APRS měl v PicoBalloonech smůlu

Přesně 15 dnů letos trvala soutěž (radio)amatérských zařízení PicoBalloon Challenge 2021. Sondy na přiděleném heliovém balonu se vznesly do 10kilometrové výšky a snažily se svým konstruktérům podávat zprávy o poloze bez ohledu na světadíl, nad který je unáší vítr. Vítězem tohoto třetího ročníku se opět stala konstrukce, která to vydržela nejdéle. A díky ní zůstala poprvé v historii soutěže první cena nejen v ČR, ale dokonce přímo v Brně.

APRS technologie přitom měly v letošním ročníku smůlu, protože soutěžní balony vlétly do “oblasti nikoho”.

Z 15 startujících konstrukcí se postupně staly “silent” především ty, které vsadily na vlastní baterii. Jejich životnost z pohledu pravidel byla dána předem a šlo spíše o konstrukce začínajících tvůrců. I co do metody přenosu dat se spoléhaly na stávající komerční sítě typu LoRaWAN a Sigfox se všemi výhodami (cena, dostupnost) i nevýhodami (pokrytí, dosah). Více než 24 hodin tak vytrvala zařízení především zkušenějších konstruktérů, jejichž energetika byla postavena nejen na solárních článcích, ale také na pokročilém (programově řízeném) využití takto nasbírané energie.

A letošní vítěz se lišil od ostatních ještě jednou vlastností – použil hned dvě metody přenosu telemetrických dat. Síť APRS na 144.800 MHz a krátkovlnný protokol WSPR na 14 MHz. “Což se nakonec ukázalo jako klíčové, protože se všechny sondy dostaly do oblasti bez APRS pokrytí a WSPR bylo jediné, které si s tím dokázalo poradit,” vysvětlil autor hardwarové části vítězného zařízení, Martin Pospíšil, OK5MP z brněnského Vysokého učení technického.

Letošní soutěž byla totiž poznamenána nečekaným vývojem počasí. Ačkoliv v minulosti se rychlost sond ve výšce kolem 10 000 m nad mořem pohybovala běžně kolem 150-200 km/h, letos se průměrná rychlost postupně snižovala až na hodnoty kolem 20-30 km/h a balony v prostoru nad Tureckem, Gruzií a Kaspickým mořem téměř stály ve vzduchu. A v tomto prostoru pak postihl nepříjemný osud ztráty spojení i největší favority a zkušené radioamatérské vývojáře – loňského vítěze Tomasze Brola, SP9UOB z Polska a předloňského vítěze Thomase Krahna, DL4MDW z Berlína. Oba vsadili na APRS (VHF) a oba (stejně jako letošní vítěz OK5MP) vletěli do oblasti bez APRS pokrytí, takže se díky extrémě pomalé rychlosti letu jejich signál nepodařilo zachytit dříve, než vypršla lhůta 240 hodin (10 dnů) od posledních zachycených dat. A právě tím, že konstrukce OK5MP dokázala vysílat i pomocí krátkých vln, dokázala o sobě podávat zprávu i za této situace.

“Zlomový den byl 7. den letu. V pondělí 5. července, za situace, kdy už všechny ostatní sondy mlčely, jsme z prostoru nad Tádžikistánem začali dostávat informace o tom, že balon pomalu klesá. Je to vlastnost samotného balonu dodaného organizátory, kterou jako soutěžící neovlivníme – helium z něj přirozeným způsobem kvůli malé velikosti atomů pomalu uniká. A rychlost úniku se nedá moc predikovat. Před rokem jsme kvůli podobnému problému – přesněji s komplikacemi při utěsňování plnicího otvoru balonu – zklesali nakonec už na Slovensku,” popsal Martin, OK5MP. Od 6. června ráno už tedy z tohoto balonu přicházejí jen informace o stejné poloze a výšce ca 2.000 metrů nad mořem z místa, kde balon klesl a tenké dráty krátkovlnných zářičů byly pravděpodobně zpočátku zachyceny směrem vzhůru o strom či keř a proto dokázaly vyzářit vysílaný výkon a předat několik packetů. “Pokud mu bude svítit na solární panely slunce, bude vysílat ještě dlouho. Ale anténa je asi již někde na zemi a pravděpodobně tak již žádnou zprávu nezachytíme,” dodal konstruktér.

Autor vítězné konstrukce Martin OK5MP (vlevo) a autor software Jan Král (vpravo) sledují sondu těsně po startu.

Hořký konec favoritů

Jaký fyzický konec potkal sondy dvou favoritů SP9UOB a DL4MDW se můžeme jen domnívat. Díky APRS bylo možné sledovat jejich cestu nad střední Evropou zprvu relativně přesně. Díky západnímu větru zamířily všechny sondy od Brna na východ a první den večer se v okamžiku ztráty napětí ze solárních panelů naposledy ohlásily nad Rumunskem. Díky rozdílu výšek putovaly sondy různou rychlostí a SP9UOB-10 byl oproti DL4MDW-10 v tu chvíli 150 km “napřed”. Ranní paprsky druhého dne pomohly úspěšně odvysílat polohu balonu DL4MDW-10 z pozice z místa uprostřed Černého moře přes 100 km vzdálené APRS stanice v Turecku, k jehož severovýchodnímu pobřeží ale díky značnému zpomalení proudění dolétnul až pozdě večer a opět se tak s tmou odmlčel. Očekávaná první ranní poloha třetího dne přišla kolem 6 ráno tamního času z místa uprostřed východního Turecka a tato datová zpráva pak byla překvapivě tou poslední, kterou se podařilo zachytit. Předala ji 200 km vzdálená APRS digi YM7ZIG a sonda v ten okamžik vlétla do území, které je z APRS pohledu “územím nikoho”. Od Turecka na východ je totiž prvním APRS technologií alespoň částečně pokrytým územím až 3.500 km vzdálená Čína, nebo 6.500 km daleké Thajsko. Při aktuální rychlosti letu ca 25 km/h a absolutně nejistém směru bylo však zřejmé, že se sonda na mapě APRS objektů jen tak neobjeví.

2. a 3. den nad Tureckem.

Polské zařízení SP9UOB-10 potkal ještě zapeklitější osud – druhý den letu se jí nad Tureckem podařilo předat jen několik packetů a bylo vidět, že míří (jen o něco málo rychleji, než balon DL4MDW-10) také na východ. A první ranní packety třetího dne, které od sondy dorazily, toto nepřímo potvrdily tím, které turecké digi (na severním pobřeží u Černého moře) data předávaly. Daleko větším překvapením však byly předávané GPS souřadnice, které (včetně nadmořské výšky !) patřily letišti Esenboğa v hlavním městě turecka Ankaře. Nejpravděpodobnějším vysvětlením je to, že šlo o podvržené souřadnice jako ochrana před GPS naváděnými střelami (střela vystřelená na letiště si myslí, že je již nad cílem a exploduje, střela s jiným cílem se snaží bez výsledku manévrovat především směrem vzhůru a ztratí palivo). Zcela zjevně se sonda ve skutečnosti dostala třetí den dopoledne také do “pásma nikoho” a další packety od polské sondy APRS síť nezaznamenala.

Loňský vítěz Tomasz Brol (SP9UOB) nakonec obsadil 5. příčku a předloňský vítěz Sven Steudte (DL4MDW) 4. místo. Rozdíl mezi nimi byl jen v řádu hodin a tak lze s nadsázkou hovořit v podstatě o remíze.

LoRaWAN na stupních vítězů

Nakonec tak byla z pohledu pravidel úspěšnější konstrukce, která nespoléhala na APRS, ale na LoRaWAN. Zařízení Viktora Kovaříka pojmenované PePeak navíc nebylo odkázané na solární napájení a dokázalo tak díky nesené baterii vysílat bez přerušení. Jediným omezením tak byla existence potenciálních přijímacích stanic v dosahu. S frekvencí 10 packetů za hodinu se PePeak hlásil z identické trasy jako OK5MP a podařilo se mu předat polohu nejen nad Tureckem, ale i při přechodu 3. den letu ráno i nad Gruzií. Nad jejím územím však začal balon ztrácet výšku z 7.500 m na konečných 2.000 m a poslední údaj předal 3. den letu po poledni z blízkosti Tbilisi. PePeak se tak zařadil na 3. místo.

Krátkovlnný WSPR letos zvítězil

Poslední WSPR packet OK1RAJ překonal 4.500 km.

Ještě déle se s polohovými daty svým autorům hlásila sonda radioamatérské kolektivky OK1RAJ skautského střediska Pražská Dvojka, kterou v soutěži zastupoval mladý “radioskaut” Jan Horák. Letěla po stejné trase jako výše popsané konstrukce, ale třetí den v poledne se již hlásila východně od Turecka. Používala krátkovlnný WSPR v pásmu 14 MHz, který byl vyvinut a je aktivně používán pro sledování změn šíření krátkých vln a při přijetí packetů vzdálených majáků system avizuje uživatelům vhodné podmínky pro DX. Jako údaj o poloze se ale přenáší jen tzv. “velký čtverec”, takže poloha je přibližná s odchylkou až 100 km. Díky využití tohoto principu přenosu dat nízkým výkonem na velkou vzdálenost bylo možné zjistit, že sonda letí rychleji než ostatní – 3. den po poledni byla již ve čtverci LM39 nad Azerbajdžánem. Ten den se podařilo přijmout jen tento jeden packet. Následující den se sonda odmlčela, ale poslední předaná data byla až 5. den letu brzy ráno ze čtverce MM13 nad Afghánistánem. Tuto polohu reportovala svým přijímačem norská stanice OZ7IT na vzdálenost přes 4.500 km! Díky tomu si nakonec tato konstrukce odnesla z letošního klání pomyslnou stříbrnou medaili.

Trasa posledních dnů balonu OK5MP (středy velkých čtverců).

Již zmíněný vítěz picoballoon OK5MP-11, jehož WSPR poloha byla na APRS mapě zobrazována jako objekt OK5MP-25, odesílal svoji polohu pomocí WSPR technologie z oblasti Blízkého Východu co do počtu packetů daleko úspěšněji. Byť s omezenou přesností danou tzv. velkými čtverci lokátorového systému Maidenhead Grid Square. Jedním z důvodů úspěšnosti byla zřejmě délka antén, kterou autoři nakonec zvolili – u konstrukce OK5MP se více blížila délce ideálního dipólu, zatím co u OK1RAJ se autoři rozhodli délku zkrátit a rozdíl “dohnat” anténním tunerem.

Vyhodnocení

Na start se letos 28. června přímo na půdě pořádající Hvězdárny a planetária Brno postavilo 15 tvůrců či týmů. Výsledné pořadí jednotlivých konstrukcí bylo podle pravidel dáno časem posledního dosaženého kontaktu, který spočíval v předání polohových dat (přesný čas vzletu v dvouhodinovém startovacím okně byl evidován). Ty mají za cíl prokázat, že zařízení stále “letí”, takže je povinností konstruktérů předávat v datech především výšku. Zařízení je považováno za “silent” (ztracené) v okamžiku, kdy od poslední předané polohy uplyne 240 hodin (10 dnů). Vítěz, který obdrží cílovou prémii, je tedy znám v momentě, kdy se druhý v pořadí odmlčí na danou dobu. Není tak vyloučeno, že se některé “mlčící” sondy – pokud technicky stále letí a nedošlo u nich ke ztrátě vztlaku – znovu objeví, jakmile se dostanou do místa pokrytí signálem. Z minulosti je ověřeno, že trvanlivost konkrétního použitého typu balonu (udržení vztlaku) může dosáhnout až času tří týdnů a sonda může při příhodném proudění za tu dobu několikrát obletět Zemi. I přes značný čas (v den vydání článku 23 dnů) od posledních přijatých packetů od APRS zařízení SP9UOB-10 a DL4MDW-10 se ale již žádný packet přijmout v síti APRS nepodařilo a je to tak nyní již extrémě málo pravděpodobné.

Předchozí články k této akci:
Oficiální výsledky:

Zdroj: web pořadatele hvezdarna.cz

Start 28.6.21 10:00-12:00

   Název   Silent od (UTC)
1. OK5MP   10.7.21  6:07
2. OK1RAJ   2.7.21  4:48
3. pePeak  30.6.21 11:16
4. DL4MDW  30.6.21  8:11
5. SP9UOB  30.6.21  4:05

Pozn: DL4MDW startoval pod názvem Berliner Luft

email autora

Pokud se s námi chcete podělit o své názory na toto téma: