Czy można na własne oczy zobaczyć krzywiznę Ziemi, albo czerń kosmicznego nieba? Jak daleko może dolecieć mały balonik - dziecięca zabawka? Postanowiłem to sprawdzić. Aby to zrobić - musiałem zabezpieczyć sobie transmisję danych w miejscu gdzie nie ma zasięgu sieci komórkowych, a o WiFi nikt nie słyszał. Jak zapewnić zasilanie na kilkutygodniową misję przy temperaturach rzędu -60 stopni celsjusza? O tym jak rozwiązałem te problemy opowiem w mojej prezentacji. Zapraszam.

2. High Altitude Ballooning
•Moja inspiracja
•Pierwsze próby
•Wizyta w stratosferze, albo SEBA w
kosmosie
•Przekazywanie telemetrii, czyli IoT w
chmurach
•Lecimy dalej !

3. Moja inspiracja
•2009 r. projekt Cygnus:
• SZOK! Gość zrobił zdjęcia krzywizny Ziemi i czerni
kosmicznego nieba
• Wysłał ładunek na wysokość, na którą normalny człowiek
polecieć nie może
• … i go odnalazł !
•Trzeba koniecznie spróbować !

4. 2011 - pierwsze próby
•Powstaje koncepcja elektroniki, trzeba ją
sprawdzić
•Balony giganty z partyshop – 1m średnicy…
… tylko jak sprawić żeby poleciały?

5. 2011 - pierwsze próby
 Metan z sieci miejskiej jest łatwo dostępny ;-)
 … ale ma zbyt niskie ciśnienie.
 WODÓR !
 Skąd go wziąć w takiej ilości i pod ciśnieniem
 Elektroliza – zbyt małe ciśnienie, długi proces
 Wodorek Wapnia – drogi i niedostępny
 Aluminium i Wodorotlenek sodu, to jest to!

6. 2011 - pierwsze próby

7. 2011 - pierwsze próby
 Już wiem, że to lata 
 Pora sprawdzić jak długo
 Pierwszy nadajnik 28.494 MHz (bo taki był kwarc)
kluczowany przez PIC16F84
 Ok 100mW out, antena pionowy dipol
 Nadawał morsem słowo BALLOON
 Odbierany przez krótkofalowców w promieniu
ponad 200km

8. 2011 – działa lepiej niż wygląda

9. 2012 - SEBA w Kosmosie
Stratosferyczny
Eksperymentalny
Balon
Amatorski

10. 2012 - SEBA w Kosmosie
•Balony meteorologiczne osiągają wysokość 30-40
km nad Ziemią
•99% Ziemskiej atmosfery znajduje się już pod nami
•Kosmiczna próżnia (ciśnienie 1hpa) i prawie
kosmiczny chłód (-70 stopni C)
•Agencje NASA i ESA używają tego typu platform do
testów – znacznie tańsze niż LEO

11. Atmosfera Ziemi
image courtesy: http://www.theozonehole.com/atmosphere.htm

12. max wysokość: 31567m
min ciśnienie 21.588 hpa
temperatura -45 stopni celsjusza
Misja SEBA

14. SEBA w Kosmosie
•10 misji SEBA
•SEBA-2 2012-06-23 42650m; rekord Polski, 6
miejsce na arhab.org (aktualnie 11)
•SEBA-6 2013-12-28; odległość 7279 km, 2 miejsce
na arhab.org, transmisja telemetrii 5573 km (HF)
•SEBA-9 2015-03-20; próba nagrania zaćmienia
Słońca z balonu

20. Telemetria - GPS
Restrictions on civilian use
• The U.S. government controls the export of some civilian receivers. All GPS
receivers capable of functioning above 18 km (60,000 feet) altitude and 515 m/s
(1,000 knots), or designed or modified for use with unmanned air vehicles like,
e.g., ballistic or cruise missile systems, are classified as munitions (weapons)—
which means they require State Department export licenses.[83]
• This rule applies even to otherwise purely civilian units that only receive the L1
frequency and the C/A (Coarse/Acquisition) code.
• Disabling operation above these limits exempts the receiver from classification as
a munition. Vendor interpretations differ. The rule refers to operation at both the
target altitude and speed, but some receivers stop operating even when
stationary.
https://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System#Restrictions_on_civilian_use

21. Telemetria - radio
• Pasmo amatorskie albo ISM (434 MHz, 868MHz)
• Moc, horyzont radiowy
• Dostępne rodzaje emisji
• alfabet morsa
• RTTY – czyli radiowy dalekopis
• APRS
• Contestia i inne mody MFSK z FEC
• LORA

22. Telemetria - MORSE
• Praktycznie nie nadaje się do automatycznego odbioru
• Do odbioru białkowego, np. wysokość, prędkość podczas
prowadzenia samochodu w pogoni za balonem

23. Telemetria - RTTY
•Radio Tele TYpe – czyli radiowy dalekopis
•Pierwsze zastosowanie w 1932 roku
•W baloniarstwie amatorskim stosowane ze względu na
prostotę (dwa naprzemienne tony)
•Brak FEC
•Wymaga stacji naziemnej z operatorem, instalacji
oprogramowania i radia z emisją SSB

24. Telemetria - APRS
• Automatic Packet Reporting System
• Lata 80-te XX wieku © Bob Bruninga WB4APR
• Pakietowy system transmisji danych oparty o AX.25
• Modulacja AFSK zazwyczaj w kanale FM na VHF/UHF
• Automatyczne stacje odbiorcze – wiele na świecie
• Brak FEC
• Wymaga o rząd większych mocy nadajnika niż RTTY
(szerokość kanału, SNR)

25. Telemetria - CONTESTIA
• Oparta na MFSK (RTTY to 2FSK) do 64 tony
• FEC, 7 dB lepiej niż RTTY (mniej niż ¼ mocy !)
• Możliwość korekcji częstotliwości odbiornika przy pomocy
RSID
• Przy stabilnym nadajniku możliwa praca prawie-
automatyczna
• Wymaga podobnie jak RTTY odbiornika SSB

26. Telemetria - LORA
• Oparta na MFSK
• FEC, czułość do -120 dB !
• Propertiary, własność SEMTECH
• Dość szerokie widmo jak na możliwości amatroskich
radiostacji
• Wymaga dedykowanych modułów odbiorczych
• Mało popularna

27. Prezentacja danych
• Spacenear.us
• Aprs.fi

28. Lecimy dalej !
•Balony rozciągliwe vs nierozciągliwe
•Brak dostępności odpowiednich powłok
•Projekt PICO

29. 2013 - Projekt PICO
•Jestem złym ojcem…
•Balon „odpustowy”
•Ok 30 gramów nośności

30. 2013 - Projekt PICO
- Fabryczny nadajnik RFM12
- Tylko RTTY
- Waga z zasilaniem : 29 gramów
- Skończył na 30 metrowym świerku
na Słowacji
Pierwszy tracker PICO

31. 2013 - Projekt PICO
- Montaż SMD
- Zasilanie 1.5V
- Fabryczny nadajnik RFM22
- Tylko RTTY
- Waga z zasilaniem : 27 gramów
- Pierwszy sukces PICO6, 15h lotu na
1 ogniwie, udany floater
Waga kuchenna jest niedokładna..
Płytka w wersji 1

32. 2013 - Projekt PICO
- „odchudzona” konstrukcja
- Zasilanie 1.5V
- Nadajnik RFM22
- Poprawiona elektronika
- Tylko RTTY
- Waga z zasilaniem - 21
gramów
Płytka w wersji 2

33. 2014 - Projekt PICO
- Jeszcze bardziej „odchudzona” konstrukcja
- Własna konstrukcja nadajnika – chip
SiliconLabs je mi z ręki ;-)
- RTTY, APRS, DOMINOEX
- Waga z zasilaniem - 19 gramów
- PICO-17 Turcja, PICO-18 Libia
Kupiłem wagę 
Płytka w wersji 3

34. 2014 - Projekt PICO
Płytka w wersji 3 – zimno…

35. Telemetria - APRS
•Różne częstotliwości pracy sieci na świecie
•Zakaz pracy amatorskich stacji airborne w
niektórych krajach
•Zakaz jakiejkolwiek aktywności
radioamatorskiej np. Jemen, Korea Północna

36. Telemetria - APRS

37. Mapa świata - GeoFencing
• Konieczność zapewnienia informacji o częstotliwościach
pracy sieci APRS
• Gdzie nie wolno nadawać
• Gdzie wolno nadawać ale tylko w paśmie ISM
• I wreszcie… gdzie nadawać nie ma sensu ;-)
• Do dyspozycji tylko 64 kb FLASH na program i dane map

38. Mapa świata - GeoFencing

39. 2014 - Projekt PICO
- Duży nacisk na oszczędzanie energii
- Log pokładowy
- Eksperymenty z zasilaniem
słonecznym
- RTTY, APRS, DOMINOEX, Contestia
- Waga z zasilaniem - 10 gramów
Płytka w wersji 4

40. Log pokładowy / pokrycie APRS

41. 2015 - Projekt PICO
Kolejne próby…
… dużo prób 

42. 2015 - Projekt PICO
- Zasilanie słoneczne
- Jeszcze większe oszczędzanie energii
- Waga z zasilaniem mniej niż 9 gramów
- Przepisana większość software
- Odkrytych i poprawionych kilka starych błędów,
powstało kilka nowych (jeszcze nie odkrytych)
Płytka w wersji 5

43. 2015 - Projekt PICO
Kolejne próby…
… dużo prób 

44. 2016 – Udało się! PICO22, JAPONIA

45. 2016 – oblot planety !

46. 2016 - Projekt PICO
-Tylko zasilanie słoneczne
- Jeszcze większe oszczędzanie energii
- Waga z zasilaniem mniej niż 5.3 grama
- Poprawiony problem z elektroniką
- Jeszcze nie leciał
Płytka w wersji 6

48. t.brol@verox.pl