Introducción
El desafío Europeo Astro Pi Challenge es un proyecto educativo de la ESA que se ejecuta en colaboración con la Fundación Raspberry Pi. Ofrece a los jóvenes la oportunidad de realizar investigaciones científicas en el espacio al escribir programas informáticos que se ejecutan en computadoras Raspberry Pi a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS).
Hay dos misiones diferentes en las que los estudiantes y los jóvenes pueden participar. Mission Space Lab (Bachillerato) les da la oportunidad de formar un equipo y escribir un programa de computadora para un experimento científico. Los mejores experimentos se implementan en la ISS y se ejecutan en un ordenador Astro Pi allí. Después, los equipos tienen la oportunidad de analizar e informar sobre sus resultados. ¡Los diez equipos con los mejores informes son seleccionados para ganar un premio exclusivo!
¡Mission Zero! (2º ESO) no es competitivo y ofrece a los estudiantes y jóvenes la oportunidad de que su código se ejecute en el espacio de la ISS. Los equipos escriben un programa sencillo para mostrar un mensaje a los astronautas a bordo. ¡No se necesitan habilidades especiales de equipo o codificación, y se garantiza que todos los equipos que siguen las pautas tendrán sus programas en el espacio! También reciben certificados que muestran dónde estaba exactamente la ISS cuando se ejecutaron sus programas.
Este curso 2018-19 en nuestro instituto hemos trabajado en los dos proyectos:
- Astro Pi Mission Space Lab (Bachillerato).
- Astro Pi Mission Zero (2º ESO).
Análisis de resultados Astro Pi Mission Space Lab
El pasado 9 de mayo de 2019 hemos recibido los datos generados por los programas de nuestros tres proyectos ejecutados en la ISS a lo largo del mes de abril de 2019. Se han recibido tres ficheros de datos y una carpeta con fotografías de la Tierra.
Los tres proyectos realizados han sido los siguientes equipos:
- tecnocuencapmsp1 (Life in Space)
- Investigación de la orientación de la ISS y mostrar una imagen ilustrativa en el display. Captación de datos científicos para su posterior estudio.
- [Documentación y código del proyecto en Sphinx]
- tecnocuencapmsp2 (Life in Space)
- Detección de cambios bruscos en la aceleración para detectar eventos, como correcciones de órbita de la ISS. En ese caso, el display muestra una imagen de color rojo de aviso. Si los valores de la aceleración son normales, la imagen mostrada es de color verde. Captación de datos científicos para su posterior estudio.
- [Documentación y código del proyecto en Sphinx]
- tecnocuencapmsp3 (Life on Earth)
- Toma fotografías de la Tierra con la cámara infrarroja a intervalos regulares y compararlas con otras tomadas por los satélites Sentinel para el estudio y monitorización del mar, la tierra, etc. Muestra en el display información sobre la zona que sobrevuela la ISS.
- [Documentación y código del proyecto en Sphinx]
Los dos primeros (Life in Space) recopilan medidas de parámetros físicos para evaluar las condiciones en el espacio.
El tercero (Life on Earth) además de recopilar medidas, toma fotografías de la Tierra para monitorizar el clima, la erosión, la vegetación, los océanos, etc.
Para hacer el análisis de los resultados seguimos algunas orientaciones indicadas en los siguientes recursos:
Los gráficos se han realizado en Python con las instrucciones siguientes:
Los códigos de los proyectos se han documentado con Sphinx siguiendo esta guía:
Datos obtenidos por tecnocuencapmsp3
Trayectoria de la ISS durante el experimento tecnocuencapmsp3
Las siguientes imágenes han sido obtenidas con la aplicación digikam Es un gestor de fotografías que, aprovechando que las fotos obtenidas están geolocalizadas, nos permite visualizar en un mapamundi en qué lugar se ha tomado la foto. En el experimento se han obtenido 311 fotografías en intervalos de unos 10-14 segundos. Al mostrarse en el mapa, nos permite visualizar la trayectoria de la ISS durante las tres horas que ha durado la ejecución del programa.
Fuente: http://wsn.spaceflight.esa.int/iss/index_portal.php
Estudio de la Anomalía magnética del Atlántico Sur
Estudiamos la variación del campo magnético en función del tiempo. Como en cada momento sabemos la posición de la ISS tendríamos información del valor del campo magnético en función de las coordenadas geográficas.
La siguiente gráfica muestra la variación de las tres componentes del campo magnético medido por el magnetrón de la RPi en el experimento tecnocuencapmsp3 (Life on Earth).
Se aprecia una variación periódica de los tres componentes del campo magnético. Si nos fijamos, por ejemplo, en la componente z, y en el fichero de datos obtenido, observamos que los máximos corresponden a las localizaciones de la ISS siguientes:
Datos obtenidos para el equipo tecnocuencapmsp3:
| CC | ADMIN1 | LATITUD | LONGITUD |
| US | North Carolina | [30.0 | 51.0 | 45.9] | [72.0 | 49.0 | 5.6] |
| US | Oregon | [45.0 | 0.0 | 17.2] | [118.0 | 58.0 | 11.0] |
| JP | Hokkaido | [44.0 | 21.0 | 4.7] | [144.0 | 1.0 | 13.3] |
Los valores mínimos (aproximadamente cero) nos los encontramos en dos posiciones, una en cada órbita:
| ZA | Eastern Cape | [51.0 | 36.0 | 29.2] | [35.0 | 8.0 | 4.3] |
| ZA | Eastern Cape | [48.0 | 0.0 | 3.4] | [40.0 | 29.0 | 48.0] |
Para intentar realizar un pequeño mapa de campo magnético de la Tierra podemos ayudarnos de los datos de los otros dos experimentos realizados por nuestros equipos: tecnocuencapmsp1 y tecnocuencapmsp2 (Life in Space).
Con las localizaciones donde el campo magnético (Z) es máximo (en rojo) y donde es próximo a cero (azul) podemos confeccionar el siguiente mapa:
Se puede comparar con este otro donde se puede apreciar la anomalía atlántica (las zonas azuladas corresponden con las de valores más bajos del campo magnético:
Análisis de imágenes
En el experimento tecnocuencapmsp3 se tomaron 311 fotografías durante las tres horas (dos órbitas de la ISS). El programa estaba preparado para que tomara fotografías sólo durante el día, ya que en la zona nocturna era prácticamente inútil hacerlas porque no se vería nada.
La cámara de la Raspberry Pi capta imágenes en el espectro infrarrojo cercano. Esta unidad se denomina Izzy @astro_pi_ir
Fuente: ESA y https://astro-pi.org/
Galería de fotos tomadas desde la ISS
Herramientas de análisis
Podemos utilizar el Copernicus On line Data Access (CODA) https://code.eumetsat.int para buscar datos históricos procedentes del satélite Sentinel-3.
Por ejemplo, buscamos la zona en la que se ha hecho la foto 311 (Hokkaido-Japón). La web es gratuita, pero hay que registrarse.
Descargamos el archivo o la carpeta con todos los datos y lo abrimos con las herramientas http://step.esa.int/main/download/snap-download/ (SNAP). Hay que descargarse la correspondiente al sistema operativo del ordenador. En mi caso, he descargado la versión «Sentinel toolboxes» para Unix 64-bits.
El archivo está marcado como S3A_OL_1_EFR____20190413T002206_20190413T002506_20190414T064829_0179_043_273_2160_MAR_F_NT_002 y como se puede ver pertenece al 13 de abril de 2019, fecha en la que nuestra ISS tomó la fotografía nº 311, así que podemos comparar.
También podemos obtener una imagen en el espectro visible RGB
En la siguiente imagen, en el canal rojo utilizamos la frecuencia del infrarrojo. Observar cómo el mar aparece prácticamente negro, pues no refleja prácticamente nada en esa frecuencia.
13 abril 2019
Observar lo limitado de la cámara en comparación con los sensores del satélite. Trabaja en la banda azul, verde y rojo hasta 700 nm. Se ve también la vista del espectro. Si ponemos el cursor en la zona roja, es espectro indica cómo es una zona de menor reflectividad. En la escala de falso color hemos indiicado rojo para poca reflectividad, azul para la máxima.
