Tutorial i Përshpejtuesit të CubeSat: 6 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:17

Një cubesat është një lloj sateliti i miniaturizuar për kërkime në hapësirë që përbëhet nga shumëfishë të njësive kub 10x10x10 cm dhe një masë jo më shumë se 1.33 kilogramë për njësi. Cubesats mundësojnë që një sasi e madhe satelitësh të dërgohen në hapësirë dhe lejojnë pronarin kontroll të plotë mbi makinën pavarësisht se ku ndodhen në tokë. Cubesats janë gjithashtu më të përballueshëm se çdo prototip tjetër aktual. Në fund të fundit, kubet lehtësojnë zhytjen në hapësirë dhe përhapin njohuri se si duket planeti dhe universi ynë.

Një Arduino është një platformë, ose kompjuter i llojit, i përdorur për ndërtimin e projekteve elektronike. Një Arduino përbëhet nga një bord qarkor i programueshëm dhe një pjesë e softuerit që funksionon në kompjuterin tuaj, e përdorur për të shkruar dhe ngarkuar kodin e kompjuterit në tabelë.

Për këtë projekt, ekipit tonë iu lejua të zgjedhë çdo sensor që donim të zbulonte ndonjë aspekt të caktuar të përbërjes së Marsit. Ne vendosëm të shkonim me një akselerometër, ose një pajisje elektromekanike të përdorur për të matur forcat e nxitimit.

Për t'i bërë të gjitha këto pajisje të punojnë së bashku, na u desh të bashkonim akselerometrin në tabelën e bukës të Arduino, dhe t'i bashkonim të dyja në pjesën e brendshme të kubit, dhe të siguroheshim që ai i rezistonte një simulimi të fluturimit dhe një test dridhjeje. Ky udhëzues do të mbulojë mënyrën se si e arritëm këtë dhe të dhënat që kemi mbledhur nga Arduino.

Hapi 1: Vendosni Qëllimet (Alex)

Qëllimi ynë kryesor për këtë projekt, ishte përdorimi i një akselerometri (mos u shqetësoni ne do të shpjegojmë se çfarë është kjo më vonë) i vendosur brenda një CubeSat, për të matur nxitimin për shkak të gravitetit në Mars. Ne duhej të ndërtonim një CubeSat dhe të testonim qëndrueshmërinë e tij në mënyra të ndryshme. Pjesa më e vështirë e përcaktimit dhe planifikimit të qëllimit, ishte të kuptosh se si të përmbash Arduino dhe përshpejtuesin brenda CubeSat, në një mënyrë të sigurt. Për ta bërë këtë, na është dashur të dalim me një dizajn të mirë CubeSat, të sigurohemi që të jetë 10x10x10cm dhe të sigurohemi që peshon më pak se 1.3 kilogramë.

Ne përcaktuam që Legos, në fakt do të rezultonte e qëndrueshme, dhe gjithashtu e lehtë për t'u ndërtuar. Legos ishin gjithashtu diçka që dikush mund ta kishte, në vend që ne të shpenzonim para për çdo material ndërtimi. Për fat të mirë, procesi i krijimit të një modeli nuk zgjati shumë, siç do ta shihni në hapin tjetër.

Hapi 2: Dizajnoni Cubesat

Për këtë kube të veçantë, ne përdorëm lego për lehtësinë e tyre në ndërtim, ngjitje dhe qëndrueshmëri. Kubi i ulur duhet të jetë 10x10x10 cm dhe të peshojë më pak se 1.33 kg (3 lbs) për U. Legos e bëjnë të lehtë të kesh një saktësi 10x10x10 cm ndërsa përdorni dy baza Lego për dyshemenë dhe kapakun e kubit. Ju mund të keni për të parë bazat Lego për t'i marrë ato ashtu siç dëshironi. Brenda kubit, do të keni arduino, mbajtëse, bateri dhe mbajtëse të kartës SD të gjitha të lidhura në mure duke përdorur çdo ngjitës që dëshironi. Ne përdorëm shirit ngjitës për të siguruar që asnjë pjesë të mos lihej brenda. Për të bashkangjitur kubinat në orbiter ne përdorëm tela, shirita gome dhe një kravatë zip. Shiritat e gomës duhet të mbështillen rreth kubit si një fjongo e mbështjellë me një dhuratë. Vija pastaj lidhet në qendër të brezit të gomës në kapak. Pastaj vargu lidhet përmes një kravatë zip që lidhet më pas me orbitën.

Hapi 3: Ndërtoni Arduino

Qëllimi ynë për këtë CubeSat, siç u tha më parë, ishte të përcaktonim përshpejtimin për shkak të gravitetit në Mars me një akselerometër. Përshpejtuesit janë qarqe të integruara ose module të përdorura për të matur përshpejtimin e një objekti në të cilin janë bashkangjitur. Në këtë projekt mësova bazat e kodimit dhe instalimeve elektrike. Kam përdorur një mpu 6050 e cila përdoret si një pajisje elektromekanike që do të masë forcat e nxitimit. Duke ndjerë sasinë e nxitimit dinamik, mund të analizoni mënyrën se si pajisja po lëviz në boshtin X, Y dhe Z. Me fjalë të tjera, ju mund të kuptoni nëse lëviz lart e poshtë ose nga njëra anë në tjetrën; një akselerometër dhe një kod mund t'ju japin lehtësisht të dhëna për të përcaktuar atë informacion. Sa më i ndjeshëm të jetë sensori, aq më të sakta dhe të detajuara do të jenë të dhënat. Kjo do të thotë se për një ndryshim të caktuar në nxitim, do të ketë një ndryshim më të madh në sinjal.

Më duhej ta lidhja arduinon, e cila ishte e lidhur tashmë me akselerometrin, në mbajtësin e kartës SD e cila do të ruante të dhënat e marra gjatë testit të fluturimit, në mënyrë që ta ngarkonim më pas në një kompjuter. Në këtë mënyrë ne mund të shikojmë matjet e boshtit X, Y dhe Z për të parë se ku ishte kube në ajër. ju mund të shihni në fotot e bashkangjitura se si ta lidhni arduinon në përshpejtuesin dhe dërrasën e bukës.

Hapi 4: Testet e Fluturimit dhe Vibrimit (Alex)

Për të siguruar qëndrueshmërinë e kubit të ulur, na u desh ta kalonim atë përmes një sërë testesh, të cilat do të simulonin mjedisin në të cilin do të kalonte, në hapësirë. Testi i parë që duhej ta vendosnim kubin u quajt testi i mizës Me Ne duhej ta lidhnim arduinon me një pajisje të quajtur orbiter dhe të simulonim rrugën e fluturimit të tij rreth planetit të kuq. Ne provuam metoda të shumta të lidhjes së kubit të ulur, por përfundimisht ne ishim në gjendje të vendoseshim në një brez gome të dyfishtë që ishte mbështjellë rreth kubit të ulur. Pastaj një varg u ngjit në brezat e gomës.

Testi i fluturimit nuk ishte menjëherë i suksesshëm, pasi në përpjekjen tonë të parë, një pjesë e kasetës filloi të dilte. Ne pastaj kaluam modelet në opsionin e brezit të gomës të përmendur në paragrafin e mëparshëm. Edhe pse në përpjekjen tonë të dytë, ne ishim në gjendje ta kishim këlyshin të fluturonte me shpejtësinë e kërkuar, për 30 sekonda, pa shfaqur asnjë problem fare.

Testi tjetër ishte testi i dridhjeve, i cili do të simulonte lirshëm kubin e ulur duke udhëtuar nëpër atmosferën e një planeti. Ne duhej ta vendosnim kubin në tryezën e dridhjeve dhe të rrisim fuqinë në një shkallë të caktuar. Kubi u ul atëherë duhej të qëndronte në takt për të paktën 30 sekonda në këtë nivel fuqie. Për fatin tonë të mirë, ne ishim në gjendje të kalonim të gjitha aspektet e testit në përpjekjen tonë të parë. Tani gjithçka që mbeti ishte mbledhja dhe testet përfundimtare të të dhënave.

Hapi 5: Interpretimi i të dhënave

Me të dhënat që kemi marrë pasi kemi bërë testin përfundimtar, ju mund të shihni se ku ka udhëtuar kubi në boshtin X, Y dhe Z dhe të përcaktoni nxitimin duke e ndarë zhvendosjen tuaj me kohën. Kjo ju jep shpejtësinë mesatare. Tani, përderisa objekti po përshpejtohet në mënyrë uniforme, ju thjesht duhet të shumëzoni shpejtësinë mesatare me 2 për të marrë shpejtësinë përfundimtare. Për të gjetur nxitimin, ju merrni shpejtësinë përfundimtare dhe e ndani atë me kohën.

Hapi 6: Përfundimi

Qëllimi përfundimtar i projektit tonë ishte përcaktimi i përshpejtimit të gravitetit rreth Marsit. Përmes të dhënave të mbledhura duke përdorur Arduino, mund të përcaktohet se nxitimi gravitacional gjatë orbitës së Marsit mbetet konstant. Për më tepër, ndërsa udhëtoni rreth Marsit, drejtimi i orbitës po ndryshon vazhdimisht.

Në përgjithësi, hapat më të mëdhenj të ekipit tonë ishin rritja e rrjedhshmërisë sonë në leximin dhe shkrimin e kodit, të kuptuarit tonë të një teknologjie të re në përparimin e eksplorimit të hapësirës dhe njohja jonë me funksionimet e brendshme dhe shumë përdorime të një Arduino.

Së dyti, gjatë gjithë projektit, ekipi ynë jo vetëm që mësoi konceptet e sipërpërmendura të teknologjisë dhe fizikës, por ne gjithashtu mësuam aftësitë e menaxhimit të projektit. Disa nga këto aftësi përfshijnë përmbushjen e afateve, përshtatjen për mbikëqyrjet e projektimit dhe problemet e paparashikuara dhe kryerjen e takimeve të përditshme të gatshme për t'i dhënë grupit tonë llogaridhënie dhe, nga ana tjetër, për t'i mbajtur të gjithë në rrugën e duhur për të arritur qëllimet tona.

Si përfundim, ekipi ynë plotësoi çdo kërkesë testimi dhe të dhënash, si dhe mësoi aftësi të paçmueshme të fizikës dhe menaxhimit të ekipit që ne mund të kryejmë në përpjekjet e ardhshme në shkollë dhe në çdo profesion të orientuar drejt punës në grup.