Udostępnij:

W tekście „Co nad nami słychać” pośród wielu ciekawych źródeł sygnałów, wymieniłem radiosondy meteorologiczne. Z racji, że w ostatnim czasie ponownie zająłem się tym tematem, tym razem nie kończąc na nasłuchu, postanowiłem szerzej omówić ten temat na łamach radioamatorskie.pl. Dokładnie omówimy temat radiosond meteorologicznych zaczynając od tego, czym właściwie są i w jakim celu są wysyłane przez odbiór ich sygnałów, aż po ich poszukiwania.

Do czego te balony?

Wypuszczone z ziemi radiosondy są urządzeniami meteorologicznymi używanymi do pomiaru temperatury, wilgotności, prędkości wiatru oraz jego kierunku w poszczególnych warstwach atmosfery. Balon nośny jest wypełniany wodorem lub helem, co pozwala na wyniesienie sondy w górne partie atmosfery. Od początku swojej misji sonda przesyła dane za pośrednictwem fal radiowych. Moc nadajnika radiosondy to około 40 mW, jednak dzięki bardzo dużej wysokości, nie przeszkadza to w efektywnym przekazywaniu danych naukowych. Wraz ze wzlotem sondy następuje spadek ciśnienia atmosferycznego w efekcie czego, zwiększa się objętość gazu w balonie, co finalnie prowadzi do jego rozerwania. Choć zależy to od panujących aktualnie warunków, sondy osiągają pułap około 30 000 m, co stanowi trzykrotność wysokości przelotowej samolotów pasażerskich. Po pęknięciu balonu ładunek powraca na ziemię. Lateksowe strzępy zapewniają opór powietrza spowalniając opadanie. Po upadku urządzenie często kontynuuje nadawanie, co pomaga w jego zlokalizowaniu.

Kto je wysyła?

Radiosondy meteorologiczne są wysyłane przez instytucje zajmujące się badaniem klimatu, meteorologią czy hydrologią. W przypadku Polski za proceder wysyłania balonów w atmosferę odpowiada Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW). Sondy są wysyłane z kilku ośrodków na terenie kraju tj. w Łebie, Legionowie oraz Wrocławiu. Mimo zaledwie kilku miejsc, z których wysyłane są urządzenia, możemy znaleźć je praktycznie wszędzie. Miejsce upadku zależy przede wszystkim od prędkości i kierunku wiatru. Zdarza się, że sonda dotyka ziemi ponad 450 Km od miejsca ich wypuszczenia, dla przykładu: nie tak dawno sonda wypuszczona z Czeskiej Pragi spadła w okolicach Wojnicza pod Tarnowem, co wcale nie jest rekordem.

Podobnie jak Polskie IMGW, zagraniczne instytucje zajmujące się meteorologią i prognozowaniem pogody również dokonują sondowań atmosfery. Dla beztrosko miotanej wiatrem sondy nie istnieją granice państw, zatem czymś normalnym jest opuszczanie przez balony krajów macierzystych. Polscy poszukiwacze sond niejednokrotnie znajdują urządzenia wysłane z terytorium Czech, Niemiec czy Słowacji.

Wypuszczanie radiosondy przez NOAA

Wiemy już czym są radiosondy meteorologiczne oraz w jakim celu są wykorzystywane. Teraz kluczowe pytanie, dlaczego mowa o nich na radioamatorskie.pl?

Jak już wspomniałem radiosondy podczas swoich misji przesyłają drogą radiową dane. Owe dane można, w dość prosty sposób, zdekodować, co pozwoli nam na obserwacje zmian poszczególnych parametrów w zależności od wysokości, na jakiej znajduje się przyrząd pomiarowy. Finalnie upadłą sondę możemy odnaleźć oraz dać jej drugie życie, poprzez np. przeprogramowanie i ponowne wypuszczenie w przestworza.

Czasem zdarza się, że standardowa sonda meteorologiczna zostaje wyposażona w zewnętrzny moduł pozwalający na pomiar dodatkowych parametrów takich, jak np. stężenie ozonu. O ile, w przypadku gołych sond po zakończonej misji, stają się one bezwartościowe dla instytucji badawczych, tak za odesłanie modułu pomiarowego ozonu możemy zarobić kilka dobrych złotych.

Odbiór

Do odbioru radiosond nie potrzeba wiele, w zasadzie aby usłyszeć charakterystyczne pikanie wystarczy wykorzystać ręczne radio ze standardową anteną i wyjść na zewnątrz. Jeśli to nam nie wystarczy możemy pokusić się o dekodowanie danych w owym pikaniu zawartych. Do tego celu będziemy musieli skorzystać z komputera oraz dedykowanego do tego celu oprogramowania. Najpopularniejsze obecnie sondy Vaisala RS41 nadają w modulacji GFSK, przy szerokości pasma 4.8 KHz. Częstotliwość jaka nas interesuje to okolice 405 MHz . Jako odbiornik możemy wykorzystać dowolne radio pracujące w modulacji FM, pozwalające na ustawienie w/w częstotliwości. Radio podłączamy do karty dźwiękowej komputera. Kolejna możliwość to wykorzystanie legendarnego i słynnego RTL-SDRa. W tym przypadku jako, że do programu dekodującego musimy doprowadzić sygnał audio, będziemy potrzebować dodatkowego oprogramowania Virtual Cable pozwalającego na przesyłanie dźwięku pomiędzy SDR# a dekoderem.

Część odbiorcza gotowa, następny krok to dekoder. W tym celu możemy użyć dwóch programów:
Sonde Monitor lub RS41Tracker. Osobiście preferuję ten drugi, ma on bowiem szereg funkcji i przydatnych udogodnień.

RS41 Tracker

Interface programu RS41 Tracker

Program RS41 Tracker posiada wiele ciekawych, z punktu widzenia radioamatora, funkcji. Jak możemy zauważyć na obrazku oprogramowanie pozwala na połączenie z siecią APRS. Dzięki temu będziemy mieli możliwość śledzenia nie tylko tej sondy, którą fizycznie odbieramy, a praktycznie wszystkich, które aktualnie znajdują się w powietrzu. Program daje również możliwość sterowania SDR Sharpem, co pozwala na automatyzację odbioru w przypadku, kiedy korzystamy z tunera RTL-SDR. Do ciekawych funkcji omawianego oprogramowania, z całą pewnością możemy zaliczyć możliwość eksportu odebranych danych o lokalizacji urządzenia do formatu kml. obsługiwany jet on między innymi, przez darmowe oprogramowanie Google Earth. Mamy też możliwość wyeksportowania odebranych danych do pliku csv, który natomiast możemy zaimportować do arkusza kalkulacyjnego, co jest przydatne przy wyznaczaniu miejsca upadku sondy.

Widok trajektorii sondy w programie Google Earth

SondeMonitor

Druga opcja to program SondeMonitor. Pozwala on na dekodowanie danych z szerokiej gamy radiosond, czego nie można powiedzieć o wcześniej wspomnianym RS41 Trackerze. SondeMonitor jest oprogramowaniem płatnym, jednak możemy z niego korzystać za darmo przez 21 dni. W przeciwieństwie do RS41 Tracker, SondeMonitor nie ma zaimplementowanego modułu pozwalającego na połączenie z APRS czy sterowanie SDR Sharpem.

Wykres w programie SondeMonitor

Wyprawa po sondy

Kiedy samo odbieranie danych z sond przestanie nas już satysfakcjonować, możemy pokusić się o znalezienie upadłej sondy. Do tego celu przydatne jest odpowiednie przygotowanie oraz wyposażenie. W pierwszej kolejności należy zajrzeć na stronę radiosondy.info

Radiosondy.info to internetowy portal pozwalający na śledzenie sond meteorologicznych przez internet oraz monitorowanie i zmianę ich statusu. Jeśli chcemy dokonać próby podjęcia sondy, należy poinformować, o tym innych łowców. Po to, aby nikt nie jeździł na marne po sondy, które już dawno ktoś zebrał.

We wspomnianym serwisie rozróżnia się kilka statusów sond:

  • NieznanyNikt nie dokonał zmiany statusu -> można podjąć próbę podjęcia
  • ZnalezionaSonda znaleziona, nie ma po co jechać
  • Wymaga uwagiPodjęto nieskuteczną próbę podjęcia sondy, istnieje szansa, że sonda jest na miejscu
  • Zaginiona Podjęto nieskuteczną próbę podjęcia sondy, praktyczny bark szans na jej znalezienie
Radiosonda VAISALA RS41 – SGP Znaleziona nieopodal Skawiny

Kiedy już oznajmiliśmy chęć wyruszenia po sondę, czas na przygotowanie odpowiedniego sprzętu. Podczas poszukiwań z całą pewnością przydatny będzie radiotelefon ręczny, pozwalający na odbiór częstotliwości na, której pracuje szukana przez nas sonda. Pozwoli to na stwierdzenie faktu, że sonda jest blisko. Nasze radio możemy również wyposażyć w antenę kierunkową, co pozwoli na ustalenie kierunku, z którego nadaje urządzenie.

Możemy również zabrać laptopa z oprogramowaniem do dekodowania sond, przy odrobinie szczęścia będziemy mogli odebrać ramkę z dokładnym położeniem urządzenia.

Do terenowego dekodowania sygnału upadłej aparatury, możemy również wykorzystać dedykowane do tego celu rozwiązania. Możemy bowiem wykorzystać jako odbiornik i dekoder ramek, moduł LILYGO®ESP32 , więcej na ten temat możemy znaleźć na stronie tego projektu.

Kiedy znajdziemy sondę, należy pozbierać resztki pękniętego balonu tak, aby niepotrzebnie nie zaśmiecały środowiska. Oczywiście należy na stronie radiosondy.info zaktualizować jej status tak, aby nikt już nie próbował jej podjąć.

Nowe życie dla sondy

PCB sondy VAISALA RS41 -SGP znalezionej nieopodal Skawiny

Super! Mamy ją, pochwaliliśmy się znajomym, teraz możemy postawić sondę na półce jako trofeum lub… dać jej nowe życie. W Internecie możemy znaleźć gotowe alternatywne oprogramowanie do radiosond. Pozwalają one na ich ponowne użycie w roli balonu krótkofalarskiego czy też jako nadajnik do tzw. łowów na lisa.

Oprócz tego nasze znalezisko, może posłużyć za źródło ciekawych elementów elektronicznych czy układów scalonych. Tutaj warto zajrzeć do projektu ” RS41_Hardware ” na GitHubie. Można tam znaleźć wszelkie schematy i informacje techniczne na temat sondy RS41 rozpracowane na zasadzie inżynierii wstecznej.

Na uwagę zasługują również linki łączce balon z urządzeniem. Są one bowiem bardzo wytrzymałe i nadają się do wykorzystania np. jako sznurki do wieszania prania 🙂

Koniec końców należy zauważyć, że temat radiosond meteorologicznych niezaprzeczalnie na stałe wpisał się do kanonu aktywności radioamatorskich. Tym samym dając kolejne powody, do sięgania po przygodę radiową. Kończąc chciałbym wszystkich czytelników niniejszego tekstu zachęcić do prób odbierania, dekodowania, poszukiwania oraz wszelkich eksperymentów związanych z radiosondami. Udanych łowów 😉

Łukasz SP9IDA


5 komentarzy

Szachista · 23 lutego 2020 o 21:17

Dzięki za ciekawe informacje, czekam na kolejne artykuły i pozdrawiam.

Latający · 9 kwietnia 2020 o 16:07

A te wolne czy swobodne loty balonów amatorskich nie zagrażają jednak przelotom lotnictwa???
Podejrzewam, że to jest jakoś legalizowane, jednak taka zabawkowa nawet sonda w turbinie Boeninga to niezbyt miła perspektywa dla pasażerów. Fajna zabawa, co nie?

    SP9IDA · 9 kwietnia 2020 o 16:34

    Radiosondy meteorologiczne bo o nich jest mowa w powyższym tekście są wypuszczane z dziesiątek jeśli nie setek ośrodków na całym świecie kilka razy dziennie. Ile razy słyszałeś o wypadku lotniczym z udziałem balonu?

Piotr · 11 października 2020 o 19:54

Czy macie jakie sondy na zbyciu czekam na kontakt.

Dodaj komentarz

Avatar placeholder

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.

cztery × trzy =