CanSatin rakentaminen
Kaikkien CanSat-projektiin osallistuvien joukkueiden on itse opettajansa/ohjaajansa valvonnassa suoritettava tekninen työ CanSat-systeeminsä soveltaen menettelyjä, joita käytetään todellisen avaruusprojektin tyypillisessä elinkaaressa:
- Tehtävän tavoitteiden valinta;
- Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi tarvittavien teknisten vaatimusten määrittely;
- Laitteistojen ja ohjelmistojen suunnittelu;
- Raportointi;
- Maa-aseman/maan televiestintäjärjestelmän suunnittelu;
- CanSatin integrointi ja testaus ennen kansallista laukaisukampanjaa.
Peruskomponentit
CanSat kotelon rakenne on hieno tapa lisätä taiteellista ilmettä. Kuitenkin, kaikki hämmästyttävä tiede tapahtuu CanSatin sisällä olevan teknologian avulla. CanSatin suunnittelussa pitäisi esitellä anturit, elektroniikka ja viestintälaitteisto, jota käytät. Paljon erilaista COTS-laitteistoa (Commercial Off-The-Shelf) on saatavilla, joten oma CanSat tulisi suunnitella valitut erityiskomponentit huomioon ottaen.
Mikrokontrollerin käyttö on yleensä kevyempää ja mahdollistaa tiedonkeruun suuremman aikaresoluution kuin mikroprosessorin käyttö. Sen toimintaan vaaditaan virtalähde ja syöte. Yleisimmin käytetty mikro-ohjain on Arduino. Mikroprosessori puolestaan on itsenäinen tietokone, joka toisin kuin mikro-ohjain, tarvitsee vain virtalähteen toimiakseen. Yleisin ja edullisin mikroprosessori on Raspberry Pi.
Sähkökomponenttien nastat voidaan sijoittaa levyn liittimiin. Keskitetysti rivit on kytketty toisiinsa. Tämä tarkoittaa esimerkiksi sitä, että vastuksen kaksi pinniä on sijoitettava eri riveihin, muuten se muodostaa suljetun piirin itsensä kanssa. On erittäin tärkeää tehdä piiristä luonnos ennen kytkemistä ja virran kytkemistä, koska silloin on vaarana, että komponentit rikkoutuvat. Levyn ulommat sarakkeet kytketään sarakkeisiin eikä riveihin. Tyypillisesti näitä käytetään maadoitus- ja jänniteliitäntöjen tarjoamiseen kokoonpanon monimutkaisuuden vähentämiseksi.
Kun kokoat CanSatisi lopullisen version, sinun on käytettävä tyypillistä juotosleipälautaa.
Analogiset anturit tuottavat jännitteen, joka on muunnettava digitaaliseksi signaaliksi, jotta tiedot voidaan lukea. Raspberry Pi vaatii analogi-digitaalimuunninta (ADC), kun taas Arduinossa sellainen on sisäänrakennettuna. Analogisen anturin etuna on, että se mittaa muuttujaa jatkuvasti.
Yksittäiset anturilevyt käyttävät digitaalista viestintäprotokollaa, joka muodostaa yhteyden mikrokontrolleriin tai mikroprosessoriin. Viestintäprotokollat voivat käyttää I2C:tä (2 johdinta) tai SPI:tä (3 johdinta). Varmista, että CanSat-suunnitelmassasi näkyy oikea johdinmäärä valitsemasi protokollan mukaan.
Tärkeitä näkökohtia anturia valittaessa:
- Herkkyys: mikä on pienin muutos, jonka anturi voi mitata?
- Vasteaika: kuinka nopeasti anturi reagoi muuttuvaan ympäristöön?
- Lineaarisuus: onko vaste lineaarinen (mittauksissa vaaditulla alueella)?
- Alue: Mikä on se min/maksimiarvo, jonka anturi voi mitata?
- Hystereesi: onko anturin ulostulo sama samoissa ympäristöolosuhteissa?
Sinun on otettava huomioon muutamia seikkoja, kun päätät, miten CanSat-laitteesi saa virtaa:
- Mikä jännite sinun on syötettävä?
- Mitä akun kapasiteettia tarvitset (mAh)?
- Kuinka suuri (fyysisesti) akku voi olla?
- Kuinka painava akku voi olla?
UBEC on laite, jota käytetään oikean jännitteen syöttämiseen levylle. Sitä käytetään yleisimmin mikroprosessoreihin, kuten Raspberry Pi, joka vaatii 5 V, joten voit käyttää 9 V:n paristoa ja UBEC:n avulla voit syöttää virtaa Raspberry Pi:lle. Mikrokontrollerit
kuten Arduino, voivat käyttää tuloliitäntää 9 V:n virtalähteen liittämiseen. On myös mahdollista käyttää GPIO-nastoja virtalähteen liittämiseen.
Virtapankki, kuten kannettava matkapuhelinlaturi, on myös sopiva vaihtoehto. Niitä on kaikenmuotoisia ja -kokoisia, ja niiden akkukapasiteetti vaihtelee. Joissakin on myös "älykästä" elektroniikkaa, joka ei anna virtaa, jos laitteen käyttämä virta on vähissä. Vaikka tämä voi olla hyödyllinen energiansäästötoiminto, sinun on tutkittava, mitä elektroniikka pitää "alhaisena" ja soveltuuko se CanSat-laitteellesi.
CanSatin keräämät tiedot on lähetettävä maa-asemalle. Jotta voimme tehdä tämän, meidän on tarkasteltava komponentteja, joita voimme käyttää viestintään, ja sitä, miten elektroniikka kommunikoi.
Langattomia lähetinvastaanottimia käytetään tietojen välittämiseen CanSatin ja maa-aseman välillä. Ne toimivat pareittain samalla tavalla kuin nuorempana (tai nyt!) käytit radiopuhelimia. 
Sekä CanSat että maa-asema on varustettu antennilla. CanSatin antenni lähettää tietoja ja maa-aseman antenni vastaanottaa niitä. Häiriöiden ja häiriöiden välttämiseksi jokaiselle kilpailuun osallistuvalle joukkueelle annetaan oma taajuus. Itse asiassa sana transceiver on kooste kahdesta sanasta - lähetä ja vastaanota, eli mitä transceiver voi tehdä.
Lähetinvastaanottimen valinnassa ehkä tärkeimmät kriteerit ovat toimintataajuudet, tarvittava teho ja lähetinvastaanottimen fyysinen koko. Tietenkin on otettava huomioon myös lähetinvastaanottimien hinta. Projektin suunnitteluun liittyy usein jonkinasteisia kompromisseja. Täydelliset komponentit kuhunkin tehtävään eivät välttämättä ole yhteensopivia, syystä tai toisesta.
Yksi yleisimmistä vaihtoehdoista on APC220. Se pystyy kommunikoimaan 1000 metrin etäisyydellä ja toimii 418 MHz:n ja 455 MHz:n taajuusalueella. Suosittu vaihtoehto on LoRa-moduuli (kuten RFM95). Ne tarjoavat yleensä suuremman kantaman, jopa 2000 m, mutta toimivat erillisillä taajuuksilla eivätkä APC220:n kaltaisella alueella.
Laskuvarjot ovat elintärkeä osa CanSat-operaatiota. Voisi antaa anteeksi, että ne jätetään usein huomiotta, koska ne ovat usein yksinkertaisia kankaanpaloja verrattuna CanSatissa olevaan monimutkaiseen elektroniikkaan, mutta se olisi suuri virhe! Ilman hyvin suunniteltua laskuvarjoa CanSat ei ehkä ehdi toteuttaa tieteellisiä tavoitteitaan tai, mikä vielä pahempaa, se voi syöksyä maahan!
Laskuvarjon avautuminen tapahtuu suhteellisen rajusti, joten käyttämäsi kankaan ja kuitujen on oltava vahvoja. Ota huomioon, että laskuvarjoon kohdistuva voima (ja myös hyötykuorma, johon se on kiinnitetty) voi olla jopa kaksinkertainen loppunopeuden aikana vaikuttavaan voimaan verrattuna!
Yksinkertaisimpia laskuvarjotyyppejä ovat litteä pyöreä arkki ja pallomaiset laskuvarjot. Näiden mallien ongelmana on, että ne täyttyvät ilmalla ja kallistuvat sivulle, jolloin ilmaa valuu ulos. Joskus laskuvarjon vakauttamisessa voi olla avuksi läikkyvä reikä.
Kun olet päättänyt laskuvarjosi mallin, on erittäin tärkeää, että testaat sen. Vaikka yhtälöt voivat antaa sinulle käsityksen siitä, mitä voit odottaa, sinun tulisi aina
testaa suunnitelmasi todellisessa maailmassa. Peräkkäisillä testeillä voit tarkentaa laskuvarjosi suunnittelua. Tutki laskuvarjosi jokaisen osa-alueen vaikutuksia, ja tähän tulisi sisältyä:
- Käytetty materiaali
- Miten se on kiinnitetty CanSatiin
- Laskuvarjon pinta-ala
- Laskuvarjon taittotapa
Miten rakentaa cansat?
Tukimateriaaleja, kuten luokkahuoneaktiviteetteja ja opetusvideoita, on saatavilla alla olevan linkin kautta.
CanSat-vaatimukset
CanSat-laitteisto ja tehtävä on suunniteltava näiden vaatimusten ja rajoitusten mukaisesti:
Nämä voivat vaihdella kansallisten kilpailujen mukaan. Tarkista täydellinen vaatimusluettelo omalta Kansalliselta järjestäjältä.
Kaikkien CanSatin osien on mahduttava tavallisen virvoitusjuomatölkin sisään (korkeus 115 mm ja halkaisija 66 mm) laskuvarjoa lukuun ottamatta. Radioantennit ja GPS-antennit voidaan asentaa ulkoisesti tölkin ylä- tai alapuolelle, riippuen mallista, mutta ei sivuille.
Huom: Raketin hyötykuorma-alueella on tavallisesti 4,5 cm tilaa CanSatia kohti, joka on käytettävissä tölkin aksiaalisen ulottuvuuden (eli korkeuden) suuntaisesti, ja siihen on mahdutettava kaikki ulkoiset elementit, mukaan lukien laskuvarjo, laskuvarjon kiinnityslaitteet ja mahdolliset antennit.
CanSatin antennit, anturit ja muut osat eivät voi ulottua purkin halkaisijan ulkopuolelle ennen kuin se on lähtenyt kantoraketista.
CanSatin massan on oltava vähintään 300 grammaa ja enintään 350 grammaa. Kevyempien CanSattien on otettava mukaan lisäpainolastia, jotta vaadittu 300 gramman vähimmäismassaraja saavutetaan.
Räjähteet, sytyttimet, pyrotekniikka ja syttyvät tai vaaralliset materiaalit ovat ehdottomasti kiellettyjä. Kaikkien käytettävien materiaalien on oltava turvallisia henkilökunnalle, laitteille ja ympäristölle. Jos ESA on epävarma, ryhmiltä voidaan pyytää käyttöturvallisuustiedotteita (MSDS).
CanSatin on saatava virtansa akusta ja/tai aurinkopaneeleista. Järjestelmät on voitava pitää päällä neljä tuntia yhtäjaksoisesti.
Akun on oltava helposti saatavilla, jos se on vaihdettava tai ladattava.
CanSatissa on oltava helposti saavutettavissa oleva päävirtakytkin.
Paikannusjärjestelmän (äänimerkki, radiomajakka, GPS jne.) käyttöä suositellaan.
CanSatissa olisi oltava palautusjärjestelmä, kuten laskuvarjo, jota voidaan käyttää uudelleen laukaisun jälkeen. On suositeltavaa käyttää kirkkaanväristä kangasta, joka helpottaa CanSatin talteenottoa laskeutumisen jälkeen.
Laskuvarjon liitoksen on kestettävä jopa 50 N:n voima. Laskuvarjon lujuus on testattava, jotta varmistetaan järjestelmän normaali toiminta.
Palautumisen vuoksi suositellaan 120 sekunnin enimmäislentoaikaa. Jos yritetään ohjattua laskua, suositellaan enintään 170 sekunnin lentoaikaa.
Laskeutumisnopeus 8-11 m/s on suositeltava palautumisen vuoksi. CanSatin laskeutumisnopeus ei kuitenkaan saa turvallisuussyistä olla alle 5 m/s eikä yli 12 m/s. Lisäksi lentokenttä tai sääolosuhteet saattavat määrittää muita pakollisia rajoituksia nopeudelle.
CanSatin on kestettävä jopa 20 g:n kiihtyvyys.
CanSat-standardivaatimuksena on, että lopullisen CanSat-mallin kokonaisbudjetti on 500 euroa - tämä summa voi kuitenkin vaihdella maittain, joten tarkista asia kansalliselta järjestäjältäsi. Maa-asemia (GS) ja muita niihin liittyviä ei-lentäviä kohteita ei oteta huomioon budjetissa. Lisätietoa rangaistuksista, joita sovelletaan, jos joukkueet ylittävät ilmoitetun budjetin, on seuraavassa kohdassa. Jos kyseessä on sponsorointi, kaikki sponsoroidut tuotteet on eriteltävä budjetissa ja niiden todelliset markkinakustannukset on ilmoitettava.
Kaikkien laukaisukampanjan joukkueiden on noudatettava määritettyä taajuutta. Sallittujen taajuuksien valikoima vaihtelee sen mukaan, missä maassa tapahtuma järjestetään, ja siitä ilmoitetaan hyvissä ajoin. On suositeltavaa, että joukkueet kiinnittävät huomiota CanSatin suunnitteluun laitteiston integroinnin ja yhteenliittämisen osalta, jotta radiotaajuutta voidaan tarvittaessa muuttaa helposti.
CanSatin on oltava lentokunnossa, kun se saapuu laukaisukampanjaan.
