A LEGO kör év eleji gyűlésein mindig elhangzanak az éppen futó projektek, amihez embereket keresnek. Góczán Bence Dávid egy ilyen gyűlésen mutatta be az UPRA-t, amely rövidítés az Universal Platform for Robotics and Aerospace nevet takarja. A nagyívű tervek meggyőzték a mostani csapat tagjait, hogy csatlakozzanak, és lassan elkezdett felfutni az UPRA. Németh Márk, aki már a kör tagja volt, ekkor lépett be a fejlesztők közé. Később az ő közvetítésével került ide Pápay Levente, aki az egyetemi évei alatt a rádiós technológiákkal foglalkozott. Ők alkották a csapat gerincét, de folyamatosan kerültek újoncok is közéjük. Ma már az UPRA a kezdéstől számítva a második generációt képes megszólítani. De miről is szól az UPRA projekt? Amit mindenki láthatott már az egy saját készítésű ballon, rajta innovatív mérőrendszerekkel, kamerával és egy különleges fedélzeti számítógéppel. A kérdésre viszont adható egy komplexebb válasz is, erről szól a cikk.

Góczán Bence Dávid igazából már a BME-re úgy érkezett, hogy ő Mars-robotot akar építeni. Valahogy minden efelé vezet, például az első LEGO NXT készletek is. 2010 volt az az év, amikor Bence elkészítette az első prototípusát, bár ez még egy deszkamodell volt. Az UPRA, a ballonról visszatekintve, kissé furcsának tűnhet, hogy ez először egy roveres projektet jelentett. A jelentése is Út Programozott Robot Automata volt. A kutató robot már a LEGO körben elkezdett épülni, és a IX. Simonyi Konferencián is szerepelt egy előadás a témáról, de végül alkatrészhiány miatt megrekedt a projekt.

2013 tavasza volt az a pillanat, amikor az UPRA csapat elhatározta, hogy elég a várakozásból, kezdjék el a kutatórobot megépítését. Először is a cél egy olyan univerzális fedélzeti rendszer létrehozása volt, ami később a quadrocopterbe, magaslégköri ballonba és műholdba is implementálható. A ballon egy olyan eszköz volt, ami arra szolgált volna, hogy tesztelje a nagy megbízhatóságú fedélzeti rendszer ellenállóságát. Remélték, hogy ez nyár végéig gyorsan el is készülhet. Lassan aztán bennerekedtek a projektben, és ez lett az az eszköz, aminek a felbocsátása megtörtént az alakulás után egy évvel. Folyamatosan tervben van, hogy visszatérnek a roverhez, de az erőforrásokat mai napig lefoglalja a ballon fejlesztése, valamint egy tesztkörnyezet létrehozása. Viszont ez váltás rámutat a Universal Platform for Robotics and Aerospace projekt különlegességére: ha a ballonnál bejön a létrehozott rendszer, akkor azt képesek lesznek használni egy új váz megalkotásával a kutató rovernél is. Levente kommunikációs kártyája, Márk szenzorai, és Bence kamerája mind sok-sok helyen felhasználhatóak. Ezentúl ezek az egységek mind teljesen saját készítésűek, semmit nem vásároltak meg készen.

A ballon elkészítését ott becsülték alá, hogy a váz elkészítése komolyabb feladat volt, mint hitték. Ez volt, ami először rámutatott arra, hogy mit is vállaltak. A másik nehézség menedzsment jellegű volt. A schönherzes támogatási rendszerbe nagyon nehéz beilleszteni egy dinamikusan fejlődő projektet. Egy évvel előre tudni kell, hogy mi is fog pontosan történni, míg az UPRA csapatnál csak a brainstorming rész három hónapos volt, ami folyamatosan formálta az elképzeléseket. A pályázati anyagokhoz képest így már korán átalakult a teljes tervezet, így nem véletlen, hogy a csapattól is nagyobb anyagi befektetést igényel a megvalósítás folyamata.

Az ötletbörze folyamán kitalálták magát a vezérlőegységet, és jött az ehhez tartozó szenzorok ötlete, ezek feladata napelemes mérés és a környezeti jellemzők adatai begyűjtése volt. Szükség volt a kommunikációra, folyamatos logolás lehetőségére, ha valahova leesik a ballon, akkor visszaszerezhessék. A fejlődés végül nem állt meg, és egyre nagyobb egyre komolyabb lett az egész, de emellett a felbocsátás napja is egyre közelebb került. Végül, hogy tartható legyen az egész, a fedélzeti számítógép, a kommunikációs egység és a kamera került felbocsátásra.

A Masat csapat jelentős szerepet játszott több ponton az UPRA történetében. A műholdjukhoz tartozó elsődleges földi állomást felajánlották a ballonhoz is. Irányított antennák álltak a rendelkezésükre, amin keresztül GPS-koordináták alapján tudták észlelni a ballont.  A ballon vezérléséhez egy saját készítésű szoftverre volt szükségük, valamint ahhoz hogy a fényképeket tudják fogadni. Az első felbocsátás előtt kivitték az Anna-hegyre a ballonhoz tartozó kapszulát, és onnan tesztelték. Egy GSM-toronyra felmászva, mobilnettel beléptek a földi állomásra, majd elindították a repülés szimulációját.

A fejlesztés utolsó heteit, a felbocsátás előtt a V1 épület Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék¹ laborjában töltötték. Az utolsó napokban négy nap folytonos programozás történt, mellette hajnalig javították a kapszula részeit. Utána következett a felbocsátás, ami egy hatalmas kaland volt. Minderről részletesebben olvashatsz a 2015. februári számunkban!

Innen hogyan tovább, UPRA?

A konferenciás repülés után először össze kellett szednie magát a csapatnak, talán maguknak is be kellett ismerni, hogy bár a hiba lehetősége mindig benne volt, de amit alkottak az siker. A fejlesztés végül folytatódott, a nehézséget az okozta, hogy nehéz volt belekalkulálni a csapat elfoglaltságait. Meg kellett a projektnek birkóznia azzal, hogy többen szakdolgozatot írtak vagy dolgoztak heti negyven órában. Meglepő, hogy az UPRA egy hobbiprojekt, nehéz elképzelni, akkor mire is vihetné, ha teljes munkaidős elfoglaltság lenne.

Amikor viszont sikerült átlépni ezeken a problémákon is, a repülési adatok elemzésével elkezdték a koncepció fejlesztését. Az első repülő verzió még fejlesztőkártyákon volt megvalósítva, de ez hosszútávon nem volt túl kifizetődő. Ezért külön kártyákon alakítottak ki alrendszereket, jelenleg a szenzorkártyák kidolgozával foglalkoznak. A kommunikációs rendszert egy másik mikrokontrollerre kellett átültetni, és hosszútávon soros port helyett buszrendszer kialakításában gondolkodtak. A kamerát újjáélesztették az új fedélzeti számítógépen, javítottak a kép minőségén. Elkezdtek gondolkozni egy intelligens tápegységben, ami képes monitorozni az egyes alrendszereket. Ezáltal részegységeket is újra lehet indítani, vagy teljesen lezárni, hogy ne zárjon rövidre az egész rendszer. Bíznak benne, hogy ezáltal nem történhet meg az, hogy egy létfontosságű eszköz rövidre zárja a többit is.

Új földi állomás kidolgozása is szerepel a tervek között, de a Masattal sem szeretné a csapat megszakítani a kapcsolatot, az ő állomásukat vételre használnák tovább. Ezentúl viszont a Schönherz tetején lévő antennák egyfajta szabadságot biztosítanak a csapat számára, lehetőséget ad nekik, hogy jobban a saját elképzeléseik szerint formálják az állomást. Budapest környékén még van három másik állomás is, ezeket a ballon követésére tudják majd használni. Az elosztott antennarendszer kialakításával az UPRA csapat profi szinten tud majd operálni, és ebben a segítségükre újból egy saját fejlesztésű szoftver lesz. Érdekes az zajszint kérdése is, mert például egy érdi állomás több adatot tud levenni, mint egy budapesti. A végső cél viszont egy helyfüggetlen földi állomás kialakítása, bárhol találnak egy jó antennát, akkor ott képesek egy táp és internet segítségével üzemelni. A csapat így igyekszik együttműködni a HA5KFU-val is, akik most januárban telepítettek antennákat a kollégium tetejére. A főhadiszállás kialakítása a LEGO laborban fog történni, és szempont, hogy hasonlítson egy olyan irányítóközpontra, ami például az űrkutatási ügynökségeknél is megvan. Projektoron folyamatosan vetítenék, hogy hol jár a ballon, emellett minden munkaállomáson külön adatokat lehetne figyelni. Előzőleg a szoftverük például hexa adatokkal kommunikálta egy kép érkezését, most erre is igyekeznek odafigyelni, hogy egy felhasználó barátabb kezelői felületet alakítsanak ki.

Próba felbocsátást már régóta terveznek, de 2014-ben ez nem valósult meg, mert nem tudtak a fejlesztés részeiből annyit lezárni, hogy ezeket a kész egységeket felküldhessék a levegőbe. Végül a csapat tagjai visszavettek a tempóból, és inkább a biztos működésre helyezték a hangsúlyt a funkciók sokrétűsége helyett.

Nem véletlen a döntés, mert 2015. április 10. és 27. között lesz a Global Space Ballon Challenge. Az esemény arról szól, hogy közelebb hozza a ballonosokat. Az esemény keretében már megismertették a közösséggel az UPRA-t a csapat tagjai, és erre az időpontra megszervezték a következő felbocsátást. A Global Space Ballon Challenge keretében különféle felajánlott díjakat lehet kapni, valamint mérföldköveket teljesíteni. Ilyen kihívás például a legmagasabbra vagy a legmesszebbre jutni. Az UPRA csapat az innovatív részegység díját célozta meg, valamint különféle softchallengeket, mint például a képkészítés. A csapat nem csak technológiailag igyekezett fejlődni, hanem hangsúlyt fektettek a kapcsolatépítésre is. Több magyar ballonossal sikeresen felvették a kapcsolatot, valamint néhány más országból származóval is. A kapcsolatépítés jegyében a Global Space Ballon Challenge idejére átalakul az UPRA honlap (http://upra.sch.bme.hu/) is, egy térkép fog szerepelni ott, amin a ballont lehet követni. A rádióamatőröket egy célközönségnek tekintik, mert az országban is vannak jó páran, akik kedvelik a körükben a ballonos kísérleteket, velük akár közvetlen kapcsolatot is ápolhatnak.

Az UPRA ballon  legközelebb a Simonyi Konferencia keretében fog az égbe menni, ami április 21-én lesz. Addig is jó szelet! Vagy nem is tudom, hogy a ballonosok körében van-e valamilyen hasonló mondás.

¹Az eredeti cikkben “mikrohullámú távvezérlés labor” szerepelt, ezt a kifejezést javítottuk.