Kurz akcelerometru CubeSat: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Cubesat je typ miniaturizované družice pro vesmírný výzkum, který se skládá z násobků kubických jednotek 10x10x10 cm a hmotnosti nejvýše 1,33 kilogramu na jednotku. Cubesats umožňují odeslání velkého množství satelitů do vesmíru a umožňují majiteli úplnou kontrolu nad strojem bez ohledu na to, kde se na Zemi nacházejí. Cubesats jsou také cenově dostupnější než jakékoli jiné současné prototypy. Cubesaty nakonec usnadňují ponoření do vesmíru a šíří znalosti o tom, jak vypadá naše planeta a vesmír.

Arduino je platforma nebo počítač svého druhu, který se používá pro stavbu projektů elektroniky. Arduino se skládá z programovatelné desky plošných spojů a softwaru, který běží na vašem počítači a slouží k zápisu a odesílání počítačového kódu na desku.

Pro tento projekt bylo našemu týmu povoleno vybrat jakýkoli senzor, který jsme chtěli detekovat jakýkoli určitý aspekt složení Marsu. Rozhodli jsme se jít s akcelerometrem nebo elektromechanickým zařízením používaným k měření sil zrychlení.

Aby všechna tato zařízení fungovala společně, museli jsme akcelerometr připevnit na prkénko Arduina a oba připojit k vnitřní části cubesatu a ujistit se, že odolal simulaci letu a testu chvění. Tento instruktáž se bude týkat toho, jak jsme toho dosáhli, a údajů, které jsme shromáždili z Arduina.

Krok 1: Stanovte cíle (Alex)

Naším hlavním cílem pro tento projekt bylo použít akcelerometr (nebojte se, vysvětlíme si, co to bude později) umístěný v CubeSatu, k měření zrychlení způsobeného gravitací na Marsu. Byli jsme postavit CubeSat a vyzkoušet jeho trvanlivost různými způsoby. Nejtěžší při stanovování cílů a plánování bylo uvědomit si, jak bezpečně obsahovat Arduino a akcelerometr v CubeSat. Abychom to mohli udělat, museli jsme vymyslet dobrý design CubeSat, ujistit se, že má rozměry 10x10x10cm, a ujistit se, že váží méně než 1,3 kilogramu.

Zjistili jsme, že Lego by se ve skutečnosti ukázalo jako trvanlivé a také snadno stavitelné. Lego bylo také něco, co už někdo mohl mít, než abychom utráceli peníze za jakýkoli stavební materiál. Naštěstí proces vymýšlení designu netrval příliš dlouho, jak uvidíte v dalším kroku.

Krok 2: Navrhněte Cubesat

Pro tento specifický cubesat jsme použili lega pro jejich snadnou stavbu, připevnění a odolnost. Kostka sat musí mít rozměry 10x10x10 cm a vážit méně než 1,33 kg (3 libry) na U. Legos umožňuje snadné použití přesných 10x10x10 cm při použití dvou základen Lego na podlahu a víko kostky. Možná budete muset rozřezat základny Lego, abyste je dostali přesně tak, jak chcete. Uvnitř kostky budete mít arduino, prkénko, baterii a držák karty SD připevněné ke stěnám pomocí libovolného lepidla. Použili jsme lepicí pásku, abychom zajistili, že se uvnitř neuvolní žádné kusy. K připevnění kostky k orbiteru jsme použili provázek, gumičky a pásek na zip. Gumičky musí být omotány kolem kostky, jako by stuha byla omotána kolem dárku. Provázek je poté přivázán ke středu gumičky na víku. Poté je řetězec provlečen zipem, který je poté připojen k orbiteru.

Krok 3: Sestavte Arduino

Naším cílem pro tento CubeSat, jak již bylo řečeno, bylo určit akcelerometr zrychlení způsobené gravitací na Marsu. Akcelerometry jsou integrované obvody nebo moduly používané k měření zrychlení objektu, ke kterému jsou připevněny. V tomto projektu jsem se naučil základy kódování a zapojení. Použil jsem mpu 6050, který se používá jako elektromechanické zařízení, které bude měřit síly zrychlení. Snímáním velikosti dynamického zrychlení můžete analyzovat způsob, jakým se zařízení pohybuje na ose X, Y a Z. Jinými slovy, můžete zjistit, zda se pohybuje nahoru a dolů nebo ze strany na stranu; akcelerometr a nějaký kód vám mohou snadno poskytnout data k určení těchto informací. Čím citlivější je senzor, tím přesnější a podrobnější data budou. To znamená, že pro danou změnu zrychlení dojde k větší změně signálu.

Musel jsem připojit arduino, které již bylo připojeno k akcelerometru, k držáku karty SD, který ukládal data přijatá během letového testu, abychom je pak mohli nahrát do počítače. Tímto způsobem můžeme zobrazit měření osy X, Y a Z, abychom zjistili, kde byl cubesat ve vzduchu. Na přiložených obrázcích si můžete prohlédnout, jak připojit arduino k akcelerometru a prkénku.

Krok 4: Létající a vibrační testy (Alex)

Aby byla zajištěna trvanlivost kostky sat, museli jsme ji provést řadou testů, které by simulovaly prostředí, ve kterém by byla umístěna skrz vesmír.. Museli jsme připojit arduino k zařízení zvanému orbiter a simulovat jeho dráhu letu kolem rudé planety. Vyzkoušeli jsme několik způsobů připevnění kostky sat, ale nakonec jsme se dokázali usadit na dvojité gumičce, která byla omotána kolem kostky sat. Poté byl na gumičky připevněn provázek.

Letová zkouška nebyla hned úspěšná, protože při našem prvním pokusu se začala odlepovat část pásky. Poté jsme přepnuli návrhy na možnost gumičky zmíněnou v předchozím odstavci. Ačkoli na náš druhý pokus jsme byli schopni nechat sedět mládě požadovanou rychlostí po dobu 30 sekund, aniž by docházelo k jakýmkoli problémům.

Dalším testem byl vibrační test, který by volně simuloval pohyb krychlové sedačky atmosférou planety. Museli jsme kostku posadit na vibrační stůl a do určité míry zvýšit výkon. Kostka sat pak musela zůstat v taktu na této úrovni výkonu alespoň 30 sekund. Naštěstí pro nás jsme byli schopni projít všemi aspekty testu na první pokus. Teď už zbývalo jen finální sběr dat a testy.

Krok 5: Interpretace dat

S daty, která jsme získali po dokončení závěrečného testu, můžete vidět, kde kostka cestovala na ose X, Y a Z, a určit zrychlení vydělením vašeho posunu časem. Tím získáte průměrnou rychlost. Nyní, pokud se objekt rovnoměrně zrychluje, stačí znásobit průměrnou rychlost 2, abychom získali konečnou rychlost. Chcete -li zjistit zrychlení, vezměte konečnou rychlost a vydělte ji časem.

Krok 6: Závěr

Konečným cílem našeho projektu bylo určit gravitační zrychlení kolem Marsu. Prostřednictvím dat shromážděných pomocí Arduina lze určit, že gravitační zrychlení při obíhání Marsu zůstává konstantní. Při cestování po Marsu se navíc směr oběžné dráhy neustále mění.

Celkově byly největšími úspěchy našeho týmu růst naší plynulosti čtení a psaní kódu, porozumění nové technologii na špičce průzkumu vesmíru a naše znalosti vnitřního fungování a mnoha využití Arduina.

Sekundárně se v průběhu projektu náš tým nejen naučil výše zmíněné technologické a fyzikální koncepty, ale také jsme se naučili dovednosti projektového řízení. Některé z těchto dovedností zahrnují dodržování termínů, přizpůsobení se přehlédnutí návrhu a nepředvídaným problémům a každodenní každodenní schůzky, které dávají naší skupině odpovědnost a na oplátku udržují všechny na správné cestě ke splnění našich cílů.

Na závěr náš tým splnil všechny požadavky na testování a data a také se naučil neocenitelné dovednosti z oblasti fyziky a řízení týmu, které můžeme uplatnit při budoucím úsilí ve škole a v jakékoli profesi orientované na skupinovou práci.