Resultados 4: La travesía

Lo que está claro es que nuestra sonda viajó, y viajó lejos y muy alto.
Entre los distintos instrumentos que portaba nuestro artilugio había uno muy especial: El GPS. Gracias a él podíamos saber en todo momento la posición exacta a la que nos encontrábamos... bueno no siempre:

Hace muchos años, allá por el siglo XX, existía una tensión muy fuerte entre dos grandes países del mundo: Los Estados Unidos y otro que se llamaba Unión Soviética. Bueno, pues cuando en los Estados Unidos inventaron el GPS pensaron:

«¡Uy! Esto del GPS igual les sirve a los soviéticos para que nos envíen misiles intercontinentales y nos hagan mucha pupa»

¿Y qué hicieron? Ordenaron a todos los fabricantes de receptores GPS que implantaran dos normas básicas que deberían de tener todos sus aparatos:

• No funcionar cuando esté más alto de 18000 metros.
• No funcionar cuando vaya más rápido de 1852 Km/h.

Y es aquí cuando por estas dos básicas normas nuestro GPS dejó de darnos lecturas a los 12085 metros de altitud. Ojo, el equipo APRS de nuestros colegas de la Unión de Radioaficionados de León llegó a alcanzar los 15000 antes de desactivarse (Todo antes de de esos 18000).

Pero bueno, como nota, para futuros vuelos ya está solucionado, ya que se puede programar el receptor GPS para que se desactive solamente si las dos condiciones se cumplen (Vamos, que vaya montado en un misil).


¿Vemos el viaje realizado? Nuestro GPS, siempre que funcionó, nos guardaba en una tarjeta SD su posición:

La curva del viaje está realizada con los datos reales de vuelo, es decir, los que se guardaron. Como verás hay un "corte" entre el ascenso y el descenso que va recto. De ahí para arriba el GPS estaba inutilizado.

¡Pero! Si nos vamos a la herramienta de simulación y añadimos los datos reales del lanzamiento, lo que observamos es que el viaje se parece muchísimo al de verdad:

Es más, por las imágenes grabadas por la cámara inferior sabemos que realmente sobrevoló lo que nos dice la gráfica naranja (La simulación):

Y ahora te preguntarás...

¿Y cómo se supo la altura real que alcanzó?

Bien, muy sencillo:

• Velocidad de ascenso.
• Presión atmosférica.

La primera es prácticamente constante en todo el recorrido. A veces un pelín más alta, otras más bajas, pero se mantiene. Y con la segunda pudimos determinar cuando ascendía y cuando descendía. Con estos dos datos pudimos realizar está gráfica: (Bueno, y una pequeña fórmula matemática).

Como ves, al principio hay como pequeíñisimos "tembleques", pero a partir de los 12085 metros de altura la línea va rectísima, esto es porque los primeros son datos reales, y los segundos "extrapolados" (Calculados).

La altura máxima del vuelo fue de 31593 metros con un error de 50 metros más o menos, es decir, que pudo variar entre 31543 y 31643.

Resultados 3: La Temperatura

Llega la hora de la verdad, la de la confesión: No nos funcionó correctamente el sensor de temperatura externo...
¡Pero el interno a las mil maravillas!

Vale, no es que no funcionara, es que tenía mal una conexión y no siempre leía la temperatura... ahora sí, ahora no... no... no... sí... otra vez noes... Lo que sí que pudimos comprobar fueron algunas lecturas en momentos muy precisos, como cuando estaba en la tropopausa o en el culmen del viaje.

Vamos a ver la gráfica de la temperatura que había dentro de la cápsula y después la comentamos.

Lo primero que vemos es que según aumenta la altura, desde el despegue, la temperatura va disminuyendo poco a poco desde los 29 grados hasta los 15. Hemos de contar que estas lecturas quizás iban bajando un poco más lentamente que las externas, ya que la cápsula estaba hecha y forrada de material aislante y la temperatura se "retenía" un poco más...

El caso es que vemos que en un momento la temperatura se estabiliza a 15ºC. A este cambio lo llamamos Tropopausa, es decir, el cambio de la Troposfera a la Estratosfera. En la gráfica lo vemos a aproximadamente unos 14000 metros de altura, pero realmente está un poco más baja (Por lo de la "retención" esa de la cápsula).

A 20000 metros observamos que la temperatura vuelve a subir ¿Y sabes por qué? Por que entramos en la capa de ozono u Ozonosfera.

Verás, el ozono es algo así como un "derivado" del oxígeno, vamos, que se forma a partir del que hay en esa zona. Pero en esa "mutación", el cambio de oxígeno a ozono, se desprende calor, algo a lo que llamamos Proceso Exotérmico, y en consecuencia la temperatura de la capa de ozono irá aumentando según nos vayamos introduciendo en ella.

Pero si nuestra sonda hubiera podido seguir subiendo... y subiendo... la gráfica de temperatura que obtendríamos sería algo parecido a esta:

¡Qué cosas! La temperatura varía MUCHÍSIMO entre las distintas capas... 

Resultados 2: La densidad del aire

Seguro que lo sabías, que no llevábamos ningún sensor que nos midiera eso de la "densidad del aire"... Pues no, pero llevábamos uno que nos lo dice indirectamente...

¿Pero qué es eso? Es muy sencillo:

«Es la manera de expresar la masa de aire que existe en un determinado volumen.»

Bueno, quizás no tanto. Explicándolo un poco mejor, es algo así como la "cantidad" de aire que hay en un sitio.

Al principio comentábamos que no llevábamos sensor de densidad, pero sí había uno que nos medía la temperatura y la presión atmosférica. Pues con estos dos datos, y aplicando una sencillísima fórmula se puede calcular durante todo el vuelo de la sonda.

No vamos a entrar en detalles con la fórmula, (Es r=P / R*T)  pero sabed que el resultado es esta gráfica que tenemos aquí debajo:

Vemos que casi es el mismo dibujo que la presión que ya habíamos visto. Claro, es que la densidad va ligada a la presión...
Cuanto más altitud, menos densidad. ¿Y sabes cuál es la consecuencia de la falta de densidad?
Mira el vídeo y lo descubrirás.

¿Qué te parece? Pues a partir de ahora cada vez que veas una película del espacio en el que naves espaciales exploten y provoquen sonidos a lo lejos, que sepas que es más falso que un euro de 127 céntimos.

Resultados 1: La Presión atmosférica

Ahora, una vez lanzada nuestra sonda al espacio cercano, lo que nos queda es analizar los datos y vídeos recogidos por la instrumentación que portaba nuestra amiga.

Vamos a ir poco a poco, y para empezar, que mejor que con nuestra amiga la presión.

«La Presión Atmosférica es la fuerza que ejerce la atmósfera sobre la Tierra, es decir, el peso de la columna de aire que se encuentra encima de una unidad de superficie»

Bueno, esto es la definición, pero vamos a verlo mucho mejor con un dibujito.

En la imagen vemos que partimos de la altura dada por el GPS en el patio del colegio Pedro Aragoneses Alonso de Mansilla de las Mulas, que no son otra cosa que 801 metros de altura sobre el nivel del mar, y a esta altura, tenemos una presión de 922 milibares (La unidad que empleamos habitualmente para medir la presión atmosférica).

Bien, si nos fijamos en la gráfica, vemos que según aumenta la altura de la sonda, la presión comienza a disminuir, pasando por ejemplo por el cambio de la troposfera a la estratosfera en donde nos encontramos con 280 milibares, menos de la tercera parte del valor inicial, pero apenas recorrido el primer tercio del viaje.

Es en este momento en el que comienza a "aplanarse" la curva, ya que la cantidad de aire existente en las capas superiores es mucho menor y mucho menos denso, es decir, la "columna de aire" pesa menos.

Llegamos al culmen del viaje, a 31593 metros de alto y allí la presión era de 11 mb (milibares), la misma que teníamos desde los 31200 metros, ya que prácticamente, aunque hay aire, es tan poco, pero tan poco denso que apenas pesa casi nada.

Sonda B: Mensajes al espacio

Tenemos algo más de helio (El gas que va dentro del globo) y algunos globos más pequeños que nos han hecho llegar nuestros amigos de Dilus. ¿Qué podríamos hacer?

Pues enviar un mensaje, bueno, muchos mensajes al espacio.

Para ello hemos diseñado una segunda cápsula en la que irán metidos mensajes escritos por todo el alumnado del centro y que cuando el globo estalle serán dispersados por nuestra atmósfera.

El funcionamiento es bien sencillo: Tensión.

La cápsula se mantendrá cerrada mientras el globo esté "tirando" de ella hacia arriba, pero una vez que explote, la tapa inferior se separará del resto dejando los mensajes de los chavales volando por allí donde haya alcanzado la mayor altura.

Lógicamente volverán a La Tierra, pero nosotros no seremos los que los recojamos. Los dejaremos para que vosotros los leáis.

La electrónica

Como ya habíamos comentado desde el principio, los alumnos serían los encargados de montar el circuito electrónico que leyera los datos, los almacenara y enviase por la radio a la estación base.

En los últimos días se le ha tenido que cambiar el lector de tarjetas SD, pues el que inicialmente habían montado los chavales fallaba en sus conexiones, y no siempre funcionaba como debiera. Pero ya que el profe ha tenido que coger el soldador, ha aprovechado para añadirle un par de LEDes, unas lucecitas que se han usado para codificar distintos estados mientras se programaba el microcontrolador, eso que es como un cerebro y sirve para gestionar todo.

Vamos a verlo:

Vemos que se ha usado una placa de prototipeo para el montaje. En ella hemos soldado los zócalos para insertar el Arduino Nano, -ese cerebro-, el lector de tarjetas y el sensor de presión atmosférica y temperatura interna. También hemos solado los conectores para poder enchufar el GPS (Está en la tapa de la cápsula), el sensor de temperatura externa (Está en un lateral), el transmisor de radio (Por ahí), y la batería, para la cual hemos unido dos powerbank de esos que se usan para cargar teléfonos móviles y cableado para poder conectarlo al resto del circuito.

El programa que el microcontrolador lleva dentro se lleva escribiendo y depurando desde hace meses, ya que queremos que sea sencillo pero eficaz. Y lo hemos conseguido.

Aquí os dejamos un Diagrama de Flujo, que es algo así como una traducción del código interno al castellano.

El microcontrolador declara variables y añade librerías una sola vez, justo cuando se enciende. A partir de aquí entra en un círculo vicioso al que llamamos Ciclo.

En cada ciclo realizamos las lecturas de los sensores y almacenamos los datos adquiridos en un fichero CSV en la tarjeta SD. Este fichero podremos leerlo después en cualquier ordenador que tenga una hoja de cálculo, por ejemplo el Excel.

¡Pero! Si te fijas en el diagrama, al principio del ciclo tenemos puesto una cosa que llamamos contador. No es más que una variable a la que sumamos 1 cada vez que se inicia, ya que el circuito transmitirá los datos cada 5 minutos, es decir, cada 60 ciclos de 5 segundos, que es la pausa que hace el programa antes de volver a iniciarse.

Bueno... vale... no son 5 minutos, quizás algún segundo más, ya que el resto de cosas que hace el programa también gastan su tiempo en hacerse...

La definitiva

Así es, pues hasta ahora habíamos trabajado sobre una cápsula manoseable, pero estos últimos días hemos montado la definitiva, con toda su instrumentación y electrónica.
También hemos aprovechado para darnos una vuelta por el patio del cole para comprobar que todo transmite a la perfección y que la estación base recibe y decodifica todas las señales correctamente. Aunque bueno, esta prueba duró bastante poco gracias al despiste del profe que había puesto una batería prácticamente descargada...

¿Lo vemos en un vídeo?

No obstante, vamos a poner también unas fotografías de como ha quedado el proyecto definitivo.