Budowa CanSat
Pod nadzorem swojego nauczyciela/mentora wszystkie zespoły uczestniczące w CanSat będą musiały przeprowadzić prace techniczne nad swoimi CanSatami, stosując procedury stosowane w typowym cyklu życia prawdziwego projektu kosmicznego:
- Wybór celów misji;
- Określenie wymagań technicznych niezbędnych do osiągnięcia tych celów;
- Projektowanie sprzętu i oprogramowania;
- Raportowanie;
- Projektowanie naziemnych stacji i naziemnych systemów telekomunikacyjnych;
- Integracja i testowanie CanSat przed krajową kampanią startową
Podstawowe komponenty
The CanSat Konstrukcja obudowy jest świetny sposób aby dodać trochę artystycznego polotu. Jednak wszystkieNiesamowita nauka odbywa się przy użyciu technologii znajdującej się w środku. Twój CanSat projekt powinien pokazywać czujniki, elektronika i sprzęt komunikacyjny, z którego będziesz korzystać. Tam jest różnorodność Cokomercyjny dostępny sprzęt COTS (Off-The-Shelf), dlatego należy zaprojektować swój CiSat z myślą o konkretnych komponentach.
Korzystanie z mikrokontrolera jest zwykle lżejsze i pozwala na wyższą rozdzielczość czasową gromadzenia danych niż mikroprocesor. Do działania wymaga źródła zasilania i wejścia. Najczęściej stosowanym mikrokontrolerem jest Arduino. Mikroprocesor jest komputerem pokładowym i w przeciwieństwie do mikrokontrolera, do działania wymaga jedynie źródła zasilania. Najpopularniejszym i najtańszym mikroprocesorem jest Raspberry Pi.
Piny komponentów elektrycznych można umieścić w zaciskach na płytce. Rzędy są połączone centralnie. Oznacza to na przykład, że dwa piny rezystora powinny być umieszczone w różnych rzędach, w przeciwnym razie utworzy on ze sobą obwód zamknięty. Bardzo ważne jest wykonanie szkicu obwodu przed podłączeniem i zasileniem obwodu, ponieważ grozi to uszkodzeniem komponentów. Zewnętrzne kolumny płytki są połączone w kolumnach, a nie w rzędach. Zazwyczaj są one używane do zapewnienia połączeń uziemienia i napięcia w celu zmniejszenia złożoności konfiguracji.
Podczas montażu ostatecznej wersji satelity CanSat należy użyć typowej płytki lutowniczej.
Czujniki analogowe generują napięcie, które musi zostać przekonwertowane na sygnał cyfrowy w celu odczytania danych. Raspberry Pi wymaga przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC), podczas gdy Arduino ma go wbudowanego. Zaletą czujnika analogowego jest to, że będzie on w sposób ciągły mierzył zmienną
Płytki z pojedynczym czujnikiem wykorzystują cyfrowy protokół komunikacyjny, który łączy się z mikrokontrolerem lub mikroprocesorem. Protokoły komunikacyjne mogą wykorzystywać I2C (2 przewody) lub SPI (3 przewody). Upewnij się, że projekt CanSat odzwierciedla prawidłową liczbę przewodów w zależności od wybranego protokołu.
Ważne kwestie przy wyborze czujnika:
- Czułość: jaka jest minimalna zmiana, którą może zmierzyć czujnik?
- Czas reakcji: jak szybko czujnik reaguje na zmieniające się środowisko?
- Liniowość: czy odpowiedź jest liniowa (w zakresie wymaganym do pomiarów)?
- Zakres: jaka jest minimalna/maksymalna wartość mierzona przez czujnik?
- Histereza: czy czujnik ma taką samą moc wyjściową w takich samych warunkach otoczenia?
Podejmując decyzję o sposobie zasilania satelity CanSat, należy wziąć pod uwagę kilka kwestii:
- Jakie napięcie należy dostarczyć?
- Jakiej pojemności baterii potrzebujesz (mAh)?
- Jak duża (fizycznie) może być bateria?
- Jak ciężka może być bateria?
UBEC to urządzenie służące do dostarczania odpowiedniego napięcia do płytki. Jest ono najczęściej używane w przypadku mikroprocesorów, takich jak Raspberry Pi, które wymagają napięcia 5 V, dlatego można użyć baterii 9 V, a dzięki UBEC można zasilać Raspberry Pi. Mikrokontrolery
takie jak Arduino są w stanie wykorzystać gniazdo wejściowe do podłączenia zasilania 9V. Możliwe jest również użycie pinów GPIO do podłączenia zasilania.
Odpowiednią opcją jest również power bank, taki jak przenośna ładowarka do telefonu komórkowego. Są one dostępne we wszystkich kształtach i rozmiarach oraz z różną pojemnością baterii. Niektóre z nich mają również "inteligentną" elektronikę, która nie zapewnia zasilania, jeśli moc zużywana przez urządzenie jest niska. Chociaż może to być przydatna funkcja oszczędzania energii, będziesz musiał sprawdzić, co elektronika uważa za "niską" i czy jest to odpowiednie dla twojego CanSat.
Informacje zebrane przez CanSat muszą zostać przesłane do stacji naziemnej. Aby móc to zrobić, musimy przyjrzeć się komponentom, których możemy użyć do komunikacji i sposobom komunikacji elektroniki.
Bezprzewodowe urządzenia nadawczo-odbiorcze służą do przekazywania informacji między satelitą CanSat a stacją naziemną. Działają one w parach, podobnie jak krótkofalówki, gdy byłeś młodszy (lub teraz!). 
Zarówno CanSat, jak i stacja naziemna są wyposażone w antenę. Antena CanSat przesyła informacje, a antena stacji naziemnej je odbiera. Aby uniknąć zakłóceń i interferencji, każdy zespół w zawodach otrzymuje własną częstotliwość. W rzeczywistości słowo transceiver jest złożeniem dwóch słów - transmisja i odbiór, czyli dokładnie to, co transceiver może zrobić.
Jeśli chodzi o wybór radiotelefonu, być może najważniejszymi kryteriami są częstotliwości robocze, wymagana moc i fizyczny rozmiar radiotelefonu. Oczywiście należy również wziąć pod uwagę koszt urządzeń nadawczo-odbiorczych. Projektowanie często wiąże się z pewnym stopniem kompromisu. Idealne komponenty do każdego zadania niekoniecznie są kompatybilne, z tego czy innego powodu.
Jednym z najczęściej wybieranych jest APC220. Jest on w stanie komunikować się na odległość 1000 m i działa w zakresie od 418 MHz do 455 MHz. Popularną alternatywą jest moduł LoRa (taki jak RFM95). Zasadniczo oferują one większy zasięg, do 2000 m, ale działają na dyskretnych częstotliwościach, a nie w takim zakresie jak APC220.
Spadochrony są istotną częścią każdej misji CanSat. Można by wybaczyć, że są one często pomijane, biorąc pod uwagę, że często są to proste kawałki materiału w porównaniu do złożonej elektroniki, która znajduje się w CanSat, ale byłby to duży błąd! Bez dobrze zaprojektowanego spadochronu twój CanSat może nie mieć czasu na ukończenie swoich celów naukowych lub, co gorsza, może się rozbić!
Rozwinięcie spadochronu będzie stosunkowo gwałtowne, więc użyty materiał i włókna muszą być mocne. Weź pod uwagę, że siła, której doświadcza spadochron (a także ładunek, do którego jest przymocowany) może być nawet dwukrotnie większa niż siła działająca podczas prędkości końcowej!
Najprostszymi typami spadochronów są płaskie okrągłe arkusze i spadochrony kuliste. Problem z tymi konstrukcjami polega na tym, że wypełniają się one powietrzem i przechylają na bok, wyrzucając powietrze. Czasami otwór może pomóc ustabilizować spadochron.
Gdy już zdecydujesz się na projekt spadochronu, ważne jest, aby go przetestować. Podczas gdy równania mogą dać ci wyobrażenie o tym, czego możesz się spodziewać, zawsze powinieneś
przetestować swoje projekty w prawdziwym świecie. Dzięki kolejnym testom można udoskonalić projekt spadochronu. Zbadaj wpływ każdego aspektu spadochronu, co powinno obejmować:
- Użyty materiał
- Jak jest podłączony do CanSat
- Obszar spadochronu
- Sposób składania spadochronu
Jak zbudować cansat?
Materiały pomocnicze, takie jak materiały szkoleniowe i filmy edukacyjne, są dostępne za pośrednictwem poniższego łącza.
Wymagania CanSat
Sprzęt i misja CanSat muszą być zaprojektowane zgodnie z tymi wymaganiami i ograniczeniami:
Mogą się one różnić w zależności od zawodów krajowych. Pamiętaj, aby sprawdzić pełną listę wymagań w swoim Organizator krajowy.
Wszystkie elementy CanSat muszą mieścić się w standardowej puszce po napojach bezalkoholowych (115 mm wysokości i 66 mm średnicy), z wyjątkiem spadochronu. Anteny radiowe i GPS mogą być montowane zewnętrznie na górze lub na dole puszki, w zależności od projektu, ale nie po bokach.
Uwaga: Obszar ładunku rakiety ma zwykle 4,5 cm przestrzeni na każdy CanSat dostępny wzdłuż osiowego wymiaru puszki (tj. wysokości), który musi pomieścić wszystkie elementy zewnętrzne, w tym: spadochron, sprzęt do mocowania spadochronu i wszelkie anteny.
Anteny, przetworniki i inne elementy CanSat nie mogą wykraczać poza średnicę puszki, dopóki nie opuści on rakiety nośnej.
Masa CanSat musi wynosić od minimum 300 gramów do maksimum 350 gramów. CanSaty, które są lżejsze, muszą zabrać ze sobą dodatkowy balast, aby osiągnąć wymagany minimalny limit masy 300 gramów.
Materiały wybuchowe, detonatory, materiały pirotechniczne oraz materiały łatwopalne lub niebezpieczne są surowo zabronione. Wszystkie używane materiały muszą być bezpieczne dla personelu, sprzętu i środowiska. W razie wątpliwości ESA może zażądać od zespołów kart charakterystyki substancji niebezpiecznych (MSDS).
CanSat musi być zasilany z akumulatora i/lub paneli słonecznych. Systemy muszą być w stanie pozostać włączone przez cztery nieprzerwane godziny.
Bateria musi być łatwo dostępna na wypadek konieczności jej wymiany/ładowania.
CanSat musi posiadać łatwo dostępny główny wyłącznik zasilania.
Zaleca się dołączenie systemu pozycjonowania do odzyskiwania (sygnał dźwiękowy, radiolatarnia, GPS itp.).
CanSat powinien posiadać system odzyskiwania, taki jak spadochron, który może być ponownie użyty po starcie. Zaleca się użycie materiału w jasnym kolorze, który ułatwi odzyskanie CanSat po wylądowaniu.
Połączenie spadochronu musi być w stanie wytrzymać siłę do 50 N. Wytrzymałość spadochronu musi zostać przetestowana, aby upewnić się, że system będzie działał nominalnie.
Ze względów bezpieczeństwa zaleca się maksymalny czas lotu wynoszący 120 sekund. W przypadku próby lądowania ukierunkowanego zalecany jest maksymalny czas lotu wynoszący 170 sekund.
Prędkość opadania pomiędzy 8 a 11 m/s jest zalecana ze względów bezpieczeństwa. Jednakże prędkość opadania CanSat nie może być niższa niż 5 m/s lub wyższa niż 12 m/s ze względów bezpieczeństwa. Ponadto lotnisko lub warunki pogodowe mogą określać dodatkowe obowiązkowe ograniczenia prędkości.
CanSat musi być w stanie wytrzymać przyspieszenie do 20 g.
Całkowity budżet ostatecznego modelu CanSat nie powinien przekroczyć 500 €. Stacje naziemne (GS) i wszelkie związane z nimi elementy niezwiązane z lotem nie będą uwzględniane w budżecie. Więcej informacji na temat kar w przypadku przekroczenia przez zespoły określonego budżetu można znaleźć w następnej sekcji. W przypadku sponsoringu, wszystkie sponsorowane elementy powinny być wyszczególnione w budżecie wraz z odpowiadającymi im rzeczywistymi kosztami na rynku.
Przydzielona częstotliwość musi być przestrzegana przez wszystkie zespoły biorące udział w kampanii startowej. Zakres dozwolonych częstotliwości zmienia się w zależności od kraju, w którym odbywa się wydarzenie i zostanie podany w odpowiednim czasie. Zaleca się, aby zespoły zwracały uwagę na konstrukcję CanSat pod względem integracji sprzętowej i wzajemnych połączeń, tak aby częstotliwość radiowa mogła być łatwo modyfikowana w razie potrzeby.
CanSat musi być gotowy do lotu po przybyciu na miejsce startu.
