placemark>
                <name>Track Segment</name>
                <styleUrl>#ept</styleUrl>
                <LineString>
                    <extrude>1</extrude>
                    <tessellate>1</tessellate>
                    <altitudeMode>absolute</altitudeMode>
                    <coordinates>
    13.6346,52.31809,707
    13.62851,52.31818,33
--
--
(lezaro XML szekvenciak)


Az adat-szerver lekerdezesevel tovabbi megjelenito oldalak, szerverek:
- google-earth alapu, 3D-ben abarazolt utvonalak
http://360.g8dhe.net/hab_flights/
- grafikonok a fedelzeti telemetria adataibol
http://x-f.lv/dev/habitat-graphs/payload
(Csak uj browserekkel mukodik)
Telemetria adatok grafikonokon, x-f siterol.

Osszefoglalo abra az "infrastrukturarol" (egyelore nem keszult el)
Torekves egy "keszenleti koveto halozat" megszervezesere, terkepre vetitve, e-mailen elerheto vetelkesz allomasok nyilvantartasa: azert van ra szukseg, mert a terkepen tobbnyire csak idoleges allapotok lathatoak, a nem aktiv ballonok, koveto allomasok lekerulnek rola.


Tavvezerelheto radio tunrek hasznalata: www.globaltuners.com, szeles tartomanyban dolgozo ado-vevok, nem mindig optimalis az antenna.


Ballon kovetes tavolbol vezerelheto allomassal. Az allomas "megjelenese" a globaltuners oldalon.

Nem kifejezetten a pico-ballonokhoz keszult az idezett bevezeto, de nagyon sok pontban targyalja a pico ballon inditassal kapcsolatban felmerulo kerdeseket is:
http://ukhas.org.uk/general:beginners_guide_to_high_altitude_ballooning

A koveto allomas "alap-szoftvere" a dl-fldigi, letoltese innen:
https://github.com/jamescoxon/dl-fldigi
Egy angol kozpontu ballon repulesi utvonalat elorejelzo web oldal:
http://predict.habhub.org/

Felbocsatas, aktivitas: alapvetoen angolok, de nagyon aktivak a lengyelek, csehek is.
Az infrastruktura globalis lefedettsegu, voltak mar ausztral es us-beli, sot indiai repulesek, megjelenitve a spacenear map-en.

Fejlesztesi torekvesek: ip6 vagy freebee (?) halozat ballonok kozott
"tudomanyos" adatok gyujtese, pl. nyomas, legnedveseg, sugarzas, UV. 

Magyar reszvetel a kovetesben: nehany alkalom adodott, amikor "vetelkozelbe" kerultek pico-ballonok, a  muholdasok google group tagjai sikeresen vettek ezek telemetriajat. Errol kulon oldal kell.
Aktiv informacio csere folyik a fenti levelezo csoportban, valamint hiradasok jelentek meg az xham forumon.
Ezek kozul emlitest erdemel Leo Bodnar vezerlo paneljenek ertelmezese, "visszafejtese":
Mit tanulhatunk Leo urtol?
http://forum.xham.org/index.php?topic=197.0

2013 ok.t 6-an Tomas, SP9UOB ballonja Katowice mellol indult, es atrepult Magyarorszag folott. Ekkor tobben is vettek az adasat a muholdas csoportbol.
HA6NN Andras screenshotja a vetelrol, amikor eloszor elerhetove valt a Tatra folott. A dl-fldigi ablakaban latszanak a  visszakodolt adat-csomagok, alul a terkepen a ballon helyzete.


Kovetes:
a repulesek iranya lenyegeben a magaslegkori aramlasoktol fugg. Nyar vegen volt egy idoszak eszak-del iranyu aramlasokkal, ekkor az Angliaban inditott ballonok Franciaorszagon at Spanyolorszag fole erkeztek. A lengyel ballonok pedig a Karpat medencen at a Balkan fele haladtak.
Az osz bekoszontevel az aramlasok iranya nyugarol kelet fele fordult, az Angliaban inditott ballonok a skandinav orszagok fele sodrodnak.
A Lengyel illetve Nemetorszagbol idulok pedig Belorusszia, Ukrajna, Oroszorszag fole repulnek. Itt kulon feladat a kovetes megszervezese.
Ha a ballon egyszer eltunik a kovetok elol, nehez ujra a nyomara akadni.

Okt. 25-30 kozott 7 ballonnak veszett nyoma Moszkvatol eszakra es keletre.

Kihivasok:
Verseny-kiiras: atrepulni az Eszaki sarkot
http://ukhas.org.uk/ukhas:arctic_challenge

- 30 fokos hidegben eletkepesnek maradni, "tulelni"
elemek, askik valogatasa, tesztelese a hidegtures szempontjabol
specialis ejszakai uzemmod
napcellak hasznalata
adasmodok, frekvenciak kirpobalasa
koveto halozat szervezese

Tanulsag a kovetes szempontjabol, hogy meglepoen nagy tavolsagokbol veheto a pici teljesitmeny dacara. Ez a magassagi helyzetbol, a jo lathatosagbol adodik. Az "eltunes" nem is annyira az ado kicsiny teljesitmenyenek kovetkezmenye, hanem mert tavolabbra repulve nagyon alacsonyan, kis szogben lehet ralatni, es ekkor mar "belognak" a tereptargyak.

Lathatosag kalkulalasa, a Fresnel-zona feltuntetesevel

Kulon (vazlatos) cikk foglalkozik az ukhas wikin a telemetria adok adatformatumaival, a protkollal. Ez lenyegeben hasonlo elveken nyugszik, mint az aprs prtokoll, egy jelzo karater sor utan kovetkezik a ballon azonositoja, majd a kulonfele adatok, sensorok mert ertekei.
http://ukhas.org.uk/projects:high_altitude_slug:software:protocol
Pelda egy sikeresen delkodolt telemetria csomagra:
_$$$$SP9UOB,2291,213153,50.06323,31.36986,6459,6345,77,107,-26,44994,132,9b*D0E4

Otletek, analogiak, a "szabalyozast" vegezni akarok szamara.
- kivilagitani, mint egy repulogepet
- fox hunting: itt az automata jelado nem a foldon fixen van telepitve
- mobil telefon: lenyegeben valamennyi adatot szolgaltani kepes, kameraval es kep/szoveg tovabbitasi lehetoseggel.
Ehhez kepest egy ballon, hasonlo lehetosegekkel csak abban kulonbozik, hogy repul. Ha a telefont nem kotik engedelyhez, akkor miert lenne engedely-koteles a ballon?
Az angol UKHAS megoldas: ket helyszinre van allando feleresztsei engedely, elo kapcsolatot tartanak a repulesiranyitasi hatosaggal.
UAV "focsoport" ala besorolni, hasonlo vagy ugyanazok a szabalyok legyenek ervenyesek, mint a tavvezerelheto (hobby) repulo szerkezetekre.
Peldak payloadra, Leo Bodnar piciny kontrollerei:
http://www.leobodnar.com/balloons/
8 gramos payload

Mas payload boardok.
Stratodaean board

Habexpico board

2012-es pelda, 50 gramos payload, party ballonokkal:
http://aprs.org/balloons.html
 

Ballon anyagok, latex, Qulatex, mylar
Gaz: helium (draga) helyett hidrogen (veszelyes)

Tovabbi otletek, hogyan lehet csokkenteni a payload sulyat?
Pl. nincs gps, hanem iranymeressel kovetni, amig lehet. 
Kovetes, a pozicio meghatarozas:
3D-s google earth vonalak a vevo antennak iranya es a jel erosseg alapjan.
Blitzortung tracker hasznalata (Nagyon pontos ido stamp)

Keszen kaphato payload "jeloltek": kulso-belso homerok 430 MHz ISM savon adnak, ujabbak 868-on.


Kulso homerseklet sensor ado egyseg, 868 MHz-en

Sok tipus van, van amelyiknek ismert a protokollja, es veheto, visszakodolhato rtl-sdr-el es linuxon futo programmal.
Egy lehetseges, minimalis payload:
attiny + radio modul, cw-ben azonosito adasa. (SZAL foglalkozik vele, kesobb kerul dokumentalasra) Ket verzio: ATtiny 13 es ATtiny2313 alapon.

Fri Nov  1 11:34:27 CET 2013
t.janos, hg5apz at gmail