[z archiwum ICT Professional] Balonem w kosmos i dookoła świata

 
[miejsce publikacji] ICT Professional, Nr 13 – Zima 2016/2017, strona 46.
[rubryka] Operatorzy po pracy
[autor] Z Tomaszem Brolem pasjonatem amatorskich ekspedycji baloniarskich rozmawiał Michał Koch
[tytuł] Balonem w kosmos i dookoła świata
___________________________________________________________________________________________________________________
Pasjonaci od wieków przełamują granice i wspierają rozwój technologii, szukają alternatywnych rozwiązań i stosują niekonwencjonalne pomysły. Bohater poniższego wywiadu, Tomasz Brol, spełnia wszystkie te kryteria i przenosi Internet Rzeczy na całkowicie nowy poziom.
Michał Koch: Reprezentuje pan niespotykaną za często dziedzinę wśród pasjonatów. Dlaczego akurat taka pasja? Skąd inspiracja? Czy jest Pan pasjonatem programu lotów kosmicznych?
Tomasz Brol: Od zawsze pasjonowała mnie telekomunikacja, ale również kosmos, miejsca niedostępne dla wszystkich. 
MK: Planowanie zapewne zajmuje znaczną część działań.Jak wygląda proces twórczy: od pomysłu i planowania do efektu finalnego? Skąd czerpie Pan wiedzę?
TB: Jeśli mam być szczery – to nie jest to jakieś „rocket science” ot Prawo Archimedesa. Diabeł tkwi w szczegółach; na etapie planowani misji trzeba przewidzieć wiele nieoczywistych zdarzeń, od zamarznięcia elektroniki, poprzez zaplątanie się linek spadochronu i przyziemienie z prędkością 100 km/h, po zawis kapsuły z 4 kamerami GoPro po 2000 zł/sztuka na 35 metrowej sośnie..
MK: Niewątpliwie było ich wiele, ale jakby miał Pan wybrać najbardziej radosną chwilę podczas projektów?
TB: Takim przełomowym momentem było obudzenie się jednego z balonów nad Irlandią, miałem dowód nie-wprost, że balonik okrążył Ziemię. Wiatry w górnej atmosferze wieją zawsze na wschód – spowodowane jest to ruchem obrotowym Ziemi. Balon nadał ostatni raport nad Chinami, zamilkł na skutek awarii elektroniki (dziś wiem, ze to był błąd w oprogramowaniu) a po kilku dniach nadał sygnał z nad Irlandii. Kolejna misja niestety nie była pozbawiona tego błędu (szukałem problemów w sprzęcie), ale ta okrążyła glob kilkukrotnie.
MK: W swoich prelekcjach wspomina Pan, o współpracy między ludźmi, nawet różnych narodowości. Czy tworzy się jakaś społeczność, która jest zainteresowana współpracą, pomocą przy projektach?
TB: Społeczność ludzi, którzy lubią wyzwania techniczne, to swoista rywalizacja sportowa na to, kto potrafi zrobić lżejszą elektronikę, napisać lepsze oprogramowanie komputera pokładowego, czy skleić lepszą powłokę?  Oczywiście zdarzają się również chętni do odbicia się na cudzych plecach „skoro już zrobiłeś – to daj mi to – bo mi się należy”. Tu jednak na sukces pracuje się metodą prób i błędów – to jest kosztowne i bardzo czasochłonne.
MK: Zapewne sporo przeszkód było to pokonania podczas różnych faz projektów. Co sprawiło największą trudność?
TB: Wbrew pozorom nie elektronika, z tym radzę sobie dobrze. Największą trudnością dla mnie jest zbudowanie dużej lekkiej i nierozciągliwej powłoki. Niestety zgrzewanie wielkich płatów folii w warunkach „garażowych” jest zadaniem trudnym. Drobna nieszczelność i balonik zaczyna opadać.
MK: Jednym z ograniczeń jest długość życia baterii. W jaki sposób wydłużyć żywotność baterii? Czy aktualna żywotność jest wystarczająca?
TB: To prawda, zasilanie to jedno z większych wyzwań. Odbiornik GPS jest dość prądożerny, nadajnik radiowy również pobiera ponad 100mW. Stosuje wiele technik zmniejszających zużycie energii, większość podsystemów ma możliwość głębokiego uśpienia na czas nieaktywności, wyłączam generatory kwarcowe, aby zaoszczędzić pojedyncze miliampery. Z pomocą przychodzą też ogniwa fotowoltaiczne potocznie zwane słonecznymi – rozwiązuje to problem deficytu energii w dzień, czasem uda się nawet podładować akumulatorek – ale te z kolei nie lubią być ładowane w niskich temperaturach, co drastycznie zmniejsza ich żywotność.
MK: W jaki sposób rozwija Pan technologię ogniw słonecznych? Jak usprawnia ona czas lotu?
TB: Nie rozwijam tej technologii 😉 Po prostu jej używam. Tam gdzie operuje balon nie ma możliwości podłączenia się do gniazdka, energię elektryczną można zabrać do góry zmagazynowaną w bateriach, lub ją wytworzyć. Ogniwa chemiczne – czy mówiąc prościej baterie – bardzo nie lubią niskich temperatur ich pojemność drastycznie spada po ochłodzeniu do -70 stopni Celsjusza. Ogniwa fotowoltaiczne wręcz przeciwnie, one uwielbiają zimno; dodając do tego fakt, że tam „na górze” zawsze świeci słońce – jest to idealne źródło zasilania dla elektroniki pokładowej.  Jak wpływa na czas lotu? Najdłuższy mój lot trwał 118 dni, taki sam lot bez użycia ogniw słonecznych, a z zastosowaniem jednego litowego ogniwa AA trwał ledwie 9 dni.
Oczywiście ogniwa fotowoltaiczne nie są idealne – są bardzo kruche, a zalane żywicą zabezpieczającą – ciężkie; dlatego w lotach krótkich – typu góra/dół zazwyczaj używam ogniw chemicznych.
MK: Czy rozważa Pan użycie innego aparatu niż GoPro? Może jakiś zamiennik?
TB: W ostatnim locie leciała kamerka sportowa  Xiaomi, tutaj nagranie z misji z mojego podwórka:
https://www.youtube.com/watch?v=3Cyj75oyoII
MK: Jakie niestandardowe rozwiązania panwykorzystał, może jakaś ciekawostka związana z etapem projektowania lub budowy?
TB: Czy robię coś niestandardowego? Raczej nie, używam elementów powszechnie dostępnych w handlu, no.. może nie w sposób do końca zgodny z intencjami producenta 😉
MK: W którą stronę planuje Pan rozwój tej technologii? Jakie przeciwności zostały jeszcze do przezwyciężenia?
TB: Kompletny traker PICO wykonany u mnie na biurku waży w tej chwili 5.3 grama (łącznie z 2 ogniwami słonecznymi i antenami)- czyli mniej więcej tyle co cukierek, myślę, że powinno się udać zejść jeszcze o 1.5-2 gramów. Mniejsza waga umożliwi wyższy lot i dłuższe utrzymanie się w powietrzu.
Największą trudnością dla mnie jest brak możliwości zgrzewania powłok. Nie dysponuję odpowiednim parkiem maszynowym, nie znalazłem też w Polsce firmy chętnej do współpracy w tym zakresie.
Jeśli chodzi o rozwój, no cóż marzę o platformie telekomunikacyjnej zapewniającej np. łączność kryzysową.
MK:  Czy od prelekcji na PLNOG coś się już zmieniło? Jakie plany na przyszłość? Może jest jakieś wydarzenie meteorologiczne, które chciałby Pan uchwycić?
TB: Zima to czas, w którym staram się skupić nad rozwojem oprogramowania, przemyśleniem pewnych spraw, krótkie dni (mało energii słonecznej oraz wiatry w stratosferze tzw Jet-stream sięgające 500 km/h (tak pół tysiąca!) nie ułatwiają lotów.
W tej chwili chodzą mi po głowie dwa projekty, które chcę zrealizować w 2017 r. Pierwszy to nagranie zachodu słońca z wysokości 30km, a następnie naszego pięknie oświetlonego nocą Śląska.
Drugi plan polega na nagraniu tzw. „red sprites”, czyli „duszków”, które występują wysoko ponad błyskawicami widocznymi z ziemi. Zadanie jest dość skomplikowane, bo uzyskanie zgody na lot to około 14 dni, a burza jak wiadomo przychodzi znienacka ;-).
MK: Czy widzi Pan zastosowanie komercyjne dla takich balonów? Czy pojawiają się jakieś oferty biznesowe od firm?A może są inne plany?
TB: Technologie stratosferyczne są relatywnie tanie, agencje NASA czy ESA używają platform stratosferycznych do testów urządzeń, które mają pracować na orbicie czy innych planetach (tak był testowany między innymi naddźwiękowy spadochron misji EXOMARS). Google w swoim projekcie Loon próbuje wykorzystać konstelacje balonów, jako sieć stacji bazowych LTE pokrywających zasięgiem np. Afrykę.  Balony/sterowce nie wymagają zasilania żeby utrzymać się w powietrzu, ich ruch poziomy zawdzięczamy wiatrom w stratosferze – działają bez paliwa. Jedyne, czego potrzeba to dostarczyć zasilania z ogniw słonecznych. Koszt wyniesienia 1 kg ładunku to ok 200-300 USD w porównaniu do ok 200 tys USD w przypadku niskiej orbity okołoziemskiej.
Planuję budowę niewielkiego satelity tzw. pico-sat, raczej po to żeby się sprawdzić technicznie niż żeby go faktycznie wysłać na orbitę.  Być może uda się go kiedyś wystrzelić przy współpracy z ESA.
MK: Dziękuję za rozmowę. To niezwykła pasja.
TB: Ja również dziękuję. Życzcie mi powodzenia!