מדריך האצה של CubeSat: 6 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

קוביות הוא סוג של לוויין ממוזער לחקר החלל המורכב מכפולות של 10x10x10 ס"מ יחידות מעוקבות ומסה של לא יותר מ 1.33 ק"ג ליחידה. קוביות קוב מאפשרות לשלוח כמות גדולה של לוויינים לחלל ומאפשרים לבעלים שליטה מלאה על המכונה לא משנה היכן הם נמצאים על פני כדור הארץ. קוביות קוביות הן גם זולות יותר מכל אבות טיפוס עכשוויים אחרים. בסופו של דבר, קוביות קוביות מאפשרות את הטבילה לחלל ומפיצות ידע כיצד נראים כוכב הלכת והיקום שלנו.

Arduino היא פלטפורמה, או מחשב מסוגים אחרים, המשמשים לבניית פרויקטים אלקטרוניים. Arduino מורכב ממעגל הניתן לתכנות ומתוכנת תוכנה, הפועלת במחשב שלך, המשמשת לכתיבת והעלאת קוד מחשב ללוח.

עבור פרויקט זה, הצוות שלנו הורשה לבחור כל חיישן שאנו רוצים לזהות כל היבט מסוים של האיפור של מאדים. החלטנו ללכת עם מד תאוצה, או מכשיר אלקטרו -מכני המשמש למדידת כוחות האצה.

כדי לגרום לכל המכשירים האלה לעבוד יחד, היינו צריכים לצרף את מד התאוצה ללוח הלחם של הארדואינו, ולחבר את שניהם לחלק הפנימי של הקובסאט, ולוודא שהוא עמד בסימולציה של טיסה ובדיקת טלטול. מדריך זה יכסה כיצד השגנו זאת והנתונים שאספנו מהארדואינו.

שלב 1: קבע יעדים (אלכס)

המטרה העיקרית שלנו לפרויקט זה הייתה להשתמש במד תאוצה (אל דאגה נסביר מה זה מאוחר יותר) הממוקם בתוך CubeSat, כדי למדוד את התאוצה עקב כוח הכבידה על מאדים. היינו צריכים לבנות CubeSat ולבדוק את עמידותו במגוון דרכים. החלק הקשה ביותר בהגדרת מטרות ותכנון, היה להבין כיצד להכיל את הארדואינו ומד התאוצה בתוך ה- CubeSat, בצורה בטוחה. כדי לעשות זאת, היינו צריכים להמציא עיצוב טוב של CubeSat, לוודא שהוא בגודל 10x10x10 ס מ ולוודא שהוא שוקל פחות מ -1.3 קילוגרם.

קבענו שלגוס, למעשה תתגבר כעמידה, וגם קלה לבנייה איתה. לגו היה גם משהו שמישהו כבר יכול היה לקבל, ולא שנוציא כסף על חומרי בניין. למרבה המזל, תהליך הגשת העיצוב לא ארך זמן רב, כפי שתראה בשלב הבא.

שלב 2: עיצוב קובסאט

עבור קוביית סאט ספציפית זו, השתמשנו בלגו על קלותם לבנייה, חיבור ועמידות. גודל הקוביה חייב להיות 10x10x10 ס"מ ומשקלו פחות מ- 1.33 ק"ג לכל U. הלגו מקלה על 10x10x10 ס"מ מדויק תוך שימוש בשני בסיסי לגו לרצפה ולמכסה של קובית. ייתכן שיהיה עליך לנסר את בסיסי הלגו כדי לקבל אותם בדיוק כפי שאתה רוצה אותם. בתוך קוביית הספה, כל הארדואינו, קרש הלחם, הסוללה ומחזיק כרטיס ה- SD שלך מחוברים כולם לקירות באמצעות כל דבק שתרצה. השתמשנו בנייר דבק כדי להבטיח שאף חלק לא ישתחרר מבפנים. כדי להצמיד את קוביית הסל למסלול השתמשנו בחוט, גומיות ועניבה עם רוכסן. יש לעטוף את הגומיות מסביב לקוביות כאילו סרט עטוף סביב מתנה. לאחר מכן נקשר המחרוזת למרכז הגומייה במכסה. ואז המחרוזת מחוברת דרך עניבה עם רוכסן, ואז היא מתחברת למסלול.

שלב 3: בנה את Arduino

המטרה שלנו עבור CubeSat זה, כמו שאמרנו קודם, הייתה לקבוע את התאוצה עקב כוח הכבידה על מאדים בעזרת מד תאוצה. מדי תאוצה הם מעגלים או מודולים משולבים המשמשים למדידת האצה של אובייקט שאליו הם מחוברים. בפרויקט זה למדתי את יסודות הקידוד והחיווט. השתמשתי ב- mpu 6050 המשמש כמכשיר אלקטרומכני שימדוד את כוחות האצה. על ידי חישה של כמות האצה הדינאמית, תוכל לנתח את האופן בו המכשיר נע על ציר X, Y ו- Z. במילים אחרות, אתה יכול לדעת אם הוא נע למעלה ולמטה או מצד לצד; מד תאוצה וקוד כלשהו יכולים לתת לך בקלות את הנתונים לקביעת המידע הזה. ככל שהחיישן רגיש יותר, הנתונים יהיו מדויקים ומפורטים יותר. המשמעות היא שלשינוי תאוצה נתון, יהיה שינוי גדול יותר באות.

הייתי צריך לחבר את הארדואינו, שכבר היה מחובר למד התאוצה, למחזיק כרטיס ה- SD שיאחסן את הנתונים שהתקבלו במהלך מבחן הטיסה כדי שנוכל להעלות אותם למחשב. כך נוכל לצפות במידות של ציר X, Y ו- Z בכדי לראות היכן הקובסאט היה באוויר. אתה יכול לראות בתמונות המצורפות כיצד לחבר את הארדואינו למד התאוצה ולוח הלחם.

שלב 4: מבחני טיסה ורטט (אלכס)

על מנת להבטיח עמידות לשבת הקוביה, היינו צריכים לעבור אותה באמצעות סדרת בדיקות, שידמו את הסביבה שתעבור לה, בחלל. הבדיקה הראשונה שהיינו צריכים להכניס את הקוביה נקראה מבחן הזבוב. היינו צריכים לחבר את הארדואינו למכשיר שנקרא מסלול, ולדמות את נתיב הטיסה שלו סביב כוכב הלכת האדום. ניסינו מספר שיטות לחיבור קוביית השבת, אך בסופו של דבר הצלחנו להתמקם על גומייה כפולה שהיתה כרוכה סביב הקובייה. לאחר מכן הוצמד חוט לגומיות.

מבחן הטיסה לא הצליח מיד, שכן בניסיון הראשון שלנו, חלק מהקלטת החלה להתפרק. לאחר מכן החלפנו עיצובים לאופציית הגומייה שהוזכרה בפסקה הקודמת. למרות שבניסיון השני שלנו, הצלחנו לגרום לגור לשבת לעוף במהירות הנדרשת, למשך 30 שניות, ללא בעיות כלל.

המבחן הבא היה מבחן הרטט, שידמה באופן רופף את הקוביה שישבה בנסיעות באטמוספירה של כוכב הלכת. היינו צריכים לשים את הקוביה שישבה על שולחן הרטט ולהגביר את הכוח במידה מסוימת. הקוביה ישבה ואז נאלצה להישאר בקשר למשך 30 שניות לפחות ברמת הספק זו. למזלנו, הצלחנו לעבור את כל היבטי הבדיקה בניסיון הראשון שלנו. עכשיו נשאר רק איסוף הנתונים והבדיקות הסופיים.

שלב 5: פרשנות נתונים

עם הנתונים שקיבלנו לאחר ביצוע הבדיקה הסופית, אתה יכול לראות לאן נעה הקוביה בציר X, Y ו- Z ולקבוע את ההאצה על ידי חלוקת העקירה שלך בזמן. זה נותן לך את המהירות הממוצעת. עכשיו, כל עוד האובייקט מאיץ באופן אחיד, אתה רק צריך להכפיל את המהירות הממוצעת ב- 2 כדי לקבל את המהירות הסופית. כדי למצוא את ההאצה, אתה לוקח את המהירות הסופית ומחלק אותה לפי הזמן.

שלב 6: מסקנה

המטרה הסופית של הפרויקט שלנו הייתה לקבוע את האצת הכבידה סביב מאדים. באמצעות הנתונים שנאספו באמצעות הארדואינו, ניתן לקבוע כי האצת הכבידה בזמן מסלולו של מאדים נשארת קבועה. בנוסף, בזמן נסיעה סביב מאדים, כיוון המסלול משתנה כל הזמן.

בסך הכל, ההבדלים הגדולים ביותר של הצוות שלנו היו הצמיחה שלנו בשטף הקריאה והכתיבה של קוד, ההבנה שלנו בטכנולוגיה חדשה בחוד החנית של החלל והיכרות שלנו עם הפעולות הפנימיות ושימושים רבים בארדואינו.

שנית, לאורך כל הפרויקט, הצוות שלנו לא רק למד את הרעיונות הטכנולוגיים והפיסיקה כאמור, אלא למדנו גם כישורי ניהול פרויקטים. חלק ממיומנויות אלה כוללות עמידה בלוחות זמנים, התאמה לפיקוח על התכנון ובעיות בלתי צפויות, וניהול פגישות סטנדאפ יומיות על מנת לתת לקבוצות שלנו דין וחשבון ולצדן לשמור על כולם על מנת לעמוד ביעדים שלנו.

לסיכום, הצוות שלנו עמד בכל דרישות בדיקה ונתונים, כמו גם בלימוד פיזיקה ויכולות ניהול צוות שלא יסולא בפז שאנו יכולים לשאת למאמצים עתידיים בבית הספר ובכל מקצוע מוכוון עבודת קבוצה.