d_kishkinev (d_kishkinev) wrote,
d_kishkinev
d_kishkinev

Японец, МКС, Icarus и дрозды

Мы тут начали проект по проверке гипотез навигации птиц с использованием трекеров на основе мобильной связи. Пока мы просто тестируем методику чтобы понять, может ли мы на больших расстояниях отслеживать перемещения воробьиных птиц (черных дроздов). Подробности ниже.

Вводная. Обычно для подобных задач мы использовали ориентационные тесты в так называемых круглых клетках (птицы в миграционном состоянии прыгают в алюминиевых конусах в миграционном направлении) и лишь в немногих случаях свободнолетящих птиц и радио-телеметрию (в последнем случае сигналы радиопередатчиков от улетающих в неком направлении птиц можно регистрировать на приемнике максимум на расстояниях 2-5 может 10 км, не  больше). При этом, довольно обычна ситуация, что миграционный бросок какой-нибудь воробьиной птицы в пределах Европы - 100-200 км за одну ночь (несколько часов полета со скоростью ~50 км/ч), т.е. район по контролем даже локальной сети радиостанций довольно ограничен по сравнению с масштабом даже однодневного перемещения птицы. Работаем мы с одиночно летящими мигрантами т.к. у них нет социального фактора, т.е. все навигационные решения они совершают самостоятельно (ошибка в результате наших магнипуляций с их сенсорными системами не может быть исправлена за счет следования за "нормальными" конспецификами). В основном в этой категории мигрантов, которых реально наловить (т.е. многочисленные в наших отловах), насекомоядные воробьиные птицы, мигрирующие ночью (зарянки, славки, камышевки, мухоловки) и намного реже насекомоядные неворобьиные (н-р обык кукушка).

Теперь мы пытаемся сделать следующий шаг и прослеживать перемещение наших модельных видов птиц из обозначенной категории на расстояниях, сопоставимых со всем миграционным путем (сотни км). Для этого мы должны учитывать следующее. Из набора обозначенных видов самые крупные - это дрозды и кукушки (обе группы в пределах 90-110 г веса). Особенно много в наших отловах черных дроздов, поэтому мы работаем с ними. Т.к. в нашей области действует правило "старайся не прикреплять к птице больше 5% от массы тела" (иначе птица может вообще не полететь или на ее поведение устройство будет заметно сказываться), то это накладывает ограничения на размер девайсов - в пределах 4-5 г, ну максимум 6 г. Короче жесткие ограничения несмотря на довольно существенную миниатюризацию электроники в последние годы. Эти 4-6 г должны включать: электронная плата + батарейка + заливка + лямочки для прикрепления на спину в виде рюкзачка (т.н. leg loop harness). Многие девайсы на рынке с GPS технологиями + отсылкой данных удаленно на сервер, в свете довольно сильной энергозатратности GPS и мобильных модемов, всё еще весят прилично выше необходимой массы. Есть устройства весом 5 г с отсылкой данных на спутники ARGOS, но из-за монополии или олигополии на этом рынке (основной производитель - одна американская компания), цены на подобные устройства для наших выборок (нам нужно для каждой группы птиц по 5-10 передатчиков) неподъемные. За одно устройство $3,500 + примерно столько же берет ARGOS за обслуживанием каждого устройства за год. Поэтому ARGOS трекеры мы не используем. Что остается. По крайней мере два варианта.

1) Надежда на пресловутый Icarus project, который многие movement ecologists ждут с 2006 г., а он всё не приходит. Это можный приемник с антенной и компьютером на МКС. В феврале уже доставлено оборудование и несколько российских космонавтов в январе и феврале этого года проходили обучение (как крепить Icarus антенну) на базе Центра космонавтики в Королеве.




По планам смена текущего экипажа МКС на этих новых бойцов должно было пройти в мае. Вот что писал Роскосмос в феврале.

РКК «ЭНЕРГИЯ». РОССИЙСКИЕ КОСМОНАВТЫ СМОНТИРУЮТ НА МКС НАУЧНУЮ АППАРАТУРУ «ИКАРУС»

05.02.2018 15:44

Во время очередного выхода в открытый космос основной экипаж предстоящей экспедиции МКС-55/56 должен будет установить на внешней поверхности служебного модуля «Звезда» российского сегмента МКС антенный блок совместного российско-германского комплекса научной аппаратуры «Икарус». Управляющий компьютер ОВС-1 уже доставлен на МКС в октябре 2017 г. Антенный блок обеспечивает прием и передачу информации от мигрирующих животных.

Информация с датчиков чипированных представителей фауны будет круглосуточно приниматься «Икарусом», передаваться в ЦУП (г.Королёв) и отправляться участникам эксперимента в центры обработки данных. Таким образом, ученые, участвующие в проекте, смогут определять влияние на поведение животных различных факторов окружающей среды, отслеживать экологическую ситуацию на маршрутах миграции и предупреждать потенциально опасные и катастрофические явления на планете. Научная аппаратура «Икарус» входит в проводимый на МКС космический эксперимент «Ураган», научным руководителем которого является д.т.н., профессор Михаил БЕЛЯЕВ.

Специалисты РКК «Энергия» и Института географии РАН ознакомили экипаж с аппаратурой «Икарус», рассказали о её возможностях и особенностях подготовки оборудования перед выходом в открытый космос. В лётный комплект аппаратуры «Икарус» входят мачта, на которую устанавливается антенный блок, обеспечивающий прием/передачу информации от мигрирующих животных, и якорь, в котором будет находиться космонавт при монтаже оборудования.

Проведена и отработка действий при монтаже аппаратуры. Тренировки российских членов основных экипажей предстоящих экспедиций Олега АРТЕМЬЕВА и Сергея ПРОКОПЬЕВА прошли в гидротренажёрном комплексе (бассейне) Центра подготовки космонавтов (ЦПК) имени Ю.А. Гагарина. В ходе тренировочного процесса космонавты прокладывали кабели для подключения научной аппаратуры, работали с самим антенным блоком, а также разбирали возможные нештатные ситуации.

Занятия проводились инструкторами ЦПК с участием специалистов по внекорабельной деятельности РКК «Энергия».

«Сначала у нас проходила тренировка в ангаре, так сказать, посуху, – пояснил космонавт Олег АРТЕМЬЕВ. – Это даёт возможность понять, с какой стороны подойти к оборудованию, как его фиксировать, открывать и т.д. Потом, уже ознакомившись с аппаратурой, поняв последовательность действий, погружаешься под воду. Комплекс тренировок в условиях гидроневесомости очень нужен и полезен. Это необходимое условие для дальнейшего успешного выхода в открытый космос».


Т.е. проведена тренировка с Олегом Артемьевым и Сергем Прокопьевым. Но на сейчас есть какие-то непонятные слухи, что один из членов текущего экипажа МКС (он вот тут), вроде бы вот этот японец Норишиге Канаи, "не хочет" меняться, т.е. остается дольше ранее запланированного. Вроде бы как я слышал, что это может отложить на некоторый срок монтажные работы, т.к. возможно кому-то, Олегу или Сергею, придется пока остаться на Земле (а для монтажа вроде нужны оба). Так ли это, один ли это только космонавт или его могут подменить иные, и задерживается ли японец или нет и если да, то насколько - пока мне непонятно.

2) Вариант второй, от больших космическо-политическо игр независимый

Короче всё что происходит с Icarus на решающих стадиях проекта увлекательно ибо "корабли бороздять просторы Большого т." но пока это не работает и когда заработает - непонятно. Альтернативой является использование уже имеющейся телекоммуникационной инфраструктуры, например вышек мобильной связи. Тут тоже всё не просто. После долгих поисков мы таки нашли девайс, который бы со скрипом нам обеспечивал 4-6 г. Это прототипы, но довольно tunr-key & off-the-shelf устройства, произведенные молодой американской компанией, производящей трекеры для широкого рынка - трегинг людей и asset tracking (основатели - парни из России). Эта компания по маркетинговым причинам не вывела на рынок эти девайсы первого поколения. Трекер этот программируется через app на мобильном телефоне. В частности его режим просыпания и засыпания. Когда он просыпается, скажем раз в сутки в определенном время, то им замеряется уровень сигнала разных мобильным операторов в GSM антенне и мобильная вышка, вероятно с самым сильным сигналом (хотя точно не ручаюсь за алгоритм), берется как proxy нахождения трекера (хотя мобильная вышка эта может быть от нескольких метров до нескольких км, до 20-30 км) от трекера. ID мобильной вышки (а из сигнала каждой вышки это вычленяется) посылается по USSD соединению, который устанавливает трекер с этой вышкой, на сервер компании-производителя трекера. Используя открытую базу данных, в которой для всех мобильных операторов указано географическое расположение всех вышек можно в app увидеть proxy расположение трекера. Как вы понимаете, точность оказывается плюс минус 0-30 км, но для масштабов перемещения наших птиц это приемлимо.

Вот как выглядят трекеры на наших дроздах (прототипы, которые пока увы работают не стабильно).






Всё хорошо, но проблем тоже предостаточно. В частности, указанные ограничения на массу сильно ограничивают выбор батареек куда-то в район 75-100 mAh (Lipo батарейки, т.к. у них хорошая energy density), что уже дает 6-7 г. устройство. Выше по массе для батареек некуда, хотя решило бы наши проблемы легко. Далее при запуске прошивки (firmware) данный трекер видимо довольно капризен и требователен к peak current. Поэтому нам не просто нужны маленькие батарейки (мы остановились на 75 mAh), а еще их модификации с высоким C rating (это электротехническая х-ка, показывающая какие пиковые потребления может батарейка обеспечить, т.е. к примеру 75 mAh 15C/30C continious/peak current батарейка может обеспечивать 75 * 30 = 2250 mA = 2.25 A краткосрочного пика тока и 75 * 15 = 1.12 A постоянного потребления). Однако по-видимому даже эти х-ки на пределе требований для энергопотребления + у данных батареек огромный разброс по этим характеристикам, даже если все они заявлены как одинакомые. Т.е. далеко не все батарейки запускают трекеры и пока мы не особо разобрались почему так (может быть peak current при запуске прошивки дляться довольно долго и только малая часть батареек стравляются с покрытием таких пиковых токов, а остальные после короткого пика "выдыхаются" и прошивка не запускается). Короче тестируем и посмотрим, что мы в результате получим.

Так и живем - надеемся на космические технологии, а сами возимся с капризными трекерами и батарейками. 
Tags: animal navigation, bird migration, birds, iot, science, space, tracking
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 15 comments