Κατασκευή του CanSat σας
Υπό την επίβλεψη του καθηγητή/καθοδηγητή τους, όλες οι ομάδες που συμμετέχουν στο CanSat θα πρέπει να εκτελέσουν τεχνικές εργασίες στους CanSats τους, εφαρμόζοντας τις διαδικασίες που χρησιμοποιούνται στον τυπικό κύκλο ζωής ενός πραγματικού διαστημικού έργου, οι οποίες είναι:
- Επιλογή των στόχων της αποστολής,
- Καθορισμός των τεχνικών απαιτήσεων που απαιτούνται για την επίτευξη των στόχων αυτών,
- Σχεδιασμός υλικού και λογισμικού,
- Αναφορά,
- Σχεδιασμός επίγειου σταθμού/επίγειου τηλεπικοινωνιακού συστήματος,
- Ενσωμάτωση και δοκιμή του CanSat πριν από την εθνική εκστρατεία εκτόξευσης
Βασικά συστατικά
Το CanSat ο σχεδιασμός του περιβλήματος είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να προσθέσετε κάποια καλλιτεχνική λάμψη. Ωστόσο, όλα ταe εκπληκτική επιστήμη συμβαίνει με τη χρήση της τεχνολογίας στο εσωτερικό. Το σας CanSat ο σχεδιασμός θα πρέπει να δείχνει τους αισθητήρες, ηλεκτρονικά και το υλικό επικοινωνίας που θα χρησιμοποιήσετε. Υπάρχει είναι μια ποικιλία από Commercial Off-The-Shelf (COTS) υλικό διαθέσιμο, επομένως, θα πρέπει να σχεδιάσετε το CέναSat με γνώμονα τα συγκεκριμένα εξαρτήματά σας.
Η χρήση ενός μικροελεγκτή τείνει να είναι ελαφρύτερη και να επιτρέπει υψηλότερη χρονική ανάλυση της συλλογής δεδομένων από ό,τι ένας μικροεπεξεργαστής. Απαιτεί μια πηγή ενέργειας και μια είσοδο για να λειτουργήσει. Ο πιο συνηθισμένος μικροελεγκτής που χρησιμοποιείται είναι ο Arduino. Ο μικροεπεξεργαστής είναι ένας ενσωματωμένος υπολογιστής και, σε αντίθεση με τον μικροελεγκτή, απαιτεί μόνο μια πηγή ενέργειας για να λειτουργήσει. Ο πιο κοινός και προσιτός μικροεπεξεργαστής είναι το Raspberry Pi.
Οι ακίδες των ηλεκτρικών εξαρτημάτων μπορούν να τοποθετηθούν στους ακροδέκτες της πλακέτας. Κεντρικά, συνδέονται σειρές. Αυτό σημαίνει, για παράδειγμα, ότι οι δύο ακίδες ενός αντιστάτη πρέπει να τοποθετούνται σε διαφορετικές σειρές, διαφορετικά θα σχηματίσει κλειστό κύκλωμα με τον εαυτό του. Είναι πολύ σημαντικό να φτιάξετε ένα σκίτσο του κυκλώματός σας πριν συνδέσετε και τροφοδοτήσετε το κύκλωμα, γιατί κινδυνεύετε να σπάσετε τα εξαρτήματα. Οι εξωτερικές στήλες της πλακέτας συνδέονται σε στήλες και όχι σε σειρές. Συνήθως, αυτές χρησιμοποιούνται για να παρέχουν συνδέσεις γείωσης και τάσης για να μειωθεί η πολυπλοκότητα της εγκατάστασης.
Όταν συναρμολογήσετε την τελική έκδοση του CanSat σας, θα χρειαστεί να χρησιμοποιήσετε μια τυπική πλακέτα συγκόλλησης.
Οι αναλογικοί αισθητήρες παράγουν μια τάση η οποία πρέπει να μετατραπεί σε ψηφιακό σήμα προκειμένου να διαβαστούν τα δεδομένα. Το Raspberry Pi απαιτεί έναν αναλογικό-ψηφιακό μετατροπέα (ADC), ενώ το Arduino έχει έναν ενσωματωμένο. Το πλεονέκτημα του αναλογικού αισθητήρα είναι ότι θα μετρά συνεχώς τη μεταβλητή
Οι πλακέτες μεμονωμένων αισθητήρων χρησιμοποιούν ένα ψηφιακό πρωτόκολλο επικοινωνίας το οποίο συνδέεται με τον μικροελεγκτή ή τον μικροεπεξεργαστή σας. Τα πρωτόκολλα επικοινωνίας μπορούν να χρησιμοποιούν I2C (2 καλώδια) ή SPI (3 καλώδια). Βεβαιωθείτε ότι ο σχεδιασμός σας CanSat αντικατοπτρίζει τον σωστό αριθμό καλωδίων ανάλογα με το πρωτόκολλο που έχετε επιλέξει.
Σημαντικές εκτιμήσεις κατά την επιλογή ενός αισθητήρα:
- Ευαισθησία: ποια είναι η ελάχιστη μεταβολή που μπορεί να μετρηθεί από τον αισθητήρα;
- Χρόνος απόκρισης: πόσο γρήγορα ανταποκρίνεται ο αισθητήρας σε ένα μεταβαλλόμενο περιβάλλον;
- Γραμμικότητα: είναι η απόκριση γραμμική (στο εύρος που απαιτείται για τις μετρήσεις);
- Εύρος: ποια είναι η ελάχιστη/μέγιστη τιμή που μπορεί να μετρηθεί από τον αισθητήρα;
- Υστέρηση: έχει ο αισθητήρας την ίδια έξοδο για τις ίδιες συνθήκες περιβάλλοντος;
Υπάρχουν μερικές εκτιμήσεις που πρέπει να κάνετε όταν αποφασίζετε πώς θα τροφοδοτήσετε τον CanSat σας:
- Τι τάση πρέπει να τροφοδοτήσετε;
- Τι χωρητικότητα μπαταρίας χρειάζεστε (mAh);
- Πόσο μεγάλη μπορεί να είναι η μπαταρία (φυσικά);
- Πόσο βαριά μπορεί να είναι η μπαταρία;
Το UBEC είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για την παροχή της σωστής τάσης στην πλακέτα σας. Χρησιμοποιείται συνήθως για μικροεπεξεργαστές όπως το Raspberry Pi που απαιτεί 5V, επομένως μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια μπαταρία 9V και μέσω του UBEC να τροφοδοτήσετε το Raspberry Pi. Μικροελεγκτές
όπως το Arduino μπορούν να χρησιμοποιήσουν την υποδοχή εισόδου για να συνδέσουν την παροχή ρεύματος 9V. Είναι επίσης δυνατό να χρησιμοποιήσετε τις ακίδες GPIO για να συνδέσετε την τροφοδοσία σας.
Μια τράπεζα ενέργειας, όπως ένας φορητός φορτιστής κινητού τηλεφώνου, είναι επίσης μια κατάλληλη επιλογή. Υπάρχουν σε όλα τα σχήματα και μεγέθη και με διαφορετική χωρητικότητα μπαταρίας. Ορισμένα διαθέτουν επίσης "έξυπνα" ηλεκτρονικά συστήματα που δεν παρέχουν ενέργεια εάν η ενέργεια που χρησιμοποιείται από τη συσκευή είναι χαμηλή. Ενώ αυτό θα μπορούσε να είναι ένα χρήσιμο χαρακτηριστικό εξοικονόμησης ενέργειας, θα πρέπει να διερευνήσετε τι θεωρεί το ηλεκτρονικό σύστημα ως "χαμηλή" και αν αυτό είναι κατάλληλο για τον CanSat σας.
Οι πληροφορίες που συλλέγει ο CanSat πρέπει να αποστέλλονται σε έναν επίγειο σταθμό. Για να μπορέσουμε να το κάνουμε αυτό, πρέπει να ρίξουμε μια ματιά στα εξαρτήματα που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να επικοινωνήσουμε και στον τρόπο επικοινωνίας των ηλεκτρονικών.
Οι ασύρματοι πομποδέκτες χρησιμοποιούνται για την αναμετάδοση πληροφοριών μεταξύ ενός CanSat και ενός επίγειου σταθμού. Λειτουργούν σε ζεύγη, με παρόμοιο τρόπο όπως ίσως χρησιμοποιούσατε walkie-talkies όταν ήσασταν νεότεροι (ή τώρα!). 
Τόσο ο CanSat όσο και ο επίγειος σταθμός διαθέτουν κεραία. Η κεραία του CanSat μεταδίδει πληροφορίες και η κεραία του επίγειου σταθμού τις λαμβάνει. Για την αποφυγή διαταραχών και παρεμβολών, κάθε ομάδα σε έναν διαγωνισμό έχει τη δική της συχνότητα. Στην πραγματικότητα, η λέξη πομποδέκτης είναι σύνθεση δύο λέξεων - εκπομπή και λήψη, ακριβώς αυτό που μπορεί να κάνει ο πομποδέκτης.
Όταν πρόκειται για την επιλογή ενός πομποδέκτη, ίσως τα πιο σημαντικά κριτήρια είναι οι συχνότητες λειτουργίας, η απαιτούμενη ισχύς και το φυσικό μέγεθος των πομποδεκτών. Φυσικά, πρέπει να λάβετε υπόψη σας και το κόστος των πομποδεκτών. Ο σχεδιασμός ενός έργου συχνά περιλαμβάνει κάποιο βαθμό συμβιβασμού. Τα τέλεια εξαρτήματα για κάθε εργασία δεν είναι απαραίτητα συμβατά, για τον ένα ή τον άλλο λόγο.
Μια από τις πιο συνηθισμένες επιλογές είναι το APC220. Έχει δυνατότητα επικοινωνίας σε απόσταση 1000m και λειτουργεί μεταξύ 418MHz και 455MHz. Μια δημοφιλής εναλλακτική λύση είναι μια μονάδα LoRa (όπως η RFM95). Προσφέρουν γενικά αυξημένη εμβέλεια, έως και 2000m, αλλά λειτουργούν σε διακριτές συχνότητες και όχι σε εύρος όπως το APC220.
Τα αλεξίπτωτα αποτελούν ζωτικό μέρος κάθε αποστολής CanSat. Θα μπορούσε να συγχωρεθεί το γεγονός ότι συχνά παραβλέπονται, δεδομένου ότι συχνά είναι απλά κομμάτια υφάσματος σε σύγκριση με τα πολύπλοκα ηλεκτρονικά που βρίσκονται μέσα στον CanSat, αλλά αυτό θα ήταν μεγάλο λάθος! Χωρίς ένα καλά σχεδιασμένο αλεξίπτωτο, ο CanSat σας μπορεί να μην προλάβει να ολοκληρώσει τους επιστημονικούς του στόχους, ή ακόμα χειρότερα, μπορεί να πέσει!
Η ανάπτυξη του αλεξίπτωτου θα είναι σχετικά βίαιη, οπότε το ύφασμα και οι ίνες που θα χρησιμοποιήσετε πρέπει να είναι ισχυρά. Λάβετε υπόψη σας ότι η δύναμη που δέχεται το αλεξίπτωτο (αλλά και το ωφέλιμο φορτίο στο οποίο συνδέεται) μπορεί να είναι διπλάσια από τη δύναμη που δρα κατά την τελική ταχύτητα!
Οι απλούστεροι τύποι αλεξιπτώτων είναι το επίπεδο κυκλικό φύλλο και τα σφαιρικά αλεξίπτωτα. Το πρόβλημα με αυτά τα σχέδια είναι ότι γεμίζουν με αέρα και γέρνουν προς τη μία πλευρά για να διαρρεύσει ο αέρας. Ορισμένες φορές μια τρύπα που διαρρέει μπορεί να βοηθήσει στη σταθεροποίηση ενός αλεξίπτωτου.
Μόλις αποφασίσετε για το σχέδιο του αλεξιπτώτου σας, είναι ζωτικής σημασίας να το δοκιμάσετε. Ενώ οι εξισώσεις μπορούν να σας δώσουν μια ιδέα για το τι να περιμένετε, θα πρέπει πάντα να
δοκιμάστε τα σχέδιά σας στον πραγματικό κόσμο. Με διαδοχικές δοκιμές μπορείτε να βελτιώσετε το σχεδιασμό του αλεξιπτώτου σας. Διερευνήστε τις επιδράσεις κάθε πτυχής του αλεξιπτώτου σας, αυτό θα πρέπει να περιλαμβάνει:
- Το υλικό που χρησιμοποιείται
- Πώς συνδέεται με τον CanSat
- Το εμβαδόν του αλεξιπτώτου
- Ο τρόπος που διπλώνεται το αλεξίπτωτο
Πώς να κατασκευάσετε ένα cansat;
Υποστηρικτικό υλικό, όπως πόροι για την τάξη και εκπαιδευτικά βίντεο, είναι προσβάσιμα μέσω του παρακάτω συνδέσμου.
Απαιτήσεις CanSat
Το υλικό και η αποστολή του CanSat πρέπει να σχεδιαστούν σύμφωνα με αυτές τις απαιτήσεις και τους περιορισμούς:
Αυτά μπορεί να διαφέρουν ανά εθνικό διαγωνισμό. Βεβαιωθείτε ότι έχετε ελέγξει τον πλήρη κατάλογο των απαιτήσεων με τον Εθνικός διοργανωτής.
Όλα τα εξαρτήματα του CanSat πρέπει να χωράνε μέσα σε ένα τυπικό κουτάκι αναψυκτικών (ύψους 115 mm και διαμέτρου 66 mm), με εξαίρεση το αλεξίπτωτο. Οι ραδιοκεραίες και οι κεραίες GPS μπορούν να τοποθετηθούν εξωτερικά στο πάνω ή στο κάτω μέρος του δοχείου, ανάλογα με το σχεδιασμό, αλλά όχι στις πλευρές.
Σημείωση: Ο χώρος ωφέλιμου φορτίου του πυραύλου διαθέτει συνήθως 4,5 εκατοστά χώρου ανά CanSat, κατά μήκος της αξονικής διάστασης του δοχείου (δηλαδή του ύψους), ο οποίος πρέπει να φιλοξενήσει όλα τα εξωτερικά στοιχεία, συμπεριλαμβανομένων: του αλεξίπτωτου, του υλικού πρόσδεσης του αλεξίπτωτου και τυχόν κεραιών.
Οι κεραίες, οι μετατροπείς και άλλα στοιχεία του CanSat δεν μπορούν να επεκταθούν πέρα από τη διάμετρο του δοχείου μέχρι να εγκαταλείψει το όχημα εκτόξευσης.
Η μάζα του CanSat πρέπει να κυμαίνεται μεταξύ 300 γραμμαρίων κατ' ελάχιστο και 350 γραμμαρίων κατ' ανώτατο όριο. Οι CanSats που είναι ελαφρύτεροι πρέπει να πάρουν μαζί τους πρόσθετο έρμα για να φθάσουν το ελάχιστο απαιτούμενο όριο μάζας των 300 γραμμαρίων.
Τα εκρηκτικά, οι πυροκροτητές, τα πυροτεχνήματα και τα εύφλεκτα ή επικίνδυνα υλικά απαγορεύονται αυστηρά. Όλα τα χρησιμοποιούμενα υλικά πρέπει να είναι ασφαλή για το προσωπικό, τον εξοπλισμό και το περιβάλλον. Σε περίπτωση αμφιβολίας από την ESA, τα Δελτία Δεδομένων Ασφαλείας Υλικών (MSDS) μπορούν να ζητηθούν από τις ομάδες.
Ο CanSat πρέπει να τροφοδοτείται από μπαταρία ή/και ηλιακούς συλλέκτες. Τα συστήματα πρέπει να μπορούν να παραμένουν ενεργοποιημένα για τέσσερις συνεχείς ώρες.
Η μπαταρία πρέπει να είναι εύκολα προσβάσιμη σε περίπτωση που πρέπει να αντικατασταθεί/φορτιστεί.
Ο CanSat πρέπει να διαθέτει έναν εύκολα προσβάσιμο κύριο διακόπτη τροφοδοσίας.
Συνιστάται η ενσωμάτωση ενός συστήματος εντοπισμού θέσης για την ανάκτηση (βομβητής, ραδιοφάρος, GPS κ.λπ.).
Ο CanSat θα πρέπει να διαθέτει ένα σύστημα ανάκτησης, όπως ένα αλεξίπτωτο, ικανό να επαναχρησιμοποιηθεί μετά την εκτόξευση. Συνιστάται η χρήση υφάσματος σε έντονο χρώμα, το οποίο θα διευκολύνει την ανάκτηση του CanSat μετά την προσγείωση.
Η σύνδεση του αλεξίπτωτου πρέπει να αντέχει δύναμη έως 50 N. Η αντοχή του αλεξίπτωτου πρέπει να δοκιμαστεί για να διασφαλιστεί ότι το σύστημα θα λειτουργεί ονομαστικά.
Για λόγους αποκατάστασης, συνιστάται μέγιστος χρόνος πτήσης 120 δευτερολέπτων. Εάν επιχειρείται κατευθυνόμενη προσγείωση, συνιστάται μέγιστος χρόνος πτήσης 170 δευτερολέπτων.
Συνιστάται ταχύτητα καθόδου μεταξύ 8 και 11 m/s για λόγους ανάκαμψης. Ωστόσο, η ταχύτητα καθόδου του CanSat δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 5 m/s ή μεγαλύτερη από 12 m/s για λόγους ασφαλείας. Επιπλέον, το αεροδρόμιο ή οι καιρικές συνθήκες ενδέχεται να καθορίσουν πρόσθετους υποχρεωτικούς περιορισμούς στην ταχύτητα.
Ο CanSat πρέπει να μπορεί να αντέξει επιτάχυνση έως και 20 g.
Μια τυπική απαίτηση του CanSat είναι ο συνολικός προϋπολογισμός του τελικού μοντέλου CanSat να ανέρχεται σε 500€ - ωστόσο, το ποσό αυτό μπορεί να διαφέρει από χώρα σε χώρα, γι' αυτό επικοινωνήστε με τον εθνικό σας διοργανωτή. Οι επίγειοι σταθμοί (GS) και κάθε σχετικό μη ιπτάμενο στοιχείο δεν θα ληφθούν υπόψη στον προϋπολογισμό. Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις κυρώσεις σε περίπτωση που οι ομάδες υπερβούν τον αναφερόμενο προϋπολογισμό θα βρείτε στην επόμενη ενότητα. Σε περίπτωση χορηγίας, όλα τα χορηγούμενα είδη θα πρέπει να αναφέρονται στον προϋπολογισμό με το πραγματικό αντίστοιχο κόστος στην αγορά.
Η καθορισμένη συχνότητα πρέπει να τηρείται από όλες τις ομάδες της εκστρατείας εκκίνησης. Το εύρος των επιτρεπόμενων συχνοτήτων αλλάζει ανάλογα με τη χώρα όπου φιλοξενείται η εκδήλωση και θα ανακοινωθεί εγκαίρως. Συνιστάται στις ομάδες να δώσουν προσοχή στο σχεδιασμό του CanSat όσον αφορά την ενσωμάτωση του υλικού και τη διασύνδεση, ώστε η ραδιοσυχνότητα να μπορεί να τροποποιηθεί εύκολα, αν χρειαστεί.
Ο CanSat πρέπει να είναι έτοιμος για πτήση κατά την άφιξή του στην εκστρατεία εκτόξευσης.
