Przyjaciele, w Dniu Kosmonautyki nasz mały serwer pomyślnie poleciał do stratosfery! Podczas lotu serwer na pokładzie balonu stratosferycznego rozprowadzał Internet, nagrywał i przesyłał na ziemię dane wideo i telemetryczne. Nie możemy się doczekać, aż opowiemy Wam, jak wszystko poszło i jakie były niespodzianki (no cóż, co byśmy bez nich zrobili?).
Trochę tła i przydatne linki dla tych, którym wszystko umknęło:
- Wpis o do stratosfery (z czym w praktyce spotkaliśmy się podczas startu).
- Jak nam poszło”» projekt - dla fanów geekowego porno, ze szczegółami i kodem.
- projekt, w którym możliwe było monitorowanie ruchu sondy i telemetrii w czasie rzeczywistym.
- systemów komunikacji kosmicznej, które wykorzystaliśmy w projekcie.
- Tekst wystrzelenie serwera w stratosferę.
Ponieważ bardzo chcieliśmy wystartować w Dzień Kosmonautyki i tego właśnie dnia otrzymaliśmy oficjalne pozwolenie na użytkowanie przestrzeni powietrznej, musieliśmy dostosować się do pogody. A żeby wiatr nie wyrzucił balonu stratosferycznego poza granice dozwolonej strefy, musieliśmy ograniczyć wysokość wznoszenia – zamiast 30 km wznieśliśmy się do 22,7. Ale to już jest stratosfera i jest w przybliżeniu dwa razy wyższa niż dzisiejsze samoloty pasażerskie.
Połączenie internetowe z balonem stratosferycznym było w miarę stabilne przez cały lot. Wasze wiadomości zostały odebrane i wyświetlone, a każdą przerwę uzupełniliśmy cytatami z negocjacji Gagarina z Ziemią 58 lat temu :)
Według telemetrii na zewnątrz było -60 0C, a wewnątrz hermetycznej skrzynki dochodziło do -22 0C, ale wszystko działało stabilnie.
Wykres zmian temperatury wewnątrz (tu i dalej na skali X pokazano dziesiątki minut):
Na pokładzie zainstalowano kolejny eksperymentalny cyfrowy nadajnik o dużej prędkości. To nasza próba stworzenia szybkiego Wi-Fi i nie jesteśmy jeszcze gotowi ujawnić szczegółów jego projektu. Za pomocą tego nadajnika chcieliśmy transmitować wideo online. I rzeczywiście, mimo zachmurzenia, sygnał wideo otrzymaliśmy z kamery GoPro znajdującej się na pokładzie balonu stratosferycznego w odległości aż 30 km. Jednak po otrzymaniu wideo w naszym centrum kontroli nie było możliwości przesłania go do Internetu drogą naziemną... Teraz powiemy dlaczego.
Wkrótce pokażemy nagrania wideo lotu z kamer pokładowych, ale na razie nagranie z sondy można obejrzeć online
Czekała nas główna niespodzianka: bardzo słaba praca modemu 4G w naszym MCC, co uniemożliwiało transmisję wideo online. Choć sonda pomyślnie odbierała i przesyłała wiadomości przez Internet, zostały one zaakceptowane przez serwer – otrzymaliśmy od niego potwierdzenia serwisowe i zobaczyliśmy je wyświetlane na ekranie poprzez transmisję wideo. Mieliśmy obawy co do komunikacji z satelitami i transmisji sygnału na Ziemię, ale nikt nie spodziewał się takiej zasadzki, że słabym ogniwem okaże się mobilny Internet 4G.
I to nie w jakiejś dziczy, ale niedaleko Peresławia-Zaleskiego, w obszarze, który według map MTS i MegaFon jest dobrze pokryty 4G. W naszym mobilnym MCC znalazł się wyrafinowany router Kroks ap-205m1-4gx2h, do którego włożone są dwie karty SIM i który miał na nich sumować ruch na nich, abyśmy mogli w pełni transmitować wideo do Internetu. Zainstalowaliśmy nawet zewnętrzne anteny panelowe o wzmocnieniu 18 dB. Ale ten sprzęt działał obrzydliwie. Serwis Kroksa mógł jedynie doradzić wgranie najnowszego oprogramowania, jednak to nie pomogło, a prędkość dwóch kart SIM 4G okazała się znacznie gorsza niż prędkość jednej karty SIM w zwykłym modemie USB. Jeśli więc możecie mi podpowiedzieć, który sprzęt lepiej następnym razem zorganizować transmisję danych z sumowaniem kanałów 4G, napiszcie w komentarzach.
Nasze obliczenia trajektorii okazały się dość dokładne, nie było żadnych niespodzianek. Mieliśmy szczęście, balon stratosferyczny wylądował na miękkim torfowisku 10 metrów od zbiornika i 70 km od miejsca startu. Wykres odległości GPS:
A tak zmieniała się prędkość lotu pionowego balonu stratosferycznego:
Co prawda jeden z dwóch wyświetlaczy nie przetrwał lądowania (tak, było ich dwa, podobnie jak kamery GoPro; duplikacja to dobry sposób na zwiększenie niezawodności); na filmie widać, jak poszło w paski i zamieniło się wyłączony. Ale cały inny sprzęt przetrwał lądowanie bez problemów.
Wnioski z eksperymentu i jakości komunikacji internetowej.
Sposób działania serwera wyglądał następująco: na stronie docelowej można było wysyłać wiadomości tekstowe do serwera poprzez formularz. Zostały one przesłane protokołem HTTP za pośrednictwem 2 niezależnych systemów łączności satelitarnej do komputera zawieszonego pod balonem stratosferycznym, który następnie przekazał te dane z powrotem na Ziemię, ale nie w ten sam sposób przez satelitę, ale kanałem radiowym. W ten sposób zrozumieliśmy, że serwer generalnie odbiera dane i że może dystrybuować Internet ze stratosfery. Na tej samej stronie docelowej został wyświetlony rozkład lotów balonu stratosferycznego i zaznaczone zostały na nim punkty odbioru każdej Twojej wiadomości. Oznacza to, że można było śledzić trasę i wysokość „podniebnego serwera” w czasie rzeczywistym.
W sumie nasi uczestnicy wysłali 166 wiadomości ze strony docelowej, z czego 125 (75%) zostało pomyślnie dostarczonych na serwer. Zakres opóźnień pomiędzy wysyłaniem i odbieraniem był bardzo duży i wynosił od 0 do 59 sekund (średnie opóźnienie 32 sekundy).
Nie znaleźliśmy żadnej zauważalnej korelacji między wysokością a poziomem opóźnienia:
Z tego wykresu jasno wynika, że poziom opóźnienia nie zależał w żaden sposób od odległości od miejsca startu, to znaczy uczciwie przekazaliśmy wasze wiadomości za pośrednictwem satelitów, a nie z ziemi:
Główny wniosek z naszego eksperymentu jest taki, że z balonów stratosferycznych możemy odbierać i dystrybuować sygnały internetowe i taki schemat ma prawo istnieć.
Jak pamiętacie, obiecaliśmy porównać komunikację Iridium i GlobalStar (nigdy nie otrzymaliśmy modemu Messenger na czas). Stabilność ich pracy na naszych szerokościach geograficznych okazała się prawie taka sama. Ponad chmurami odbiór jest w miarę stabilny. Szkoda, że przedstawiciele krajowego systemu „Messenger” coś tam sprawdzili i przygotowali, ale nigdy nie byli w stanie nic udostępnić do testów.
Plany na przyszłość
Teraz planujemy kolejny projekt, jeszcze bardziej złożony. Obecnie pracujemy nad różnymi pomysłami, na przykład nad tym, czy zorganizować szybką komunikację laserową pomiędzy dwoma balonami stratosferycznymi, aby wykorzystać je jako wzmacniacze. W przyszłości chcemy zwiększyć liczbę punktów dostępowych i zapewnić stabilną prędkość łącza internetowego do 1 Mbit/s w promieniu 100-150 km, aby w przyszłości pojawiły się problemy z przesyłaniem wideo online do Internetu już nie powstanie.
Źródło: www.habr.com