Uw CanSat bouwen
Onder toezicht van hun leraar/mentor moeten alle teams die deelnemen aan CanSat technisch werk uitvoeren aan hun CanSats, waarbij ze de procedures moeten toepassen die worden gebruikt in de typische levenscyclus van een echt ruimteproject:
- Selectie van missiedoelen;
- Definitie van technische vereisten die nodig zijn om deze doelstellingen te bereiken;
- Ontwerp van hardware en software;
- Rapportage;
- Ontwerp van grondstation/grondtelecommunicatiesysteem;
- Integratie en testen van de CanSat vóór de nationale lanceercampagne
Basiscomponenten
De CanSat behuizingontwerp is een geweldige manier om wat artistieke flair toe te voegen. Maar allee verbazingwekkende wetenschap gebeurt met behulp van de technologie binnenin. Uw CanSat Het ontwerp moet de sensoren tonen, elektronica en communicatiehardware die je gaat gebruiken. Er is een verscheidenheid aan Commercieel Off-The-Shelf (COTS) hardware beschikbaar, daarom moet u uw CeenZat met uw specifieke onderdelen in gedachten.
Het gebruik van een microcontroller is meestal lichter en maakt een hogere tijdresolutie van gegevensverzameling mogelijk dan een microprocessor. Hij heeft een voedingsbron en een ingang nodig om te kunnen werken. De meest gebruikte microcontroller is een Arduino. De microprocessor is een boordcomputer en heeft in tegenstelling tot de microcontroller alleen een voedingsbron nodig om te werken. De meest gebruikte en betaalbare microprocessor is de Raspberry Pi.
Pinnen van elektrische componenten kunnen in de aansluitingen op het bord worden geplaatst. Centraal zijn de rijen verbonden. Dit betekent bijvoorbeeld dat de twee pinnen van een weerstand in verschillende rijen moeten worden geplaatst, anders vormt hij een gesloten circuit met zichzelf. Het is erg belangrijk om een schets te maken van je schakeling voordat je deze aansluit en van stroom voorziet, omdat je dan het risico loopt dat de componenten breken. De buitenste kolommen van het bord zijn aangesloten in kolommen, in plaats van rijen. Gewoonlijk worden deze gebruikt om massa en spanning aan te sluiten om de complexiteit van de opstelling te verminderen.
Wanneer je de uiteindelijke versie van je CanSat in elkaar zet, zul je een typisch soldeer breadboard moeten gebruiken.
Analoge sensoren geven een spanning af die omgezet moet worden naar een digitaal signaal om gegevens te kunnen lezen. De Raspberry Pi heeft een analoog-digitaalomzetter (ADC) nodig, terwijl de Arduino er een heeft ingebouwd. Het voordeel van de analoge sensor is dat deze continu de variabele meet.
Enkele sensorborden gebruiken een digitaal communicatieprotocol dat verbinding maakt met je microcontroller of microprocessor. De communicatieprotocollen kunnen I2C (2 draden) of SPI (3 draden) gebruiken. Zorg ervoor dat je CanSat ontwerp het juiste aantal draden weergeeft, afhankelijk van het protocol dat je gekozen hebt.
Belangrijke overwegingen bij het kiezen van een sensor:
- Gevoeligheid: wat is de minimale verandering die door de sensor kan worden gemeten?
- Reactietijd: hoe snel reageert de sensor op een veranderende omgeving?
- Lineariteit: is de respons lineair (over het bereik dat nodig is voor metingen)?
- Bereik: wat is de min/max-waarde die door de sensor kan worden gemeten?
- Hysterese: heeft de sensor dezelfde uitgang bij dezelfde omgevingscondities?
Er zijn een paar overwegingen die je moet maken wanneer je beslist hoe je je CanSat van stroom gaat voorzien:
- Welk voltage moet je leveren?
- Welke batterijcapaciteit heb je nodig (mAh)?
- Hoe groot (fysiek) kan de batterij zijn?
- Hoe zwaar kan de batterij zijn?
De UBEC is een apparaat dat wordt gebruikt om de juiste spanning op je bord aan te sluiten. Hij wordt meestal gebruikt voor microprocessoren zoals de Raspberry Pi die 5V nodig hebben. Daarom kun je een 9V-batterij gebruiken en via de UBEC de Raspberry Pi van stroom voorzien. Microcontrollers
zoals de Arduino kunnen de ingangsaansluiting gebruiken om je 9V-voeding aan te sluiten. Het is ook mogelijk om de GPIO-pinnen te gebruiken om je voeding aan te sluiten.
Een powerbank, zoals een draagbare oplader voor je mobiele telefoon, is ook een geschikte optie. Ze zijn er in alle soorten en maten, en met verschillende batterijcapaciteiten. Sommige hebben ook 'slimme' elektronica die geen stroom levert als het apparaat te weinig stroom gebruikt. Hoewel dit een nuttige energiebesparende functie kan zijn, moet je onderzoeken wat de elektronica als 'laag' beschouwt en of dit geschikt is voor jouw CanSat.
De informatie die de CanSat verzamelt moet naar een grondstation gestuurd worden. Om dit te kunnen doen, moeten we kijken naar de componenten die we kunnen gebruiken om te communiceren en hoe elektronica communiceert.
Draadloze zendontvangers worden gebruikt om informatie door te geven tussen een CanSat en een grondstation. Ze werken in paren, net zoals je misschien walkietalkies gebruikte toen je jonger was (of nu!). 
Zowel de CanSat als het grondstation zijn uitgerust met een antenne. De CanSat-antenne zendt informatie uit en de antenne van het grondstation ontvangt die. Om storingen en interferentie te voorkomen krijgt elk team in een competitie zijn eigen frequentie. Eigenlijk is het woord transceiver een samenstelling van twee woorden - zenden en ontvangen, precies wat de transceiver kan doen.
Bij het kiezen van een zendontvanger zijn de belangrijkste criteria misschien wel de werkfrequenties, het benodigde vermogen en de fysieke grootte van de zendontvangers. Natuurlijk moet je ook rekening houden met de kosten van de zendontvangers. Het ontwerpen van een project gaat vaak gepaard met een zekere mate van compromis. De perfecte componenten voor elke taak zijn niet noodzakelijk compatibel, om de een of andere reden.
Een van de meest gebruikte is de APC220. Deze kan communiceren over een afstand van 1000m en werkt tussen 418MHz en 455MHz. Een populair alternatief is een LoRa-module (zoals de RFM95). Deze bieden over het algemeen een groter bereik, tot 2000m, maar werken op discrete frequenties in plaats van over een bereik zoals de APC220.
Parachutes zijn een essentieel onderdeel van elke CanSat-missie. Het is te vergeven dat ze vaak over het hoofd worden gezien, omdat het vaak simpele stukjes stof zijn vergeleken met de complexe elektronica in de CanSat, maar dat zou een grote fout zijn! Zonder een goed ontworpen parachute heeft je CanSat misschien geen tijd om zijn wetenschappelijke doelen te bereiken, of erger nog, hij kan neerstorten!
De ontplooiing van de parachute zal relatief gewelddadig zijn, dus de stof en vezels die je gebruikt moeten sterk zijn. Houd er rekening mee dat de kracht die de parachute ondervindt (en ook het laadvermogen waaraan hij is bevestigd) wel twee keer zo groot kan zijn als de kracht die optreedt tijdens de eindsnelheid!
De eenvoudigste typen parachutes zijn de platte ronde plaat en de bolvormige parachutes. Het probleem met deze ontwerpen is dat ze zich vullen met lucht en naar één kant kantelen om lucht te morsen. Soms kan een overloopgat helpen om een parachute te stabiliseren.
Als je eenmaal hebt besloten tot een ontwerp voor je parachute, is het van vitaal belang dat je deze test. Hoewel de vergelijkingen je een idee kunnen geven van wat je kunt verwachten, moet je altijd
test je ontwerpen in de echte wereld. Met opeenvolgende tests kun je het ontwerp van je parachute verfijnen. Onderzoek de effecten van elk aspect van je parachute:
- Het gebruikte materiaal
- Hoe het aan de CanSat is bevestigd
- De oppervlakte van de parachute
- De manier waarop de parachute is opgevouwen
Hoe bouw je een cansat?
Ondersteunende materialen zoals hulpmiddelen voor in de klas en educatieve video's zijn toegankelijk via de onderstaande link.
CanSat-vereisten
De CanSat-hardware en -missie moeten volgens deze eisen en beperkingen worden ontworpen:
Deze kunnen per nationale competitie verschillen. Controleer de volledige lijst met vereisten bij je Nationaal Organisator.
Alle onderdelen van de CanSat moeten in een standaard frisdrankblikje passen (115 mm hoog en 66 mm diameter), met uitzondering van de parachute. Radio-antennes en GPS-antennes kunnen extern worden gemonteerd op de boven- of onderkant van het blikje, afhankelijk van het ontwerp, maar niet op de zijkanten.
Opmerking: In het laadgebied van de raket is meestal 4,5 cm ruimte per CanSat beschikbaar, langs de axiale dimensie van de raket (d.w.z. de hoogte), die plaats moet bieden aan alle externe elementen, inclusief: de parachute, de hardware voor de parachutering en eventuele antennes.
De antennes, transducers en andere elementen van de CanSat kunnen niet verder reiken dan de diameter van het blik totdat het de draagraket heeft verlaten.
De massa van de CanSat moet tussen minimaal 300 gram en maximaal 350 gram zijn. CanSats die lichter zijn moeten extra ballast meenemen om de vereiste minimummassa van 300 gram te bereiken.
Explosieven, ontstekers, pyrotechniek en ontvlambare of gevaarlijke materialen zijn ten strengste verboden. Alle gebruikte materialen moeten veilig zijn voor het personeel, de apparatuur en het milieu. In geval van twijfel door ESA kunnen Material Safety Data Sheets (MSDS) worden opgevraagd bij de teams.
De CanSat moet worden gevoed door een batterij en/of zonnepanelen. De systemen moeten vier uur aaneengesloten ingeschakeld kunnen blijven.
De batterij moet gemakkelijk toegankelijk zijn voor het geval deze moet worden vervangen/opgeladen.
De CanSat moet een gemakkelijk bereikbare hoofdschakelaar hebben.
Het gebruik van een plaatsbepalingssysteem voor het terugvinden (pieper, radiobaken, GPS, enz.) wordt aanbevolen.
De CanSat moet een recuperatiesysteem hebben, zoals een parachute, dat na de lancering hergebruikt kan worden. Het is aan te raden om felgekleurde stof te gebruiken, zodat de CanSat na de landing gemakkelijker kan worden teruggevonden.
De parachuteverbinding moet tot 50 N kracht kunnen weerstaan. De sterkte van de parachute moet worden getest om er zeker van te zijn dat het systeem nominaal werkt.
Voor herstel wordt een maximale vliegtijd van 120 seconden aanbevolen. Bij een gerichte landing wordt een maximale vliegtijd van 170 seconden aanbevolen.
Een daalsnelheid tussen 8 en 11 m/s wordt aanbevolen omwille van het herstel. Om veiligheidsredenen mag de daalsnelheid van de CanSat echter niet lager zijn dan 5 m/s of hoger dan 12 m/s. Daarnaast kunnen het vliegveld of de weersomstandigheden aanvullende beperkingen opleggen aan de daalsnelheid.
De CanSat moet een versnelling tot 20 g kunnen weerstaan.
Het totale budget van het uiteindelijke CanSat-model mag niet hoger zijn dan 500€. Grondstations (GS) en andere gerelateerde niet-vliegende onderdelen worden niet meegerekend in het budget. Meer informatie over de sancties in het geval de teams het opgegeven budget overschrijden is te vinden in de volgende sectie. In het geval van sponsoring moeten alle gesponsorde items worden gespecificeerd in het budget met de werkelijke corresponderende kosten op de markt.
De toegewezen frequentie moet gerespecteerd worden door alle teams in de Launch Campaign. De reeks toegestane frequenties hangt af van het land waar het evenement plaatsvindt en zal te zijner tijd worden meegedeeld. Het wordt aanbevolen dat teams aandacht besteden aan het ontwerp van de CanSat in termen van hardware-integratie en interconnectie, zodat de radiofrequentie gemakkelijk kan worden aangepast als dat nodig is.
De CanSat moet vliegklaar zijn bij aankomst op de lanceercampagne.
