Il lancio di un pallone stratosferico da Cusano Mutri

Tutti i collaboratori e partecipanti al progetto ADA sono molto attivi nel produrre esperimenti scientifici ad alto livello, sia per indagare i misteri della natura, sia per divulgare le conoscenze acquisite in ambito sociale o scolastico.

Il gruppo ADA di Pozzuoli diretto da Marco Illiano ha recentemente organizzato - di propria iniziativa - il lancio di un pallone stratosferico che ha trasportato un carico di strumentazione scientifica fino a quasi 30000 m di quota. Un attività di questo tipo richiede grossi impegni anche per superare le lunghe e tediose trafile burocratiche relative ai permessi di volo.

All'evento ha partecipato anche l'Associazione Matese Escursioni, la cui presenza è stata fondamentale per il recupero del prezioso payload (così come chiamato il carico in gergo tecnico).

Preparativi per il lancio

 

Questa prima esperienza ha raccolto importanti dati atmosferici ed eccellenti dati sul flusso dei raggi cosmici in alta quota, e non ultimo è stata una vera avventura che ha già solleticato l'idea di essere ripetuta, come ci racconta lo stesso Marco Illiano:

"Domenica 21 alle 9:11 abbiamo lanciato il pallone targato Astroparticelle  da Cusano Mutri (BN) con a bordo AMD7, la lente CR-39 (dosimetro passivo n.d.r.) e i sensori di temperatura, umidità, altitudine, pressione e giroscopio su arduino, più 2 gps e una radiosonda.

Ci siamo divertiti tantissimo sia durante il lancio che il recupero.  E’ andato quasi tutto bene, peccato che c’era vento, non tanto alla partenza, ma in quota. Quindi per evitare che il pallone andasse a finire in mare abbiamo gonfiato un po’ in più per ridurre il tempo di volo: il pallone è arrivato fino a 28018 metri. Abbiamo dovuto percorrere circa 100 km per il recupero: da Cusano Mutri alla zona di Avellino. Entrambi i GPS hanno funzionato bene.

Il recupero è stato molto difficoltoso perché è caduto in un castagneto vicino alla superstrada. Abbiamo lasciato le auto sulla superstrada e scalato il castagneto sulle pendici di una montagna. Poi le coordinate geografiche ci hanno portato in un fitto bosco pieno di rovi e arbusti (sembrava una giungla). Avevamo quasi perso le speranze, quando dopo un’ora  Carmela, una ragazza di Matese Escursioni, ha udito il segnale acustico del payload e quando lo abbiamo raggiunto è stata una festa: Il payload era a terra e il paracadute sull’albero.
Tutti i ragazzi sono rimasti molto entusiasti della giornata e dell’esperienza fantastica.
...Esperienza da rifare sicuramente."

 

Preparativi per il lancio

 

I primi risultati strumentali

Dalle primissime analisi si possono percepire le variazioni dei parametri atmosferici, come riportato nel grafico seguente la pressione diminuisce dato che la quantità di aria si riduce progressivamente, così come la temperatura con un maggior calo nella fase di discesa, mentre l'umidità ha una diminuzione progressiva ma con un netto rialzo tra 24 e 28 km di altitudine, per poi riprendere i valori di partenza:

Plot dei dati geofisici

 

I raggi cosmici

All'aumentare della quota il flusso di particelle cosmiche aumenta progressivamente, ma questo non succede indefinitamente. La collisione tra le particelle cosmiche primarie (principalmente protoni) e gli atomi dell’atmosfera terrestre causa una grande esplosione energetica con produzione di numerose altre particelle, chiamate secondarie e di diversa natura (mesoni, barioni, muoni, elettroni e fotoni gamma); questi flussi di particelle secondarie sono chiamati sciami atmosferici. Dato che la collisione avviene prevalentemente a un’altitudine tra i 20.000 e i 30.000 m, gli sciami si estendono al di sotto di questa quota, con un flusso che diminuisce progressivamente con l'altitudine, poiché l'atmosfera assorbe la loro energia.

 

Il "massimo di Regener-Pfotzer" misurato da una replica del rivelatore AMD7

 

La maggiore quantità di particelle e quindi di radiazione si trova tra i 10.000 e i 16000 metri; più precisamente il massimo della radiazione ionizzante si misura intorno a circa 15000 metri di quota e prende il nome di "massimo di Regener-Pfotzer", dai due studiosi che per primi si dedicarono a questa ricerca. L’atmosfera per nostra fortuna assorbe la maggior parte di questa radiazione cosmica e al suolo il loro numero è relativamente modesto. La composizione principale di particelle a livello del mare è data dai muoni, elettroni e da pochissime altre particelle pesanti tra cui i neutroni.

Nel suo punto massimo, i dati sulla radiazione ionizzante indicano valori tra 3 e 4 μSv/h, un fattore cento volte superiore a quella misurata a terra.

 

Radioattività totale misurata, con picco massimo tra 15 e 18 km di altitudine

 

Videoclip

Breve filmato relativo al decollo:

 

Di seguito elaborazioni in 3D dei dati del giroscopio: accelerometro del lancio, esplosione e atterraggio.

E' stato un lavoro complesso che deriva da elaborazioni con Matlab per tradurre i dati del giroscopio-accelerometro in quaternioni e poi inviati a un filtro di Kalman che fa una sorta di interpolazione dell'andamento dei dati; questo per ridurre il rumore dell'errore di misurazione degli angoli roll e pitch.
Alla fine i dati sono stati ricodificati tramite il programma Processing che produce anche applicazioni java.

I valori qw, qx, qy, qz rappresentano quindi la conversione degli angoli di eulero in quaternione ricavato dai dati dell'accelerometro e del giroscopio di arduino.

 

   

 

Un ringraziamento all'organizzatore Marco Illiano, all'associazione Matese Escursioni e a tutti coloro che hanno reso possibile questa missione!

 

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