Radiosonde - “La fragilità dell'ecosistema, metafora delle nostre fragilità.”

Foto 1: il dispositivo MySondyGo
per la ricerca in campo;

 

Invio lo stato di avanzamento lavori degli studenti dei Licei Lunigianesi che, coordinati dal prof. Stefano Gaffi, stanno portando a termine il Progetto Radiosonda Meteo “La fragilità dell'ecosistema, metafora delle nostre fragilità.” 

- Achille De Santis 

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Testo, (Leonardo Nicoli - Giorgia Mia Saisi):

“La fragilità dell'ecosistema, metafora delle nostre fragilità.”
            Questa frase suggerisce quanto sia importante, e urgente, proteggere e preservare l'ambiente naturale per ottenere, di conseguenza, il benessere della società umana.
    Noi ragazzi dei Licei Lunigianesi lanciamo il seguente appello, per la salvaguardia del pianeta e contro la logica del riscaldamento globale. La sonda meteo che abbiamo costruito raggiungerà la parte più fragile del nostro pianeta: la stratosfera. Un sottilissimo strato che ha protetto la vita per milioni di anni e ancora ci permette di vivere, sperare, studiare, comprendere questo meraviglioso mondo creato, come diceva A. Einstein, da una legge a cui tutto ubbidisce (A. Einstein in una lettera a Max Born).
    Noi siamo parte di quella legge, in quanto appartenenti alla natura stessa, e capaci di conoscerla e studiarla, ma teniamo in mano anche un’enorme responsabilità, in quanto possediamo il potere di operare contro questa stessa legge che ci fa esistere. Siamo liberi: crediamo di poter fare ciò che vogliamo di questo pianeta.
    Ma non possiamo ignorare il fragile equilibrio che mantiene la vita sulla Terra. Dobbiamo guardare al di là delle stelle, ma con i piedi saldamente radicati al suolo. Ogni lancio, ogni missione oltre i confini della nostra atmosfera, ci ricorda la bellezza ma anche la fragilità del nostro pianeta. Ogni innovazione, ogni scoperta, deve essere un richiamo a tutte le responsabilità che abbiamo verso la nostra Casa. La nostra missione ha come fine il voler dare vita ad una nuova era di consapevolezza ecologica. È promemoria che ogni passo in avanti nella scoperta del cosmo deve essere accompagnata da un impegno reciproco per la salvaguardia dello stesso pianeta che permette la nostra esistenza.
            Noi, ragazzi nati dopo l'anno 2000, facciamo questo appello di modo che ciascuno si adoperi affinché venga salvaguardato l'equilibrio di ciò che è creato. Ci impegniamo con responsabilità ad adottare comportamenti e stili di vita consoni con quanto chiediamo.
Giungendo verso la conclusione della nostra conferenza stampa vorremmo ricordare che il progetto è stato cofinanziato dalla Fondazione Carispezia nell’ambito del bando Aperto 2023 - Settore Formazione e con il patrocinio de “La radio nelle Scuole 4.0”. Inoltre ringraziamo per il loro contributo  al progetto il radioamatore Filippo Cassone IZ5TEP, gli Astrofili spezini, Wi-fi communication S.R.L. e Meteo Apuane.
 Gli alunni dei Licei Lunigianesi. 

Lorenzo Cutaia - Realtà virtuale

            Si fa un gran parlare della realtà virtuale all’interno della didattica e, per questo, abbiamo deciso di non limitarci all’invio di dati meteorologici dallo spazio, ma di offrire ai nostri studenti e spettatori l’opportunità di esplorare lo spazio in prima persona. La realtà virtuale ci ha consentito di creare un'ambientazione 3D, dando la possibilità allo spettatore di prendere parte al viaggio che compie la radiosonda.
            Ogni persona comune, che possiede un visore, potrà catapultarsi all’interno dell’ambientazione virtuale. Si tratta di un ambiente che riproduce l’interno di una navicella spaziale, dotata di schermi con i dettagli di volo che arrivano direttamente dalla radiosonda, per poterli inserire all’interno della navicella abbiamo creato uno script in Python che preleva i dati dalla pagina dei nostri ricevitori e li invia in tempo reale all’interno dell’ambientazione. Inoltre, proprio come una navicella spaziale, lungo la circonferenza saranno presenti oblò rettangolari dai quali si potrà ammirare lo scenario esterno come se gli spettatori fossero veri e propri astronauti. Immersa nello spazio virtuale ogni persona comune potrà provare un’esperienza rivoluzionaria a 360 gradi, completamente visiva ed interattiva.
            Vogliamo che i nostri spettatori si sentano parte integrante di questo progetto, inoltre, vogliamo che la didattica si avvicini ai nuovi strumenti come la realtà virtuale e l’intelligenza artificiale per consentire agli studenti di esplorare ambienti simulati e vivere esperienze che vadano oltre all’aula tradizionale cercando di arrivare a quello che noi definiamo “apprendimento immersivo”.

Francesca Dell’Acqua-Giorgio Rossi - realizzazione dei moduli:

Come abbiamo detto in precedenza l’ambiente che ci siamo trovati davanti è molto particolare perciò per la realizzazione dei moduli abbiamo deciso di mettere l’elettronica all’interno di alcuni contenitori di polistirolo, i quali sono molto isolanti e altrettanto leggeri.
Perciò si può dire cha abbiamo trovato un compromesso tra il peso e l’isolamento termico:
- non potevamo utilizzare ,materiale troppo pesante perché altrimenti il pallone non si solleverebbe.
- contemporaneamente non potevamo lasciare l’elettronica esposta per via del clima rigido che si trova alle altitudini che dobbiamo raggiungere.
In particolare nella stratosfera le temperature sono costantemente di circa -60°, e ciò comporta che le batterie si scarichino e non possano più funzionare, necessitando quindi di temperature più alte.
inoltre dato che comunque vogliamo avere delle riprese di alta qualità ci serviva anche un modo per stabilizzare la telecamera. Per fare tutto ciò abbiamo adottato una serie di soluzioni…
Innanzi tutto abbiamo rivestito i moduli con un foglio di alluminio per isolarli ancora di più, fissando questo foglio con la colla “Pattex”, nonché l’unica colla che non corrode il polistirolo, e abbiamo implementato all’interno un sistema di riscaldamento chimico, utilizzando scaldini per le mani, reperibili in qualsiasi negozio.
Nel frattempo, per assicurare immagini più stabili abbiamo utilizzato un anello stabilizzatore, ricavato da un sottovaso a cui è stato tolto il fondo, che intendiamo collegare ai moduli attraverso delle fascette tenute da dei fissanti posizionati all'esterno dei vari moduli.

Luca Spinelli e Pavel: Telemetria e ricezione dati

RICEZIONE TELEMETRIA: Ma come facciamo a ricevere i dati dalla sonda?
Per prima cosa abbiamo costruito le antenne adatte alla ricezione della banda dei 400 MHz.
Abbiamo costruito un'antenna ad elica e un'antenna Ground Plane, caratterizzata da un recettore a ¼ d'onda, per il ricevitore posizionato sul tetto della scuola. Successivamente, abbiamo installato un'altra antenna sul Monte Grosso nelle vicinanze di Aulla.
Il secondo ricevitore di telemetria è una riserva del primo e ci permette di orientare le antenne della stazione di Viareggio. Tutte le antenne sono state oggetto di test approfonditi mediante l'utilizzo di un analizzatore vettoriale VNA, garantendo così il corretto funzionamento e l'affidabilità del nostro sistema.
Tutto ciò serve a ricevere la telemetria, ma abbiamo anche bisogno di ricevere il segnale video a terra.

RICEZIONE VIDEO:
Per quanto riguarda la parte video del nostro sistema, abbiamo adottato delle antenne a trifoglio, caratterizzate da un lobo di trasmissione radiale per mantenere costante la potenza del segnale anche in presenza di movimenti della sonda. Per la ricezione, abbiamo impiegato un antenna ad alto guadagno di tipo YAGI, nota per la sua direzionalità e sensibilità agli angoli di ricezione. Per indirizzare l'antenna verso la sonda, ci affidiamo ai dati forniti da coloro che si occupano dei dati di telemetria, utilizzando una bussola montata sul supporto dell'antenna per regolare gli angoli azimutali e zenitali in tempo reale. Tuttavia, dobbiamo considerare anche la polarizzazione delle onde elettromagnetiche che possono variare durante la propagazione, richiedendo una scelta tra polarizzazione orizzontale e verticale. Abbiamo sperimentato con successo la trasmissione fino a 10 km durante le prove a terra e speriamo di superare questa distanza. L'assenza di un misuratore di campo ci impedisce di calcolare con precisione la perdita di segnale e quindi la portata esatta.
Una seconda antenna è posizionata a Viareggio ed è comandata a distanza dal ricevitore del Monte Grosso.

DATI TELEMETRICI:

    I ricevitori che abbiamo impiegato nel nostro sistema sono fondamentali per la raccolta delle informazioni telemetriche trasmesse dalle nostre sonde. Entrambi i ricevitori sono equipaggiati con due dispositivi SDR, consentendo così la ricezione simultanea di due sonde. La frequenza delle nostre sonde è stabilita a 402,500 MHz, assegnataci dal Ministero in via sperimentale, e il ricevitore è programmato per scansionare la banda compresa tra 401 e 405 MHz al fine di individuare le trasmissioni di diverse sonde. Queste sonde trasmettono una vasta gamma di dati telemetrici, tra cui la temperatura, la pressione atmosferica, il punto di rugiada, la posizione GPS. Con questi dati i nostri ricevitori calcolano sia l’angolo azimutale che l’angolo di elevazione (zenit) e altri parametri rilevanti. Le informazioni rilevate dalle sonde vengono inviate ai server mondiali, consentendo un monitoraggio globale delle condizioni ambientali e meteorologiche.

Entrambi i ricevitori operano in modo continuo, alla costante ricerca di segnali nelle frequenze specificate, al fine di garantire una raccolta continua e affidabile dei dati telemetrici. L'implementazione di due ricevitori, ciascuno con capacità di ricezione doppia, aumenta la resilienza del sistema e assicura una copertura più ampia per la raccolta dei dati. La frequenza uniforme delle sonde a 402,500 MHz facilita la configurazione e l'operatività dei ricevitori, garantendo una sincronizzazione efficiente con le trasmissioni delle sonde. Inoltre, il monitoraggio in tempo reale della posizione delle sonde e delle condizioni ambientali fornisce un quadro completo e aggiornato delle condizioni meteorologiche e ambientali, essenziale per una varietà di applicazioni scientifiche e operative.

La nostra scuola ha prodotto anche i report dei dati ricevuti.

SISTEMA DATI:

            Le sonde trasmettono i dati telemetrici verso le antenne a terra, le quali catturano i segnali e li inviano al ricevitore collegato ad un software. Il software analizza e decodifica i dati trasmessi, organizzati in pacchetti che vengono elaborati e successivamente diffusi su un server e messi a disposizione della comunità scientifica.

Per ultimo ma non meno importante è la ricezione della posizione della sonda di cui hanno bisogno le squadre di recupero. Le apparecchiature che utilizziamo sono a basso costo ma sempre un costo rilevante per un Istituto come il nostro per cui è fondamentale recuperare il materiale.

Durante la ricerca della sonda usiamo delle apparecchiature modificate da noi che si interfacciano con i nostri Smartphone. Si chiamano TTGO. Essi, collegati ad una antenna posizionata sul tettuccio dell’auto, ricevono i dati GPS della sonda dando al ricercatore la latitudine e longitudine e quindi la direzione da seguire per recuperarla.

Zappalà e Tonelli: 1 lancio

Il nostro primo lancio avverrà ad Aulla nel piazzale antistante il Liceo Classico sabato 6 Aprile alle ore 11:00L, con inizio della diretta video alle ore 9:00L.

Con questo lancio tenteremo di stabilire il record mondiale di altitudine di 49.500 metri calcolando la quantità di elio necessario per avere abbastanza spinta di Archimede ma non troppa pressione per evitare lo scoppio del pallone prima del raggiungimento della quota record. Sarà fondamentale ricevere il segnale della telemetria che attesterà il raggiungimento del record. Per questo, abbiamo  chiesto aiuto alle stazioni riceventi di terra sparse per tutta Europa.

Prevediamo che il pallone possa uscire dall'Italia e raggiungere i paesi dell'est Europa.

Potrebbe spingersi anche fino in Romania dove a Bucarest è attiva una stazione ricevente.
Abbiamo circa 8 ore di autonomia batterie.

Zappalà e Bocchia: 2 lancio

Il secondo, invece, consisterà nel lancio tecnicamente più complesso. Tenteremo infatti di trasmettere in diretta le immagini provenienti dalla stratosfera in alta definizione, grazie a un trasmettitore a bordo: sarà essenziale quindi un perfetto funzionamento delle tecniche trasmissive per mantenere un contatto con la sonda. Inoltre, il peso complessivo delle apparecchiature, richiederà un pallone di dimensioni doppie rispetto a quelli utilizzati da noi fino a questo momento. A differenza del primo lancio, in questo caso sarà fondamentale il recupero dell’attrezzatura per il valore di quest’ultima.

Zappalà e Zavattaro: 3 lancio

Il terzo lancio è quello per noi più spettacolare, vogliamo filmare il pianeta in 4K durante l'attività notturna, scegliendo le luci dopo il tramonto oppure le luci prima dell'alba. Contiamo quindi di riprendere le luci della nostra città.
Questo lancio è aperto a tutti poiché vogliamo ampliare ad ognuno il diritto alla bellezza. Come citato dall'articolo 9 della nostra costituzione, arte e scienza non sono due materie così distanti e sono entrambe promosse dalla Repubblica. Appena eseguito il lancio partiranno da Villafranca le tre squadre di ricerca, essenziali per recuperare le immagini video. Ogni squadra di ricerca formata da un'automobile ha un ricevitore per la telemetria, apparati per comunicare con le altre squadre e con la sede della scuola e si porterà in prossimità della zona prevista di caduta.
Per la previsione della zona di caduta si utilizzano i siti che riportano le carte dei venti e un sito che esegue in automatico la previsione di caduta in base alle condizioni meteorologiche. Tutti e tre i lanci sono seguiti da un esperto dell'aeronautica che ci fornisce le condizioni meteorologiche con un giorno di anticipo

 ANDREA CONVERTINO

    Quest’anno cerchiamo di fare un salto di qualità tecnico per la trasmissione live delle immagini a terra. Anni fa, la televisione di casa è passata dal sistema analogico a quello digitale. Anche noi, quest’anno, proveremo a ricevere utilizzando il sistema televisivo DVB-T, ovvero Digital Video Broadcasting - Terrestrial. In realtà, per le trasmissioni dallo spazio, avremmo dovuto utilizzare il sistema DVB-S, che viene utilizzato dai satelliti geostazionari, ma non siamo riusciti a costruire in tempo un sistema così complesso. Per ricevere il segnale video dalla sonda, abbiamo due stazioni a terra: una è gestita da noi presso la scuola e collegata alla regia televisiva; l’altra, ubicata a Viareggio, gestita da Filippo IZ5TEP, un radioamatore, che ci rimanderà le immagini ricevute via internet.

Come funziona il sistema DVB-T? Funziona utilizzando una particolare trasmissione chiamata QPSK, "Quadrature Phase Shift Keying". In questo tipo di trasmissione, i bit vengono trasmessi utilizzando n angoli di modulazione che formano una costellazione.

Abbiamo utilizzato la modulazione QPSK invece della più capiente QAM perché non volevamo rischiare di perdere il segnale della radiosonda.

Per la scelta della frequenza, ne abbiamo scelta una né troppo alta per evitare attenuazioni in caso di umidità o brutto tempo, né troppo bassa per evitare di interferire i servizi televisivi o telefonici che operano molto vicini alla frequenza che utilizziamo (e anche per evitare il carcere).

La potenza del trasmettitore è di 1 W, più o meno quella di un telefonino, ma grazie alle antenne a terra, che sono grandi più di 4 m, contiamo di ricevere segnale video fino a 100 km.

Siccome la sonda raggiungerà i 35 km di altitudine, dovremmo riuscire a ricevere le immagini dello spazio, sopra la stratosfera e della curvatura terrestre.

Luca Spinelli - Telemetria

Ma come riceviamo i dati preziosi per le previsioni meteo?

La sonda invia i dati meteorologici, la posizione GPS che devono essere ricevute a terra. La prima parte del progetto è stata costruire i ricevitori; ne abbiamo costruiti due; sono composti da un Raspberry Pi 4, una chiavetta SDR e un sistema di antenne che abbiamo progettato e costruito utilizzando tubi dell’acqua e tondini di ottone.

Il segnale della telemetria è inviato a terra attraverso un’antenna lunga poco meno di un palmo, una potenza di 20mW e un tipo di modulazione GFSK che consiste nella modulazione della frequenza in base al dato che viene trasmesso.

I ricevitori, poi, inviano il dato via rete internet ai server di raccolta.

Leonardo Nicoli - Recupero della sonda

Abbiamo già spiegato che sopra la nostra scuola e su un monte a ridosso del mare ci sono due ricevitori, ma come facciamo a recuperare una sonda?

Facile: Correndole dietro! Perché le sonde vengono ricevute solamente in linea ottica e ovviamente i segnali telemetrici si perdono quando atterra, portata dal paracadute, se non sei nelle vicinanze. Utilizziamo questi modulini cinesi modificati sui quali abbiamo installato un software creato da un team italiano e che permettono di vedere direttamente su un'app del cellulare la posizione in tempo reale della sonda, la direzione della sonda e anche le strade da percorrere con l’auto.
Poi si va di scarponi e trakking.

Utilizziamo 3 squadre di ricerca munite di questi TTgo, una volta preso il punto GPS di atterraggio, poi, con tutta calma organizziamo le squadre dei ricercatori minuti di scarponi, funi, aste telescopiche, rampini e molte altre cose……...

L'anno scorso la nostra sonda l'abbiamo recuperata sulle colline di Collodi.

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SWAMI - BINZESCHI

Oratore:
Brrrrr ma che freddoooooooo….

Voce fuori campo

…….NO! NO! Non è freddo…. Aspetta….. Sei morta!

Oratore:
Meno 60 gradi celsius, è questa la temperatura della parte inferiore della stratosfera, a 20.000 metri d’altezza, all’incirca la distanza che divide la nostra sede di Aulla dalla sede di Pontremoli, nonché altitudine raggiunta dalla nostra sonda.

Di molto inferiore, inoltre, la quantità percentuale dell’ossigeno presente nell’aria.

QUI NON SI RESPIRA!!!

Condizioni, alle quali un essere umano, alla meglio, resisterebbe 10 secondi prima di morire. Ah, Giusto! Ma io sono già morta mentre sto parlando!

Appare strano che questo ambiente tanto inospitale, in cui la vita è insostenibile, si trovi ad una distanza così impercettibile da noi, e questo ci fa rendere conto del “niente” che ci separa da una zona dell’atmosfera totalmente diversa da quella in cui viviamo, ci fa riflettere sul fatto che la nostra sussistenza si basa su uno strato di aria minuscolo, ci ha fatto prendere consapevolezza del nostro essere una parte tanto fragile dell’immenso universo di cui siamo parte.

Fa prendere consapevolezza che è la nostra presunzione di conoscenza di ciò che ci circonda a metterci in pericolo, perché, come disse Mark Twain: il pericolo non deriva da ciò che ci è ignoto, ma da quello che presumiamo di conoscere.

Il nostro scopo è dimostrare che la sopravvivenza del genere umano deriva dall’equilibrio della parte più vulnerabile dell’ecosistema terrestre: l’atmosfera, della quale stiamo modificando da anni la composizione chimica e che forse dovremmo rispettare un po’ di più.

La creazione è l’universo mantenuto nel suo meraviglioso equilibrio.

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LUCA SPINELLI08:02

Telemetria: La sonda invia i dati metereologici e la posizione gps che devono essere ricevuti a terra.
Questi dati viaggiano sulla frequenza di 402.500 Mhz frequenza dataci dal Ministero per non interferire con le altre trasmissioni.
La prima parte del progetto è stata costruire i ricevitori. Sono composti da un Raspberry, (p3 o p4) ,una chiavetta SDR e un sistema di antenne che abbiamo progettato e costruito utilizzando dei tubi di scarico di plastica e dei tondini d'ottone. Il segnale della telemetria della sonda è inviato a terra attraverso un'antennina lunga poco meno di un palmo, una potenza di 20 milliwatt e un tipo di modulazione che si chiama GFSK che consiste nella modulazione della frequenza in base al dato da inviare. Tutti questi dati che ci manda la sonda sono necessari per correrle dietro quando atterra, visto che costano un botto e perderle farebbe venire un infarto al nostro caro professor Gaffi e al suo portafoglio.

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