CanSat būvēšana
Visām komandām, kas piedalās CanSat projektā, skolotāja/ mentora vadībā būs jāveic tehniskais darbs pie sava CanSat, piemērojot procedūras, kas tiek izmantotas reāla kosmosa projekta tipiskā dzīves ciklā, proti:
- Misijas mērķu izvēle;
- Šo mērķu sasniegšanai nepieciešamo tehnisko prasību noteikšana;
- Aparatūras un programmatūras projektēšana;
- Ziņošana;
- Zemes stacijas/zemes telekomunikāciju sistēmas projektēšana;
- CanSat integrācija un testēšana pirms nacionālās palaišanas kampaņas.
Pamatkomponenti
The CanSatCanSat korpusa dizains ir lielisks veids, kā piešķirt māksliniecisku noformējumu. Tomēr visa šībrīnišķīgā zinātne notiek, izmantojot iekšpusē esošo tehnoloģiju. Jūsu CanSat dizainā jāparāda sensori, elektronika un sakaru aparatūra, ko izmantosiet. Ir irdažādas Cokomerciālas Of-The-Shelf (COTS) pieejamā aparatūra, tāpēc jums jāprojektē savs CanSat, ņemot vērā jūsu specifiskās sastāvdaļas.
Mikrokontrolleru izmantošana parasti ir vieglāka un ļauj iegūt datus ar lielāku laika izšķirtspēju nekā mikroprocesors. Lai tas darbotos, ir nepieciešams strāvas avots un ieejas signāls. Visbiežāk izmantotais mikrokontrolieris ir Arduino. Mikroprocesors ir iebūvēts dators, un atšķirībā no mikrokontroliera tā darbībai nepieciešams tikai barošanas avots. Visizplatītākais mikroprocesors par pieņemamu cenu ir Raspberry Pi.
Elektrisko komponentu tapas var ievietot plates spailēs. Centrāli ir savienotas rindas. Tas nozīmē, ka, piemēram, rezistora divi kontakti jānovieto dažādās rindās, citādi tas ar sevi veidos noslēgtu ķēdi. Ļoti svarīgi ir pirms shēmas savienošanas un barošanas veikšanas izveidot shēmas skici, jo pastāv risks, ka komponenti tiks salauzti. Plātnes ārējās kolonnas ir savienotas kolonnās, nevis rindās. Parasti tās tiek izmantotas, lai nodrošinātu zemējuma un sprieguma savienojumus, tādējādi samazinot uzstādīšanas sarežģītību.
Kad jūs montēsiet CanSat galīgo versiju, jums būs jāizmanto tipiska lodēšanas plate.
Analogo sensoru izejas signāls ir spriegums, kas jākonvertē ciparu signālā, lai nolasītu datus. Raspberry Pi ir nepieciešams analogo-digitālais pārveidotājs (ADC), savukārt Arduino tas ir iebūvēts. Analogā sensora priekšrocība ir tā, ka tas nepārtraukti mēra mainīgo lielumu.
Atsevišķu sensoru plates izmanto digitālo sakaru protokolu, kas savienojas ar mikrokontrolieri vai mikroprocesoru. Saziņas protokolos var izmantot I2C (2 vadi) vai SPI (3 vadi). Pārliecinieties, ka jūsu CanSat projektā ir norādīts pareizais vadu skaits atkarībā no izvēlētā protokola.
Svarīgi apsvērumi, izvēloties sensoru:
- Jutība: kādas ir minimālās izmaiņas, ko sensors var izmērīt?
- Reakcijas laiks: cik ātri sensors reaģē uz vides izmaiņām?
- Linearitāte: vai reakcija ir lineāra (mērījumiem nepieciešamajā diapazonā)?
- Diapazons: kāda ir minimālā/ maksimālā vērtība, ko var izmērīt ar sensoru?
- Histereze: vai sensora izejas signāls ir vienāds vienādos apkārtējās vides apstākļos?
Pieņemot lēmumu par to, kā darbināt savu CanSat, ir daži apsvērumi, kas jums ir jāņem vērā:
- Kāds spriegums jums ir nepieciešams?
- Kāda akumulatora jauda (mAh) jums ir nepieciešama?
- Cik liels (fiziski) var būt akumulators?
- Cik smags var būt akumulators?
UBEC ir ierīce, ko izmanto, lai nodrošinātu pareizu spriegumu jūsu platē. To visbiežāk izmanto mikroprocesoriem, piemēram, Raspberry Pi, kam nepieciešams 5 V spriegums, tāpēc jūs varat izmantot 9 V akumulatoru un, izmantojot UBEC, darbināt Raspberry Pi. Mikrokontrolieri
piemēram, Arduino, var izmantot ieejas ligzdu, lai pieslēgtu 9 V barošanas avotu. Ir iespējams arī izmantot GPIO kontaktus, lai pieslēgtu barošanas avotu.
Piemērota izvēle ir arī enerģijas banka, piemēram, portatīvais mobilā tālruņa lādētājs. Tām ir dažādas formas un izmēri, kā arī dažāda akumulatora ietilpība. Dažām ir arī "viedā" elektronika, kas nepiegādā enerģiju, ja ierīces izmantotā jauda ir zema. Lai gan tā varētu būt noderīga enerģijas taupīšanas funkcija, jums būs jāizpēta, ko elektronika uzskata par "zemu" un vai tas ir piemērots jūsu CanSat.
Informācija, ko apkopo CanSat, jānosūta uz zemes staciju. Lai to varētu izdarīt, mums ir jāapskata, kādas sastāvdaļas varam izmantot saziņai un kā elektronika sazinās.
Informācijas pārraidei starp CanSat un zemes staciju tiek izmantoti bezvadu raidītāji. Tie darbojas pa pāriem, līdzīgi kā jūs, iespējams, jaunībā (vai tagad!) izmantojat pārraides ratiņus. 
Gan CanSat, gan zemes stacija ir aprīkotas ar antenu. CanSat antena pārraida informāciju, bet zemes stacijas antena to uztver. Lai izvairītos no traucējumiem un interferences, katrai sacensību komandai tiek piešķirta sava frekvence. Patiesībā vārds "raiduztvērējs" ir divu vārdu - raidīt un uztvert - kompozīcija, kas ir tieši tas, ko raiduztvērējs var darīt.
Izvēloties raiduztvērēju, iespējams, vissvarīgākie kritēriji ir darba frekvences, nepieciešamā jauda un raiduztvērēju fiziskais izmērs. Protams, jāņem vērā arī raiduztvērēju izmaksas. Projekta izstrāde bieži vien ir saistīta ar zināmu kompromisu. Ne vienmēr katram darbam ideāli piemēroti komponenti viena vai otra iemesla dēļ ir saderīgi.
Viens no visbiežāk izmantotajiem modeļiem ir APC220. Tas spēj sazināties 1000 m attālumā un darbojas diapazonā no 418 MHz līdz 455 MHz. Populāra alternatīva ir LoRa modulis (piemēram, RFM95). Parasti tie nodrošina lielāku darbības diapazonu - līdz 2000 m, bet darbojas diskrētās frekvencēs, nevis diapazonā kā APC220.
Izpletņi ir būtiska jebkuras CanSat misijas sastāvdaļa. Varētu piedot, ka tos bieži vien aizmirst, ņemot vērā, ka tie bieži vien ir vienkārši auduma gabali salīdzinājumā ar sarežģīto elektroniku, kas atrodas CanSat iekšienē, bet tā būtu liela kļūda! Bez labi izstrādāta izpletņa jūsu CanSat var nepaspēt izpildīt savus zinātniskos mērķus vai, vēl ļaunāk, tas var avarēt!
Izpletņa izpletņlēcējs izpletīsies salīdzinoši spēcīgi, tāpēc izmantotajam audumam un šķiedrām jābūt izturīgām. Ņemiet vērā, ka izpletņa (un arī lietderīgās slodzes, pie kuras tas ir piestiprināts) iedarbības spēks var būt pat divreiz lielāks par spēku, kas darbojas termināla ātruma laikā!
Vienkāršākie izpletņu veidi ir plakana apaļa loksne un sfēriskie izpletņi. Šo konstrukciju problēma ir tā, ka tie piepildās ar gaisu un noliecas uz vienu pusi, izplūstot gaisam. Dažreiz izpletni stabilizēt var palīdzēt izplūdes caurums.
Kad esat izvēlējies izpletņa dizainu, ir ļoti svarīgi to pārbaudīt. Lai gan vienādojumi var sniegt jums priekšstatu par to, ko sagaidīt, jums vienmēr vajadzētu
pārbaudiet savus projektus reālajā pasaulē. Veicot secīgus testus, jūs varat pilnveidot izpletņa konstrukciju. Izpētiet katra izpletņa aspekta ietekmi, tostarp:
- Izmantotais materiāls
- Kā tas ir savienots ar CanSat
- Izpletņa laukums
- Izpletņa locīšanas veids
Kā izveidot cansat?
Palīgmateriālus, piemēram, klases resursus un izglītojošus videoklipus, var apskatīt, izmantojot tālāk norādīto saiti.
CanSat prasības
CanSat aparatūra un misija jāprojektē, ievērojot šīs prasības un ierobežojumus:
Tie var atšķirties atkarībā no valsts konkursa. Pārliecinieties, ka esat pārbaudījis pilnu prasību sarakstu savā Nacionālais organizators.
Visām CanSat sastāvdaļām, izņemot izpletni, ir jāiekļaujas standarta bezalkoholisko dzērienu bundžā (115 mm augstumā un 66 mm diametrā). Radioantenas un GPS antenas atkarībā no konstrukcijas var uzstādīt no ārpuses uz kārbas augšdaļas vai apakšdaļas, bet ne uz sāniem.
Piezīme: Katram CanSat raķetes derīgās kravas laukumā parasti ir pieejami 4,5 cm telpas gar kannas aksiālo dimensiju (t. i., augstumu), kurā jāiekļauj visi ārējie elementi, tostarp: izpletnis, izpletņa stiprinājuma aparatūra un visas antenas.
CanSat antenas, devēji un citi elementi nevar izstiepties ārpus kārbas diametra, kamēr tā nav atstāta nesējraķetē.
CanSat masai jābūt no vismaz 300 gramiem līdz maksimāli 350 gramiem. Vieglākiem CanSat jāņem līdzi papildu balasts, lai sasniegtu 300 gramu minimālo nepieciešamo masas robežu.
Sprāgstvielas, detonatori, pirotehnika un viegli uzliesmojoši vai bīstami materiāli ir stingri aizliegti. Visiem izmantotajiem materiāliem jābūt drošiem personālam, iekārtām un videi. Ja ESA rodas šaubas, no komandām var pieprasīt materiālu drošības datu lapas (MSDS).
CanSat ir jāgādā ar akumulatoru un/vai saules baterijām. Sistēmām jābūt iespējai palikt ieslēgtām nepārtraukti četras stundas.
Akumulatoram jābūt viegli pieejamam, ja tas ir jānomaina/uzlādē.
CanSat jābūt viegli pieejamam galvenajam barošanas slēdžam.
Ieteicams izmantot atrašanās vietas noteikšanas sistēmu (skaņas signāls, radio bāka, GPS u. c.).
CanSat jābūt aprīkotam ar atgūšanas sistēmu, piemēram, izpletni, ko pēc palaišanas var izmantot atkārtoti. Ieteicams izmantot spilgtas krāsas audumu, kas atvieglos CanSat atgūšanu pēc nolaišanās.
Izpletņa savienojumam jāiztur līdz 50 N spēka. Izpletņa izturība ir jāpārbauda, lai nodrošinātu, ka sistēma darbosies nomināli.
Atjaunošanas nolūkos maksimālais lidojuma ilgums ir 120 sekundes. Ja tiek mēģināts veikt mērķtiecīgu nosēšanos, tad ieteicams maksimālais lidojuma laiks ir 170 sekundes.
Atjaunošanās nolūkos ir ieteicams nolaišanās ātrums no 8 līdz 11 m/s. Tomēr drošības apsvērumu dēļ CanSat nolaišanās ātrums nedrīkst būt mazāks par 5 m/s vai lielāks par 12 m/s. Turklāt lidlauks vai laika apstākļi var noteikt papildu obligātos ātruma ierobežojumus.
CanSat jāspēj izturēt līdz 20 g paātrinājumu.
Standarta CanSat prasība ir tāda, ka kopējais gala CanSat modeļa budžets ir 500 € - tomēr katrā valstī šī summa var atšķirties, tāpēc, lūdzu, konsultējieties ar savu valsts organizatoru. Uz zemes izvietotās stacijas (GS) un citi ar lidojumiem nesaistīti priekšmeti netiks ņemti vērā budžetā. Sīkāka informācija par sodiem gadījumā, ja komandas pārsniedz norādīto budžetu, ir atrodama nākamajā sadaļā. Sponsorēšanas gadījumā visi sponsorētie priekšmeti jānorāda budžetā, norādot faktiskās atbilstošās izmaksas tirgū.
Visām palaišanas kampaņas komandām ir jāievēro piešķirtais biežums. Atļauto frekvenču diapazons mainās atkarībā no valsts, kurā tiek rīkots pasākums, un par to tiks paziņots savlaicīgi. Komandām ieteicams pievērst uzmanību CanSat konstrukcijai aparatūras integrācijas un savstarpējā savienojuma ziņā, lai vajadzības gadījumā radio frekvenci varētu viegli mainīt.
CanSat jābūt gatavam lidojumam, ierodoties palaišanas kampaņā.
