Bygging av CanSat
Under oppsyn av læreren/mentoren må alle lagene som deltar i CanSat, utføre teknisk arbeid på CanSat-satellittene sine ved hjelp av prosedyrene som brukes i den typiske livssyklusen til et ekte romprosjekt:
- Valg av oppdragsmål;
- Definisjon av tekniske krav som er nødvendige for å nå disse målene;
- Design av maskinvare og programvare;
- Rapportering;
- Design av bakkestasjon/bakketelekommunikasjonssystem;
- Integrering og testing av CanSat før den nasjonale lanseringskampanjen.
Grunnleggende komponenter
The CanSat er en flott måte å tilføre litt kunstnerisk bluss. Men all denforbløffende vitenskapen som skjer ved hjelp av teknologien på innsiden. CanSatdesignet ditt skal vise sensorene, elektronikk og kommunikasjonsmaskinvare som du skal bruke. Det finneset utvalg av kommersiell off-hyllevare (COTS) tilgjengelig, Derfor bør du designe din CanSat med tanke på dine spesifikke komponenter.
En mikrokontroller er som regel lettere og gir høyere tidsoppløsning i datainnsamlingen enn en mikroprosessor. Den krever en strømkilde og en inngang for å fungere. Den vanligste mikrokontrolleren som brukes, er en Arduino. Mikroprosessoren er en innebygd datamaskin, og i motsetning til mikrokontrolleren trenger den bare en strømkilde for å fungere. Den vanligste og rimeligste mikroprosessoren er Raspberry Pi.
Stifter på elektriske komponenter kan plasseres i terminalene på kortet. Sentralt er radene koblet sammen. Det betyr for eksempel at de to pinnene på en motstand skal plasseres i forskjellige rader, ellers vil den danne en lukket krets med seg selv. Det er svært viktig å lage en skisse av kretsen før du kobler til og setter strøm på kretsen, da du ellers risikerer å ødelegge komponentene. De ytre kolonnene på kortet er koblet sammen i kolonner i stedet for rader. Disse brukes vanligvis til jord- og spenningstilkoblinger for å redusere kompleksiteten i oppsettet.
Når du monterer den endelige versjonen av CanSat, må du bruke et vanlig loddebrett.
Analoge sensorer sender ut en spenning som må konverteres til et digitalt signal for at data skal kunne avleses. Raspberry Pi krever en analog-til-digital-omformer (ADC), mens Arduino har en innebygd ADC. Fordelen med den analoge sensoren er at den måler variabelen kontinuerlig.
Enkeltsensorkort bruker en digital kommunikasjonsprotokoll som kobles til mikrokontrolleren eller mikroprosessoren. Kommunikasjonsprotokollene kan bruke I2C (2 ledninger) eller SPI (3 ledninger). Sørg for at CanSat-designet gjenspeiler riktig antall ledninger avhengig av hvilken protokoll du har valgt.
Viktige hensyn ved valg av sensor:
- Følsomhet: Hva er den minste endringen som kan måles av sensoren?
- Responstid: Hvor raskt reagerer sensoren på endringer i omgivelsene?
- Linearitet: Er responsen lineær (over det området som kreves for målingene)?
- Rekkevidde: Hva er min/maks-verdien som kan måles av sensoren?
- Hysterese: Har sensoren samme utgangssignal under de samme omgivelsesforholdene?
Det er noen hensyn du må ta når du bestemmer deg for hvordan du vil drive CanSat:
- Hvilken spenning må du levere?
- Hvilken batterikapasitet trenger du (mAh)?
- Hvor stort (fysisk) kan batteriet være?
- Hvor tungt kan batteriet være?
UBEC er en enhet som brukes til å gi riktig spenning til kortet ditt. Den brukes oftest til mikroprosessorer som Raspberry Pi, som krever 5 V. Du kan derfor bruke et 9 V-batteri og via UBEC-enheten forsyne Raspberry Pi med strøm. Mikrokontrollere
som Arduino, kan bruke inngangskontakten til å koble til 9 V-strømforsyningen. Det er også mulig å bruke GPIO-pinnene til å koble til strømforsyningen.
En powerbank, for eksempel en bærbar mobillader, er også et godt alternativ. De finnes i alle former og størrelser og med varierende batterikapasitet. Noen har også "smart" elektronikk som ikke gir strøm hvis enheten bruker lite strøm. Selv om dette kan være en nyttig energisparingsfunksjon, må du undersøke hva elektronikken anser som "lavt" og om dette passer for din CanSat.
Informasjonen som CanSat samler inn, må sendes til en bakkestasjon. For å kunne gjøre dette må vi se på hvilke komponenter vi kan bruke til å kommunisere og hvordan elektronikken kommuniserer.
Trådløse transceivere brukes til å sende informasjon mellom CanSat og bakkestasjonen. De fungerer parvis, på samme måte som du kanskje brukte walkie-talkier da du var yngre (eller nå!). 
Både CanSat og bakkestasjonen er utstyrt med en antenne. CanSat-antennen sender informasjon og bakkestasjonens antenne mottar den. For å unngå forstyrrelser og interferens får hvert lag i en konkurranse sin egen frekvens. Ordet transceiver er egentlig en sammensetning av to ord - sende og motta, og det er nettopp det transceiveren kan gjøre.
Når du skal velge transceiver, er kanskje de viktigste kriteriene driftsfrekvenser, effektbehov og transceivernes fysiske størrelse. Du må selvfølgelig også ta hensyn til prisen på transceiverne. Å designe et prosjekt innebærer ofte en viss grad av kompromisser. De perfekte komponentene for hver enkelt oppgave er ikke nødvendigvis kompatible, av en eller annen grunn.
Et av de vanligste valgene er APC220. Den kan kommunisere over en avstand på 1000 m og opererer mellom 418 MHz og 455 MHz. Et populært alternativ er en LoRa-modul (som RFM95). De har som regel en større rekkevidde, opptil 2000 m, men opererer på diskrete frekvenser i stedet for over en rekkevidde som APC220.
Fallskjermer er en viktig del av ethvert CanSat-oppdrag. Det er kanskje tilgivelig at de ofte blir oversett, siden de ofte er enkle stoffbiter sammenlignet med den komplekse elektronikken i CanSat, men det ville være en stor feil! Uten en velkonstruert fallskjerm kan det hende at CanSat-satellitten ikke rekker å fullføre sine vitenskapelige mål, eller enda verre - den kan krasjlande!
Utløsningen av fallskjermen vil være relativt voldsom, så stoffet og fibrene du bruker, må være sterke. Vær oppmerksom på at kraften som fallskjermen utsettes for (og også nyttelasten den er festet til), kan være så høy som det dobbelte av kraften som virker under terminalhastigheten!
De enkleste typene fallskjermer er flate, sirkulære ark og sfæriske fallskjermer. Problemet med disse konstruksjonene er at de fylles med luft og vipper til den ene siden slik at luften renner ut. Noen ganger kan et spillhull bidra til å stabilisere fallskjermen.
Når du har bestemt deg for hvordan fallskjermen din skal se ut, er det viktig at du tester den. Selv om ligningene kan gi deg en pekepinn på hva du kan forvente, bør du alltid
teste designene dine i den virkelige verden. Etter hvert som du gjennomfører flere tester, kan du forbedre fallskjermdesignet. Undersøk effektene av alle aspekter av fallskjermen, dette bør omfatte:
- Materialet som brukes
- Hvordan den er festet til CanSat
- Fallskjermens areal
- Måten fallskjermen er brettet på
Hvordan bygge en cansat?
Støttemateriell som klasseromsressurser og undervisningsvideoer finner du via lenken nedenfor.
CanSat-krav
CanSat-maskinvaren og -oppdraget må utformes i henhold til disse kravene og begrensningene:
Disse kan variere fra konkurranse til konkurranse. Sørg for å sjekke den fullstendige listen over krav sammen med din nasjonale Nasjonal arrangør.
Alle komponentene i CanSat må få plass i en standard brusboks (115 mm høyde og 66 mm diameter), med unntak av fallskjermen. Radioantenner og GPS-antenner kan monteres utvendig på toppen eller bunnen av boksen, avhengig av design, men ikke på sidene.
Merk: Rakettens nyttelastområde har vanligvis 4,5 cm plass per CanSat tilgjengelig langs boksens aksiale dimensjon (dvs. høyde), som må romme alle eksterne elementer, inkludert: fallskjerm, fallskjermfesteutstyr og eventuelle antenner.
Antenner, svingere og andre elementer i CanSat kan ikke strekke seg utover boksens diameter før den har forlatt bæreraketten.
CanSat-massen må være mellom minimum 300 gram og maksimum 350 gram. CanSat-satellitter som er lettere, må ta med seg ekstra ballast for å komme opp i den påkrevde minimumsgrensen på 300 gram.
Eksplosiver, detonatorer, pyroteknikk og brennbare eller farlige materialer er strengt forbudt. Alle materialer som brukes, må være trygge for personell, utstyr og miljø. I tvilstilfeller kan ESA be om sikkerhetsdatablad (MSDS) fra teamene.
CanSat må drives av et batteri og/eller solcellepaneler. Systemene må kunne være påslått i fire timer sammenhengende.
Batteriet må være lett tilgjengelig i tilfelle det må skiftes ut/lades.
CanSat må ha en lett tilgjengelig hovedstrømbryter.
Det anbefales å inkludere et posisjoneringssystem for gjenfinning (personsøker, radiofyr, GPS osv.).
CanSat bør ha et gjenvinningssystem, for eksempel en fallskjerm, som kan gjenbrukes etter oppskyting. Det anbefales å bruke stoff i lyse farger, noe som vil gjøre det lettere å gjenfinne CanSat etter landing.
Fallskjermforbindelsen må tåle en kraft på opptil 50 N. Fallskjermens styrke må testes for å sikre at systemet fungerer nominelt.
Av gjenopprettingshensyn anbefales en maksimal flytid på 120 sekunder. Ved forsøk på en rettet landing anbefales en maksimal flytid på 170 sekunder.
En nedstigningshastighet på mellom 8 og 11 m/s anbefales av hensyn til gjenoppretting. Av sikkerhetsgrunner må CanSats nedstigningshastighet imidlertid ikke være lavere enn 5 m/s eller høyere enn 12 m/s. I tillegg kan flyplassen eller værforholdene bestemme ytterligere obligatoriske begrensninger på hastigheten.
CanSat må kunne tåle en akselerasjon på opptil 20 g.
Et standard CanSat-krav er at totalbudsjettet for den endelige CanSat-modellen skal være 500 euro - dette beløpet kan imidlertid variere fra land til land, så sjekk med din nasjonale arrangør. Bakkestasjoner (GS) og andre relaterte ikke-flygende elementer vil ikke bli tatt med i budsjettet. Mer informasjon om sanksjoner i tilfelle lagene overskrider det oppgitte budsjettet, finner du i neste avsnitt. Ved sponsing skal alle sponsede gjenstander spesifiseres i budsjettet med de faktiske tilsvarende kostnadene på markedet.
Den tildelte frekvensen må respekteres av alle lagene i lanseringskampanjen. Utvalget av tillatte frekvenser endres avhengig av hvilket land arrangementet arrangeres i, og vil bli kommunisert i god tid. Det anbefales at lagene tar hensyn til utformingen av CanSat når det gjelder maskinvareintegrasjon og sammenkobling, slik at radiofrekvensen enkelt kan endres ved behov.
CanSat må være flyklar ved ankomst til oppskytingskampanjen.
