Idėja sukurti tokio tipo eksperimentą kilo 2008-ųjų vasarą. Pradiniu manymu, projektas turėjo būti baigtas per kelis mėnesius ir kainuoti apie 600 litų. Tačiau, kaip paaiškėjo, šie skaičiavimai buvo netikslūs. Išleista pinigų suma nuolat augo, o projekto įgyvendinimas užtruko daugiau nei metus. Nepaisant to, autoriui tai atnešė daug džiaugsmo ir naujų žinių.
Daugelis klausė, kodėl į projektą buvo įdėta tiek daug darbo ir pinigų dėl nuotraukų, kurias galima rasti internete. Tačiau esmė nebuvo nuotraukos. Tai buvo pirmasis autoriaus projektas, apimantis daug mokymosi aspektų: nuo programinės įrangos, radijo sekimo sistemų inžinerijos iki fotografijos ir tinklalapio programavimo.
Pasiruošimas pirmam skrydžiui
Ruošiantis pirmam skrydžiui, norėta išvengti įrangos perkrovimo, todėl buvo apsiribota keliais esminiais komponentais. Didelis helio pripildytas balionas turėjo pakelti zondą į maždaug 33 km aukštį, kur turėjo sprogti, o visa įranga - saugiai nusileisti parašiutu ant žemės. Skrydžio metu buvo numatyta daryti nuotraukas, o zondo padėties koordinatės turėjo būti siunčiamos į nešiojamąjį kompiuterį.
Projektas buvo visiškai nekomercinis ir nenumatė jokios materialios naudos. Nors oficialiai kosmosas prasideda maždaug 100 km aukštyje, balionas pakilo į 33 km aukštį, vadinamą stratosfera. Nors moksliškai būtų netikslu teigti, kad nuotraukos darytos iš kosmoso, tokiame aukštyje atmosfera yra neįtikėtinai reta, dangus visiškai juodas, o horizonte matomas žemės išlinkimas ir ryškus mėlynas atmosferos sluoksnis. Palyginimui, keleiviniai lėktuvai skraido maždaug 10 km aukštyje.
Zondo komponentai ir jų parinkimas
Balionas
Įrangai pakelti į 33 km aukštį buvo pasirinktas meteorologinis balionas. Pasaulyje yra dvi pagrindinės šiuos balionus gaminančios firmos: „Totex“ (Japonija) ir „Kaymont“ (JAV). Autorius pasirinko „Totex“ ir susisiekė su jų atstovais Suomijoje. Po susitarimo ir apmokėjimo, po poros savaičių kurjeris pristatė prekę, kuri kainavo apie 200 litų.
„Totex“ TX1200 balionas - tai 1,2 kg sveriantis latekso gabalas, pritaikytas pakelti 1050 g sveriantį radiozondą ir susprogti 34,2 km aukštyje. Optimaliausias kilimo greitis yra 320 m/min. Kadangi autoriaus zondas svėrė apie 1700 gramų, balioną teko truputį perpildyti, kad būtų pasiektas optimalus kilimo greitis. Kylant į viršų, oro slėgis mažėja, todėl baliono viduje esančių dujų slėgis maždaug 34 km aukštyje pasiekia baliono pūtimosi ribą ir jį susprogdina.
Dujos balionui
Vandenilis buvo pasirinktas balionui užpildyti dėl to, kad tai yra lengviausios dujos visatoje, du kartus lengvesnės ir maždaug tris kartus pigesnis už helį. Iš firmos „ELME MESSER GAAS“ buvo nupirktas 50 litrų talpos dujų balionas už 200 litų. Nors vandenilis yra labai degus ir, susimaišęs su deguonimi, net sprogus, šis faktorius buvo įvertintas.
Parašiutas
Siekiant apsaugoti krentantį zondą nuo sudužimo, buvo naudojamas parašiutas. Nors didesnio skersmens parašiutas užtikrintų mažesnį kritimo greitį, jis galėjo padidinti zondo nuskriejimo atstumą nuo paleidimo vietos, kas nebuvo pageidautina. Sumokėjus apie 100 litų, beveik po mėnesio buvo gautas „Rocketman“ firmos parašiutas, pagamintas iš specialaus neplyštančio armuoto „Ripstop“ nailono.
Zondo korpusas
Zondo korpusas buvo viena svarbiausių dalių, turėjusi apsaugoti įrangą nuo ypač nepalankių aplinkos sąlygų: nuolatinio kratymo dėl atmosferos turbulencijos, didelio šalčio ir labai mažo atmosferos slėgio. Be to, nusileidimo metu jis turėjo atlaikyti stiprų smūgį į žemę. Korpusas buvo išpjautas iš specialaus putplasčio, skirto pastatams šiltinti, naudojant įkaitusią nichrominę vielą. Viskas buvo suklijuota specialiais putplasčio klijais, taip sukuriant labai sandarią ir gerai nuo šalčio apsaugančią dėžutę.
Dėžutės vidus buvo išklijuotas blizgančia lipnia juosta, atspindinčia infraraudonuosius spindulius. Kad zondo dėžutė, pakilusi į beveik visišką vakuumą, nesprogtų, buvo padaryta maža skylutė, užklijuota medžiagos skiautele. Zondo apačioje buvo priklijuotos iš porolono iškirptos pagalvėlės.
Maitinimo šaltiniai
Skrydžio metu energiją įrangai teikė baterijos. Kadangi zondo viduje temperatūra galėjo nukristi iki -60 °C, įprastos baterijos ar akumuliatoriai būtų nustoję veikti. Buvo ieškoma Li-SO2 nekraunamų baterijų, naudojamų karinėje pramonėje, galinčių veikti žemoje temperatūroje. Galiausiai buvo rasta tinkama alternatyva - „Energizer L91“ nekraunamos AA ličio baterijos (Li-FeS2), galinčios veikti -40 °C temperatūroje. Jos buvo labai lengvos, turėjo didelį energijos kiekį ir buvo žymiai pigesnės nei Li-SO2. Iš Anglijos buvo nupirkta 18 tokių baterijų už maždaug 140 litų. Visos baterijos buvo sujungtos nuosekliai.
Zondo įrangai reikėjo skirtingų įtampų maitinimo šaltinių: 3,3 V fotoaparatui, 5 V mikrokontroleriui ir servo varikliui, bei 12 V siųstuvui, GPS imtuvui ir sirenai. Iš pradžių planuoti paprasti 78* serijos stabilizatoriai pasirodė netinkami dėl mažo naudingumo koeficiento. Buvo rasti „buck“ tipo įtampos stabilizatoriai, kurių naudingumo koeficientas siekė apie 95%. Pasirinktas „National Semiconductor“ gaminys LM2670, trys detalės užsakytos iš „Digi-Key“ katalogo.
Mikrokontroleris ir programavimas
Mikrokontroleris buvo pagrindinė zondo „smegenų“ dalis. Kadangi tai buvo pirma rimtesnė pažintis su mikrokontroleriais, dėl programavimo paprastumo buvo pasirinkta „Arduino Duemilanove“ platforma. Nors buvo galima nusipirkti patikrintą programavimo plokštę su į mikrokontrolerį įkeltu „bootloader“ (pradinės paleisties programa), autorius pats suprojektavo ir pagamino plokštes pagal rastas schemas. Iš Amerikos buvo atsisiųstos kelios „ATMEGA168“ mikroschemos. Buvo konstravima tik USB-UART dalis, užuot konstravus visą „Arduino Duemilanove“ plokštę. Mikrokontroleriui užprogramuoti ir programos veikimui patikrinti viskas buvo montuojama ant maketavimo plokštės.
Per kelias dienas buvo paruošta funkcionuojanti programa, kuri pasukdavo fotoaparatą apačion ir padarydavo 3 nuotraukas, paskui pasukdavo į šoną ir padarydavo 6 nuotraukas, tada pasukdavo į viršų ir padarydavo 2 nuotraukas.
Sekimo sistema
Norint surasti nusileidusią įrangą, reikėjo pagaminti sekimo sistemą, galinčią veikti ypač dideliais atstumais. Pradžioje planuota naudoti GSM sekimo sistemą, kuri iš palydovų priimtas koordinates siųstų SMS žinutėmis į telefoną. Tačiau dėl tam tikrų priežasčių buvo pasirinktas kitoks variantas - koordinates siųsti radijo bangomis tiesiai į nešiojamąjį kompiuterį.
Siųstuvas turėjo integruotą TNC kontrolerį. Prijungus TNC kontrolerį prie kompiuterio, buvo galima keisti įvairius parametrus: siunčiamų koordinačių formatą, siuntimo dažnį, perduodamą papildomą informaciją ir t.t. Siųstuvo galia buvo gana didelė - galėjo siekti net 10 W, tačiau ji buvo sumažinta iki maždaug 1 W, nes, nors atstumai ir dideli, radijo bangoms sklisti nebuvo jokių kliūčių. Būtent dėl to, kai balionas buvo 33 km aukštyje, siųstuvo siunčiamos koordinatės buvo girdimos net Helsinkyje - maždaug 700 km atstumu nuo zondo. Buvo užprogramuota, kad siųstuvas kas pusę minutės siųstų standartinius koduotus $GPRMC sakinių paketus.
Standartiniai GPS imtuvai nustoja veikti maždaug 24 km aukštyje. Zonde buvo įmontuotas „Garmin“ firmos GPS 35 HVS imtuvo modelis, galintis veikti net tokiame aukštyje, į kurį pakilo balionas. Deja, testuojant sistemą, dėl klaidos (prie vienos siųstuvo TNC mikroschemos kojelės vietoje 5 V prijungus 12 V) siųstuvas buvo sudegintas.
Koordinatės priėmimas ir atkūrimas
Siųstuvo siunčiamas koordinates reikėjo kaip nors priimti ir atkoduoti. Racijos garso išėjimas per izoliacinį transformatorių buvo prijungtas prie kompiuterio garso įėjimo. Gauti koordinačių paketai buvo atkodavami AGWPE programa. Koordinates buvo suvedamos į naujai pirktą nešiojamą „Garmin Oregon 300“ navigaciją, kuri rodydavo trumpiausią ir greičiausią kelią iki baliono buvimo vietos.
Antenos
Siųstuvui reikėjo mažos, kokybiškos antenos, kurios stiprinimo koeficientas būtų lygus 0 dBi. Kadangi nusileidęs ant žemės zondas galėjo nuvirsti ant bet kurio šono, buvo norima, kad antena neturėtų jokio kryptingumo ir radijo bangos sklistų vienodai į visas puses. Taip pat maksimali antenos spinduliuojama galia turėjo būti ne mažesnė kaip 10 W.
Racijai (imtuvui) reikėjo naujos išorinės antenos, kurią būtų galima pritvirtinti ant automobilio stogo, todėl ta, kuri buvo pridėta prie racijos, visiškai netiko. Buvo nupirkta magnetu priklijuojama 2 dBi stiprinimo koeficientą turinti antena.
Fotoaparatas
Kadangi nebuvo visiškai tikras, kad visa įranga veiks be priekaištų ir zondą pavyks surasti, didelių investicijų į fotoaparatą nebuvo daroma. Dar iki projekto buvo gautas dovanų senas „Minolta“ fotoaparatas, veikiantis, bet ne visai taip, kaip turėtų. Nepaisant fotoaparato amžiaus, nuotraukų kokybė buvo ganėtinai gera. Buvo žinoma, kad paties skrydžio nuotraukos nebus ypač ryškios, tačiau vis tiek geriau nei nieko.
Į fotoaparatą buvo įdėta 2 GB talpos SD atminties kortelė, kurioje telpa 1260 nuotraukų. Nors buvo įmanoma nuotraukas siųsti radijo bangomis, šios idėjos atsisakyta, nes tokia sistema būtų beveik padvigubinusi įrenginio kainą, be to, radijo bangomis gautų nuotraukų kokybė būtų buvusi tiesiog apgailėtina.
Fotoaparatas buvo išardytas, norint prijungti prie visos sistemos. Tačiau, bandant atidaryti dangtelį, iš karto buvo sulaužyta jungtis, prie kurios jungėsi visi mygtukai, o bandant pataisyti, sugadinti ir mygtukų laidai. Galiausiai jų išvis atsisakyta. Buvo nupirktos dvi tokios pat jungtys ir FTP kabelis. Fotoaparatas prie mikrokontrolerio buvo jungiamas naudojant optoporas.
Siekiant, kad fotoaparatas dar labiau taupytų energiją ir mažiau svertų, buvo atsisakyta keleto dalykų: pašalinta blykstė ir visa schema, reikalinga jai valdyti, baterijų jungtys, ekranas ir realaus laiko laikrodis su baterija. Tikintis bent truputį pagerinti nuotraukų kokybę ir apsaugoti fotoaparatą nuo vandens, jei zondas vis dėlto nusileistų į ežerą, ant fotoaparato dėžutės priešais objektyvą buvo priklijuotas ultravioletinių spindulių filtras. 33 km aukštyje ozono sluoksnis jau seniai būna pasibaigęs, todėl UV spinduliuotė yra labai didelė.
Paleidimo data ir eiga
Nors buvo labai stengtasi spėti balioną paleisti vasarą, tačiau nepavyko - viskas dažniausiai užima daugiau laiko, nei būna planuota. Labiausiai buvo baiminamasi, kad visa įranga gali nusileisti Baltarusijoje, kadangi nuo namų iki artimiausios jos sienos - vos 20 km. Balioną reikėjo leisti tokiu oru, kada ne tik mažai debesuota, bet ir vėjas pučia nuo Baltarusijos - iš rytų, pietryčių. Todėl ilgiau nelaukiant viskas buvo paruošta ir, patestavus įrangą, apsižvalgius numatomus orus, buvo ryžtasi paskelbti paleidimo datą - 2009-ųjų rugsėjo 9-ąją.
Likus dienai iki paleidimo, mokykloje buvo paprašyta mokytojų, kad išleistų iš kitos dienos pamokų. Mokytojai sutiko. Parėjus namo iš karto buvo pradėtas galutinis visos sistemos patikrinimas. Dar kartą peržiūrėta, ar viskas paruošta. Buvo labai džiaugiamasi, kad pagaliau visa sistema veikia taip, kaip turėtų. Vakare beliko tik iki galo sukonfigūruoti programinę nešiojamojo kompiuterio įrangą.
Surašius visas reikalingas programas, dar kartą buvo nueita į dirbtuves, kur gulėjo zondas, sujungti ir pažiūrėti, ar kompiuteris priima ir atkoduoja koordinates. Tačiau vos tik prijungus laidelius prie baterijos, išgirstas įtartinas šnypštimas, o iš dėžutės pakilo įtartinas dūmelis. Iš praktikos buvo žinoma - dūmelis nieko gero nežada. Per neapsižiūrėjimą buvo sumaišytas pliusas su minusu. Nors gali atrodyti juokinga, tačiau tada pirmą kartą buvo patirtas tas tikrai nemalonus jausmas, kai taip sunkiai ir ilgai ruošiantis lemtingai dienai, paskutinę akimirką per klaidą viskas ima ir sugriūna.
Kurį laiką garsiai pasikeikus, buvo ryžtasi atidaryti zondo dėžutės dangtelį ir pažiūrėti, kiek ten tos įrangos sudegė. Bet kuriuo atveju buvo žinoma - paleidimas atšaukiamas. Iš pirmo žvilgsnio kažko akivaizdžiai sudegusio nesimatė, tačiau apžiūrėjus įdėmiau buvo pastebėta, kad visi trys įtampos stabilizatoriai įskilę ir aprūkę. Dar buvo nudegę keli plokštės takeliai, perdegęs saugiklis. Jau buvo aišku, kad maitinimo blokas sugedęs. Labiausiai nerimauta, kad tai dar galėjo pakenkti siųstuvui arba fotoaparatui - tokiu atveju projektas jau būtų žlugęs. Susitaikius su nuostoliais, jau kitą dieną buvo užsakytos naujos detalės. Rugsėjo 16 d. jos gulėjo ant stalo. Iš karto buvo nuskubėta kuo greičiau taisyti įrangą. Vienos dienos darbas - ir viskas vėl veikė.
Galutinis paleidimas
Vis buvo nerimaujama, kad jau nebebus tinkamo oro paleisti. Tačiau meteorologinės prognozės rodė, kad artimiausią sekmadienį, rugsėjo 20 d., numatomas neblogas oras. Sekmadienio rytą buvo atsikelta gana anksti - norėta spėti balioną paleisti ryte, apie 9 val. Oras buvo puikus, beveik nė vieno debesėlio, nei trupučio vėjo. Po truputį pradėjo rinktis draugai, net parasparniu atskrido - pastiprinimas iš oro.
Vis dėlto pasiruošimas, įrangos jungimas, baliono užpildymas užtruko kiek ilgiau nei tikėtasi. Viskas vyko gana sklandžiai, tik užklijavus fotoaparato dėžutės dangtelį, pamatytas stiprus UV spindulių filtro rasojimas. Visiškai nebuvo to numatyta. Į balioną prileista apie 4,1 m3 dujų. Balionas atrodė tikrai įspūdingai. Dujos leistos tol, kol balionas pradėjo kelti 3,4 kg sveriantį balastą - tai buvo rodiklis, kad dujų kiekis pakankamas. Viską dar kartą patikrinus, pririšus parašiuto ir zondo virves, buvo pasiruošta paleisti balioną. Galiausiai paleidimas įvyko: 10:51 val.
Paleidus balioną, iš karto buvo sėsta į mašiną ir iš lėto keliauta paskui balioną. Nors orų prognozės rodė, kad vėjo kryptis pietinė ir greitis daugiausiai turi siekti 2 m/s, tačiau vos paleidus tapo aišku, kad ten, viršuje, sąlygos visiškai kitokios. Balionas, darydamas lanką, pradėjo skristi į pietryčius - link artimiausios Baltarusijos sienos. Kai zondas kabojo virš Pabradės, tapo aišku, kad nusileis Baltarusijoje. Netrukus balionas pasiekė sieną ir, labai nuo jos nenutoldamas, keliavo pietų kryptimi. Kai buvo Nemenčinėje, signalas pastebimai pradėjo silpnėti, kol pagaliau 13:01 val. visai dingo. Suprasta, kad zondas nusileido. Deja, nusileido Baltarusijoje - apie 15 km nuo pasienio, kartu su atminties kortele, kurioje buvo visos nuotraukos iš oro. Skrydis truko palyginus neilgai - 2 val. 10 min. - buvo parinktas didelis kilimo greitis ir palyginus nedidelis parašiutas. Tačiau labiausiai nustebino tai, kad balionas per tokį trumpą laiką įveikė net 65 km atstumą.
Gana greitai pavyko rasti žmogų, turintį Baltarusijos vizą ir galintį pabandyti ten surasti įrangą. Jau tą pačią dieną Viktoras vaikščiojo tenykščiame miške, ieškodamas nusileidusio baliono. Tačiau surasti nepavyko - paskutinės koordinatės buvo atėjusios nurodant...
tags: #sveikinimas #laikyk #kardana