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.

Montanto y probando

Y es que nos queda ya poco tiempo y necesitamos tener todo preparado. Por ello en esta entrada veremos como nuestros chavales montan el circuito electrónico de adquisición y transmisión de datos. Pero no lo veremos en fotos, esta vez será en vídeo, ya que la Unión de Radioaficionados Españoles nos ha enviado las cámaras que llevará la sonda como carga adicional, y había que probarlas, claro está.

El circuito final -después de un montón de cambios- es este que os mostramos a continuación. Cuando esté terminado prometemos sacarle unas fotillos.

¡Ya tenemos logo!

Y nombre, pues después de recibir un montón de dibujos de todos los alumnos del cole con las propuestas de logotipos y nombres para nuestra agencia espacial, el claustro seleccionó el ganador y que hoy aquí os mostramos.

Desde ahora nuestra agencia pasará a llamarse Amateur Radio Space Agency, ARSA por sus siglas, y comenzaremos a usar el logo y el nombre en todas nuestras publicaciones.

¡Ah! Por cierto, la flamante ganadora del walkie talkie ha sido una alumna de 4º, María, que como vemos, posa orgullosa junto con su padre.

¡Felicidades!

Y entre clase y clase, una charla

Y es que no todo iba a ser trabajar en la sonda y sus cacharros. El pasado día 14 de febrero, mientras los mayores del cole estaban de excursión, los alumnos de 1º, 2º y 3º estuvieron un buen rato aguantándonos.

Allí nos presentamos Mick (EA1HLR) y Dani (EB1AG) para comentar a los chavales esas cosas que estamos haciendo en el radioclub, y claro, para explicarles cómo funciona una agencia espacial, pues es todo el alumnado del cole el convocado para darnos un nombre y un logotipo.

Dos horas en la que los más pequeños del cole estuvieron comprobando el trabajo realizado por sus compañeros, y bueno, también pudieron coger con sus manos el prototipo de la carga o componentes, y por supuesto, preguntaron muchísimas cosas.

Acabando con la antena Yagi-Uda

Pues ya tenemos montados todos los elementos (Las barritas) sobre el boom (El soporte) y nos quedan un par de cosas por hacer, como por ejemplo, fabricarle el balun o adaptador de impedancias.

¿Y eso qué es? Bueno, la antena Yagi tiene un elemento especial al que llamamos Activo o Excitado, que no es más que una antena dipolo. Pues esta antena, así, en esta disposición no tiene una cosa llamada Impedancia a juego con nuestras emisoras, ya que son 75 ohmios y nuestros equipos han de tenerla a 50.

Existen varias maneras de adaptar la antena y la emisora, pero se ha elegido la más sencilla (Vale, Navaja de Ockham), que es cortar un trozo de cable coaxial (El de la antena) y conectarlo de un modo especial.
El resultado:

Bien, paso uno resuelto. Vamos a por el siguiente: Montarla sobre el trípode.

Y que bien que ha quedado, pero esto hay que probarlo, así que cogimos una Yaesu FT5100, una fuente de alimentación y lo conectamos todo juntito.

Llovía... así que las pruebas las hicimos en el pasillo del cole intentando apuntar hacia el repetidor UHF localizado en el Monte Naranco de Oviedo... pero no llegaba... Lo bueno, como máximo 1:1,5 de ROE (Otra cosa que hay que tener en cuenta cuando trabajamos con antenas).

Comenzando con la antena Yagi-Uda

Ya sabemos de ángulos y ya tenemos un trípode graduado para poder montar nuestra antena sobre él... pero... ¡es que nos falta la antena!

No hay problema, la fabricaremos nosotros mismos con nuestras manos, y para ello, lo primero es conocer el diseño que emplearemos. Se trata de este:

Es una antena descrita por M0ZPK en su blog y que explica paso a paso su construcción. Pero bueno, nosotros cambiaremos un par de cosillas.

Lo primero es usar varillas de acero en vez de tubos de aluminio, no por otra cosa, si no por que es el material que más sencillo fue encontrar. Y lo otro, pues cambiar el boom (La barra que sujeta todo) por una tira de poliestireno extruído.

Con todo esto nos pusimos manos a la obra.

Cogimos una cinta métrica y marcamos las varillas. Lógicamente el siguiente paso fue cortarlas.

Una vez que teníamos todas cortadas (Incluso el elemento activo en dos partes), fue marcar el boom para saber exactamente en dónde iría cada una de las piezas.

Las pegamos con la herramienta más eficiente del mundo (La pistola de cola caliente) y no pudimos hacer nada más, pues la hora de clase llegó a su fin y nos tocaba salir a merendar.

Ángulos, goniómetros y teodolitos

La verdad es que estos nombres para un cole de primaria igual suenan un poco raros, pero es que realmente necesitamos conocer todas esas cosas que se pueden hacer con grados, esos que llevan los ángulos.

Recordad que la sonda se lanzará y volará hacia arriba impulsada por el globo, pero seguramente... fijo, que hará algo de viento, poco o mucho, pero el aire llevará nuestro artificio hacia alguna dirección mientras se eleva.

La sonda va equipada con un transmisor de 5 vatios en la banda de 70 centímetros, y aunque solamente tengamos aire entre ella y nuestro receptor, posiblemente la señal legue a debilitarse. Para concentrar la que nos llegue desde la aeronave hasta la base de operaciones emplearemos una antena Yagi-Uda de siete elementos que fabricaremos nosotros mismos, pero claro, una antena de este tipo necesita apuntar a un objetivo, nuestra sonda.

El globo volará en una dirección determinada que se separa desde la posición de lanzamiento, y contando que se elevará a la vez, necesitaremos dos ángulos para apuntar nuestra antena hacia él.

Para hacer un poco más divertido este rollo de los ángulos, en clase nos pusimos a fabricar nuestro propio teodolito, y para el que solamente necesitamos papel, cartón y un clavo.

Una vez terminados todos estos inventos, tuvimos que aprender a orientar los cero grados hacia el norte con la ayuda de una brújula. 

Ahora sí, ya podemos imaginarnos la sonda volando y apuntar con los dos ángulos hacia ella con nuestro bonito teodolito.

Montando una cápsula

Quizás el componente más importante, o al menos en lo que a instrumentación se refiere, es la carga, el payload si hablamos ya a un nivel pro. Y esta carga se ha de contener en una caja a la que llamamos cápsula.
La hemos fabricado con un tipo de material usado en la construcción de viviendas como aislante térmico, con una plancha de poliestireno extruido, ya que es muy ligero y, valga la redundancia, aislará el contenido de las bajísimas temperaturas con las que nos encontraremos en la tropopausa.

Han sido los alumnos los encargados de llevar a cabo esta majestuosa obra, y lo han hecho como lo hacen las grandes agencias espaciales: por duplicado.

Cristina y Sara ajustando la sierra para que la línea quede recta.

Ante de acabar la clase, entre todos hemos elegido las caras que mejor estaban para usarlas en la cápsula definitiva, y las que no lo estaban tanto, las hemos usado para fabricar un contenedor que nos servirá para hacer pruebas y tomar medidas de la ubicación de los componentes.

Pero eso no es todo, pues esta misma semana nos llamaron desde el periódico La Nueva España para publicar un artículo sobre este proyecto que acabamos de iniciar.

Y comenzamos

Pues así es, comenzamos un nuevo y extraño viaje que nos llevará por un montón de conocimientos técnicos y científicos, y el destino: el Espacio Cercano.
Nada más y nada menos que a más de 30000 metros de altura. Allí arriba, a donde solamente las naves espaciales son capaces de llegar.

¿Pero esa altura es el espacio?
A ver, vamos por partes. La FAI (La Federación Aeronáutica Internacional) estable como límite entre La Tierra y el espacio exterior (Nótese la cursiva) la línea de Karman, un límite físico a poco más de 100 Km que diferencia que una aeronave esté volando para comenzar a orbitar.
Pero hay otros pensadores que toman el límite de la zona habitable del planeta, es decir, por encima de unos 8000 metros. Todo por encima de esta altura, es espacio.
También, con algunas excepciones como Australia que confirman la línea de Karman, las fuerzas aéreas de muchos países toman el límite en 25 Km, la altura a la que los aviones corrientes ya no pueden ascender más por la falta de oxígeno y la casi nula densidad del aire.
¿Y entre los 25 y los 100 Km que hay? Nada. Los aviones no pueden volar y es demasiado bajo para que los satélites orbiten. Solamente pueden mantenerse en esta zona lo que llaman Sondas Meteorológicas, y comúnmente a este hueco se le llama Espacio Cercano.
Ojo, también hay quien dice que el espacio exterior comienza allá por los 400.000 Km, la distancia que nos separa de la Luna, ya que dicen que forma parte del planeta (O sistema biplanetario).