Prime ipotesi di payload

Essendo un progetto amatoriale, Stratospera non segue i canoni di progettazione e integrazione tipici di un progetto di ricerca. Le competenze del team non sempre si accompagnano ad un’adeguata esperienza, ed è fisiologico che le ambizioni e gli obiettivi siano fluttuanti e cambino nel tempo.

I punti “fermi” sui quali la discussione sembra essersi stabilizzata sono gli obiettivi minimi del payload, ovvero del carico utile trasportato dal nostro pallone.

• Fotografia, con particolare obiettivo di rilevare il “nero” del cielo, oltre gli strati piu’ densi dell’atmosfera
• Rilevazioni atmosferiche di base, come temperatura e pressione (e forse livelli radioattivi)
• Rilevazione della posizione e trasmissione della stessa a terra per un successivo recupero.

Diverse piattaforme tecnologiche rispondono ai requisiti, alcune più economiche, altre più costose, alcune facili da sviluppare, altre che richiedono studio ed analisi approfonditi.

In via del tutto esplorativa, stiamo valutando di testare la flessibilità di una piattaforma che ha la sua collocazione naturale sulle scrivanie, ovvero una scheda VIA EPIA mini ITX, con processore VIA C7.

La scheda non è dissimile da quella che è contenuta nei vostri personal computer fissi, fatto salvo per un fattore di forma molto contenuto e un consumo energetico ridotto. I punti deboli, ipotizzando il suo uso per la missione, derivano dall’eccessivo calore prodotto dalla CPU, calore che a terra viene allontanato con convezione forzata grazie ad una ventola, ma che si rivela problematico nell’ambiente in cui il nostro carico si troverà a funzionare, ovvero in una sostanziale assenza di atmosfera.

Vi vogliamo rendere partecipi del “resoconto” di una serata di test esplorativi su un esemplare di VIA Epia in nostro possesso, volti a prendere confidenza con il sistema e valutarne l’adeguatezza al volo.

Il tono del resoconto è “scanzonato”, perchè diretta testimonianza delle comunicazioni interne al team.

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Ieri sera ho effettuato i primi test su quello che sarà il probabile nucleo del payload, ovvero una scheda madre mini-ITX con un processore VIA C7 da 1,5 GHz.

Gli obiettivi della serata erano tre.

• Verificare il funzionamento di un alimentatore DC-DC da me acquistato per il progetto (è come l’alimentatore contenuto nel vostro computer fisso, con la differenza che accetta tensioni continue a 12 V in ingresso, invece della normale tensione di rete da 220V, in alternata. E’ necessario per alimentare la scheda con una batteria)
• Misurare l’assorbimento di corrente del sistema “nudo”, senza ulteriori periferiche.
• Verificare il funzionamento della scheda e del processore in modalità “fanless”. Ovvero scollegando la ventola che toglie calore al dissipatore metallico montato sopra il processore. A 30 Km di altezza c’e’ poca aria da spostare….

Ho rimesso piede dopo mesi nel mio “laboratorio”, acceso un glorioso FT-100 su Virgin Radio (è come usare una ferrari per andare a fare la spesa, diciamo), e ho sistemato il “necessaire” sul tavolo.
Ho innestato l’alimentatore sulla scheda, ho predisposto l’amperometro in serie al circuito di alimentazione, ho collegato il tutto al mio fido alimentatorino…e dopo un attimo di panico dovuto al fatto che non trovavo i pin da cortocircuitare per l’accensione ( ) ho dato fuoco alle polveri.

Segue una scena degna di Ken Mattingly nel simulatore del Command Module di Apollo 13: occhio FISSO sull’amperometro. Il mio alimentatore fornisce al massimo 2.5 A (3.5 per BREVISSIMI periodi) prima di soccombere. Un valore superiore ai 2.5 Ampere mi avrebbe indotto a staccare tutto d’urgenza.

Un alimentatore da 25 A era a pochi cm di distanza…ma usarlo avrebbe significato spegnere la musica. Ma “silence is not an option”.

Il consumo raggiunge un picco di 2.5A nelle primissime fasi del boot (che in un esemplare di volo verrebbero svolte con la batteria in carica) mentre si attesta tra 1,6 e 1,8 A durante il funzionamento a regime. Cosa questo significhi, in termini economici e di massa, per la batteria del pallone dipende dalle prestazioni e dai prezzi delle batterie in commercio. Non ho ancora indagato in quella direzione.
La ventola di raffreddamento incide sul consumo per 50mA. Nulla.
La connessione di uno schermo sulla porta VGA della scheda (necessaria per il setup iniziale ma del tutto inutile in seguito) è ininfluente.
L’utilizzo di due memorie flash usb (“chiavette usb”, vedi in seguito) è trascurabile.

La temperatura di esercizio del processore raffreddato dalla ventola è di 38°C (esatto, come gli esseri umani) . Nella utility di monitoraggio, all’interno del menu di setup del BIOS della scheda, ho tenuto sotto controllo il valore a ventola spenta. Molto rapidamente (in quella modalità  il processore gira alla frequenza massima anche se non ha nulla da fare) ha raggiunto i 60°C, temperatura che causa lo spegnimento istantaneo della scheda. Tale limite di sicurezza è innalzabile a 70, 75°C  o disattivabile completamente. Non ho trovato indicazioni sul limite termico di funzionamento del processore cercando su internet. C’è un’impostazione che riduce la velocità  del processore in caso di superamento di una soglia impostabile, ma tale soglia si autoresetta a 70° ogni volta che la cambio e non sono sicuro del funzionamento.

A tal proposito ho chiesto consulenza a un ragazzo del team di pESApod, che montava una scheda molto simile, funzionante in modalità  fanless. (update: il loro processore era un Via Eden, progettato per funzionare in modalità fanless)
Come ultimo test, considerato che erano le due del mattino e mi si stava spegnendo la stufa, ho provato ad avviare una distribuzione linux (Damn Small Linux, contenuta in meno di 50 MB). La chiave usb utilizzata faceva il boot correttamente, ma il kernel non riusciva a montarla in seguito per caricare il resto del sistema. Ho risolto affiancandoci una seconda chiave (quella che mi porto sempre in tasca) con solo il sistema copiato sopra (non avevo voglia di backuppare piu’ di 1 GB di roba per formattarla e renderla avviabile). DSL funziona correttamente ma ho problemi a leggere la temperatura del processore. Ho la sensazione che con il sistema operativo avviato, e i relativi controlli ACPI, scaldi meno, ma non posso averne certezza, in quanto la lettura di temperatura effettuata dalle routine ACPI del sistema operativo è fissa a 40 °C.

Ho chiuso la serata con un tentativo di misurazione “creativo” della temperatura del processore sotto sforzo, col sistema operativo attivato.
Ho tenuto il processore al 100% (“ls -alR /”, non mi veniva in mente altro!) per un po’ di tempo, poi ho resettato la scheda leggendo la temperatura nella prima schermata dell’avvio. 66°C (avevo tolto il limite). Se fosse indicativo, sarebbe un valore tollerabile.

Devo riflettere su questi dati, ma volevo rendervene partecipi.

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Nota di colore: mentre effetuavo i test, lo Unix time ha raggiunto il valore di 1234567890. Sono felice di aver trascorso quel momento, insignificante per i più, ma “divertente” per una ristretta cerchia di “geek”, svolgendo un’attività particolarmente “nerd”.

Michael Sacchi
StratoSpera Payload Specialist.