LU7DID "Off GRID"

En éste fin de semana transcurre en USA el legendario "Field Day" organizado por la ARRL. El mismo es una mezcla de actividad lúdica, con despliegue de capacidades técnicas, con evento de relaciones públicas donde los radioaficionados concurren a lugares públicos como parques o incluso plazas para hacer contactos con otros. El eje dominante del evento es comunicar desde la perspectiva de hacerlo en emergencia, es decir lo que se denomina en inglés "off grid" (desconectado de la grilla, eléctrica). Hay distintas categorías de participación basado en la potencia, el modo y el tipo de energía utilizado. Pero en general se trata de operaciones con energías alternativas, en particular eólica y solar. Se puede participar en el evento desde Argentina pues el mismo está abierto para paises de IARU Región 2 (Américas). 

Sin embargo lo importante es el espíritu y el impacto. El planear una configuración que pueda utilizarse en condiciones de emergencia, a menudo en condiciones de portátil o móvil, implica una cierta preparación de antenas, equipos, fuentes de energía y otros recursos de soporte tales como carpas, muebles y materiales consumibles. El evento mas allá de la diversión que pueda implicar para los participantes, un objetivo suficiente en si mismo, tiene además el beneficio que el público en general observa a los aficionados comunicando y se interesa sobre lo que hacen, ayudando a contestar la difícil pregunta sobre que hacemos y porque lo encontramos divertido. En nuestro país han circulado bocetos de iniciativas pero no han catalizado hasta ahora en un evento en concreto, lamentablemente agrego. Incluso en éste mundo raro gobernado por las precauciones por la pandemia hay espacio para poder participar en éste tipo de evento. Julian (OH8STN), un conocido cultor de la actividad "off grid" desde Finlandia reflexiona en una nota (link) que pese a las restricciones siempre se puede disfrutar del evento trabajando aunque sea desde el mismo jardín de nuestra casa. En el Hemisferio Norte es una proposición atractiva puesto que ya es verano, no lo es tanto en el Hemisferio Sur donde el invierno muestra sus dientes. 

Pero el espíritu no sabe de detalles y bien se puede intentar probar una configuración de emergencia, sin necesariamente la parte de la emergencia ni la parte del frio y la lluvia. En entradas anteriores he compartido pruebas con distintas antenas portátiles, en especial antenas de hilo (long wire, random wire y EFHW), loop magnética (una antena que tengo que seguir desarrollando) y antenas tipo whip reducidas como las que siempre he llevado en viajes. Es natural utilizar una de esas antenas en un "field day" vernáculo, aunque sea casero. Para el caso usaré la "random wire". La configuración portátil es un Yaesu FT-817 y una pequeña netbook de ensamblado local (poco menos que una tableta con teclado) con todo el software de comunicaciones cargado. Pero me concentré en modos de baja señal, en particular FT8, el que creo que es ideal para operar en condiciones portátiles, de emergencia, con antenas "precarias" y baja potencia. En realidad FT8 es un modo que solo permite contactos "estructurados", con el cual no es posible pasar el tipo de mensajes que por ahi es esperable en una emergencia. Pero si la estación comunica bien en FT8 también lo hará en JS8CALL, que es un programa de mensajería general montado sobre el protocolo de baja señal de FT8 por lo que la configuración será igualmente apropiada. Solo que hay mas estaciones en FT8 por lo que a los efectos de la prueba es mas fácil hacerla. Las antenas de hilo de éste tipo necesitan un sintonizador, para lo cual uso el kit multi-tuner de qrpguys.com el cual es ideal para operar con bajas potencias.  Los modos de baja señal requieren una base de tiempo muy precisa para funcionar bien, el límite del sistema es aproximadamente 2 segundos de tolerancia. En condiciones normales se sincroniza dentro de un margen de unos pocos milisegundos mediante el protocolo NTP conectando con uno de los varios servidores de tiempo disponibles usando la conexión de Internet. Es discutible si la conexión de Internet estaría disponible en condiciones de emergencia, incluso emergencias "de mentirita" como éstas aunque siempre se puede alimentar el router WiFi desde la energía de emergencia (deteriorando un poco el balance de energía disponible).
Se puede lograr el mismo propósito utilizando el teléfono celular como "access point"  de Internet usando la red 3G. A los efectos de la prueba sería mas que convincente, pero en una emergencia real es discutible que tan sólidamente se puede contar con la telefonía celular, en la última situación de emergencia que tuve fue el corte generalizado de energía en Argentina que duró varias horas y donde al cabo de un par de horas el servicio de telefonía celular empezó a fallar. Hay referencias que en emergencias reales, por ejemplo el terremoto 8.8 de Chile de hace algunos años, la telefonía celular desapareció en instantes. Asi que solo como cotillón de una situación donde no haya telefonía celular probé el receptor GPS/GLONASS USB, el cual aparte de servir para saber la posición, cosa relativamente poco útil de hacer continuamente si uno está operando desde el mismo lugar sin moverse, sirve para establecer una base de tiempo de alta precisión y "disciplinar" el reloj de la computadora con que esté trabajando. En el caso de la Raspberry Pi si se usara para generar RF también sirve para disciplinar el patrón de frecuencia. O sea que también probé esa configuración, la cual es otra parte de la estación portátil que opera con 5Vcc, en éste caso alimentados desde el computador.  Resta la parte mas divertida, el sistema de energía alternativo.
Dispongo de un pequeño generador de 1KVA a nafta, pero me pareció una atrocidad ponerlo en funcionamiento para ésta prueba. Asi que hice una configuración basada en energía solar. El mismo opera alrededor de una batería de gel que entrega 12V@7Ah, o sea unos 80W en una hora, mas que suficiente para operar en potencias QRP aunque sería deseable poder operar por bastante mas tiempo que ese. En la configuración que uso, con alguna oportunidad de mejora, la laptop la alimento con 220Vca para lo cual uso un inversor estático de tensión. Eso no es particularmente eficiente, cada dispositivo que se pone en la cadena de energía termina teniendo una eficiencia casi nunca mejor que el 90% (y en ocasiones bastante peor). Claramente la laptop podría ser alimentada por su batería y cargada desde una fuente de 5Vcc, la cual incidentalmente es provista por el regulador de carga del panel solar. En éste caso también saco 5Vcc para otro uso (¿linterna? ¿cargar celular?) desde un cargador común de 220Vca-5Vcc. Nuevamente, todo mejorable, posiblemente con los cables correctos se puede correr toda la configuración desde un bus de 12Vcc a la salida del regulador de carga (soportado por la batería) y con los 5Vcc provistos por éste.
El equilibrio de potencias es que el FT817 consume 0.25A (3W) mientras está con el receptor silenciado (squelch), 0.45A (6W) en recepción y 2A (24W) en transmisión a 5W de potencia de RF. En FT8 el ciclo de trabajo es aproximadamente un 50% (peor caso) o sea que la potencia media es de 15W, la laptop consume 5V@2A o sea 10W por lo tanto la estación funcionando a full consume 25W. Un panel de energía solar de 20W es capaz de entregar algo mas de 18V a algo mas de 1A iluminado en condiciones ideales, se tiene que utilizar un regulador de carga, el cual tiene cierta pérdida de potencia por lo que quedan 18W disponibles para cargar la batería o entregar a una carga. O sea que la configuración tiene un deficit neto de 7W/hora, por lo que descarga lentamente la batería al cabo de aproximadamente 11 horas. En realidad dura algo menos, primero porque la eficiencia de todas las conversiones no es 100%, segundo porque no hay 11 horas de iluminación en ésta parte del año y finalmente porque el ángulo de iluminación no siempre es perpendicular y por lo tanto la eficiencia de entrega de potencia de los paneles no es máxima durante todo el día.
La batería por si sola puede entregar 3 horas de operación en ésta configuración si está completamente cargada al comienzo. Asi que hay varias estrategias posibles. Una es operar en forma continua usando el panel como "retardador" de descarga, otra es disminuir el ciclo de trabajo; operando la mitad del tiempo, o recibiendo mas que lo que se transmite por ejemplo. Con medidas de ese tipo el panel debería bastar para operar durante el día y quedarían aún un par de horas de obscuridad o mala iluminación que pueden ser soportadas por la batería. Claramente éste balance se puede mejorar mucho, Julian insiste mucho en usar una Raspberry Pi como computador para éste tipo de configuraciones. Pero es relativo, si bien la Raspberry Pi consume solo 5W, lo que conduciría a un balance casi totalmente positivo (20W vs. 18W disponibles) con un consiguiente alargamiento de la capacidad operativa, en la práctica hay que o usar un teclado/monitor con la Raspberry Pi para operarla o hay que accederla por SSH desde otra computadora; ambas alternativas terminan gastando igual o mas que usar directamente una netbook como soporte computacional. Por supuesto que me aburrí de hacer contactos en FT8 con ésta configuración durante la tarde (panel alimentado en 90 grados por el sol en la ventana de mi shack), en 20, 30 y 40 metros. Queda para otra oportunidad probar ésta configuración también en 15 metros en otro horario con propagación mas favorable, pero seguro que no será la primera vez que ensayo ésta configuración, quizás con la excusa de mejorar las cosas que he mencionado como mejorables.