Come fare tracking avanzato di razzi e palloni

Quando inizierete a lanciare i vostri palloni ad elio o i vostri razzimodelli abbastanza in alto o lontano da non riuscire a seguirli visivamente, probabilmente perderete i più piccoli e forse ciò non vi turberà troppo, ma vi affezionerete di più a quelli più grandi e/o che avete progettato da soli. Per recuperarli quando si allontanano, avete bisogno di un efficace metodo di tracciamento non visivo: un radiofaro oppure un sistema di tracking più avanzato, come quelli che vi forniscono la posizione esatta grazie al sistema di posizionamento globale, o GPS. Ecco come sfruttare le due diverse tecnologie.

La trasmissione via radio di un segnale di localizzazione (radiofaro, o beacon in inglese), come pure della posizione esatta (con un errore di circa 5 metri) fornita da un GPS, è solo uno dei tanti dati che è possibile fornire con la telemetria, ma è probabilmente il più importante. Infatti, se lanciate un pallone a elio nel cielo, esso raggiungerà la stratosfera allontanandosi finanche di 150 km. E anche se lanciate un drone, esso può perdersi se va oltre il range del segnale del vostro radiocomando. Come recuperarli?

Anche il recupero dei razzi lanciati si rivela, prima o poi, un problema per qualsiasi razzimodellista, con diversi potenziali modelli persi a causa dei campi di grano o di girasoli, degli alberi, etc. Il concetto di radio tracking merita, quindi, di essere approfondito nel dovuto dettaglio. Infatti, i sistemi di telemetria avanzati – usati comunemente per una varietà di animali, che vanno dai più grandi ai più piccoli – offrono una vasta gamma di trasmettitori radio di localizzazione e di altri sistemi fra cui scegliere.

Un sistema di ricevitore e antenna direttiva fai-da-te usato per il ritrovamento del velivolo.

Esistono due tipi principali di tracking radio. Questi sono basati su: (1) GPS e (2) rilevamento della direzione. In ciascuna di queste categorie vi sono apparecchiature che richiedono una licenza radio amatoriale e altre apparecchiature che non la richiedono. Proveremo a presentare una panoramica di questi tipi di apparecchiature e dei metodi di tracking associati. Abbiamo aggiunto i nomi delle aziende che producono o vendono apparecchiature pertinenti all’interno dell’articolo.

I sistemi basati su GPS possono anche fornire telemetria in tempo reale in volo e fornire una posizione specifica, tridimensionale, per il tuo razzo in tempo reale. I sistemi di ricerca della direzione forniscono la direzione al tuo razzo. I sistemi GPS sono più complicati nel razzo e sul terreno e generalmente più costosi. Quindi la scelta di base è vuoi sapere in che direzione cercare il tuo razzo o vuoi che il razzo ti dica dove si trova? I sistemi radioamatoriali (e quelli fai-da-te) richiedono una licenza.

I sistemi di tracking basati sul GPS

I sistemi basati su GPS hanno il vantaggio di dirti dove si trova il tuo razzo (o pallone), con una buona precisione. Forniscono una posizione specifica verso cui andare nel momento in cui si vuole recuperare il razzo e possono essere utilizzati con il software di mappatura per tracciare un percorso di approccio. Esistono inoltre alcune ottime app, gratuite o economiche, per tracciare le coordinate GPS sugli smartphone, il che rendono il compito del recupero ancora più semplice per un razzimodellista.

Esempio di tracking di un pallone sonda amatoriale con un tracker GPS Big Red Bee. Puoi trovare vari tipi di tracker GPS in vendita online, ad esempio qui.

Il vantaggio dei sistemi basati su GPS è che la ricerca è molto più semplice, dal momento che il tuo razzo ti dice dove si trova. Esiste anche la possibilità, a seconda dei sistemi specifici, di disporre di dati di telemetria per cose come tensione di sistema, temperatura, etc. Alcune unità prendono dati analogici o digitali e li inviano come dati di telemetria, in modo da poter installare un sensore di pressione barometrica, accelerometri e persino interruttori per rilevare l’apertura del paracadute.

Quasi tutti i sistemi senza licenza, operanti su bande non autorizzate, sono limitati in potenza e antenna di trasmissione, perciò potrebbero non avere il range necessario per voli ad altissima altitudine od a lungo raggio. Essi funzionano senza necessità di configurazione. Alcuni dispongono di interfacce Bluetooth che possono inviare i dati di posizione direttamente a uno smartphone, ma altri richiedono che l’utente legga le coordinate dal ricevitore e le inserisca manualmente in un dispositivo GPS.

Il “Radio Amateur Packet Reporting System” (APRS) è un sistema amatoriale per comunicazioni digitali in tempo reale basato sulla radio, il quale consente l’uso di migliori antenne sul razzo e l’utilizzo di stazioni di ripetizione digitali – dette anche “digi-peating” o semplicemente “digi” – per estendere il range del segnale. Sono disponibili app e interfacce semplici per consentire la ricezione di dati APRS e la stampa su mappe tramite smartphone e dispositivi simili, come tablet e persino iPod.

Come funziona il sistema APRS per le comunicazioni digitali in tempo reale.

I dati forniti dall’APRS possono includere coordinate GPS (Global Positioning System) degli oggetti, telemetria da una stazione meteorologica, messaggi di testo, annunci, query e altri dati di telemetria. I sistemi radio amatoriali consentono una maggiore flessibilità nelle impostazioni e nelle frequenze. Sono disponibili su diverse bande e, se viene utilizzato un digi-peater, ha senso mantenere tutte le unità sulla frequenza del digi, e ciò consente anche la cooperazione quando si cerca un razzo.

I dati APRS vengono in genere trasmessi su una singola frequenza condivisa (a seconda del paese) per essere ripetuti localmente dalle stazioni ripetitrici di area (i digipeater) per un consumo locale diffuso. Inoltre, tutti questi dati vengono in genere inseriti nel sistema Internet APRS (APRS-IS) tramite un ricevitore connesso a Internet (IGate) e distribuiti a livello globale. APRS è stato sviluppato dalla fine degli anni ’80 da Bob Bruninga, ingegnere di ricerca senior presso la United States Naval Academy.

I due modi per utilizzare il protocollo APRS

Esistono due modi principali per ottenere i dati GPS utilizzando il protocollo APRS. È possibile acquistare un tracker all-in-one, che include il GPS, tutti i circuiti APRS e un trasmettitore in un unico assieme. Puoi anche assemblare il tuo sistema usando un GPS separato, un modulo APRS e un trasmettitore o un rice-trasmettitore. Ci sono tracker realizzati appositamente per il razzimodellismo. Tra i più popolari ci sono le unità prodotte da Big Red Bee, disponibili per le bande di 2 metri e di 70 centimetri.

Un tracker “all-in-one” Big Red Bee (a destra) in commercio: è ottimo per un razzo.

Possono essere ordinati con le impostazioni predefinite, quindi è necessario configurare solo la stazione ricevente. Puoi anche acquistare un cavo di programmazione per consentire la personalizzazione di vari parametri, come la frequenza con cui trasmette i dati di posizione, se il segnale deve essere ripetuto digitalmente, un breve messaggio di testo, etc. Questi tracker forniscono un’opzione molto semplice per un principiante, con la possibilità di un controllo sulla configurazione in caso di necessità.

Sono disponibili sul mercato diversi sistemi basati su GPS appositamente progettati per il monitoraggio dei razzimodelli. Operano su una banda UHF a 900 MHz (consentita negli USA, ma non in Europa) e hanno una portata sufficiente per qualsiasi volo che possa accadere durante eventi di razzimodellismo, come ad esempio i lanci che si effettuano per ottenere le certificazioni. Le due migliori opzioni oggi a disposizione dei razzimodellisti sono il già citato Big Rock Bee e Egg Timer Rocketry.

Il sistema Big Red Bee è pronto per l’uso ed è un sistema completamente chiavi in ​​mano. La versione a 900 MHz viene utilizzata con un ricevitore che si collega a un computer o può avere un display LCD opzionale aggiunto per eliminare la necessità di un computer. Il sistema Egg Timer Rocketry è disponibile solo in kit, quindi deve essere costruito dall’utente. Chiunque abbia esperienza nell’elettronica o nella costruzione di kit dovrebbe essere in grado di completarne uno senza problemi.

Il tracker GPS “Eggtimer TRS” della Egg Timer Rocketry e (sopra) il suo ricevitore.

Anche questo è un sistema a 900 MHz (in Europa si usa la banda a 144,800 MHz) con un ricevitore per computer. C’è un ricevitore stand-alone opzionale con display LCD, che può essere utilizzato con un adattatore Bluetooth opzionale per consentire la navigazione verso il razzo utilizzando uno smartphone. I prodotti Egg Timer richiedono il montaggio, ma hanno anche un prezzo inferiore rispetto ad altre opzioni. Si noti che, per l’uso di tutti i sistemi APRS, occorre un nominativo radioamatoriale valido.

Il ricevitore “base” della Egg Timer Rocketry, l’Eggfinder RX, si collega al tuo laptop (con l’opzione cavo USB) e può essere utilizzato con software come MapSphere per tracciare il tuo razzo in tempo reale. Con l’opzione Bluetooth, puoi inviare i dati GPS a un dispositivo Android e ottenere le coordinate e la traccia del tuo razzo usando programmi come GPS Rocket Locator o Rocket Tracker. È ideale per impostare un ricevitore “stazione di terra” con un laptop / tablet per ottenere una traccia in tempo reale del tuo razzo.

Il dispositivo di tracking, che in questo caso è un altimetro, va posto nell’apposita sezione del razzo, tipicamente nella sua zona centrale.

La seconda opzione – quella di assemblare il proprio tracker dai moduli – consente una gamma più ampia di opzioni di banda e frequenza, tipo di GPS e capacità del modulo APRS. In molti casi, un modulo APRS e un GPS possono essere montati su un ricetrasmettitore e un’antenna portatili economici. Il montaggio del proprio sistema offre la massima flessibilità, ma significa anche che è necessario eseguire autonomamente tutta la configurazione e l’integrazione. È l’opposto di un sistema “chiavi in ​​mano”.

È possibile selezionare un GPS più standard o uno in grado di operare ad alta quota. Un GPS “standard” di solito smette di funzionare a circa 18 km sopra il livello medio del mare. Questo di solito non è un limite significativo, ma se stai facendo volare un razzo sopra quel livello avrai bisogno di un GPS specializzato. I moduli GPS possono essere acquistati da varie fonti (Ebay, Fry’s Electronics, Adafruit, Argent Data, ecc.) per prezzi che vanno da meno di 20 euro a circa 100 euro o poco più.

I moduli tracker APRS – che rappresentano il secondo modulo dei tre necessari per creare un tracker assemblato – variano in termini di capacità: come i tipi di telemetria, la capacità di decodificare il pacchetto APRS e persino la capacità di lavorare come un digitalizzatore. I prezzi vanno da circa 40 euro a circa 100 euro e oltre. Potresti essere in grado di trovare kit per un po’ meno. Questi moduli sono disponibili, ad esempio, presso Byonics, Argent Data Systems e RPC-Electronics.

Uno dei numerosi tracker APRS in commercio.

Infine, i trasmettitori o i ricetrasmettitori possono essere semplici moduli o unità portatili complete.  Molti radioamatori preferiscono utilizzare un palmare economico. Esistono radio portatili importate da aziende come Bao Feng (aka Po Fung), Wouxan e TYT che sono molto piccole, leggere e economiche. Molti sono disponibili per meno di 40 euro presso Amazon e altri rivenditori online. Questi sono generalmente in grado di funzionare su più di una banda e su più frequenze all’interno di ciascuna banda.

I sistemi basati sul rilevamento della direzione

La ricerca della direzione fornisce un segnale da seguire posto a bordo del tuo razzo, che una volta a terra diventa una sorta di radiofaro fisso (o “beacon”), rintracciabile con un ricevitore e un dipolo o altra antenna direzionale, come succede per la ricerca di animali che, soprattutto in passato, venivano dotati di piccoli emettitori di beacon come dispositivi per il tracking radio. Questo metodo può avere problemi con le riflessioni e altri fenomeni di propagazione e richiedere più abilità per il successo.

Il Rilevamento della Direzione Radio Amatoriale (ARDF) è un vero e proprio sport che consente l’uso di varie frequenze e un livello di potenza superiore. Anche le antenne migliori possono essere usate nel razzo. Nella maggior parte dei casi, non è necessaria molta potenza per rintracciare un razzo usando un’attrezzatura ARDF, ma le opzioni ci sono. Poiché la maggior parte del tracciamento viene eseguito su bande VHF o UHF per le quali il radioamatore medio dispone già di attrezzature, il costo è inferiore.

L’antenna direzionale Yagi usata per individuare la direzione del radiofaro.

Se non si dispone di attrezzature per queste bande, esistono diverse unità portatili a basso costo e in molti casi uno scanner funziona molto bene. Un’antenna direzionale semplifica le cose, così come un buon attenuatore. Questi possono essere acquistati o costruiti da soli in modo economico. Le apparecchiature di ricerca della direzione non autorizzate sono più limitate nelle frequenze, potenza e antenne del trasmettitore disponibili, ma l’apparecchiatura ricevente è molto più flessibile.

Con i sistemi di rilevamento della direzione, un trasmettitore beacon nel razzo (o altro aeromobile) invia un segnale che può essere rintracciato con un ricevitore adatto usando un’antenna direzionale. A differenza dei sistemi basati sul GPS, il rilevamento della direzione non fornisce la posizione specifica del razzo. Fornisce una direzione in cui puoi andare per trovare il razzo. Esistono, evidentemente, numerosi fattori che possono nella pratica complicare questo processo all’apparenza semplice.

Il metodo della triangolazione, usato per localizzare un razzo una volta a terra, è stato illustrato in un nostro articolo che puoi trovare qui

Il problema principale è che, quando il razzo raggiunge il suolo, è comune perdere il segnale fino a quando non si è molto vicini. Se un razzo vola a diversi chilometri di distanza, devi tenere traccia della direzione in cui si trovava dalla tua posizione e dirigerti verso di esso fino a trovare il razzo o raccogliere di nuovo il segnale. Ci possono anche essere problemi con le immagini “multi-path”, il che significa che il segnale dal razzo potrebbe riflettersi su un edificio o altra struttura e puoi seguire il segnale sbagliato.

La ricerca della direzione richiede alcune abilità e pratica, e ci sono club e competizioni locali, nazionali e internazionali per la ricerca di direzioni radio amatoriali (ARDF). Ciò è comunemente chiamato T-Hunting (caccia al trasmettitore) o Fox Hunting, ed è molto diverso dal tracciamento GPS: non ti dice dove si trova il velivolo, ottieni solo una direzione verso cui cercarla, con poche o nessuna informazione su quanto sia lontano. Ciò può essere efficace, ma non facile come andare in una posizione specifica.

Esistono numerose fonti per la ricerca di segnali di direzione che trasmettono su frequenze radioamatoriali. Big Red Bee e Adept commercializzano radiofari per razzimodelli. Esistono diversi produttori che producono piccoli radiofari per uso ARDF adatti per l’uso con razzi, tra cui Byonics, Communication Specialists e Doppler DF Instruments. La maggior parte può essere utilizzata con quasi tutte le radio o scanner portatili. Alcuni hanno ricevitori specializzati disponibili progettati per trovare il loro trasmettitore.

Due radiofari operanti a 144-148 MHz adatti anche per l’uso con razzi.

La radio amatoriale offre molta più flessibilità in bande, frequenze, antenne trasmittenti e potenza in uscita rispetto alle opzioni senza licenza. Puoi anche acquistare o costruire un controller abbastanza semplice che trasmette con una radio portatile o un trasmettitore modulare. È necessaria solo una licenza radio amatoriale per far funzionare i trasmettitori tipicamente utilizzati nei razzi modelli. Si noti che, in generale, non è necessaria alcuna licenza per utilizzare un ricevitore per cercarli.

I beacon di ricerca della direzione che non richiedono una licenza sono un po’ più limitati. Alcuni sistemi non sono legali in Italia a causa delle frequenze su cui operano, così molti produttori e acquirenti optano per i prodotti per frequenze radioamatoriali, che però richiedono una licenza. In commercio si trovano “localizzatori di gatti”, e altri trasmettitori destinati al monitoraggio della fauna selvatica, ma se volete un nostro articolo su come realizzare da soli un radiofaro, e come localizzarlo, lo trovate qui.