Návod na akcelerometer CubeSat: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Cubesat je druh miniaturizovaného satelitu pre vesmírny výskum, ktorý sa skladá z násobkov kubických jednotiek 10x10x10 cm a hmotnosti najviac 1,33 kilogramu na jednotku. Cubesats umožňujú odoslanie veľkého množstva satelitov do vesmíru a umožňujú majiteľovi úplnú kontrolu nad strojom bez ohľadu na to, kde sa na Zemi nachádzajú. Cubesats sú tiež cenovo dostupnejšie ako akékoľvek iné súčasné prototypy. Cubesaty v konečnom dôsledku uľahčujú ponorenie do vesmíru a šíria znalosti o tom, ako vyzerá naša planéta a vesmír.

Arduino je platforma alebo druh počítača, ktorý sa používa na stavbu projektov elektroniky. Arduino sa skladá z programovateľnej dosky plošných spojov a softvéru, ktorý beží na vašom počítači a slúži na zápis a nahranie počítačového kódu na dosku.

Nášmu tímu bolo pre tento projekt umožnené vybrať si akýkoľvek senzor, ktorý by sme chceli zistiť, akýkoľvek určitý aspekt zloženia Marsu. Rozhodli sme sa ísť s akcelerometrom alebo elektromechanickým zariadením používaným na meranie síl zrýchlenia.

Aby všetky tieto zariadenia spolupracovali, museli sme akcelerometer pripevniť na nepájivú dosku Arduina a obidve pripevniť na vnútornú stranu cubesatu a zaistiť, aby odolal simulácii letu a testu otrasov. Tento návod sa bude vzťahovať na to, ako sme to dosiahli, a na údaje, ktoré sme zhromaždili z Arduina.

Krok 1: Stanovte ciele (Alex)

Našim hlavným cieľom pre tento projekt bolo použiť akcelerometer (nebojte sa, vysvetlíme vám, čo to bude neskôr) umiestnený v CubeSat, na meranie zrýchlenia v dôsledku gravitácie na Marse. Chceli sme postaviť CubeSat a otestovať jeho trvanlivosť rôznymi spôsobmi. Najťažšou súčasťou stanovovania cieľov a plánovania bolo pochopiť, ako bezpečným spôsobom obsahovať Arduino a akcelerometer v CubeSat. Aby sme to urobili, museli sme vymyslieť dobrý dizajn CubeSat, uistiť sa, že má 10 x 10 x 10 cm, a uistiť sa, že váži menej ako 1,3 kilogramu.

Zistili sme, že lego sa v skutočnosti ukáže ako trvanlivé a navyše sa s ním dá ľahko stavať. Lego bolo tiež niečo, čo už niekto mohol mať, než aby sme míňali peniaze na akýkoľvek stavebný materiál. Našťastie proces vymyslenia netrval dlho, ako uvidíte v nasledujúcom kroku.

Krok 2: Navrhnite Cubesat

Na tento špecifický cubesat sme použili lego pre ich jednoduchú stavbu, prichytenie a trvanlivosť. Kocka sat musí mať rozmery 10 x 10 x 10 cm a vážiť menej ako 1,33 kg na 3 kg. Legos uľahčuje mať presných 10 x 10 x 10 cm, pričom na podlahu a veko kocky používa dve základne Lego. Možno budete musieť odpáliť základne Lego, aby ste ich dostali presne tak, ako chcete. Vnútri cubesatu budete mať arduino, breadboard, batériu a držiak karty SD všetko pripevnené k stenám pomocou ľubovoľného lepidla. Použili sme lepiacu pásku, aby sme zaistili, že sa vnútri neuvoľnia žiadne kúsky. Na pripevnenie kocky na orbiter sme použili šnúrku, gumičky a kravatu na zips. Gumičky musia byť omotané okolo kocky, ako keby stuha bola omotaná okolo darčeka. Šnúrka sa potom zaviaže do stredu gumičky na veku. Potom je reťazec prevlečený za zips, ktorý je potom zavesený na orbiteri.

Krok 3: Vytvorte Arduino

Našim cieľom pre tento CubeSat, ako už bolo povedané, bolo určiť zrýchlenie v dôsledku gravitácie na Marse pomocou akcelerometra. Akcelerometre sú integrované obvody alebo moduly používané na meranie zrýchlenia objektu, ku ktorému sú pripevnené. V tomto projekte som sa naučil základy kódovania a zapojenia. Použil som procesor 6050, ktorý sa používa ako elektromechanické zariadenie na meranie síl zrýchlenia. Zaznamenaním veľkosti dynamického zrýchlenia môžete analyzovať pohyb zariadenia na osiach X, Y a Z. Inými slovami, môžete zistiť, či sa pohybuje hore a dole alebo zo strany na stranu; akcelerometer a nejaký kód vám môžu ľahko poskytnúť údaje na určenie týchto informácií. Čím citlivejší bude senzor, tým budú údaje presnejšie a podrobnejšie. To znamená, že pre danú zmenu zrýchlenia dôjde k väčšej zmene signálu.

Arduino, ktoré už bolo zapojené k akcelerometru, som musel prepojiť s držiakom karty SD, ktorý uchovával údaje prijaté počas letového testu, aby sme ich potom mohli nahrať do počítača. Týmto spôsobom si môžeme prezrieť merania osí X, Y a Z a zistiť, kde sa cubesat nachádzal vo vzduchu. Na priložených obrázkoch môžete vidieť, ako arduino zapojiť k akcelerometru a doske.

Krok 4: Testy lietania a vibrácií (Alex)

Aby sme zaistili trvanlivosť kocky, museli sme ju podrobiť sérii testov, ktoré by simulovali prostredie, v ktorom by bola umiestnená, vo vesmíre. Prvý test, ktorým sme museli kocku presadiť, sa nazýval letový test. Museli sme pripojiť arduino k zariadeniu nazývanému orbiter a simulovať jeho letovú cestu okolo červenej planéty. Vyskúšali sme niekoľko spôsobov pripevnenia kocky sat, ale nakoniec sme sa dokázali usadiť na dvojitej gumičke, ktorá bola omotaná okolo kocky sat. Potom bol na gumičky pripevnený povrázok.

Letový test nebol hneď úspešný, pretože pri prvom pokuse sa začala odlepovať časť pásky. Potom sme zmenili návrhy na možnosť gumičky uvedenú v predchádzajúcom odseku. Aj keď sme na druhý pokus dokázali mláďa sedieť 30 sekúnd v požadovanej rýchlosti, bez toho, aby došlo k akýmkoľvek problémom.

Ďalším testom bol vibračný test, ktorý voľne simuloval cestovanie kocky cez atmosféru planéty. Kocku sme museli posadiť na vibračný stôl a do určitej miery zvýšiť výkon. Kocka sat potom musela zostať v takte najmenej 30 sekúnd pri tejto úrovni výkonu. Našťastie pre nás sme boli schopní zvládnuť všetky aspekty testu na prvý pokus. Teraz zostalo už len konečné zozbieranie údajov a testy.

Krok 5: Interpretácia údajov

S údajmi, ktoré sme získali po vykonaní záverečného testu, môžete vidieť, kde kocka cestovala na osi X, Y a Z, a určiť zrýchlenie vydelením vášho posunu časom. To vám dáva priemernú rýchlosť. Teraz, pokiaľ sa objekt rovnomerne zrýchľuje, stačí priemernú rýchlosť vynásobiť 2, aby ste získali konečnú rýchlosť. Ak chcete nájsť zrýchlenie, vezmite konečnú rýchlosť a delte ju časom.

Krok 6: Záver

Konečným cieľom nášho projektu bolo určiť gravitačné zrýchlenie okolo Marsu. Prostredníctvom údajov zhromaždených pomocou Arduina je možné určiť, že gravitačné zrýchlenie pri obehu Marsu zostáva konštantné. Navyše, počas cestovania po Marse sa smer obežnej dráhy neustále mení.

Celkovo bol naším tímom najväčší nárast plynulosti v čítaní a písaní kódu, porozumenie novej technológii na špičke prieskumu vesmíru a znalosť vnútorného fungovania a mnoho spôsobov použitia Arduina.

Sekundárne sa náš tím počas projektu nielen naučil vyššie uvedené technologické a fyzikálne koncepty, ale naučili sme sa aj schopnosti projektového manažmentu. Niektoré z týchto zručností zahŕňajú dodržanie termínov, prispôsobenie sa nadhľadom na dizajn a nepredvídané problémy a vedenie každodenných schôdzí, aby bola naša skupina zodpovedná a následne udržala každého na dobrej ceste splniť naše ciele.

Náš tím na záver splnil všetky požiadavky na testovanie a údaje, ako aj osvojil si neoceniteľné znalosti fyziky a riadenia tímu, ktoré môžeme uplatniť pri budúcom úsilí v škole a v akejkoľvek profesii orientovanej na skupinovú prácu.