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¿Qué ocurre si mandas un globo al espacio con una cámara y una Raspberry Pi?

Lunes, Junio 3rd, 2013

Del blog de telefónica: http://blogthinkbig.com/globo-espacio-camara-raspberry-pi/

Hace algunas semanas dedicamos un artículo a la misión PhoneSat, un trío de smartphones apodados “Alexander”, “Graham” y “Bell” convertidos en los nuevos microsatélites de la NASA. El objetivo de esta misión era reconstruir imágenes de la Tierra en alta resolución a partir de lo captado por las cámaras de los smartphones y su posterior envío por señal de radiofrecuencia a varias estaciones de la Tierra, en donde cientos de radioaficionados ayudaron en la decodificación de los paquetes de datos de los satélites.

En esta ocasión no se trata de una misión de la NASA, sino de Dave Akerman y su intención de enviar al espacio una réplica en espuma del logo Raspberry Pi equipada con una cámara Pi para capturar imágenes de la Tierra. El objetivo marcado en esta peculiar hazaña era conseguir captar imágenes por encima de los 40 kilómetros de altitud. El lanzamiento estaba previsto para el pasado mes de abril mediante un globo sonda inflado con hidrógeno, pero las predicciones de viento no eran nada favorables para un vuelo de este tipo con aterrizaje en el mar. A pesar de ello, Akerman decidió seguir adelante aprovechando el tirón mediático del lanzamiento, junto a Eben y Liz, miembros de la fundación Raspberry Pi. Para ello, Dave fabricó un contenedor más adecuado para esta ocasión equipado con un flotador y así mantener el original para un lanzamiento posterior.

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A pesar de que el vuelo fue bastante bueno y de que se trataba del primer experimento de este tipo realizado con la nueva cámara Raspberry Pi, en general la tasa de éxito de la misión no fue la esperada. La razón se debe a que la sólida cubierta de nubes que había en ese momento dificultaba la exposición para capturar imágenes con calidad y nitidez, además del error técnico de configuración de las opciones de captura para unas condiciones de iluminación que no se habían previsto en ese momento. Tal y como cuenta Akerman en su blog, al no poder teledirigir la cámara muchas de las imágenes aparecían desveladas por reflejos indirectos mientras apuntaban a la negrura del espacio. No obstante, se captaron imágenes en vivo únicas para este tipo de vuelo e incluso algunas de gran calidad.

Para el siguiente vuelo, se tomó nota de los errores cometidos en el lanzamiento anterior y se preparó todo el material, hasta que las predicciones de viento fueran las óptimas para el lanzamiento. Con el fin de evitar los problemas técnicos del anterior lanzamiento, se actualizó la última versión del software de la cámara Pi para su configuración en modo de medición matricial y se programó el software para capturar 3 tipos de imágenes por minuto: imágenes de pequeño tamaño para ser enviadas a un primer canal de radio, imágenes de tamaño medio para ser enviadas a un segundo canal de radio, e imágenes de alta calidad para que se almacenaran en la tarjeta SD de la cámara. De tal forma que, al igual que en la misión PhoneSat, las imágenes enviadas por la cámara Pi fueran registradas por señal de radiofrecuencia por un gran número de radioaficionados que colaboraron de forma desinteresada en la decodificación de las imágenes.

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Los preparativos del globo sonda son bastante simples. Se cierra la carcasa de espuma en forma del logo de la fundación que alberga la Raspberry Picamara Pi y el rastreador por satélite, junto a la batería que alimenta el sistema. Se fija el globo al Raspberry Pi para el ascenso y el paracaídas para el descenso. En este caso y dada las ráfagas de viento, se tuvo que modificar el punto de lanzamiento para evitar un aterrizaje próximo a Bristol.

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Tras el lanzamiento y con tiempo de vuelo previsto de 3 horas, la trayectoria de vuelo esperada mostró un itinerario previo al aterrizaje de al menos una hora en coche, en parte porque en el momento del lanzamiento el viento bajó su velocidad y aterrizó antes de lo previsto. Tras el registro de las imágenes recibidas, parece que esta vez la medición matricial de la cámara Pi y la buena climatología dio los resultados esperados, capturando imágenes de gran calidad e incluso en las imágenes de baja resolución registradas por el primer canal. Una de las imágenes almacenadas en la tarjeta fue tomada a una altitud aproximada de 38,9 kilómetros, más o menos en la misma posición donde se recuperó el artefacto.

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En esta ocasión la participación desinteresada de los radioaficionados que registraron las imágenes enviadas fue excelente, a pesar de que Akerman utilizó un tasa de transmisión bastante alta que limita el rango de frecuencia. Las dos señales de radio habilitadas para registrar las imágenes fueron recibidas en Irlanda del Norte, Holanda e incluso en Francia.

La hazaña de Dave Akerman y su globo Raspberry Pi demuestran, con ciertas limitaciones tecnológicas, que con misiones low-cost como la del PhoneSat o la del globo con tecnología Raspberry Pi es posible llegar a límites impensables hace tan solo algunos años.

Imágenes | Dave Akerman

Aplicaciones: Contador Geiger atmosférico II

Miércoles, Abril 18th, 2012

Hace tiempo comentabamos que una de las aplicaciones que podría tener la sonda es la medición de la contaminación radiactiva en la atmósfera. Sin embargo, vimos también que los sensores para realizar esto eran bastante caros.

Por uno de los comentarios, hace unos pocos días encontre en la web la solución a este problema. Como se puede ver sólo se necesita una cámara y medir el ruido generado por las partículas cargadas o por los rayos gamma en el sensor (esto lo hace el propio móvil).

Sin embargo también podemos realizar esta prueba desde la sonda (sin un móvil, utilizando únicamente el hardware de la propia sonda y una cámara. Para realizarla correctamente hay que:

  1. Tapar el sensor: tenemos que tener cuidado con qué tapamos el sensor puesto que dependiendo de lo que uitlizemos pararemos la emisiones alfa, beta y/o gamma.

    Las partículas alfa (núcleos de helio) se detienen al interponer una hoja de papel. Las partículas beta (electrones y positrones) no pueden atravesar una capa de aluminio. Sin embargo, los rayos gamma (fotones de alta energía) necesitan una barrera mucho más gruesa, y los más energéticos pueden atravesar el plomo.

  2. Proteger el sensor con una estructura (metálica) que impida el paso a las partículas excepto por una zona (el objetivo). De esta forma además podemos dirigir el haz de entrada a un punto específico (poniendo un control de pan-tilt)
  3. No comprimir las imágenes, o al hacerlo en un formato sin pérdidas.
  4. Enfriar/calentar el sensor, pero mantenerlo a una temperatura estable: Al mantener el sensor a una temperatura estable el nivel de ruido térmico también lo será (por lo tanto la calibración será válida todo el viaje; es preferible enfriar el sensor ya que baja el ruido térmico del mismo, sin embargo es más sencillo calentarlo. En todo caso es necesario poner un sensor de temperatura lo más cercano posible al sensor optico para poder determinar la temperatura a la que se encuentra en todo momento.
  5. Controlar el tiempo de exposicióncontrolando (o en su defecto midiendo) el tiempo de exposición, podemos estimar el número de impactos por unidad de tiempo de una forma más precisa que midiendo únicamente los fps.

Evidentemente luego se necesitará un post procesado del vídeo obtenido.

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Ranganok Schahzaman

Reflector Radar

Viernes, Septiembre 23rd, 2011

El Reflector de Radar es un dispositivo que refleja de manera bastante eficiente las señales de radar.

Este dispositivo, generalmente de aluminio, permitirá que los radares localizen de una forma fácil el globo, evitando que haya un accidente en caso que el globo se cruzara en una ruta de vuelo.

Se utilizan mucho en embarcaciones (podemos encontrarlos de forma comercial en tiendas especializadas) en dos modelos (circulares/poliédricos y tubulares):
Reflector Radar Poliédrico Reflector Radar Tubular

Como puede verse se basa en planos perpendiculares entre ellos lo cual hacer que las ondas del radar reflejen siempre hacia el mismo punto que han venido y por lo tanto aumentando la “sección transversal de radar” del globo.

No son caros (se pueden comprar por menos de 10€ por internet) pero tampoco son dificiles de fabricar.

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Ranganok Schahzaman

Misión CHASAT III

Martes, Junio 14th, 2011

Los alumnos del Colegio Mayor Universitario Chaminade de Madrid lanzaron la misión CHASAT III el último 22 de Mayo.

Se puede seguir todo el proceso en su blog:

http://chasat.blogspot.com/

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Ranganok Schahzaman

Estabilidad

Martes, Abril 19th, 2011

Uno de los problemas que podemos encontrarnos durante el vuelo es estabilizar la carga. Sobretodo si queremos hacer algunas fotografías.

Algunas soluciones que nos podemos encontrar son las siguientes:

Sin embargo, creo que lo mejor es usar una combinación de todas las técnicas: péndulo hasta los dos enganches del picavet, y usar la IMU con algoritmos de estabilización y post-procesado.

IMU v0.0.2 (alpha 2)

Miércoles, Febrero 23rd, 2011

Segunda versión de la IMU, se han añadido algunas cosas (señalización, etc.), se han corregido algunos errores y sobretodo se ha cambiado de micro. Ahora usaremos un ATmega1280.

El enlace: http://blogs.webdearde.com/nsdprobe/files/2011/02/IMUv002.pdf

El cambio al procesador ATmega1280, entre otras razones ha sido porque lo usa el Arduino Mega lo cual da juego a la hora de programar la sonda, ya que, a parte de los compiladores de ATmel, ahora se podrá hacer con el IDE del Arduino.

Android in Space

Lunes, Diciembre 27th, 2010

Una forma más o menos sencilla de tener una sonda es usar un móvil de última generación, estos disponen de GPS, GSM/GPRS/3G, Acelerómetros y/o giroscopios, cámaras con posibilidad de grabar vídeo (a veces incluso HD), etc.

Lo único que les haría falta es una transmisión radio con mayor alcance que la red móvil y ya trendríamos practicamente toda la sonda (exceptuando los sensores, claro). Y esto es lo que han hecho algunos ingenieros de Google, han cogido varios telefonos Nexus Galaxy S y los han puesto en 7 sondas. El resultado se puede ver en las imágenes y vídeos que ha grabado al efecto:

- blog: Android in Spaaace!

- Imágenes: Android in Space

Nos enteramos de la noticia gracias a este post de Abadía Digital.

La AEMET abre sus datos

Martes, Noviembre 30th, 2010

Copiado directamente de la web de la AEMET: (http://www.aemet.es/)

La Agencia Estatal de Meteorología (AEMET) facilita de forma progresiva el acceso libre y gratuito a todos sus datos mediante vía electrónica a partir de hoy, 30 de noviembre.
AEMET adopta así una nueva política de datos que tiene en cuenta de este modo la importancia de la información meteorológica como elemento clave de apoyo a la sociedad y su papel dinamizador tanto de la I+D como de muchas actividades ligadas a la meteorología. Por otra parte, este nuevo enfoque está de acuerdo con las directrices europeas y españolas en materia de información medioambiental.
El acceso a la información gratuita se lleva a cabo por medios electrónicos. La página web incrementa de forma notable sus contenidos de datos de observación (http://www.aemet.es/es/eltiempo/observacion/ultimosdatos) al tiempo que se pone en operación un servidor de ficheros (ftp://ftpdatos.aemet.es) al que se accede tanto directamente como a través del enlace “Servidor de datos” de la propia página web y en el que, en una primera fase, se tiene disponible lo siguiente:
- Datos diezminutales de unas 250 estaciones de observación de las redes de superficie de AEMET.
- Resúmenes diarios de más de 600 estaciones de observación de las redes de superficie de AEMET.
- Datos horarios de radiación solar de la red de medida de AEMET.
- Datos diarios de ozono total y sondeos semanales de ozono.
- Datos diezminutales de las redes de radares y de detección de rayos a intervalos de quince minutos.
- Salidas numéricas del modelo numérico de predicción HIRLAM-AEMET actualizadas cuatro veces al día (mas de 1000 campos por salida).
- Series completas de resúmenes diarios y mensuales de unas 110 estaciones climatológicas seleccionadas con, al menos, 15 años de antigüedad.
- Boletines codificados de observatorios españoles de intercambio internacional.
Por otra parte, a lo largo de 2011, se ampliarán los contenidos de los conjuntos de datos anteriores y se incorporarán nuevos datos y productos.

En definitiva una noticia magnífica para nosotros ya que nos abre la posibilidad de integrar los datos recogidos por la sonda con los obtenidos en las distintas estaciones terrestres cercanas.

Especificaciones: Pesos y medidas

Miércoles, Noviembre 17th, 2010

Durante el diseño de cualquier dispositivo una de las decisiones más importantes que se pueden tomar son las medidas del dispositivo, ya que esto estará influenciado (si tenemos una limitación) o influenciará en las decisiones mecánicas posteriores.

En este proyecto las medidas del dispostivos son libres, no tenemos limitación (siempre dentro de unos márgenes razonables); en estos casos una de las decisiones más acertadas que podemos hacer es coger una medida estándar (Cajas DIN, Rack 19″, etc.), ya que esto nos abaratará el precio de la parte mecánica.

Nosotros escogeremos los siguientes límites en las medidas:
1.- 115mm de altura y 66mm de diámetro, la masa no debe exceder los 350 gramos.
2.- 240mm de altura y 146mm de diámetro , con una masa total máxima de 1050 gramos.

El porqué de estas medidas es simple, corresponden a las categorías CANSAT y OPENCLASS del concurso CanSat, escoger una u otra dependerá de la medida y disposición de los componentes y circuitos durante el desarrollo (aunque personalmente me inclino por la opción de CANSAT).

El peso es un recurso muy limitado en este diseño, a mayor peso mayor necesidad de helio para levantarlo, lo que implica un globo mayor y por lo tanto un precio mayor; solamente el circuito puede llegar a pesar del orden de 70-90gr., a este peso hay que sumar la caja, anclajes y tornillería varia, protección térmica, paracaídas y sobretodo baterías.

Las baterías se llevarán la mayor parte del peso, aquí por lo tanto tendremos otra disyutiva: si utilizamos baterías más grandes el peso aumentará sin embargo el tiempo de vuelo podrá ser mayor, en cambio si utilizamos baterías más pequeñas el peso. De todas formas realizar un diseño de bajo consumo ayudará a solucionar la disyuntiva ya que a menor consumo mayor duración de la batería y/o menor el peso de la misma. De todas formas el problema con las baterías lo trataremos en profundidad en otro post más adelante.

Presentación del Proyecto

Lunes, Noviembre 8th, 2010

El espacio, la última frontera…

Muchos conocerán esta frase, la dicen al principio de todos los capítulos de Star Trek… series a parte, encierra una gran verdad: el espacio es un lugar mortífero para los humanos, una frontera casi insalvable para la especie, y sin embargo nos atrae tanto como la luz a una polilla, saber de dónde venimos y qué somos pasa por conocer los secretos más intimos del espacio… Evidentemente nuestro equipo no pretende eso, ni siquiera llegar al espacio exterior sino quedarnos algo más cerca de la Tierra: a tan “sólo” 30-40km sobre el nivel del mar, esto es la estratosfera superando las capas más bajas de la atmósfera (troposfera y tropopausa).

El proyecto tratará de construir la electrónica de una sonda subespacial (hasta 40km de altura) . A parte de esto nos interesa recoger datos útiles para futuros lanzamientos y servir como plataforma otros experimentos.

Aunque no llegemos a superar la atmósfera sigue siendo un medio muy difícil de tratar, la sonda habrá de pasar por temperaturas bajo cero (-20ºC) y humedades relativas de casi el 100%, pero sobretodo tendrá que luchar contra la altura y la falta de presión del aire. Todas estas características implican tener que pensar un diseño específico para este medio y que no será el mismo que podríamos utilizar en tierra firme.