Sistemi di telemetria per palloni stratosferici

MSITel-II

LEN ha sviluppato un sistema integrato per fornire un collegamento di telemetria e telecomandi per esperimenti su Palloni a Lunga Durata(LDB). Questo prodotto, realizzato e testato usando la piattaforma satellitare Iridium, è MSITel-II che va a sostituire il precedente modello MSITel (uscito da produzione nel 2021).

MSITel-II prevede di acquisire dati scientifici tramite interfaccia ethernet o dalle tre seriali (RS232/RS485).
I protocolli accettati sono:

  • On demand, fortemente consigliato perché più affidabile
  • A burst con o senza marche di fine pacchetto
  • A flusso continuo, il meno affidabile

MSITel-II supporta due tipi d’interfacce di uscita:

  • Seriale RS232 per il collegamento a tranceiver a bassa velocità (fino a due modem)
  • Ethernet verso router satellitari come Iridium Pilot/Certus o altro con velocità dell’ordine del Mbit.

Inoltre MSITel-II dispone di interfacce RS232 /RS485 per interagire con altra strumentazione di housekeeping o attuatori esterni di telecomandi.

Sono disponibili I/O analogici e digitali e una particolare classe di attuatori in uscita, ad alta potenza e opto-isolati, con protocolli di sicurezza per usi come pirotecnici di sgancio, attivazione strumenti o altro.

I protocolli di MSITel-II mantengono una buona compatibilità con le versioni precedenti della telemetria, fornendo però nuove funzionalità ed informazioni.

Tutte le nostre telemetrie gestiscono un metalinguaggio creato dal lanciatore e/o ricercatore per le sue esigenze, rendendo le nostre telemetrie molto flessibili.

MSITel-II è stato validato nella campagna di lancio Hemera ZPB 2022, utilizzando un terminale Iridium Certus/Next.

Caratteristiche tecniche

  • Alimentazione esterna da 10 a 40V da più sorgenti
  • Possibilità di utilizzo di una batteria interna
  • Case pressofuso resistente
  • Connettori a baionetta di tipo MIL (ad eccezione dei connettori di antenna GPS, NAL e le porte RJ45)
  • Due moduli GPS professionali
  • Due interfacce RS232 complete per gestire modem (Hayes) con alimentazione per modem NAL
  • Archiviazione dati su micro SD (fino a due)
  • Porta console USB (per configurare la telemetria e controllare il corretto funzionamento a terra)
  • Porta FastEthernet LAN (per scarico dati ad alta velocità da periferiche scientifiche)
  • Porta FastEthernet WAN (per uso di modem/router satellitare ad alta velocità)
  • Gestione e trasmissione dati superiore a 1Mbps
  • Tre seriali che posso funzionare o in RS232 o RS485 (selezionabili via software da usare per scarico dati scientifici o housekeeping fino a 115200bps)
  • Un sensore di pressione
  • Un sensore di umidità
  • Un sensore di temperatura interna
  • Un accelerometro
  • Otto ingressi digitali CMOS tollerance
  • Otto uscite opto-isolate (max 2A)
  • Due ingressi segnali analogici (risoluzione 12bit, fino a 5Vdc). Per tensioni maggiori bisogna fare un partitore esterno e impostare il nuovo fondo scala nella configurazione della telemetria.
  • Due uscite analogiche fondo scala 5Vdc
  • Due ingressi per sensori di temperatura esterna
  • Sei uscite opto-isolate di potenza (fino a 10A)
  • Un interruttore di potenza fino a 10A per alimentazione modem/router

MSITel (prima versione), STRADIUM e STRADIUM-II

MSITel è stata la prima telemetria sviluppata dai primi anni 2000 in stretta collaborazione con IASF Bologna. Questa telemetria è nata per soddisfare non solo le esigenze degli “sperimentatori”, ma anche come telemetria primaria che potesse gestire il volo (sgancio zavorra, localizzazione GPS, attivazione pirotecnici, …).

Le principali caratteristiche sono:

  • Permette l’utilizzo contemporaneo di due modem satellitari (tipicamente Iridium NAL) raggiungendo la massima banda di 4800bps (2400bps per NAL).
  • Bidirezionale, in grado di trasmettere verso terra e ricevere opportuni comandi o telecomandi.
  • Trasmissione dati a pacchetti, per una facile identificazione degli stessi.
  • Canali diretti per telecomandi attuatori, vedi operazioni di sgancio o attivazione di strumentazione esterna.
  • Trasmissione automatica di informazioni di housekeeping, quale posizione, temperature, pressione ecc.
  • Trasmissione di canali “scientifici” con sistemi automatici di ritrasmissioni dei dati non inviati per caduta della linea di trasmissione.
  • Acquisizione dei dati scientifici in vari formati, flusso continuo, a pacchetti, on-demand.
  • Acquisizione di dati housekeeping esterni on-demand (vedi sistema di controllo alimentazione, modulare, sino ad oltre 1 KW denominato SPSys).
  • Memorizzazione dei dati scientifici, di housekeeping, dei logs su CF (Compact Flash).
  • Ridondanza e sicurezza sui telecomandi attuativi.
  • I modem possono essere selezionati in parallelo o attivati alternativamente, come backup in caso di necessità.

In una collaborazione tra ASI-LEN-IASF e altri nel 2008 LEN ha prodotto una unità atta a gestire contemporaneamente più MSITel (sino a 8) per aumentarne la banda. L’array di MSITel è stato denominato STRADIUM, collaudato positivamente in ASI (Base di MILO)  nel 2008, con  una versione dimostrativa del sistema completo e formato da una unità “Splitter”, il cuore di Stradium,  e quattro unità MSITel per un totale di 8 tranceiver NAL Corporation.

Nel frattempo LEN, investendo in proprio, ha prodotto notevoli miglioramenti nel firmware di MSITel e nelle molte procedura di terra, atte a poter usare in modo proficuo il prodotto. ASI ha definito, dopo la missione Sureca-Bit-10, MSITel come la migliore telemetria al momento disponibile sul mercato.

Proprio per questo altre agenzie spaziali hanno deciso di utilizzare MSITel per le loro applicazioni stratosferiche, sia come telemetria primaria che scientifica (PoGOLite, SORA9, Sureca-Bit-10, ecc).

Nel 2016 ASI ci ha incaricato di migliorare STRADIUM creando una versione aggiornata (STRADIUM-II) che permettesse una maggiore banda trasmissione dati usando un link TCP/IP.

Per realizzare STRADIUM-II abbiamo dovuto realizzare un’interfaccia hardware (MSITel-IP) che converte la porta modem di MSITel a FastEthernet, permettendo l’invio dei dati via TCP/IP. Inoltre abbiamo dovuto aggiornare i firmware delle telemetrie e del concentratore per aggiungere funzionalità e migliorare le prestazioni.

STRADIUM-II è stato usato nell’esperimento Olimpo lanciato dalle Svalbard nell’estate 2018. In tale occasione il sistema era composto da:

  • Due telemetrie MSITel.
  • Un concentratore (DataCollectorManager).
  • Due modem Iridium NAL.
  • Una unità Iridium Pilot.