Workshop med ballong och radio

En intensiv vårtermin och fortbildningar samtidigt på minst tre håll i Finland sätter sina spår. I de spåren blev kursen ”Near Space Experience”, ordnad av Skolresurs.fi med bidrag från Nordic ESERO, en mer spontan verkstad där åtta personer ställde sina erfarenheter och kunskaper till varandras förfogande. Samarbetet fick luft under vingarna och senare skulle vi få ett mätbart resultat; 34128 m.

DSC_2773
Maria Södö, Tomas Swanljung, Emma Strömbäck och Oskar Ros jobbar med att få en UV-sensor och en Arduino UNO att fungera tillsammans.

Alla de sensorer vi använder kontinuerligt i vardagen, just den uppsättning som finns i din smart-”telefon”, har tvingat ner både pris och storlek på hårdvaran. Därtill är mjukvaran lättillgänglig.

Att koppla ihop en sensor med exempelvis en Arduino kräver inte nödvändigtvis något som helst lödningsarbete. Lite kablar med stiftkontakter fungerar alldeles utmärkt så länge man inte utsätter utrustningen för yttre påfrestningar.

DSC_2780
Den sänder! Då blir det till att få ihop UV-sensorn med det övriga paketet. Det, skulle det visa sig, tog tid eftersom de analoga portarnas antal i Arduinon var (n-1), där (n) utgjordes av det antal portar som stod på önskelistan.

Delningsbenägenheten är mycket hög hos dem som jobbar med Arduino. Hittar du en sensor och googlar beteckningen är sannolikheten stor att du direkt hittar en väl fungerande kod – bara att ladda ner, köra och, eventuellt, kallibrera eller småjustera. Att börja från nåt som fungerar och sedan justera efter behov är ofta lättare än att börja från tom skärm.

DSC_2787
Payloaden är packad och klar att följa med ballongen till stratosfären.

Redan innan tidningsbuden fått upp farten tändes belysningen i garaget hos Katternö Skywatchers’ (KSW) ordförande Carl-Johan Källman. Den nyttolast lärarna fixat till under dagen innan skulle få sällskap av spårningsutrustning. Ett nära samarbete mellan KSW och nejdens radioamatörer gör att spårningen naturligt sköts via APRS, Automatic Packet Reporting System. Det gör att vem som helst, i realtid, kan följa sändaren via nätet.

Detta bildspel kräver JavaScript.

DSC_2826Klockan 05:45 lyfte KSW’s ballong med sikte på rekordhöjd och en knapp halvtimme senare var det dags fär lärarnas ballongexperiment att gå till väders. Själva ballongen var en gummiballong på 1000g. Utrustning för mätningar och position uppgick till totalt 360g. Den tilltagna längden på den sträng som bar utrustningen, två fallskärmar och en radarreflektor är till för att minska att ballongens ryck vid vindpustar överförs direkt till nyttolasten.

En gummiballong stiger tills den exploderar när skillnaden i tryck mellan insidan och utsidan blir för högt. KSW’s ballong skulle nå maximal höjd och fylldes därför med minimal mängd gas. Tillräckligt mycket för att lyfta ballongen tills den exploderar men inte så mycket att den exploderar ”i förtid”. Där finns en delikat gräns, och en stund fanns det oro för att ballongen skulle ha fyllts i snålaste laget och att det fanns en risk att ballongen skulle bli en ”floater” och flyga iväg utan att nå den höjd på vilken den skulle explodera.

Lärarnas ballong fylldes däremot rejält. Nettolyftkraften bestämdes till 12N. I jämförelse med KSW’s ballong såg den ballongen rejält dopad ut när den drog iväg. Farhågorna då blev om den över huvud taget skulle nå önskad höjd. Det var också en kall morgon så luftens densitet torde ha varit drygt 80g/m³ högre än vid normal sommartemperatur. Hur påverkar en sån sak den vertikala hastigheten?

OH6VHF-4
Det går även i efterhand att söka upp signalerna från lärarnas ballong, OH6VHF-4, och KSW’s rekordballong, OH6VHF-2. Klicka på punkterna i kurvorna som beskriver färden över Jorden så får ni fram positionsdata och momentan horisontell hastighet för just det tillfället.

Datainsamlingen är en sak. Att ta den tillvara är en annan. Det enklaste är att låta datakontrollern skriva all data från sensorerna till ett minnskort så att man enkelt kan flytta över den till en dator när man fått nyttolasten tillbaka. Där finns dock ett litet ”aber”. Det är inte alltid man kommer åt nyttolasten efter att den har landat.

Ur detta dilemma föddes tanken på att ta ner all data via spårningssystemet APRS. Det visade sig inte alls vara så enkelt. Efter en del diskussioner med hjälpsamma radioamatörer i Jakobstadsnejden blev jag inbjuden till deras års- och månadsmöte. Jag lyssnade in mig i en värld som huvudsakligen definierades genom en djungel av förkortningar och spännande terminologi. Jag smygräknade om ”vår” frekvens till en våglängd på 69 cm innan jag fick muntur.

När jag fick muntur, kopplade datorn till deras projektor och, inte helt utan stolthet över mina elevers alster, visade hur en CanSat fungerar och hur vi sänder data över de korta avstånd det i CanSat-sammanhang är frågan om, fick jag frågan om hur kommunikationen mellan Arduino och dator skedde för tillfället.

”Med radio.”

”Vilket band använder ni?”

”69 cm.” (sic)

Det avrundades givetvis till ”70-centimeters-bandet”. (Undertecknad tar lärdom.)

”Varför använder ni inte den nu då?”

”Avståndet blir för stort.”

”Hur kraftig är sändaren?”

Jag visade villigt min osäkerhet och beslöt lita på de samlade experternas uppskattning om åtminstone 10 mW. En koll i CanSat-boken gav effekten 20 mW.

”Men – Det fixar vi nog med en bättre antenn.”

Hastigt togs beslut om att Tomas Tallkvist, som till vardags skapar vetande med hjälp av antenner och signaler, skulle bistå med sin kunskap. Thomas Anderssen, som var den som bjöd in mig till radioamatörernas möte, hittade en lämplig antenn i sitt lager. Den fördes till den tidigare Tomas som försåg den med filter och förstärkare. Därtill fick vi låna stativ och en lämplig mast. Tacksamheten sträckte sig högre än antennen.

Detta är bara en i raden av händelser som upplyser en om att man lätt går helt in för den lösning man fårst ramlar över och försöker få den att bära frukt. På den vägen tar man inte alltid notis ens om de fruktträdgårdar som finns i den allra närmaste omgivningen. Att stanna upp, tänka, sprida tankarna och lyssna – är aldrig fel.

DSC_2835
En trådantenn på 17,25 cm hängandes från en sändare med en effekt på 20mW klarade gott ett avstånd på 73km med en rejäl mottagarantenn. Just den är en av de få saker i sammanhanget som inte måste ta vägen via en våg för att godkännas.

Detta bildspel kräver JavaScript.

Trots det kyliga vädret, data som strömmade in via radion och positionsdata som kunde kollas via webben fanns det tid att njuta av Månens inträde på scenen. Behandlingen av de data som samlades in blir ett sommarprojekt att göra något av.

DSC_2840
Månen, några moln, en antenn och de första strimmorna av morgonsolen. Vad mer kan man önska sig en onsdagsmorgon?

”Den hänger i en tall.” var beskedet från Mats Braskén när sökpatrullen funnit vårt eftertraktade paket. Nåväl – Rent statistiskt är det så det går i Finland och problem är till för att lösas.

DSC_2846
Vi hade en plan. Vi behövde en stege, ett teleskopskaft till en borste, ett par metspön, ett långt snöre och en bit järntråd. När väl Caijo kom med ännu ett metspö fick vi ner vår skatt ur tallen.

DSC_2848

Det är fantastiskt hur lång en tall kan vara. Lika fantastiskt är det hur bra nånting kan sitta fast i det högt belägna grenverket. Nyttan av att bara smälla till den färggranna lådan som hängde och dinglade var i det närmaste noll. Det var bara att ta skeden i vacker hand och klättra upp med lämplig utrustning och med hjälp av den trä en krok kring lämpligt utstickande snöre, eller motsvarande, för att man sedan skulle kunna dra ned paketet.

Under tiden hade Carl-Johan och Pekka Ruohomäki hämtat KSW’s ballong. Den låg alldeles i kanten av ett kalhygge och var bara att plocka upp. Att den låg öppet var bra eftersom signalen från den ballongens tracker inte kunde spåras av någon radioamatör i nejden. Sista signalen som mottogs sändes från en höjd på 585m. Det gör givetvis sökområdet större. Hur som helst blev det nytt höjdrekord för gummiballonger sända av amatörer i Finland: 42592m.

DSC_2859
Utrustningen är bärgad. Data säkrad. Oskar Ros, Mats Braskén, Carl-Johan Källman och Maria Södö har dagens projekt i hamn.

En kurva över ballongens höjd mot tiden visar en rätt jämn stigning till nära 35 km’s höjd. Färden tillbaka mot jordytan gick snabbt början innan. Det är först i troposfären som luftens densitet är tillräckligt hög för att de små fallskärmarna ska kunna göra ett gott jobb.

Hojd_vs_tid

Den horisontella farten var vid detta tillfälle rätt jämn. Ibland kan ballongen hamna in i en jetström som drar fram med hastigheter över 35 m/s och ibland kan den helt lugnt ligga och i det närmaste stationärt på hög höjd innan den esploderar.

fart_vs_tid

Trots beräkningar av fallhastighet nära marken och trots att sannolikheten för att något som faller ner i Norden ska träffa människa eller känslig infrastruktur är i det närmaste noll är man sällan riktigt lugn innan allt, mjukt och värdigt, har tagit mark. Fallhastigheten denna gång nådde som högst ett medelvärde på -46m/s under en tvåminutersperiod. Den vertikala hastigheten vid ”landningen” var sedan så pass låg att vårt mjuka paket på 360g knappast skulle ha ställt till någon skada om det så skulle ha landat på ett växthus eller en något förvånad ko.

Övning ger färdighet och färdighet ger mersmak.  Tack, alla som bidrog till två lärorika dagar fyllda av upplevelser!


JanJan är lärare i matematik och vetenskapliga tillvalsämnen på Sursik skola i Pedersöre, Finland, samt resursperson på skolresurs.fi. Att ta in världsrymden i klassrummet ger ofta, åtminstone, ett delsvar på frågan ”Varför?”, en fråga som hörs rätt ofta i samband med matematikundervisningen. Att dryfta stora frågor ger nyfikenheten näring, vilket i sin tur är en av nyckelingredienserna till framgång. 

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut /  Ändra )

Google+-foto

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut /  Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut /  Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut /  Ändra )

Ansluter till %s