Construya su CanSat
Bajo la supervisión de su profesor/mentor, todos los equipos participantes en CanSat tendrán que realizar trabajos técnicos en sus CanSats, aplicando los procedimientos utilizados en el ciclo de vida típico de un proyecto espacial real, que son:
- Selección de los objetivos de la misión;
- Definición de los requisitos técnicos necesarios para alcanzar estos objetivos;
- Diseño de hardware y software;
- Informar;
- Diseño de la estación de tierra/sistema de telecomunicaciones en tierra;
- Integración y pruebas del CanSat antes de la campaña nacional de lanzamiento
Componentes básicos
En CanSat diseño de la carcasa es una gran manera para añadir un toque artístico. Sin embargo, todos lose está haciendo una ciencia asombrosa con la tecnología de su interior. Su CanSat El diseño debe mostrar los sensores, electrónica y el hardware de comunicación que utilizará. En es una variedad de Commercial (COTS) disponible, por lo que debe diseñar su propio sistema de CunSáb teniendo en cuenta sus componentes específicos.
Utilizar un microcontrolador suele ser más ligero y permite una mayor resolución temporal de la recogida de datos que un microprocesador. Requiere una fuente de alimentación y una entrada para funcionar. El microcontrolador más utilizado es un Arduino. El microprocesador es un ordenador de a bordo y, a diferencia del microcontrolador, sólo necesita una fuente de alimentación para funcionar. El microprocesador más común y asequible es la Raspberry Pi.
Las patillas de los componentes eléctricos pueden colocarse en los terminales de la placa. En el centro se conectan las filas. Esto significa, por ejemplo, que las dos patillas de una resistencia deben colocarse en filas diferentes, ya que de lo contrario formará un circuito cerrado consigo misma. Es muy importante que hagas un esquema de tu circuito antes de conectarlo y alimentarlo, porque correrás el riesgo de romper los componentes. Las columnas exteriores de la placa están conectadas en columnas, en lugar de en filas. Normalmente, se utilizan para proporcionar conexiones de tierra y voltaje para reducir la complejidad de la configuración.
Cuando monte la versión final de su CanSat, deberá utilizar una típica protoboard de soldadura.
Los sensores analógicos emiten una tensión que debe convertirse en una señal digital para poder leer los datos. La Raspberry Pi necesita un convertidor analógico-digital (ADC), mientras que el Arduino tiene uno integrado. La ventaja del sensor analógico es que mide continuamente la variable.
Las tarjetas de sensor único utilizan un protocolo de comunicación digital que se conecta a su microcontrolador o microprocesador. Los protocolos de comunicación pueden utilizar I2C (2 hilos) o SPI (3 hilos). Asegúrese de que su diseño CanSat refleja el número correcto de hilos en función del protocolo que haya elegido.
Consideraciones importantes a la hora de elegir un sensor:
- Sensibilidad: ¿cuál es el cambio mínimo que puede medir el sensor?
- Tiempo de respuesta: ¿con qué rapidez responde el sensor a un entorno cambiante?
- Linealidad: ¿es lineal la respuesta (en el intervalo necesario para las mediciones)?
- Alcance: ¿cuál es el valor mínimo/máximo que puede medir el sensor?
- Histéresis: ¿tiene el sensor la misma salida para las mismas condiciones ambientales?
A la hora de decidir cómo alimentar su CanSat, debe tener en cuenta una serie de consideraciones:
- ¿Qué voltaje necesita suministrar?
- ¿Qué capacidad de batería necesitas (mAh)?
- ¿Qué tamaño (físico) puede tener la batería?
- ¿Cuánto puede pesar la batería?
El UBEC es un dispositivo utilizado para proporcionar el voltaje correcto a su placa. Se utiliza más comúnmente para microprocesadores como el Raspberry Pi que requiere 5V, por lo tanto, puede utilizar una batería de 9V, y a través de la UBEC, son capaces de alimentar el Raspberry Pi. Microcontroladores
como el Arduino son capaces de utilizar el conector de entrada para conectar su fuente de alimentación de 9V. También es posible utilizar los pines GPIO para conectar la fuente de alimentación.
Un banco de energía, como un cargador portátil de móvil, también es una opción adecuada. Los hay de todas las formas y tamaños, y con distintas capacidades de batería. Algunos tienen componentes electrónicos "inteligentes" que no suministran energía si la que consume el dispositivo es baja. Aunque esta función puede ser útil para ahorrar energía, tendrá que investigar qué es lo que la electrónica considera "bajo" y si es adecuado para su CanSat.
La información que recoge el CanSat debe enviarse a una estación terrestre. Para poder hacerlo, tenemos que echar un vistazo a los componentes que podemos utilizar para comunicarnos y cómo se comunican los componentes electrónicos.
Los transceptores inalámbricos se utilizan para transmitir información entre el CanSat y la estación terrestre. Funcionan por parejas, de forma similar a los walkie-talkies que se utilizan cuando se es joven (¡o ahora!). 
Tanto el CanSat como la estación terrestre están equipados con una antena. La antena del CanSat transmite la información y la antena de la estación terrestre la recibe. Para evitar perturbaciones e interferencias, cada equipo de una competición recibe su propia frecuencia. En realidad, la palabra transceptor es una composición de dos palabras: transmitir y recibir, exactamente lo que puede hacer el transceptor.
A la hora de elegir un transceptor, quizá los criterios más importantes sean las frecuencias de funcionamiento, la potencia necesaria y el tamaño físico de los transceptores. Por supuesto, también hay que tener en cuenta el coste de los transceptores. Diseñar un proyecto suele implicar cierto grado de compromiso. Los componentes perfectos para cada trabajo no son necesariamente compatibles, por una razón u otra.
Una de las opciones más comunes es el APC220. Es capaz de comunicarse a una distancia de 1.000 m y funciona entre 418 MHz y 455 MHz. Una alternativa popular es un módulo LoRa (como el RFM95). Suelen ofrecer un mayor alcance, hasta 2.000 m, pero funcionan a frecuencias discretas en lugar de en un rango como el APC220.
Los paracaídas son una parte vital de cualquier misión CanSat. Se podría perdonar que a menudo se pasen por alto, dado que suelen ser simples trozos de tela en comparación con la compleja electrónica que alberga el CanSat, pero eso sería un gran error. Sin un paracaídas bien diseñado, su CanSat podría no tener tiempo de completar sus objetivos científicos, o peor aún, ¡podría estrellarse!
El despliegue del paracaídas será relativamente violento, por lo que el tejido y las fibras que utilices deben ser resistentes. Ten en cuenta que la fuerza que experimenta el paracaídas (y también la carga útil a la que está sujeto) puede llegar a ser el doble de la fuerza que actúa durante la velocidad terminal.
Los tipos más sencillos de paracaídas son la hoja circular plana y los paracaídas esféricos. El problema de estos diseños es que se llenan de aire y se inclinan hacia un lado para derramar el aire. A veces, un orificio de derrame puede ayudar a estabilizar el paracaídas.
Una vez que hayas decidido el diseño de tu paracaídas, es fundamental que lo pruebes. Aunque las ecuaciones pueden darte una idea de lo que puedes esperar, siempre debes
Pon a prueba tus diseños en el mundo real. Con pruebas sucesivas podrás perfeccionar el diseño de tu paracaídas. Investiga los efectos de todos los aspectos de tu paracaídas:
- El material utilizado
- Cómo se fija al CanSat
- El área del paracaídas
- La forma en que se pliega el paracaídas
¿Cómo construir un cansat?
Puede acceder a material de apoyo, como recursos para el aula y vídeos educativos, a través del siguiente enlace.
Requisitos de CanSat
El hardware y la misión del CanSat deben diseñarse teniendo en cuenta estos requisitos y limitaciones:
Estos requisitos pueden variar según la competición nacional. Asegúrese de consultar la lista completa de requisitos con su Organizador nacional.
Todos los componentes del CanSat deben caber dentro de una lata de refresco estándar (115 mm de altura y 66 mm de diámetro), a excepción del paracaídas. Las antenas de radio y las antenas GPS pueden montarse externamente en la parte superior o inferior de la lata, dependiendo del diseño, pero no en los laterales.
Nota: La zona de carga útil del cohete suele disponer de 4,5 cm de espacio por CanSat, a lo largo de la dimensión axial de la lata (es decir, la altura), que debe acomodar todos los elementos externos, incluidos: paracaídas, hardware de fijación del paracaídas y cualquier antena.
Las antenas, transductores y otros elementos del CanSat no pueden extenderse más allá del diámetro de la lata hasta que haya abandonado el vehículo de lanzamiento.
La masa del CanSat debe estar comprendida entre un mínimo de 300 gramos y un máximo de 350 gramos. Los CanSat que sean más ligeros deberán llevar lastre adicional para alcanzar el límite de masa mínima exigida de 300 gramos.
Los explosivos, detonadores, productos pirotécnicos y materiales inflamables o peligrosos están estrictamente prohibidos. Todos los materiales utilizados deben ser seguros para el personal, los equipos y el medio ambiente. En caso de duda por parte de la ESA, se podrán solicitar a los equipos las Hojas de Datos de Seguridad de los Materiales (MSDS).
El CanSat debe estar alimentado por una batería y/o paneles solares. Los sistemas deben poder permanecer encendidos durante cuatro horas seguidas.
La batería debe ser fácilmente accesible en caso de que haya que sustituirla/recargarla.
El CanSat debe disponer de un interruptor principal de alimentación de fácil acceso.
Se recomienda la inclusión de un sistema de posicionamiento para la recuperación (localizador, radiobaliza, GPS, etc.).
El CanSat debe disponer de un sistema de recuperación, como un paracaídas, capaz de ser reutilizado tras el lanzamiento. Se recomienda utilizar telas de colores vivos, que facilitarán la recuperación del CanSat tras el aterrizaje.
La conexión del paracaídas debe poder soportar hasta 50 N de fuerza. La resistencia del paracaídas debe probarse para garantizar que el sistema funcionará nominalmente.
Por razones de recuperación, se recomienda un tiempo máximo de vuelo de 120 segundos. Si se intenta un aterrizaje dirigido, se recomienda un tiempo máximo de vuelo de 170 segundos.
Se recomienda una velocidad de descenso de entre 8 y 11 m/s por razones de recuperación. Sin embargo, la velocidad de descenso del CanSat no debe ser inferior a 5 m/s ni superior a 12 m/s por razones de seguridad. Además, el aeródromo o las condiciones meteorológicas podrían determinar restricciones obligatorias adicionales de la velocidad.
El CanSat debe resistir una aceleración de hasta 20 g.
El presupuesto total del modelo final del CanSat no debe superar los 500 euros. Las estaciones de tierra (GS) y cualquier otro elemento no volador no se tendrán en cuenta en el presupuesto. Para más información sobre las penalizaciones en caso de que los equipos superen el presupuesto establecido, consulte la siguiente sección. En caso de patrocinio, todos los elementos patrocinados deberán especificarse en el presupuesto con los costes reales correspondientes en el mercado.
La frecuencia asignada debe ser respetada por todos los equipos de la Campaña de Lanzamiento. La gama de frecuencias permitidas cambia en función del país en el que se celebre el evento y se comunicará a su debido tiempo. Se recomienda que los equipos presten atención al diseño del CanSat en términos de integración de hardware e interconexión, de modo que la frecuencia de radio pueda modificarse fácilmente en caso necesario.
El CanSat debe estar listo para el vuelo a su llegada a la campaña de lanzamiento.
