Expedice Mars v oblakoch

Štart stratosférického balóna EM2017 prebehol 21.10. 2017 o 5h10m02s UT na letisku v Malých Bieliciach (SK). Počas letu dosiahol najvyššiu nadmorskú výšku 33 662 m n. m. Gondoly dopadli o 7h17m19s UT v blízkosti mesta Bátonyterenye (HUN). Balón celkovo vyniesol tri gondoly: JULO – PISKA, LORA TRX a Expedice Mars 2017. Na palube bola umiestnená GoPro kamera, experimenty získavali dáta informujúce o telemetrii letu (PISKA), vykonávali aerologické merania, určovali zmenu dopadajúceho kozmického žiarenia, skúmali správanie mikroorganizmov v extrémnych podmienkach (Expedice Mars 2017), ďalej bol na palube umiestnený tracker, ktorý ponúka aj možnosť vysielania snímok z palubnej kamery (LORA TRX).

Obr. 1: Štart stratosférického balóna EM2017 na letisku v Malých Bieliciach. Autor: SOSA

 

Priebeh letu

Štart stratosférického balóna nastal 21.10. 2017 v čase 5h10m02s UT. Prebehol na letisku v Malých Bieliciach – Partizánske (SK, N48,62263 E18,33609). Balón praskol nad obcou Zombor (SK) na súradniciach N48,13193 E19,44562 o 6h42m45s UT. V tomto čase zároveň dosiahol svoju najvyššiu nadmorskú výšku 33 662 m n. m. Balónom vynesené gondoly ďalej pokračovali v lete do 7h17m19s UT, kedy dopadli na súradniciach N47,93238 E19,82160 v blízkosti mesta Bátonyterenye (HUN).

 

Obr. 2: 3D priebeh letu stratosférického balóna EM2017. Autor: Jakub Koukal

 

Nosným prvkom celej zostavy bol meteorologický balón Hwoyee plnený héliom s hmotnosťou 1600 g a ťahom 6 kg. Priemer balóna na zemi je ~ 2 m (QNH cca 1000 hPa), pred prasknutím ~ 10 m (QNH cca 5 hPa) a jeho celkový objem je 6 m3. Brzdenie úžitkového zaťaženia po prasknutí balónu je zaistené padákom s priemerom ~ 80 cm. Jeho brzdný účinok sa začína prejavovať zhruba od výšky 10 km nad povrchom Zeme. Dopadová rýchlosť gondolí je potom približne 20 km/h. V prípade letu stratosférického balóna EM2017 dňa 21.10.2017 bola priemerná rýchlosť stúpania 6,017 m/s, priemerná rýchlosť klesania po prasknutí balónu -15,968 m/s a dopadová rýchlosť bola 5,727 m/s (20,619 km/h).

Obr. 3: 2D výškový/časový priebeh letu stratosférického balóna EM2017. Autor: Jakub Koukal

 

Experimenty na palube letu

JULO – PISKA (Pi in the sky)

Obr. 4: Pohľad na vnútorné usporiadanie gondoly JULO – PISKA. Autor: SOSA

Základom celého modulu je mini PC Raspberry Pi 1 (model A), telemetrický modul vysiela na frekvencii 434,250 Mhz v digimóde RTTY (Radio TeleType, dvojkanálová frekvenčne modulovaná telegrafia). Dvojkanálová frekvenčne modulovaná telegrafia patrí medzi najstarší a doposiaľ najrozšírenejší digitálny druh prevádzky na amatérských pásmach. V gondole sú ďalej umiestnené dva senzory na meranie vnútornej teploty, barometrický senzor BMP 180 pre meranie atmosférického tlaku. Záznam letu v podobe videa zabezpečuje GoPro kamera s HD rozlíšením 720p (1280×720 px, 25 sn/s), video je komprimované v štandarde MPEG-4 AVC (H.264). Súčasťou GoPro kamery je externý batériový zdroj (Baterry BacPac). Hlavným experimentom je ADS-B receiver (Automatic Dependent Surveillance – Broadcast), ktorý prijíma ADS-B signály z lietadiel za účelom ďalšieho spracovania. Systém ADS-B pracuje na kmitočte 1090 MHz, pre príjem signálu je nutné mať priamu viditeľnosť na zdroj vysielania, teda na lietadlo. ADS-B využíva informácie o polohe z GPS, vďaka tomu je možné presne určiť pozíciu lietadla vzhľadom k akémukoľvek miestu na Zemi. Ostatné informácie, ako teploty, počasie, apod., sú získavané z palubných počítačov.

Provozovateľ: SOSA

Spracoval: Jakub Kapuš

 

LORA TRX

Obr. 5: Pohľad na vnútorné usporiadanie gondoly LORA TRX. Autor: SOSA

Ľahký a cenovo dostupný tracker pracujúci v pásme 868 MHz v sieti LoRa (Long Range). Základ trackeru tvorí mini PC Raspberry Pi Zero W, na ktorom beží software pre projekt “Pi in the sky”. K samotnému mini PC Raspberry je pripojený externý plošný spoj, ktorý pozostáva z LoRa modulu pre modulovanie a vysielanie signálu s telemetriou, GPS modulu Ublox MAX-M8Q pre spracovanie signálov z družíc systému GPS, a teda získavaniu samotnej GPS polohy a času a anténu pre príjem GPS systému (1575MHz). Tracker ponúka aj možnosť vysielania snímok z palubnej kamery v podobe SSDV packetov, obojstrannú komunikáciu a pripojenie rôznych senzorov, napr. pre PTU hodnoty.

Provozovateľ: EMPASA

Spracoval: Samuel Toman

 

Expedice Mars 2017

Obr. 6: Pohľad na vnútorné usporiadanie gondoly EM2017. Autor: SOSA

Sonda meriaca základné atmosférické veličiny postavená na platforme Arduino. Hlavným riadiacim prvkom je Arduino Mega 2560, ktoré obsluhuje všetky senzory a taktiež sa stará o ukladanie dát. Senzory sú spoločne s podpornou elektronikou pripojené k plošnému spoju slúžiacemu ako shield k Arduinu. Celý systém umožňuje merať teplotu a tlak pomocou senzoru DHT 22, tlak pomocou senzoru BMP 180, ďalej je tiež schopný detekovať koncentráciu pevných častíc, v našom prípade ľadových kryštálikov v oblakoch typu cirrus a ďalších pomocou optického senzoru Sharp GP2Y1010AU0F, detekuje kozmické žiarenie behom letu pomocou sústavy dvoch nad sebou umiestnených Geiger-Müllerových trubíc a tiež meria účinnosť solárnych článkov v závislosti na výške, pričom sú tu umiestnené 3 fotovoltaické články, dva na stranách pre zistenie strany osvetlenej slnečnými lúčmi a jeden vnútri ako referenčný kvôli možnej závislosti účinnosti na teplote. Všetky tieto dáta sú ukladané na SD kartu.

Provozovateľ: Expedice Mars

Spracoval: Jakub Janoušek

Celkom bolo vyslaných päť mikroorganizmov, traja zástupci kvasinek a dvaja zástupci baktérií. Z bakteriálnych zástupcov bola použitá baktéria Cupriavidus necator H16 produkujúca polyhydroxybutyrát (PHB). Ďalej bol použitý jej mutantný kmeň Cupriavidus necator H16/PHB-4, ktorý nie je schopný akumulácie polyhydroxybutyrátu. Z kvasiniek boli testované karotogénne kvasinky Rhodotorula glutinis, Cystofilobasidium capitatum a zástupca rodu Metschnikowia. Množstvo živých buniek vo všetkých vzorkách bolo po skončení testu stanovené metódou počítania kolónií na pevných kultivačných médiách (CFU = colony forming units). Nepriaznivé podmienky zvládli lepšie kvasinky. Pri všetkých testovaných kmeňoch karotogénnych kvasiniek boli po skončení testu detekované aj živé bunky (106-105 buniek/ml). Nejlepšie prežíval zástupca rodu Metschnikowia, ďalej kmeň Cystofilobasidium capitatum a následne kmeň Rhodotorula glutinis, pri ktorom bolo z testovaných kvasiniek stanovené najnižšie množstvo viabilných buniek. Rozdiely v množstve živých buniek však medzi kvasinkovými kmeňmi neboli príliš výrazné. Pri baktériách bol, naopak, pozorovaný výrazný rozdiel medzi testovanými kmeňmi. Pri mutantnom kmeni Cupriavidus necator H16/PHB-4 neprodukujúceho PHB neboli detekované po skončení testu takmer žiadne živé bunky, naopak pri kmeni produkujúcom PHB Cupriavidus necator H16 bolo stanovených približne 104 viabilných buniek v ml testovanej vzorky.

Provozovateľ: Expedice Mars

Spracovali: Klaudia Kvaková, Ivana Márová, Petra Matoušková

 

Poďakovanie

Let stratosférického balóna EM2017 sa mohol uskutočniť vďaka finančnej podpore Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy ČR a Fakulty elektrotechniky a informatiky STU, vďaka finančnej a technickej podpore Slovenskej organizácie pre vesmírne aktivity (SOSA). Vďaka patrí aj Ústavu chemie potravin a biotechnologií FCH VUT v Brně za poskytnutie priestorov a za odborné konzultácie, Hvezdárni v Partizánskom za poskytnutie zázemia a priestorov a všetkým dobrovoľníkom podieľajúcim sa na projekte.

 

Odkazy

Expedice Mars (EM) http://www.expedicemars.eu/

Slovenská organizácia pre vesmírne aktivity (SOSA) http://sosa.sk/sk/

 

Autori

Beáta Plaskurová (Expedice Mars)

Jakub Koukal (Hvězdárna Valašské Meziříčí)