Construire votre CanSat
Sous la supervision de leur enseignant/mentor, toutes les équipes participant à CanSat devront effectuer des travaux techniques sur leurs CanSats, en appliquant les procédures utilisées dans le cycle de vie typique d'un véritable projet spatial, qui sont les suivantes :
- Sélection des objectifs de la mission ;
- Définition des exigences techniques nécessaires pour atteindre ces objectifs ;
- Conception de matériel et de logiciels ;
- Rapport ;
- Conception d'une station au sol/système de télécommunication au sol ;
- Intégration et essais du satellite CanSat avant la campagne de lancement nationale
Composants de base
Les CanSat La conception de l'enveloppe est un excellent moyen pour ajouter une touche artistique. Cependant, tous lesLa technologie utilisée à l'intérieur de l'appareil permet de réaliser des découvertes scientifiques étonnantes. Votre CanSat La conception doit montrer les capteurs, électronique et le matériel de communication que vous utiliserez. Il y a est une variété de Commercial Le matériel COTS (Off-The-Shelf) est disponible, c'est pourquoi vous devez concevoir votre système d'information. CunSamedi avec vos composants spécifiques à l'esprit.
L'utilisation d'un microcontrôleur est généralement plus légère et permet une meilleure résolution temporelle de la collecte de données qu'un microprocesseur. Il a besoin d'une source d'alimentation et d'une entrée pour fonctionner. Le microcontrôleur le plus couramment utilisé est l'Arduino. Le microprocesseur est un ordinateur embarqué qui, contrairement au microcontrôleur, ne nécessite qu'une source d'énergie pour fonctionner. Le microprocesseur le plus courant et le plus abordable est le Raspberry Pi.
Les broches des composants électriques peuvent être placées dans les bornes de la carte. Les rangées centrales sont connectées. Cela signifie, par exemple, que les deux broches d'une résistance doivent être placées dans des rangées différentes, sinon elle formera un circuit fermé avec elle-même. Il est très important de faire un croquis de votre circuit avant de le connecter et de l'alimenter, car vous risqueriez de casser les composants. Les colonnes extérieures de la carte sont connectées en colonnes plutôt qu'en rangées. Elles sont généralement utilisées pour fournir des connexions de masse et de tension afin de réduire la complexité de l'installation.
Lorsque vous assemblerez la version finale de votre CanSat, vous devrez utiliser une planche à pain typique.
Les capteurs analogiques émettent une tension qui doit être convertie en un signal numérique pour que les données puissent être lues. Le Raspberry Pi a besoin d'un convertisseur analogique-numérique (ADC) alors que l'Arduino en a un intégré. L'avantage du capteur analogique est qu'il mesure en continu la variable
Les cartes à capteur unique utilisent un protocole de communication numérique qui se connecte à votre microcontrôleur ou microprocesseur. Les protocoles de communication peuvent utiliser I2C (2 fils) ou SPI (3 fils). Assurez-vous que votre conception CanSat reflète le nombre correct de fils en fonction du protocole que vous avez choisi.
Éléments importants à prendre en compte lors du choix d'un capteur :
- Sensibilité : quelle est la variation minimale qui peut être mesurée par le capteur ?
- Temps de réponse : à quelle vitesse le capteur réagit-il à un environnement changeant ?
- Linéarité : la réponse est-elle linéaire (sur la plage requise pour les mesures) ?
- Plage : quelle est la valeur minimale/maximale qui peut être mesurée par le capteur ?
- Hystérésis : le capteur a-t-il la même sortie pour les mêmes conditions ambiantes ?
Il y a quelques considérations à prendre en compte lorsque vous décidez de la façon dont vous alimenterez votre CanSat :
- Quelle est la tension à fournir ?
- De quelle capacité de batterie avez-vous besoin (mAh) ?
- Quelle est la taille (physique) de la batterie ?
- Quel est le poids de la batterie ?
L'UBEC est un dispositif utilisé pour fournir la tension correcte à votre carte. Il est le plus souvent utilisé pour les microprocesseurs tels que le Raspberry Pi qui nécessite une tension de 5V. Vous pouvez donc utiliser une batterie de 9V et, grâce à l'UBEC, alimenter le Raspberry Pi. Microcontrôleurs
comme l'Arduino peuvent utiliser le jack d'entrée pour connecter leur alimentation 9V. Il est également possible d'utiliser les broches GPIO pour connecter votre alimentation.
Une banque d'énergie, telle qu'un chargeur de téléphone portable, est également une option appropriée. Il en existe de toutes les formes et de toutes les tailles, avec des capacités de batterie variables. Certains sont dotés d'une électronique "intelligente" qui ne fournit pas d'électricité si l'énergie consommée par l'appareil est faible. Bien que cela puisse être une fonction d'économie d'énergie utile, vous devrez vérifier ce que l'électronique considère comme "faible" et si cela convient à votre CanSat.
Les informations recueillies par CanSat doivent être envoyées à une station terrestre. Pour ce faire, nous devons examiner les composants que nous pouvons utiliser pour communiquer et la façon dont les composants électroniques communiquent.
Les émetteurs-récepteurs sans fil sont utilisés pour relayer les informations entre un CanSat et une station au sol. Ils fonctionnent par paires, de la même manière que les talkies-walkies que vous utilisiez peut-être lorsque vous étiez plus jeune (ou aujourd'hui !). 
Le satellite CanSat et la station terrestre sont tous deux équipés d'une antenne. L'antenne de CanSat transmet les informations et l'antenne de la station terrestre les reçoit. Afin d'éviter les perturbations et les interférences, chaque équipe participant à une compétition se voit attribuer sa propre fréquence. En fait, le mot émetteur-récepteur est une composition de deux mots - émission et réception, ce qui correspond exactement à ce que l'émetteur-récepteur peut faire.
Lorsqu'il s'agit de choisir un émetteur-récepteur, les critères les plus importants sont peut-être les fréquences de fonctionnement, la puissance requise et la taille physique des émetteurs-récepteurs. Bien entendu, il faut également tenir compte du coût des émetteurs-récepteurs. La conception d'un projet implique souvent un certain degré de compromis. Les composants parfaits pour chaque tâche ne sont pas nécessairement compatibles, pour une raison ou une autre.
L'un des choix les plus courants est l'APC220. Il est capable de communiquer sur une distance de 1000 m et fonctionne entre 418 MHz et 455 MHz. Une alternative populaire est le module LoRa (comme le RFM95). Ils offrent généralement une plus grande portée, jusqu'à 2000m, mais fonctionnent à des fréquences discrètes plutôt que sur une plage comme l'APC220.
Les parachutes sont un élément essentiel de toute mission CanSat. On pourrait pardonner le fait qu'ils soient souvent négligés, étant donné qu'il s'agit souvent de simples morceaux de tissu comparés à l'électronique complexe qui se trouve dans le CanSat, mais ce serait une grave erreur ! Sans un parachute bien conçu, votre CanSat pourrait ne pas avoir le temps d'atteindre ses objectifs scientifiques, ou pire encore, il pourrait s'écraser !
Le déploiement du parachute sera relativement violent, c'est pourquoi le tissu et les fibres que vous utilisez doivent être résistants. Tenez compte du fait que la force subie par le parachute (ainsi que la charge utile à laquelle il est attaché) peut être jusqu'à deux fois supérieure à la force agissant pendant la vitesse terminale !
Les types de parachutes les plus simples sont les parachutes circulaires plats et les parachutes sphériques. Le problème de ces modèles est qu'ils se remplissent d'air et basculent d'un côté pour laisser échapper de l'air. Parfois, un trou d'évacuation peut aider à stabiliser le parachute.
Une fois que vous avez choisi le design de votre parachute, il est essentiel de le tester. Bien que les équations puissent vous donner une idée de ce à quoi vous pouvez vous attendre, vous devez toujours
tester vos conceptions dans le monde réel. Des tests successifs vous permettront d'affiner la conception de votre parachute. Étudiez les effets de chaque aspect de votre parachute :
- Le matériel utilisé
- Comment il est fixé au CanSat
- La surface du parachute
- La façon dont le parachute est plié
Comment construire un cansat ?
Des supports tels que des ressources pédagogiques et des vidéos éducatives peuvent être consultés en cliquant sur le lien ci-dessous.
Exigences de CanSat
Le matériel et la mission CanSat doivent être conçus en fonction de ces exigences et contraintes :
Ces exigences peuvent varier d'un concours national à l'autre. Veillez à vérifier la liste complète des exigences auprès de votre Organisateur national.
Tous les composants du CanSat doivent tenir dans une canette de boisson gazeuse standard (115 mm de hauteur et 66 mm de diamètre), à l'exception du parachute. Les antennes radio et les antennes GPS peuvent être montées à l'extérieur sur le dessus ou le dessous de la boîte, selon la conception, mais pas sur les côtés.
Remarque : La zone de charge utile de la fusée dispose généralement de 4,5 cm d'espace par CanSat, le long de la dimension axiale de la boîte (c'est-à-dire la hauteur), qui doit accueillir tous les éléments externes, y compris le parachute, le matériel de fixation du parachute et toutes les antennes.
Les antennes, transducteurs et autres éléments du CanSat ne peuvent dépasser le diamètre de la canette tant que celle-ci n'a pas quitté le véhicule de lancement.
La masse du CanSat doit être comprise entre un minimum de 300 grammes et un maximum de 350 grammes. Les CanSats plus légers doivent emporter un lest supplémentaire pour atteindre la limite de masse minimale de 300 grammes.
Les explosifs, les détonateurs, les produits pyrotechniques et les matériaux inflammables ou dangereux sont strictement interdits. Tous les matériaux utilisés doivent être sans danger pour le personnel, l'équipement et l'environnement. En cas de doute de la part de l'ESA, des fiches de données de sécurité (MSDS) peuvent être demandées aux équipes.
Le CanSat doit être alimenté par une batterie et/ou des panneaux solaires. Les systèmes doivent pouvoir rester allumés pendant quatre heures continues.
La batterie doit être facilement accessible au cas où elle devrait être remplacée/rechargée.
Le CanSat doit avoir un interrupteur principal facilement accessible.
Il est recommandé d'inclure un système de positionnement pour la récupération (signal sonore, balise radio, GPS, etc.).
Le satellite CanSat doit être doté d'un système de récupération, comme un parachute, capable d'être réutilisé après le lancement. Il est recommandé d'utiliser un tissu de couleur vive, qui facilitera la récupération du CanSat après l'atterrissage.
La connexion du parachute doit pouvoir résister à une force de 50 N. La résistance du parachute doit être testée pour s'assurer que le système fonctionne de manière nominale. La résistance du parachute doit être testée pour s'assurer que le système fonctionne de manière nominale.
Pour des raisons de récupération, un temps de vol maximum de 120 secondes est recommandé. En cas de tentative d'atterrissage direct, un temps de vol maximal de 170 secondes est recommandé.
Une vitesse de descente comprise entre 8 et 11 m/s est recommandée pour des raisons de récupération. Cependant, la vitesse de descente du CanSat ne doit pas être inférieure à 5 m/s ou supérieure à 12 m/s pour des raisons de sécurité. De plus, le terrain d'aviation ou les conditions météorologiques peuvent déterminer d'autres restrictions obligatoires sur la vitesse.
Le CanSat doit pouvoir résister à une accélération allant jusqu'à 20 g.
Une exigence standard de CanSat est que le budget total du modèle final de CanSat soit de 500€ - cependant, ce montant peut varier d'un pays à l'autre, veuillez donc vérifier auprès de votre organisateur national. Les stations au sol (GS) et tout autre élément non volant connexe ne seront pas pris en compte dans le budget. Vous trouverez plus d'informations sur les pénalités prévues si les équipes dépassent le budget indiqué dans la section suivante. En cas de sponsoring, tous les articles sponsorisés doivent être spécifiés dans le budget avec les coûts réels correspondants sur le marché.
La fréquence attribuée doit être respectée par toutes les équipes participant à la campagne de lancement. La gamme des fréquences autorisées varie en fonction du pays où se déroule l'événement et sera communiquée en temps utile. Il est recommandé aux équipes de prêter attention à la conception du satellite CanSat en termes d'intégration matérielle et d'interconnexion, afin que la fréquence radio puisse être facilement modifiée si nécessaire.
Le satellite CanSat doit être prêt à voler dès son arrivée à la campagne de lancement.
