Construir o seu CanSat
Sob a supervisão do seu professor/mentor, todas as equipas que participam no CanSat terão de realizar trabalhos técnicos nos seus CanSats, aplicando os procedimentos utilizados no ciclo de vida típico de um projeto espacial real, que são
- Seleção dos objectivos da missão;
- Definição dos requisitos técnicos necessários para atingir estes objectivos;
- Conceção de hardware e software;
- Relatórios;
- Conceção do sistema de telecomunicações estação terrestre/solo;
- Integração e ensaio do CanSat antes da campanha de lançamento nacional
Componentes básicos
O CanSat o design da caixa é uma óptima forma de acrescentar um toque artístico. No entanto, toda a ciência espantosa está a acontecer utilizando a tecnologia no seu interior. O seu desenho do CanSatdeve mostrar os sensores, eletrónica e o hardware de comunicação que vai utilizar. Existe uma variedade de comerciais Off-O hardware disponível na prateleira (COTS), Por isso, deve conceber o seu CanSat tendo em conta os seus componentes específicos.
A utilização de um microcontrolador tende a ser mais leve e a permitir uma maior resolução temporal da recolha de dados do que um microprocessador. Para funcionar, necessita de uma fonte de alimentação e de uma entrada. O microcontrolador mais comum utilizado é um Arduino. O microprocessador é um computador de bordo e, ao contrário do microcontrolador, necessita apenas de uma fonte de alimentação para funcionar. O microprocessador mais comum e económico é o Raspberry Pi.
Os pinos dos componentes eléctricos podem ser colocados nos terminais da placa. No centro, as filas estão ligadas. Isto significa, por exemplo, que os dois pinos de uma resistência devem ser colocados em filas diferentes, caso contrário, formarão um circuito fechado entre si. É muito importante fazer um esboço do seu circuito antes de o ligar e de o alimentar, pois corre o risco de partir os componentes. As colunas exteriores da placa estão ligadas em colunas, em vez de linhas. Normalmente, estas são utilizadas para fornecer ligações à terra e à tensão para reduzir a complexidade da configuração.
Quando montar a versão final do seu CanSat, terá de utilizar uma placa de ensaio com solda típica.
Os sensores analógicos emitem uma tensão que precisa de ser convertida num sinal digital para que os dados possam ser lidos. O Raspberry Pi necessita de um conversor analógico-digital (ADC), enquanto o Arduino tem um integrado. A vantagem do sensor analógico é que mede continuamente a variável
As placas de sensor único utilizam um protocolo de comunicação digital que se liga ao seu microcontrolador ou microprocessador. Os protocolos de comunicação podem utilizar I2C (2 fios) ou SPI (3 fios). Certifique-se de que o seu projeto CanSat reflecte o número correto de fios, dependendo do protocolo que escolheu.
Considerações importantes na escolha de um sensor:
- Sensibilidade: qual é a alteração mínima que pode ser medida pelo sensor?
- Tempo de resposta: com que rapidez é que o sensor responde a um ambiente em mudança?
- Linearidade: a resposta é linear (na gama necessária para as medições)?
- Gama: qual é o valor mínimo/máximo que pode ser medido pelo sensor?
- Histerese: o sensor tem a mesma saída para as mesmas condições ambientais?
Há algumas considerações a fazer quando decidir como vai alimentar o seu CanSat:
- Que tensão precisa de fornecer?
- Qual a capacidade da bateria de que necessita (mAh)?
- Que tamanho (físico) pode ter a bateria?
- Que peso pode ter a bateria?
O UBEC é um dispositivo utilizado para fornecer a tensão correcta à sua placa. É mais comummente utilizado para microprocessadores como o Raspberry Pi, que requer 5V, pelo que pode utilizar uma bateria de 9V e, através do UBEC, conseguir alimentar o Raspberry Pi. Microcontroladores
como o Arduino, podem utilizar o conetor de entrada para ligar a fonte de alimentação de 9V. Também é possível utilizar os pinos GPIO para ligar a fonte de alimentação.
Um banco de energia, como um carregador portátil de telemóvel, é também uma opção adequada. Existem em todas as formas e tamanhos e com diferentes capacidades de bateria. Alguns também têm componentes electrónicos "inteligentes" que não fornecem energia se a energia utilizada pelo dispositivo for baixa. Embora isto possa ser uma caraterística útil para poupar energia, terá de investigar o que a eletrónica considera como "baixo" e se isto é adequado para o seu CanSat.
A informação que o CanSat recolhe deve ser enviada para uma estação terrestre. Para o fazer, temos de analisar os componentes que podemos utilizar para comunicar e a forma como a eletrónica comunica.
Os transceptores sem fios são utilizados para retransmitir informação entre um CanSat e a estação terrestre. Funcionam aos pares, de forma semelhante à utilização dos walkie-talkies quando se era mais novo (ou agora!). 
Tanto o CanSat como a estação terrestre estão equipados com uma antena. A antena do CanSat transmite a informação e a antena da estação terrestre recebe-a. Para evitar perturbações e interferências, é atribuída a cada equipa de uma competição a sua própria frequência. Na verdade, a palavra transcetor é uma composição de duas palavras - transmitir e receber, exatamente o que o transcetor pode fazer.
Quando se trata de escolher um emissor-recetor, talvez os critérios mais importantes sejam as frequências de funcionamento, a potência necessária e a dimensão física dos emissores-receptores. É claro que também é preciso considerar o custo dos transceptores. A conceção de um projeto implica frequentemente um certo grau de compromisso. Os componentes perfeitos para cada trabalho não são necessariamente compatíveis, por uma razão ou outra.
Uma das escolhas mais comuns é o APC220. É capaz de comunicar a uma distância de 1000m e funciona entre 418MHz e 455MHz. Uma alternativa popular é um módulo LoRa (como o RFM95). Eles geralmente oferecem um alcance maior, até 2000m, mas operam em freqüências discretas em vez de em uma faixa como o APC220.
Os para-quedas são uma parte vital de qualquer missão CanSat. Poder-se-ia perdoar o facto de serem muitas vezes negligenciados, dado que são frequentemente simples pedaços de tecido comparados com a complexa eletrónica que se encontra no interior do CanSat, mas isso seria um grande erro! Sem um para-quedas bem concebido, o seu CanSat pode não ter tempo para completar os seus objectivos científicos, ou pior ainda, pode despenhar-se!
A abertura do para-quedas será relativamente violenta, pelo que o tecido e as fibras utilizados devem ser resistentes. Tenha em conta que a força que o para-quedas experimenta (e também a carga útil a que está preso) pode ser o dobro da força que actua durante a velocidade terminal!
Os tipos mais simples de para-quedas são a folha circular plana e os para-quedas esféricos. O problema destes modelos é o facto de se encherem de ar e se inclinarem para um dos lados, fazendo sair o ar. Por vezes, um orifício pode ajudar a estabilizar o para-quedas.
Depois de ter decidido o design do seu para-quedas, é vital testá-lo. Embora as equações lhe possam dar uma ideia do que pode esperar, deve sempre
testar os seus projectos no mundo real. Com testes sucessivos, pode aperfeiçoar a conceção do para-quedas. Investiga os efeitos de todos os aspectos do teu para-quedas, o que deve incluir:
- O material utilizado
- Como está ligado ao CanSat
- A área do para-quedas
- A forma como o para-quedas é dobrado
Como construir um cansat?
Os materiais de apoio, tais como recursos para a sala de aula e vídeos educativos, podem ser acedidos através da ligação abaixo.
Requisitos do CanSat
O hardware e a missão do CanSat devem ser concebidos de acordo com estes requisitos e condicionalismos:
Estes requisitos podem variar consoante o concurso nacional. Certifique-se de que consulta a lista completa de requisitos junto do seu Organizador nacional.
Todos os componentes do CanSat devem caber dentro de uma lata de refrigerante normal (115 mm de altura e 66 mm de diâmetro), com exceção do para-quedas. As antenas de rádio e as antenas GPS podem ser montadas externamente na parte superior ou inferior da lata, consoante a conceção, mas não nas laterais.
Nota: A área de carga útil do foguetão tem normalmente 4,5 cm de espaço disponível por CanSat, ao longo da dimensão axial da lata (ou seja, a altura), que deve acomodar todos os elementos externos, incluindo: para-quedas, hardware de fixação do para-quedas e quaisquer antenas.
As antenas, os transdutores e outros elementos do CanSat não podem ultrapassar o diâmetro da lata até que esta saia do veículo de lançamento.
A massa do CanSat deve situar-se entre um mínimo de 300 gramas e um máximo de 350 gramas. Os CanSats mais leves devem levar consigo um lastro adicional para atingir o limite mínimo de massa de 300 gramas exigido.
Os explosivos, detonadores, pirotecnia e materiais inflamáveis ou perigosos são estritamente proibidos. Todos os materiais utilizados devem ser seguros para o pessoal, o equipamento e o ambiente. Em caso de dúvida por parte da ESA, podem ser solicitadas às equipas fichas de dados de segurança dos materiais (MSDS).
O CanSat deve ser alimentado por uma bateria e/ou painéis solares. Os sistemas devem poder permanecer ligados durante quatro horas consecutivas.
A bateria deve estar facilmente acessível para o caso de ser necessário substituí-la/recarregá-la.
O CanSat deve ter um interrutor principal de alimentação facilmente acessível.
Recomenda-se a inclusão de um sistema de posicionamento para recuperação (bip, radiofarol, GPS, etc.).
O CanSat deve ter um sistema de recuperação, como um para-quedas, capaz de ser reutilizado após o lançamento. Recomenda-se a utilização de tecido de cores vivas, o que facilitará a recuperação do CanSat após a aterragem.
A ligação do para-quedas deve poder suportar até 50 N de força. A resistência do para-quedas deve ser testada para garantir que o sistema funcionará nominalmente.
Por razões de recuperação, recomenda-se um tempo de voo máximo de 120 segundos. Se estiver a tentar uma aterragem dirigida, recomenda-se um tempo de voo máximo de 170 segundos.
Uma velocidade de descida entre 8 e 11 m/s é recomendada por razões de recuperação. No entanto, a velocidade de descida do CanSat não deve ser inferior a 5 m/s ou superior a 12 m/s por razões de segurança. Para além disso, o aeródromo ou as condições meteorológicas podem determinar restrições adicionais obrigatórias à velocidade.
O CanSat deve ser capaz de suportar uma aceleração de até 20 g.
Um requisito normal do CanSat é que o orçamento total do modelo final do CanSat seja de 500 euros - no entanto, este montante pode variar de país para país, pelo que deve ser consultado o seu Organizador Nacional. As Estações Terrenas (GS) e qualquer outro item não relacionado com o voo não serão considerados no orçamento. Mais informações sobre as penalizações no caso de as equipas excederem o orçamento indicado podem ser encontradas na secção seguinte. No caso de patrocínio, todos os artigos patrocinados devem ser especificados no orçamento com os custos reais correspondentes no mercado.
A frequência atribuída deve ser respeitada por todas as equipas da Campanha de Lançamento. A gama de frequências permitidas varia consoante o país onde se realiza o evento e será comunicada em tempo útil. Recomenda-se que as equipas prestem atenção à conceção do CanSat em termos de integração e interligação do hardware, para que a frequência de rádio possa ser facilmente modificada, se necessário.
O CanSat deve estar pronto para voar à chegada à campanha de lançamento.
