Opbygning af din CanSat
Under opsyn af deres lærer/mentor skal alle de hold, der deltager i CanSat, udføre teknisk arbejde på deres CanSats ved at anvende de procedurer, der bruges i den typiske livscyklus for et rigtigt rumprojekt, som er:
- Valg af missionsmål;
- Definition af de tekniske krav, der er nødvendige for at nå disse mål;
- Design af hardware og software;
- Rapportering;
- Design af jordstation/jordbaseret telekommunikationssystem;
- Integration og test af CanSat før den nationale lanceringskampagne
Grundlæggende komponenter
Den CanSat design af kabinettet er en fantastisk måde for at tilføje noget kunstnerisk. Men alle dee forbløffende videnskab sker ved hjælp af teknologien indeni. Din CanSat Designet skal vise sensorerne, Elektronik og kommunikationshardware, som du vil bruge. Der er er en række Commercial Off-The-Shelf (COTS) hardware tilgængelig, derfor skal du designe din CenLør med dine specifikke komponenter i tankerne.
En mikrocontroller er som regel lettere og giver mulighed for højere tidsopløsning i dataindsamlingen end en mikroprocessor. Den kræver en strømkilde og et input for at køre. Den mest almindelige mikrocontroller er en Arduino. Mikroprocessoren er en indbygget computer, og i modsætning til mikrocontrolleren kræver den kun en strømkilde for at køre. Den mest almindelige og billigste mikroprocessor er Raspberry Pi.
Stifter på elektriske komponenter kan placeres i terminalerne på pladen. Centralt er rækkerne forbundet. Det betyder for eksempel, at de to ben på en modstand skal placeres i forskellige rækker, da den ellers vil danne et lukket kredsløb med sig selv. Det er meget vigtigt at lave en skitse af dit kredsløb, før du tilslutter og sætter strøm til kredsløbet, fordi du risikerer at ødelægge komponenterne. De yderste søjler på printkortet er forbundet i søjler i stedet for rækker. De bruges typisk til jord- og spændingsforbindelser for at reducere kompleksiteten i opsætningen.
Når du samler den endelige version af din CanSat, skal du bruge et typisk loddebræt.
Analoge sensorer udsender en spænding, som skal konverteres til et digitalt signal, for at data kan aflæses. Raspberry Pi kræver en Analog-til-Digital Konverter (ADC), mens Arduino har en indbygget. Fordelen ved den analoge sensor er, at den kontinuerligt måler variablen
Single sensor boards bruger en digital kommunikationsprotokol, som forbindes til din mikrocontroller eller mikroprocessor. Kommunikationsprotokollerne kan bruge I2C (2 ledninger) eller SPI (3 ledninger). Sørg for, at dit CanSat-design afspejler det korrekte antal ledninger afhængigt af den protokol, du har valgt.
Vigtige overvejelser, når du vælger en sensor:
- Følsomhed: Hvad er den mindste ændring, der kan måles af sensoren?
- Responstid: Hvor hurtigt reagerer sensoren på et miljø i forandring?
- Linearitet: Er responsen lineær (over det område, der kræves til målingerne)?
- Rækkevidde: Hvad er den min/max-værdi, som sensoren kan måle?
- Hysterese: Har sensoren det samme output under de samme omgivelsesforhold?
Der er et par overvejelser, du skal gøre dig, når du beslutter dig for, hvordan du vil forsyne din CanSat med strøm:
- Hvilken spænding skal du levere?
- Hvilken batterikapacitet har du brug for (mAh)?
- Hvor stort (fysisk) kan batteriet være?
- Hvor tungt må batteriet være?
UBEC er en enhed, der bruges til at levere den korrekte spænding til dit printkort. Den bruges oftest til mikroprocessorer som Raspberry Pi, der kræver 5V, og derfor kan du bruge et 9V-batteri, og via UBEC'en kan du forsyne Raspberry Pi med strøm. Mikrocontrollere såsom Arduino, kan bruge indgangsstikket til at tilslutte din 9V-strømforsyning. Det er også muligt at bruge GPIO-stikkene til at tilslutte strømforsyningen.
En powerbank, som f.eks. en bærbar mobiloplader, er også en god mulighed. De findes i alle former og størrelser og med varierende batterikapacitet. Nogle har også "smart" elektronik, som ikke leverer strøm, hvis den strøm, enheden bruger, er lav. Selv om det kan være en nyttig energibesparende funktion, skal du undersøge, hvad elektronikken anser for at være "lavt", og om det passer til din CanSat.
De oplysninger, som CanSat indsamler, skal sendes til en jordstation. For at kunne gøre det er vi nødt til at se på de komponenter, vi kan bruge til at kommunikere, og hvordan elektronik kommunikerer.
Trådløse transceivere bruges til at videresende information mellem en CanSat og en jordstation. De fungerer parvis på samme måde, som du måske brugte walkie-talkies, da du var yngre (eller nu!). Både CanSat og jordstationen er udstyret med en antenne. CanSat-antennen sender information, og jordstationens antenne modtager den. For at undgå forstyrrelser og interferens får hvert hold i en konkurrence deres egen frekvens. Ordet transceiver er faktisk en sammensætning af to ord - sende og modtage, præcis hvad transceiveren kan gøre.
Når man skal vælge en transceiver, er de vigtigste kriterier måske driftsfrekvenserne, den krævede effekt og transceivernes fysiske størrelse. Selvfølgelig skal man også overveje, hvad transceiverne koster. At designe et projekt indebærer ofte en vis grad af kompromis. De perfekte komponenter til hver opgave er ikke nødvendigvis kompatible, af den ene eller anden grund.
Et af de mest almindelige valg er APC220. Det er i stand til at kommunikere over en afstand på 1000 m og opererer mellem 418 MHz og 455 MHz. Et populært alternativ er et LoRa-modul (som RFM95). De tilbyder generelt en større rækkevidde, op til 2000 m, men opererer på diskrete frekvenser i stedet for over en rækkevidde som APC220.
Faldskærme er en vigtig del af enhver CanSat-mission. Man kunne tilgive, at de ofte bliver overset, da de ofte er simple stykker stof sammenlignet med den komplekse elektronik, der findes i CanSat, men det ville være en stor fejltagelse! Uden en veldesignet faldskærm har din CanSat måske ikke tid til at fuldføre sine videnskabelige mål, eller endnu værre, den kan styrte ned!
Udløsningen af faldskærmen vil være relativt voldsom, så det stof og de fibre, du bruger, skal være stærke. Vær opmærksom på, at den kraft, som faldskærmen udsættes for (og også den nyttelast, den er fastgjort til), kan være op til dobbelt så stor som den kraft, der virker under terminalhastigheden!
De simpleste typer faldskærme er de flade cirkulære plader og de kugleformede faldskærme. Problemet med disse konstruktioner er, at de fyldes med luft og vipper til den ene side, så luften siver ud. Nogle gange kan et spildhul hjælpe med at stabilisere en faldskærm.
Når du har besluttet dig for et design til din faldskærm, er det vigtigt, at du tester den. Selv om ligningerne kan give dig en idé om, hvad du kan forvente, bør du altid test dine designs i den virkelige verden. Med successive tests kan du forfine dit faldskærmsdesign. Undersøg virkningerne af alle aspekter af din faldskærm, dette bør omfatte:
- Det anvendte materiale
- Sådan er den fastgjort til CanSat
- Arealet af faldskærmen
- Den måde, faldskærmen er foldet på
Hvordan bygger man en cansat?
Støttematerialer som ressourcer til klasseværelset og undervisningsvideoer kan tilgås via linket nedenfor.
CanSat-krav
CanSat-hardwaren og -missionen skal designes ud fra disse krav og begrænsninger:
Disse kan variere fra national konkurrence til national konkurrence. Sørg for at tjekke den komplette liste over krav med din National arrangør.
Alle komponenter i CanSat skal kunne være i en standard sodavandsdåse (115 mm højde og 66 mm diameter), med undtagelse af faldskærmen. Radioantenner og GPS-antenner kan monteres udvendigt på toppen eller bunden af dåsen, afhængigt af designet, men ikke på siderne.
Bemærk: Rakettens nyttelastområde har normalt 4,5 cm plads pr. CanSat til rådighed langs dåsens aksiale dimension (dvs. højde), som skal rumme alle eksterne elementer, herunder: faldskærm, faldskærmsfastgørelseshardware og eventuelle antenner.
Antenner, transducere og andre elementer i CanSat kan ikke række ud over dåsens diameter, før den har forladt løfteraketten.
CanSat'ens masse skal være mellem minimum 300 gram og maksimum 350 gram. CanSats, der er lettere, skal tage ekstra ballast med for at nå den krævede minimumsgrænse på 300 gram.
Sprængstoffer, detonatorer, pyroteknik og brændbare eller farlige materialer er strengt forbudt. Alle anvendte materialer skal være sikre for personalet, udstyret og miljøet. I tilfælde af tvivl fra ESA's side kan der anmodes om sikkerhedsdatablade (MSDS) fra holdene.
CanSat skal drives af et batteri og/eller solpaneler. Systemerne skal kunne være tændt i fire timer i træk.
Batteriet skal være let tilgængeligt i tilfælde af, at det skal udskiftes/oplades.
CanSat skal have en let tilgængelig hovedafbryder.
Det anbefales at medtage et positioneringssystem til genfinding (bipper, radiofyr, GPS osv.).
CanSat skal have et bjærgningssystem, f.eks. en faldskærm, der kan genbruges efter opsendelsen. Det anbefales at bruge stof i lyse farver, som vil gøre det lettere at genfinde CanSat efter landing.
Faldskærmsforbindelsen skal kunne modstå en kraft på op til 50 N. Faldskærmens styrke skal testes for at sikre, at systemet fungerer nominelt.
Af hensyn til recovery anbefales en maksimal flyvetid på 120 sekunder. Hvis man forsøger en rettet landing, anbefales en maksimal flyvetid på 170 sekunder.
En nedstigningshastighed på mellem 8 og 11 m/s anbefales af hensyn til recovery. CanSat'ens nedstigningshastighed må dog ikke være lavere end 5 m/s eller højere end 12 m/s af sikkerhedsmæssige årsager. Derudover kan flyvepladsen eller vejrforholdene bestemme yderligere obligatoriske begrænsninger for hastigheden.
CanSat skal kunne modstå en acceleration på op til 20 g.
Et standard CanSat-krav er, at det samlede budget for den endelige CanSat-model skal være 500 € - dette beløb kan dog variere fra land til land, så tjek med din nationale arrangør. Jordstationer (GS) og andre relaterede ikke-flyvende genstande vil ikke blive medregnet i budgettet. Flere oplysninger om sanktioner i tilfælde af, at holdene overskrider det angivne budget, findes i næste afsnit. I tilfælde af sponsorering skal alle sponsorerede genstande specificeres i budgettet med de faktiske tilsvarende omkostninger på markedet.
Den tildelte frekvens skal respekteres af alle hold i lanceringskampagnen. Udvalget af tilladte frekvenser ændrer sig afhængigt af det land, hvor begivenheden afholdes, og vil blive kommunikeret i god tid. Det anbefales, at holdene er opmærksomme på designet af CanSat med hensyn til hardwareintegration og sammenkobling, så radiofrekvensen let kan ændres, hvis det er nødvendigt.
CanSat skal være flyveklar ved ankomsten til opsendelseskampagnen.