Costruire il vostro CanSat
Sotto la supervisione del loro insegnante/mentore, tutti i team che partecipano a CanSat dovranno svolgere lavori tecnici sui loro CanSat, applicando le procedure utilizzate nel tipico ciclo di vita di un vero progetto spaziale, che sono:
- Selezione degli obiettivi della missione;
- Definizione dei requisiti tecnici necessari per raggiungere questi obiettivi;
- Progettazione di hardware e software;
- Segnalazione;
- Progettazione del sistema di telecomunicazione stazione di terra/terra;
- Integrazione e test del CanSat prima della campagna di lancio nazionale
Componenti di base
Il CanSatil design dell'involucro è un ottimo modoper aggiungere un tocco artistico. Tuttavia, tutta questascienza sorprendente sta accadendo utilizzando la tecnologia interna. Il vostro CanSatprogetto dovrebbe mostrare i sensori, elettronica e l'hardware di comunicazione che si utilizzerà. Esisteuna varietà di prodotti Comerciali Off-disponibile (COTS), Pertanto, è necessario progettare il proprio CanSat con in mente i propri componenti specifici.
L'uso di un microcontrollore tende a essere più leggero e a consentire una maggiore risoluzione temporale nella raccolta dei dati rispetto a un microprocessore. Per funzionare richiede una fonte di alimentazione e un ingresso. Il microcontrollore più comunemente utilizzato è Arduino. Il microprocessore è un computer di bordo e, a differenza del microcontrollore, richiede solo una fonte di alimentazione per funzionare. Il microprocessore più comune ed economico è il Raspberry Pi.
I pin dei componenti elettrici possono essere inseriti nei morsetti della scheda. Al centro, le file sono collegate. Ciò significa, ad esempio, che i due pin di un resistore devono essere collocati in file diverse, altrimenti formerà un circuito chiuso con se stesso. È molto importante fare uno schizzo del circuito prima di collegarlo e alimentarlo, perché si rischia di rompere i componenti. Le colonne esterne della scheda sono collegate in colonne, anziché in file. In genere, vengono utilizzate per fornire connessioni di terra e di tensione per ridurre la complessità della configurazione.
Quando si assembla la versione finale del CanSat, è necessario utilizzare una tipica breadboard a saldare.
I sensori analogici emettono una tensione che deve essere convertita in un segnale digitale per poter leggere i dati. Il Raspberry Pi richiede un convertitore analogico-digitale (ADC), mentre Arduino ne ha uno incorporato. Il vantaggio del sensore analogico è che misura in modo continuo la variabile
Le schede a sensore singolo utilizzano un protocollo di comunicazione digitale che si collega al microcontrollore o al microprocessore. I protocolli di comunicazione possono utilizzare I2C (2 fili) o SPI (3 fili). Assicuratevi che il vostro progetto CanSat rifletta il numero corretto di fili a seconda del protocollo scelto.
Considerazioni importanti per la scelta del sensore:
- Sensibilità: qual è la variazione minima che può essere misurata dal sensore?
- Tempo di risposta: con quale velocità il sensore risponde a un ambiente che cambia?
- Linearità: la risposta è lineare (nell'intervallo richiesto per le misurazioni)?
- Intervallo: qual è il valore minimo/massimo che può essere misurato dal sensore?
- Isteresi: il sensore ha la stessa uscita a parità di condizioni ambientali?
Ci sono alcune considerazioni da fare quando si decide come alimentare il CanSat:
- Quale tensione è necessario fornire?
- Di quale capacità di batteria avete bisogno (mAh)?
- Quanto può essere grande (fisicamente) la batteria?
- Quanto può essere pesante la batteria?
L'UBEC è un dispositivo utilizzato per fornire la tensione corretta alla scheda. È più comunemente usato per microprocessori come il Raspberry Pi, che richiede 5 V. È quindi possibile utilizzare una batteria da 9 V e, tramite l'UBEC, alimentare il Raspberry Pi. Microcontrollori
come Arduino sono in grado di utilizzare il jack di ingresso per collegare l'alimentazione a 9V. È anche possibile utilizzare i pin GPIO per collegare l'alimentazione.
Anche un power bank, come un caricatore portatile per telefoni cellulari, è un'opzione adatta. Sono disponibili in tutte le forme e dimensioni e con diverse capacità della batteria. Alcuni sono dotati di componenti elettronici "intelligenti" che non forniscono energia se la potenza utilizzata dal dispositivo è bassa. Sebbene questa possa essere un'utile funzione di risparmio energetico, dovrete verificare cosa l'elettronica considera "basso" e se questo è adatto al vostro CanSat.
Le informazioni raccolte dal CanSat devono essere inviate a una stazione di terra. Per poterlo fare, dobbiamo esaminare i componenti che possiamo utilizzare per comunicare e il modo in cui l'elettronica comunica.
I ricetrasmettitori wireless sono utilizzati per trasmettere informazioni tra un CanSat e la stazione di terra. Funzionano in coppia, in modo simile a come si usavano i walkie-talkie quando si era più giovani (o adesso!). 
Sia il CanSat che la stazione di terra sono dotati di un'antenna. L'antenna del CanSat trasmette le informazioni e l'antenna della stazione a terra le riceve. Per evitare disturbi e interferenze, a ogni squadra in gara viene assegnata una propria frequenza. In realtà, la parola ricetrasmettitore è una composizione di due parole - trasmettere e ricevere, esattamente ciò che il ricetrasmettitore può fare.
Quando si tratta di scegliere un ricetrasmettitore, i criteri più importanti sono forse le frequenze operative, la potenza richiesta e le dimensioni fisiche dei ricetrasmettitori. Naturalmente, è necessario considerare anche il costo dei ricetrasmettitori. La progettazione di un progetto comporta spesso un certo grado di compromesso. I componenti perfetti per ogni lavoro non sono necessariamente compatibili, per un motivo o per l'altro.
Una delle scelte più comuni è l'APC220. È in grado di comunicare su una distanza di 1000 m e opera tra 418 MHz e 455 MHz. Un'alternativa popolare è un modulo LoRa (come l'RFM95). In genere offrono una portata maggiore, fino a 2000 m, ma funzionano a frequenze discrete anziché su una gamma come l'APC220.
I paracadute sono una parte vitale di qualsiasi missione CanSat. Si potrebbe perdonare il fatto che vengano spesso trascurati, dato che spesso sono semplici pezzi di tessuto rispetto alla complessa elettronica che si trova all'interno del CanSat, ma questo sarebbe un grosso errore! Senza un paracadute ben progettato, il vostro CanSat potrebbe non avere il tempo di completare i suoi obiettivi scientifici o, peggio ancora, potrebbe precipitare!
Il lancio del paracadute sarà relativamente violento, quindi il tessuto e le fibre utilizzate devono essere resistenti. Tenete conto che la forza esercitata dal paracadute (e anche dal carico utile a cui è agganciato) può essere pari al doppio della forza che agisce durante la velocità terminale!
I tipi più semplici di paracadute sono la lastra circolare piatta e il paracadute sferico. Il problema di questi modelli è che si riempiono d'aria e si inclinano su un lato per far fuoriuscire l'aria. A volte un foro di fuoriuscita può aiutare a stabilizzare il paracadute.
Una volta deciso il progetto del paracadute, è fondamentale testarlo. Sebbene le equazioni possano darvi un'idea di cosa aspettarvi, dovreste sempre
testate i vostri progetti nel mondo reale. Con prove successive è possibile perfezionare il progetto del paracadute. Studiate gli effetti di ogni aspetto del vostro paracadute:
- Il materiale utilizzato
- Come è collegato al CanSat
- L'area del paracadute
- Il modo in cui il paracadute viene ripiegato
Come costruire un cansat?
I materiali di supporto, come le risorse per la classe e i video didattici, sono disponibili al link sottostante.
Requisiti di CanSat
L'hardware e la missione del CanSat devono essere progettati in base a questi requisiti e vincoli:
I requisiti possono variare a seconda della competizione nazionale. Assicuratevi di controllare l'elenco completo dei requisiti con il vostro Organizzatore nazionale.
Tutti i componenti del CanSat devono rientrare in una lattina standard per bibite (115 mm di altezza e 66 mm di diametro), ad eccezione del paracadute. Le antenne radio e le antenne GPS possono essere montate esternamente sulla parte superiore o inferiore della lattina, a seconda del progetto, ma non sui lati.
Nota: L'area del carico utile del razzo ha solitamente a disposizione 4,5 cm di spazio per ogni CanSat, lungo la dimensione assiale della lattina (cioè l'altezza), che deve ospitare tutti gli elementi esterni, tra cui: il paracadute, l'hardware di fissaggio del paracadute ed eventuali antenne.
Le antenne, i trasduttori e gli altri elementi del CanSat non possono estendersi oltre il diametro della lattina finché non ha lasciato il veicolo di lancio.
La massa del CanSat deve essere compresa tra un minimo di 300 grammi e un massimo di 350 grammi. I CanSat più leggeri devono portare con sé una zavorra aggiuntiva per raggiungere il limite minimo di 300 grammi di massa richiesto.
Sono severamente vietati gli esplosivi, i detonatori, i prodotti pirotecnici e i materiali infiammabili o pericolosi. Tutti i materiali utilizzati devono essere sicuri per il personale, le attrezzature e l'ambiente. In caso di dubbi da parte dell'ESA, le schede di sicurezza dei materiali (MSDS) possono essere richieste alle squadre.
Il CanSat deve essere alimentato da una batteria e/o da pannelli solari. I sistemi devono poter rimanere accesi per quattro ore continuative.
La batteria deve essere facilmente accessibile in caso di sostituzione/ricarica.
Il CanSat deve avere un interruttore generale facilmente accessibile.
Si raccomanda l'inclusione di un sistema di posizionamento per il recupero (segnalatore acustico, radiofaro, GPS, ecc.).
Il CanSat deve avere un sistema di recupero, come un paracadute, in grado di essere riutilizzato dopo il lancio. Si raccomanda di utilizzare un tessuto dai colori vivaci, che faciliterà il recupero del CanSat dopo l'atterraggio.
Il collegamento del paracadute deve essere in grado di sopportare una forza massima di 50 N. La resistenza del paracadute deve essere testata per garantire il funzionamento nominale del sistema.
Per motivi di recupero, si raccomanda un tempo di volo massimo di 120 secondi. Se si tenta un atterraggio diretto, si raccomanda un tempo di volo massimo di 170 secondi.
Per motivi di recupero si raccomanda una velocità di discesa compresa tra 8 e 11 m/s. Tuttavia, la velocità di discesa del CanSat non deve essere inferiore a 5 m/s o superiore a 12 m/s per motivi di sicurezza. Inoltre, il campo di volo o le condizioni meteorologiche potrebbero determinare ulteriori restrizioni obbligatorie sulla velocità.
Il CanSat deve essere in grado di sopportare un'accelerazione fino a 20 g.
Un requisito standard di CanSat è che il budget totale del modello CanSat finale sia di 500€ - tuttavia, questo importo può variare da Paese a Paese, quindi si prega di verificare con il proprio organizzatore nazionale. Le stazioni di terra (GS) e qualsiasi altro elemento non volante non saranno considerati nel budget. Ulteriori informazioni sulle sanzioni previste nel caso in cui le squadre superino il budget stabilito sono riportate nella sezione successiva. In caso di sponsorizzazione, tutti gli articoli sponsorizzati devono essere specificati nel budget con i costi effettivi corrispondenti sul mercato.
La frequenza assegnata deve essere rispettata da tutte le squadre della Campagna di lancio. La gamma di frequenze consentite cambia a seconda del Paese in cui si svolge l'evento e sarà comunicata a tempo debito. Si raccomanda alle squadre di prestare attenzione alla progettazione del CanSat in termini di integrazione hardware e interconnessione, in modo che la frequenza radio possa essere facilmente modificata se necessario.
Il CanSat deve essere pronto per il volo all'arrivo alla campagna di lancio.
