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