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La misión Sunrise II contada por el instrumento IRIS

Recientemente hemos completado el análisis de toda la telemetría generada por IRIS. IRIS era un instrumento totalmente autónomo y no tenía la forma de comunicarse con nosotros si encontraba problemas, por tanto debía por sí sola auto-gestionarse y buscarse sus propias soluciones. A pesar de haber sido una misión exitosa, el instrumento se enfrentó a numerosos problemas durante el vuelo. Como se aprende siempre mucho más de los errores que de los éxitos es importante analizar a fondo las situaciones anómalas a las que se enfrentó IRIS para aprender y mejorar nuestra tecnología. A continuación pasamos a contar la misión IRIS tal y como la vivió y registró en si misma.

Video de ingeniería del vuelo de IRIS

IRIS fue encendida el día antes del lanzamiento a media noche, exactamente a las 00:08:53 del 12 de Junio del año 2013, el lanzamiento se produjo a las 07:39:13 de ese mismo día. Diez segundos más tarde IRIS detectaba el lanzamiento por medio de su altímetro y arrancaba la secuencia de grabación del lanzamiento. 9 segundos más tarde y a 150m del suelo encendió las cámaras.

Las temperaturas más bajas durante el ascenso (-34C) se registraron en las paredes tan solo 30 minutos después del lanzamiento mientras cruzaba la tropopausa. La electrónica interna, protegida por el aislamiento térmico y del calor generado por las cámaras, mantuvo la temperatura interna por encima de los 0C grados durante todo el lanzamiento.

IRIS apagó a 13.700m de altura y tras una hora de vuelo la cámara 1 para ahorrar batería tal y como estaba previsto. Continuó grabando con las otras dos cámaras durante otras 2 horas y las apagó cuando se encontraba a 33.229m de altura. El telescopio Sunrise alcanzaba la altura de operaciones 30 minutos más tarde (36.000m).

IRIS_height_launch

Altura durante el lanzamiento

IRIS_temperatures_launch

Temperaturas registradas durante el ascenso

A partir de ese momento IRIS comenzó a tomar fotografías cada 5 minutos con las cámaras 2 y 3, la cámara 1 estaba prevista mantenerla apagada hasta la mitad del vuelo después de 3 días.

El primer problema llegó 30 horas después del lanzamiento cuando todas las cámaras se negaron a arrancar, la temperatura en ese momento era de unos apacibles 20C (debido a que estaba constantemente iluminada por el Sol) aproximadamente unos 30 grados más caliente que la temperatura de la enrarecida atmósfera que lo circundaba, la presión atmosférica era inferior a 0.5% la presión que tenemos al nivel del mar. IRIS realizó un reciclado energético de las cámaras (básicamente las desenchufa completamente) y cinco minutos después las cámaras volvían a funcionar correctamente.

IRIS continuó sin problemas hasta el tercer día, ya sobre Groenlandia, la temperatura ascendió bastante más de lo esperado y el interior llegó hasta los 36C. La razón para estas altas temperaturas es que al calor que nos llega directamente generado por el Sol hay que sumar el calor reflejado por el suelo totalmente blanco de Groenlandia (albedo) tal y como ocurre cuando te encuentras esquiando en un día soleado. IRIS en esta fase consumía de media menos de 0,1W de potencia, es decir, el calor del instrumento era prácticamente totalmente producido por el calor del Sol.

IRIS_temperatures_flight

Temperaturas durante el vuelo

Ese mismo día IRIS apagó la cámara 2 y continuó haciendo timelapse con las cámaras 1 y 3. A partir de este momento la cámara 3 comenzó a comportarse de forma errática durante las horas más calurosas del día. IRIS tuvo que lidiar con otros 2 eventos en los cuales las cámaras no respondían a comandos en su cuarto día que fueron solventados tras su correspondiente reciclado energético.

Llegado el día del aterrizaje, el 17 de junio de 2013, la cámara 1 acumulaba un total de 2 errores, la cámara 2 llevaba 1 error registrado y la cámara 3 162 errores. Podéis observar todos los errores y la telemetría general del instrumento en el vídeo que encabeza esta noticia.

Sunrise soltó el globo a las 13:51:28, apenas un segundo más tarde IRIS detectaba la caída libre, sin embargo debido a la rotación del telescopio y a la lejanía de IRIS del centro de masas general del telescopio, se generaron aceleraciones indeseadas e IRIS descartó la medida. Durante los siguientes 10 segundos y todavía en caída libre, IRIS continuó detectando la caída de forma intermitente, al no conseguir una caída limpia (de varios segundos) IRIS la continuó descartando como falsos positivos (no queríamos que posibles balanceos del telescopio durante el vuelo fuesen identificados como caída libre). Después de esos 10 primeros segundos el enorme paracaídas empezó a generar rozamiento y la gravedad volvió al conjunto. ¡IRIS había perdido su oportunidad para detectar el descenso!

En ese momento el sistema de backup (el sensor de presión) empezó a detectar como la presión atmosférica aumentaba. 20 segundos después de soltar el globo IRIS medía ya una velocidad de descenso de 44m/s, pero la altura era de 34.000m, una altura demasiado elevada como para fiarse de las medidas del sensor de presión así que la medida fue también descartada considerándola un falso positivo (como medida de seguridad, IRIS ignoraba las velocidades verticales por encima de los 32.000m de altura).

61 segundos después de soltar el globo, IRIS calculaba una velocidad de 55m/s y una altura de 31500m e IRIS entró finalmente en la secuencia de aterrizaje. 9 segundos más tarde las cámaras 2 y 3 eran encendidas (la cámara 2 llevaba 2,5 días apagada) y las temperaturas empezaron a caer por debajo de los -10C.

Altura durante el descenso

Altura durante el descenso

30 minutos después de soltar el globo y ya en un descenso en paracaídas bastante estable, IRIS registró las temperaturas más bajas de la misión (-36C) mientras cruzaba de nuevo la tropopausa.

42 minutos después de soltar el globo y con temperaturas exteriores de -11C a 3000m de altura, la cámara 1 se encendió para poder registrar con las 3 cámaras el momento del impacto, la cámara necesitó hasta 3 minutos para arrancar correctamente y desempañar las lentes.

IRIS_temperatures_descent

Temperaturas durante el descenso

50 minutos después de soltar el globo, IRIS atravesó la última capa de nubes y aterrizó en la península de Boothia en Canadá exactamente a las 14:41:51 horas del 17 de Junio. El aterrizaje duró menos de 2 segundos y el telescopio acabó boca abajo aplastando al instrumento IRIS contra el suelo. El vuelo había durado exactamente 5 días, 7 horas y 38 segundos.

A pesar de todo IRIS no registró errores durante el aterrizaje incluso si físicamente perdió parte de la pared donde estaba enganchada al telescopio. IRIS apagó las cámaras 10,5 minutos después de tocar el suelo, momento en el cual dio comienzo la fase de timelapse en el suelo con las cámaras 1 y 2, esperando al equipo de rescate y en un vano intento de retratar posible vida salvaje y fauna del lugar.

IRIS continuó trabajando normalmente hasta las 19:46:01 horas del 19 de Junio, momento en el cual el equipo de rescate apagó IRIS usando su interruptor principal. Pero ya era demasiado tarde, unos segundos antes había ya conseguido inmortalizar a uno de los miembros del equipo de rescate. Durante los 2 días que pasó en tierra, IRIS registró otro error general en las cámaras que volvió a resolver una vez más con otro reciclado energético. El nivel de batería en el momento de apagado del instrumento era de todavía el 40%.

Curiosamente IRIS no llegó hasta nuestras manos hasta 4 meses más tarde. El día 10 de octubre (4 meses después del vuelo) IRIS llamaba a la puerta del lugar donde había sido construido y ensamblado. Ese día la volvimos a encender por última vez para realizar un volcado de los datos de sus sensores. IRIS se despertó con bastante resaca mostrando múltiples errores (error baterías, error reinicio inesperado, error en cámaras 1, 2 y 3, errores en sensores de temperatura 4 y 5, error en la apertura de la memoria flash) y todavía creyendo encontrarse en modo aterrizaje en las estepas de la península de Boothia. El origen de los errores fue porque el equipo de rescate (siempre siguiendo nuestras indicaciones) había desvalijado completamente su interior para deshacerse de las baterías que podrían resultar material peligroso durante su largo traslado por mar, traslado que realizó dentro de un container atravesando el Océano Atlántico junto con el resto de piezas del telescopio Sunrise II.

A continuación el Log oficial de la misión IRIS (en inglés):

2013/06/12 00:08:53 IRIS is switched on
2013/06/12 07:3x:xx RF activation command is sent but not received by the instrument
2013/06/12 07:39:07 Rogue movement detected by IRIS
2013/06/12 07:39:13 Launch as calculated from IRIS. Launch height measured as 296m
2013/06/12 07:39:23 Launch is detected by the instrument. Launch sequence started (7,8m/s). Height 374m
2013/06/12 07:39:32 Cameras 1, 2 and 3 start recording video. Height of 444m, (150m from launch height and 19 seconds after launch).
2013/06/12 08:39:30 Camera 1 is switched off after 1 hour of recording to save battery (See configuration at Section 3.2). Heigth 13700m
2013/06/12 10:39:31 Cameras 2 and 3 are switched off after 3 hours of recording. Height 33229m. Cruise phase started
2013/06/12 10:44:50 Timelapse is started on Cameras 2 and 3
2013/06/12 11:03:00 Operation altitude is reached by SUNRISE (36,7Km)
2013/06/13 17:07:46 Camera 2 and 3 fail to take picture due to internal oscillator error in the CPU. Error is cleared 300 seconds later.
2013/06/14 01:00:00 Entering Greenland
2013/06/14 18:14:01 Maximum temperature reached on IRIS walls (34C)
2013/06/15 07:38:55 Last picture taken by camera 2 (816 pictures taken) (this behaviour was preconfigured).
2013/06/15 07:43:59 First picture taken by camera 1. (Camera 3 continues taking pictures)
2013/06/15 08:26:10 Minimum temperature reached on IRIS walls in cruise (-3C).
2013/06/15 08:59:46 Camera 3 green channel is lost. (Radiation SEE?). Error is cleared 300 seconds later.
2013/06/15 13:00:00 Exiting Greenland
2013/06/16 17:19:18 Camera 1 and 3 fail to take picture due to internal oscillator error in the CPU. Error is cleared 300 seconds later.
2013/06/16 22:29:24 Camera 1 and 3 fail to take picture due to internal oscillator error in the CPU. Error is cleared 300 seconds later.
2013/06/17 13:48:03 Last picture taken on flight. Total 1456 pictures.
2013/06/17 13:51:2x Descend starts.
2013/06/17 13:51:29 IMU detects freefall but not for long enough to trigger the descend sequence.
2013/06/17 13:51:39 IMU detects freefall but not for long enough to trigger the descend sequence.
2013/06/17 13:51:48 Descend is detected by pressure sensor, but it is yet too high to be a reliable measurement so it does not trigger the descend sequence Measured vertical speed was -44m/s.
2013/06/17 13:52:28 Descend is detected by the pressure sensor, measured vertical speed of -55m/s, height is 31500m. Descent sequence started.
2013/06/17 13:52:38 Cameras 2 and 3 start recording video of the descend and landing.
2013/06/17 14:33:20 Height is below 3000m, Camera 1 starts recording video of the landing, temperature of the camera is -11C.
2013/06/17 14:41:51 Touchdown detected by IRIS.
2013/06/17 14:52:38 Video recording is stopped in the 3 cameras. Landed phase started
2013/06/17 14:57:55 First picture of the timelapse on ground is taken by cameras 1 and 2.
2013/06/19 06:57:53 Camera 1 and 2 fail to take picture due to internal oscillator error in the CPU. Error is cleared 300 seconds later.
2013/06/19 19:41:26 IRIS takes its last picture (A person appears in this picture).
2013/06/19 19:46:xx IRIS is switched off cleanly using the power button.

wandelroutes

Datos básicos del vuelo NS2

  • Lanzamiento: 14:54:51 del jueves 14 de julio desde Villargordo del Cabriel (Valencia) a 800 metros de altura sobre el nivel del mar.
  • Punto más alto: a las 16:07:48  –  34 kilómetros de altura
  • Aterrizaje: a las 16:45:11 a 528 m sobre el nivel del mar en Chelva (Valencia)
  • Sensores: 80 MB de datos recogidos.
  • Fotografía: 350 imágenes obtenidas.
  • Vídeo: película en HD con una duración de más de 2 horas.
  • Comunicaciones bidireccionales a 23 kms de altura.

En los próximos días y semanas iremos publicando nuevos datos, imágenes y gráficos.

Vídeo – El vuelo de la Near Space 1

Con un retraso tremendo, aquí os presentamos una lista de reproducción en youtube con el vuelo de la Near Space 1, pero con una visión diferente, que no podía ser otra que lo que vio la propia sonda:

La lista de reproducción consta de 11 partes, todas ellas en tiempo real. La duración total es de más de 2 horas y media, así que es recomendable tomárselo con calma para verlo.

En la primera parte, se muestra el proceso de preparación de la sonda desde el momento en el que se encendió la cámara de fotos principal (unos 25 minutos antes del lanzamiento) hasta 9 minutos antes del lanzamiento.
En el vídeo se pueden ver las fotos que iba sacando la sonda mientras lo preparábamos todo para el lanzamiento, como inflar el globo, preparar el paracaídas y encender la CPU de la sonda.

En la segunda parte, que empieza a falta de 9 minutos para el lanzamiento se nos ve terminar los preparativos para el lanzamiento y se empiezan a ver los datos de la telemetría y sensores de la sonda. Finalmente, el despegue se produce a las 13:39:02 hora local (11:39::02 UT). La segunda parte termina con la sonda a 2625 metros de altura, 6 minutos tras el despegue.

La tercera parte empieza 6 minutos tras el lanzamiento, cuando la sonda ya se encuentra a 2637 metros de altura y pasando por la vertical del punto de lanzamiento, dirigiéndose hacia La Roda.

La cuarta parte empieza 21 minutos tras el lazamiento, con la sonda a a 8250 metros. Y termina 36 minutos tras el despegue, con la sonda alcanzando las capas más altas de la troposfera, a una altura de 14200 metros.

La quinta parte empieza 36 minutos tras el despegue. Poco después, entre los 15000 y los 15500 metros de altura la Near Space 1 cruza la tropopausa, con una temperatura mínima de -56.9ºC y se adentra en la estratosfera.

La sexta parte empieza 51 minutos después del lanzamiento, con la sonda ascendiendo en la estratosfera a un altura de 18880 metros.

La séptima parte empieza una hora y 6 minutos después del lanzamiento, con la sonda a una altura de 23230 metros.

La octava parte empieza una hora y 21 minutos tras el lanzamiento, con la sonda a 27790 metros de altura. En las fotos tomadas a esta altura ya se ve perfectamente el cielo negro, con el 95% de la atmósfera por debajo y la curvatura de la Tierra. Durante esta parte la NS1 alcanza su máxima velocidad horizontal, superando en algún momento los 90 Km/h.

La novena parte empieza una hora y 36 minutos tras el lanzamiento, con la NS1 a 32430 metros, y a falta de sólo unos segundos para la explosión del globo, a casi 32600 metros.

Después, en los 3 minutos siguientes la Near Space 1 descendió una tercera parte de la altura, pero posteriormente fue reduciendo la velocidad de la caída poco a poco.

La décima parte empieza una hora y 51 minutos tras el lanzamiento, casi un cuarto de hora después de la explosión del globo, con la sonda a 9105 metros de altura y descendiendo con el paracaídas.

La decimoprimera y última parte empieza 2 horas, 2 minutos y 41 segundos después del lanzamiento, ó 26 minutos y 17 segundos después de la explosión, con la sonda a una altura de 2277 metros sobre el nivel del mar y a falta de sólo 3 minutos y 36 segundos para el impacto contra el suelo.
Tras el aterrizaje el vídeo da un pequeño salto en el tiempo y pasamos a los momentos en los que el equipo recuperó y abrió la sonda, todavía en funcionamiento. En esa última parte del vídeo se pueden oír las impresiones que tuvimos en esos momentos.

Esperamos que os guste este vídeo. En cuanto los tengamos, añadiremos los informes de las dos misiones que llevamos hasta ahora y que, como ya saben, han terminado con éxito.

Gráficos preliminares NS1

Como nos estamos retrasando mucho en preparar un informe con los resultados de los datos recogidos, aquí tenéis unos gráficos preliminares con los valores obtenidos por parte de los sensores:

Temperatura y humedad

Gráfico que muestra la humedad y la temperatura en el interior y en el exterior de la sonda.

Temperatura y humedad - Acenso y Descenso

Este gráfico muesta la temperatura y la humedad a distintas alturas durante el vuelo. Tanto en el ascenso como durante el descenso.

Gráfico - Luz

Este gráfico muestra los valores (de 0 a 1023) leídos para los distintos colores durante todo el vuelo.

Luz - Ascenso y Descenso

Este otro gráfico muestra lo mismo que el anterior, pero dependiendo de la altura, y comparando la lectura del ascenso con la del descenso.

Desconectados

Estos son los valores de las dos entradas desconectadas, a modo de control.

Acelerómetro - Hora

Estte gráfico muestra la aceleración vertical y frontal registrada por el acelerómetro de la sonda durante los preparativos, el vuelo completo, un descanso tras el aterrizaje, y su recuperación, al final.

Acelerómetro - Ascenso y descenso

Este otro gráfico muestra lo mismo que el anterior, pero comparando el ascenso con el descenso, y mostrando las fuerzas "g" a las que estaba sometida la sonda a distintas alturas.

Acelerómetro - Explosión

En este otro gráfico se pueden ver las fuerzas "g" verticales y frontales a las que estubo sometida la sonda desde instantes antes de la explosión del globo hasta unos segundos después, mientras iniciaba el descenso

Aterrizaje

Y este último gráfico muestra las fuerzas "g" verticales y frontales a las que estubo sometida la sonda en el momento del contacto con el suelo.

Pronto publicaremos más información, con explicaciones, de los datos recogidos por estos y los demás sensores y experimentos de la sonda.

David Mayo.

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