CubeSat gyorsulásmérő oktatóanyag: 6 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

A cubesat az űrkutatáshoz használt miniatűr műholdak egy típusa, amely 10x10x10 cm köbös egység többszöröseiből áll, és egységnyi tömege legfeljebb 1,33 kg. A Cubesat lehetővé teszi nagy mennyiségű műhold elküldését az űrbe, és lehetővé teszi a tulajdonos számára, hogy teljes irányítást gyakoroljon a gép felett, bárhol is legyen a földön. A Cubesats megfizethetőbb, mint bármely más jelenlegi prototípus. Végső soron a kockák elősegítik az űrbe való belemerülést, és elterjesztik a bolygónk és univerzumunk kinézetét.

Az Arduino egy platform vagy számítógép, amelyet elektronikai projektek építésére használnak. Az Arduino programozható áramköri lapból és a számítógépen futó szoftverből áll, amelyek számítógépes kód írására és feltöltésére szolgálnak.

Ehhez a projekthez csapatunk kiválaszthatott bármilyen érzékelőt, amelyet fel akartunk fedezni a Mars felépítésének bizonyos vonatkozásait. Úgy döntöttünk, hogy gyorsulásmérővel, vagy elektromechanikus eszközzel megyünk a gyorsulási erők mérésére.

Ahhoz, hogy mindezek az eszközök együtt működjenek, fel kellett szerelnünk a gyorsulásmérőt az Arduino kenyértáblájára, és mindkettőt a kubik belső oldalára, és meg kell győződnünk arról, hogy ellenáll a repülési szimulációnak és a rázkódási tesztnek. Ez az oktatható anyag kitér arra, hogyan valósítottuk meg ezt, valamint az Arduino -tól gyűjtött adatokra.

1. lépés: Célok kitűzése (Alex)

Ennek a projektnek a fő célja az volt, hogy egy gyorsulásmérőt (ne aggódjunk, később elmagyarázzuk) egy CubeSat -ban helyezzük el, hogy mérjük a Mars gravitáció miatti gyorsulást. CubeSat -ot kellett építenünk, és sokféleképpen tesztelnünk annak tartósságát. A célok kitűzésének és tervezésének legnehezebb része az volt, hogy rájöttünk, hogyan kell biztonságos módon tárolni az Arduino -t és a gyorsulásmérőt a CubeSat -en belül. Ehhez egy jó CubeSat dizájnt kellett kitalálnunk, meg kell győződnünk arról, hogy 10x10x10 cm -es, és meg kell győződnünk arról, hogy súlya kevesebb, mint 1,3 kilogramm.

Meghatároztuk, hogy a Legos valójában tartósnak és könnyen építhetőnek bizonyul. A legókat is megszerezhette valaki, ahelyett, hogy pénzt költenénk bármilyen építőanyagra. Szerencsére a terv kidolgozásának folyamata nem tartott sokáig, amint azt a következő lépésben látni fogja.

2. lépés: A Cubesat tervezése

Ehhez a különleges kockához legókat használtunk, hogy könnyen felépíthetőek legyenek, rögzíthetők és tartósak legyenek. A kocka ülőfelületének 10x10x10 cm -esnek kell lennie, és súlya kevesebb, mint 1,33 kg (3 font) per U. A Legók megkönnyítik a pontos 10x10x10 cm -es méretet, miközben két Lego -alapot használnak a kocka padlójára és fedelére. Lehet, hogy le kell fűrészelnie a Lego bázisokat, hogy pontosan olyan legyen, amilyennek szeretné. A kocka belsejében az arduino -t, a kenyérsütő deszkát, az akkumulátort és az SD -kártya tartóját a falakhoz rögzítheti bármilyen kívánt ragasztóval. Ragasztószalagot használtunk annak biztosítására, hogy ne legyenek darabok belül. A kocka rögzítéséhez az orbiterhez zsinórt, gumiszalagot és cipzárat használtunk. A gumiszalagokat úgy kell tekerni a kockára, mintha szalagot tekernének ajándékba. A húrt ezután a fedél gumiszalagjának közepéhez kötik. Ezután a húrt egy cipzáras nyakkendőn keresztül hurkolják, amelyet aztán a pályára akasztanak.

3. lépés: Az Arduino szerkesztése

Ennek a CubeSat -nak a célja, mint korábban említettük, az volt, hogy gyorsulásmérővel meghatározzuk a Marson a gravitáció miatti gyorsulást. A gyorsulásmérők integrált áramkörök vagy modulok, amelyekkel egy tárgy gyorsulását mérik, amelyhez kapcsolódnak. Ebben a projektben megtanultam a kódolás és a huzalozás alapjait. Egy mpu 6050 -et használtam, amelyet elektromechanikus eszközként használnak, amely méri a gyorsulási erőket. A dinamikus gyorsulás mértékének érzékelésével elemezheti az eszköz mozgását az X, Y és Z tengelyen. Más szóval, meg tudja határozni, hogy felfelé vagy lefelé mozog, vagy oldalról oldalra; a gyorsulásmérő és néhány kód könnyen megadhatja az adatokat az információ meghatározásához. Minél érzékenyebb az érzékelő, annál pontosabb és részletesebb lesz az adat. Ez azt jelenti, hogy a gyorsulás adott változása esetén nagyobb lesz a jelváltozás.

A gyorsulásmérőhöz bekötött arduinót az SD -kártya tartójához kellett vezetni, amely a repülés során kapott adatokat tárolja, hogy aztán feltölthessük a számítógépre. Így megtekinthetjük az X, Y és Z tengely méréseit, hogy lássuk, hol volt a kubik a levegőben. A mellékelt képeken megtekintheti, hogyan kell az arduinót a gyorsulásmérőhöz és a kenyérsütő táblához csatlakoztatni.

4. lépés: Repülési és rezgési tesztek (Alex)

A kocka tartósságának biztosítása érdekében számos tesztet kellett elvégeznünk, amelyek szimulálják azt a környezetet, amelyen keresztül fogják vinni, az űrben. Az első tesztet, amelyet a kocka átültetésére kellett tennünk, repülési tesztnek hívták. Meg kellett kötnünk az arduinót egy orbiter nevű eszközhöz, és szimulálnunk kell annak repülési útvonalát a vörös bolygó körül. Többféle módszert is kipróbáltunk a kocka ülőlap rögzítésére, de végül sikerült elhelyezkednünk egy dupla gumiszalagon, amelyet a kocka sat köré tekertünk. Ezután egy zsinórt rögzítettek a gumiszalagokra.

A repülési teszt nem volt azonnal sikeres, mivel első próbálkozásunkkor a szalag egy része elkezdett leválni. Ezután átváltottuk a terveket az előző bekezdésben említett gumiszalag opcióra. Bár a második kísérletünkre sikerült a kölyköt a kívánt sebességgel, 30 másodpercig repülni, minden probléma nélkül.

A következő teszt a vibrációs teszt volt, amely lazán szimulálná a kocka ülését egy bolygó légkörében. Fel kellett tennünk a kockát a vibrációs asztalra, és egy bizonyos fokig fel kellett kapcsolni az energiát. A kocka ülésén ezen a teljesítményszinten legalább 30 másodpercig tapintatban kellett maradnia. Szerencsénkre, az első próbálkozásunkon át tudtuk teljesíteni a teszt minden aspektusát. Most már csak a végső adatgyűjtés és tesztek maradtak.

5. lépés: Az adatok értelmezése

A végső teszt elvégzése után kapott adatokkal láthatja, hogy a kocka hová haladt az X, Y és Z tengelyen, és meghatározhatja a gyorsulást az elmozdulás időbeli elosztásával. Ez megadja az átlagos sebességet. Most, amíg az objektum egyenletesen gyorsul, csak meg kell szoroznia az átlagos sebességet 2 -vel, hogy megkapja a végső sebességet. A gyorsulás megállapításához vegye a végsebességet, és ossza el az idővel.

6. lépés: Következtetés

Projektünk végső célja a Mars körüli gravitáció gyorsulásának meghatározása volt. Az Arduino segítségével összegyűjtött adatok alapján megállapítható, hogy a Mars körül keringő gravitációs gyorsulás állandó marad. Ezenkívül a Mars körüli utazás során a pálya iránya folyamatosan változik.

Összességében a csapatunk legnagyobb elfoglaltsága az volt, hogy fejlődtünk folyékonyan olvasni és írni a kódot, megértettünk egy új technológiát az űrkutatás élvonalában, és ismerjük az Arduino belső működését és számos felhasználását.

Másodsorban, a projekt során csapatunk nemcsak a fent említett technológiai és fizikai fogalmakat tanulta meg, hanem a projektmenedzsment készségeit is. Ezen készségek egy része magában foglalja a határidők betartását, a tervezési felügyelethez és az előre nem látható problémákhoz való alkalmazkodást, valamint a napi standup értekezletek lebonyolítását annak érdekében, hogy csoportunk elszámoltatható legyen, és ezáltal mindenki nyomon kövesse céljaink elérését.

Összefoglalva, csapatunk eleget tett minden tesztelési és adatszolgáltatási követelménynek, valamint felbecsülhetetlen értékű fizika- és csapatmenedzsment-készségeket sajátított el, amelyeket be tudunk vinni a jövőbeni törekvésekbe az iskolában és bármilyen csoportmunka-orientált szakmában.