Anatomi av ett "Space Data Center". Skyhög server: titta under huven

Imorgon skickar vi vår server upp i stratosfären. Under flygningen kommer den stratosfäriska ballongen att distribuera internet, filma och sända video- och telemetridata till marken. Vi har flera gånger skrivit om att vi kommer att berätta om den tekniska sidan av vårt projekt "Space Data Center" (tidigare kallat "Molnserver 2.0"). Vi lovade – vi uppfyllde! Under snittet finns en handfull hårdvara och kod.

webbserver

Även i det tidigare projektet "Server i molnen", när vi steg i en fullfjädrad luftballong med en besättning på två personer, var det, låt oss säga, irrationellt att ta en fullfjädrad server med batteripaket. Och nu pratar vi om en liten stratosfärisk ballong, som måste stiga till 30 km, inte 1. Därför valde vi samma Raspberry Pi som webbserver. Denna mikrodator kommer att generera en HTML-sida och visa den på en separat skärm.

Satellitanslutning

Förutom Raspberry kommer modem från satellitkommunikationsnätverken Iridium och Globalstar att flyga ombord. Som ni minns planerade vi att lägga till ett modem från det inhemska Gonets-nätverket till deras företag, men vi hann inte ta emot det i förväg, så vi skickar det på nästa flygning. Via satellitmodem kommer webbservern att ta emot dina meddelanden, som kan skickas till projektsidaDessa meddelanden kommer att skickas till Raspberry Pi, som kommer att köa dem och visa dem på en HTML-sida.

Viktigt: gränsen för längden på ett textmeddelande på ryska är 58 tecken (inklusive mellanslag). Om meddelandet är längre kommer det att klippas av under överföringen. Dessutom kommer alla specialtecken att klippas ut ur texten, till exempel, /+$%&;''""<>n o.d.

Eftersom Raspberry Pi bara har en UART-port kommer vi att ansluta satellitmodem via en mellanliggande hubb, som samlar in data från modemen och skickar den till Raspberry Pi.

Radiomodem

Webbservern kommer inte bara att visa alla meddelanden som tas emot från dig på skärmen, utan också överföra dem till jorden via LoRa-radiomodemet. Det är så vi vill testa idén att distribuera internet från stratosfären (en hyllning till Google Loon-projektet). Naturligtvis är vår stratosfäriska ballong inte en fullfjädrad kommunikationsrepeater, men även om dess kapacitet är tillräcklig för stabil dataöverföring, utan stora informationsförluster, kommer specialiserade system definitivt att klara av att distribuera internet från förrymden.

Telemetri

Dessutom planerar vi att visa telemetridata på samma HTML-sida. Raspberry Pi kommer att hämta den från en separat flygkontroll.

Den avläser olika sensorer som kan placeras både inuti och utanför den hermetiska hårdvarulådan, samlar in informationen i en hög, sorterar den och ger den i en bekväm form till de som frågar. I vårt fall kommer den att fråga efter Raspberry Pi. Vi kommer att registrera tryck, höjd, GPS-koordinater, vertikal och horisontell hastighet och temperatur.

Data från flygkontrollen överförs i långa strängar, som sedan bearbetas med hjälp av denna kod:

$str = 'N:647;T:10m55s;MP.Stage:0;MP.Alt:49;MP.VSpeed:0.0;MP.AvgVSpeed:0.0;Baro.Press:1007.06;Baro.Alt:50;Baro.Temp:35.93;GPS.Coord:N56d43m23s,E37d55m68s;GPS.Home:N56d43m23s,E37d55m68s;Dst:5;GPS.HSpeed:0;GPS.Course:357;GPS.Time:11h17m40s;GPS.Date:30.07.2018;DS.Temp:[fc]=33.56;Volt:5.19,0.00,0.00,0.00,0.00,0.00,0.00,0.00';
parse_str(strtr($str, [
	
':' => '=',
	
';' => '&'
]), $result);
print_r($result);

konverteras till en array i en form som är lämplig för visning:

Array 
(
       [N] => 647
       [Т] => 10m55з
       [MP_Stage] => 0
       [MP_Alt] => 49
       [MP_VSpeed) => 0.0
       [MP_AvgVSpeed] => 0.0
       [Baro Рrеss] => 1007.06
       [Baro_Alt] => 50
       [Baro_Temp] => 35.93
       [GPS_Coord] => N56d43m23s,E37d55m68s 
       [GPS_Home) => N56d43m23s,E37d55m68s 
       [Dst] => 5
       [GPS_HSpeed] => 0
       [GPS_Course] => 357
       [GPS_Time] => 11h17m40s
       [GPS_Date] => 30.07.2018
       [DS_Temp] => [fс] ЗЗ.56
       [Volt] => 5.19, 0.00,0.00,0.00,0.00,0.00,0.00,0.00 
)

Vi kommer också att sända telemetridata till jorden tillsammans med era meddelanden. För detta ändamål kommer vi att placera ut en mottagningsstation vid uppskjutningsplatsen.

Skärm och kamera

För att säkerställa att servern verkligen tar emot dina meddelanden via satellit, och att den faktiskt flög upp i stratosfären och inte bara på vårt kontor, bestämde vi oss för att visa alla telemetrimeddelanden på en skärm som kommer att filmas med GoPro. Det fanns ont om tid att förbereda projektet (och när finns det någonsin tillräckligt med tid?!), så vi brydde oss inte om AliExpress och en lödkolv, utan tog istället en färdig enhet. Den är mer än tillräcklig för våra behov. Vi kommer att ansluta skärmen till Raspberry-enheten via HDMI.

Vi planerar också att sända videofilmer från GoPro-kameran via en separat radiokanal, men det är ännu inte känt hur det kommer att fungera – kanske kommer låga moln att minska kommunikationsräckvidden avsevärt. Men i vilket fall som helst, efter att vi hittat den landade stratosfäriska ballongen, kommer vi att lägga upp videon från kameran och ni kommer att kunna se själva vilka meddelanden vår "pre-space TsODik" fick och hur högt den klättrade – telemetri kommer att visas på samma HTML-sida, och en bit av horisonten kommer också att synas.

Näring

All den skönhet som beskrivs ovan kommer att drivas av en samling litiumbatterier, monterade enligt 3S4B-schemat - tre i serie, fyra parallellt. Den totala kapaciteten är cirka 14 Ah vid en spänning på 12 V. Enligt våra uppskattningar borde detta räcka, men efter den slutliga monteringen kommer vi naturligtvis att mäta den faktiska förbrukningen och vid behov lägga till fler batterier.

Lägg till allt detta GPS-fyrar, med vilka vi ska söka efter den landade stratosfäriska ballongen. Och "huset" för servern och andra enheter kommer att vara en hermetisk låda.

Det kommer att skydda känslig utrustning från temperatur- och tryckförändringar. Samtidigt kommer det att minska stråldosen, även om detta inte alls spelar någon roll för vårt projekt, servern kommer inte att flyga i stratosfären särskilt länge, och bakgrundsstrålningen där är inte lika hög som på ISS.

Förutom att skicka meddelanden till projektwebbplats, kan du delta i tävlingen och gissa sondens landningsplats. Huvudpriset är en resa till Baikonur för uppskjutningen av den bemannade rymdsonden Soyuz-MS-13.

Källa: will.com