Úspěšné vypuštění meteorologické sondy – mladí vědci vyfotografovali zakřivení Země
Žáci deváté třídy třebíčské Základní školy T. G. Masaryka navrhli, složili a naprogramovali stratosférickou sondu s cílem měřit teplotu, vlhkost a vyfotit zakřivení země. V následujících řádcích se dozvíte, jaké výzvy museli překonat a technologické detaily experimentu.
Jak to celé začalo?
S nápadem přišel Šimon Balog při návratu ze školního výletu v Londýně. Cestou se k němu připojili spolužáci Bedřich Březina, Vojtěch Bláha a Jan Koudelka. Cílem bylo zjistit, zda je možné zachytit zakřivení Země pomocí běžných kamer a senzorů. Tato myšlenka přivedla studenty ke zkoumání technologií a komponentů potřebných pro realizaci projektu. Inspiraci čerpali především ze zahraničních YouTube videí, ale zásadní roli sehrály i materiály k profesionálním meteorologickým sondám RS41. První fáze projektu zabrala zhruba tři měsíce. Během této doby se tým věnoval návrhu, testování a finálnímu sestavení sondy.
Technické výzvy – elektronika a ochranný obal
Při výběru komponentů se tým zaměřil na kompatibilitu s Raspberry Pi 5 a jejich dostupnost. Většinu z nich se jim podařilo najít v našem e-shopu. Původně zvažovali použití LoRa modulu pro komunikaci, ale nakonec se rozhodli pro spolehlivější SIM variantu, což mělo přispět k stabilnějšímu připojení během letu. Kamery byly připojeny přes CSI konektory a senzory přes GPIO piny. Zapojení a naprogramování všech komponent si studenti navrhli sami.
Dalším krokem byla stavba ochranného obalu, který by přístroje uvnitř dokázal ochránit po mechanické stránce a zároveň zajistil jejich přijatelnou provozní teplotu. Studenti zvolili tvrdý polystyren ve tvaru velkého vajíčka s ručně vyříznutými otvory podle tvaru použitých komponent. Žádnou dodatečnou izolaci kvůli váhovým restrikcím nepřidávali, a to se týkalo jak počítače a připojených přístrojů, tak i kabelů a konektorů.
Během testování se ukázalo, že se Raspberry Pi 5 bez aktivního chlazení přehřívá. Konstruktéři však počítali s tím, že během reálného letu bude okolní teplota velmi nízká, a tak nebude žádné chlazení potřeba. Naopak se obávali příliš nízkých teplot kolem -50 °C a možného zamrznutí celého systému. Další výzvou bylo vyřešit dostatečné napájení přístrojů a udržet co nejnižší hmotnost sondy. „Kvůli povolení ČHMÚ jsme se museli vejít do 600 g naštěstí nám to vyšlo na 599 g,“ přibližuje Šimon Balog, který měl na starosti softwarovou část projektu.
Ostatně bez spolupráce s Českým hydrometeorologickým ústavem (ČHMÚ) by projekt nevznikl. Studenti od ČHMÚ získali povolení k letu, speciální stratosférický balón, vodík a na závěr projektu spolu porovnávali naměřená data.
Seznam použitých kompotnentů
• Raspberry Pi 5 8 GB RAM
• Raspberry Pi AI Camera
• Raspberry Pi Camera 3
• Waveshare SIM7600E-H 4G HAT
• ELECFREAKS Octopus BME280 senzor
• kabely
• napájecí modul, step-down měnič 5V/3A, 2x USB
• baterie 18650 Li-ion 4x
• držák na baterie 2x
• Fresh N Rebel GPS Smart Finder (záložní řešení lokalizace sondy)
Samotný experiment
Studenti vypustili sondu přímo z areálu ČHMÚ v Praze Libuši 25. 6. 2025 ve 14.00 hodin. Sonda se dokázala během 90 minut vznést do výšky 31,5 km, cesta zpět na padáku ji zabrala zhruba 45 min. Uletěla při tom vzdálenost přes 200 km a přistála na poli u Dolního Smržova poblíž Svitav, kde ji po čtyřech dnech od vypuštění našla náhodná kolemjdoucí.
Nejnižší teplotu –49,5 °C zaznamenaly senzory ve výšce 12 km (troposféra). Nejnižší naměřený tlak 11,87 hPa potom odpovídá nejvyššímu dosaženému bodu 31,5 km (stratosféra), kde se teplota pohybovala kolem –11 °C.
Jako při každém správném experimentu se tým setkal s několika překážkami. „Raspberry Pi Camera 3, která byla natočená přímo dolů nefungovala již od startu. Druhá Raspberry Pi AI kamera přesta fungovat zruba po hodině letu ve výšce 16,5 km, kde pořídila poslední fotku. Nejspíš umrzla, protože v té výšce bylo -43 °C,“ vysvětluje člen týmu Bedřich Březina. Problémy se objevily i s komunikačním modulem, kvůli kterému hledání sondy zabralo několik dnů. Srdce projektu Raspberry Pi 5 (8 GB) a hlavní měřící senzor Octopus BME280 fungovaly po celou dobu bezvadně.“
Bezpečnost leteckého provozu
Při vypouštění sondy tým úzce spolupracoval s pracovníky ČHMÚ a dostal povolení Úřadu pro civilní letectví. „Ptali jsme se pana Martina Motla, vedoucího aerologického oddělení ČHMÚ a prý se nikdy nestalo, že by se sonda střetla s proudovým letadlem. Díky tlakové vlně ji vždy odmrští stranou. Při zpáteční cestě sonda padá s pomocí padáku rychlostí jen kolem 5 m/s, takže riziko střetu s letadlem je minimální,“ dodává Šimon Balog.
A co dál?
Skupina již nyní plánuje vypuštění druhé sondy, která by měla být jednodušší na sestavení a lépe izolovaná. V rámci tohoto nového projektu zvažují také použití LoRa modulu pro zajištění lepší komunikace.
Děkujeme studentům za poskytnutí fotek a schémat, a přejeme hodně úspěchů při řešení dalších projektů!
