CubeSat akselerometra apmācība: 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Kubatats ir miniaturizēta satelīta veids kosmosa izpētei, ko veido 10x10x10 cm kubikmetru daudzkārtņi un kura masa nepārsniedz 1,33 kilogramus. Cubesats ļauj nosūtīt lielu daudzumu satelītu uz kosmosu un ļauj īpašniekam pilnībā kontrolēt mašīnu neatkarīgi no tā, kur uz zemes tie atrodas. Cubesats ir arī pieejamākas nekā jebkurš cits pašreizējais prototips. Galu galā kubici atvieglo iegremdēšanos kosmosā un izplata zināšanas par to, kā izskatās mūsu planēta un Visums.

Arduino ir platforma vai sava veida dators, ko izmanto elektronikas projektu veidošanai. Arduino sastāv gan no programmējamas shēmas plates, gan no datorā esošas programmatūras, ko izmanto, lai rakstītu un augšupielādētu datora kodu uz tāfeles.

Šim projektam mūsu komandai bija atļauts izvēlēties jebkuru sensoru, kuru mēs vēlējāmies atklāt, lai noteiktu kādu Marsa aplauzuma aspektu. Mēs nolēmām izmantot akselerometru vai elektromehānisku ierīci, ko izmanto paātrinājuma spēku mērīšanai.

Lai visas šīs ierīces darbotos kopā, mums bija jāpiestiprina akselerometrs pie Arduino maizes dēļa un jāpievieno gan kubika iekšpusei, gan jāpārliecinās, ka tas iztur lidojuma simulāciju un kratīšanas testu. Šī pamācība aptvers to, kā mēs to paveicām, un datus, ko mēs savācām no Arduino.

1. darbība: nosakiet mērķus (Alekss)

Mūsu galvenais šī projekta mērķis bija izmantot akselerometru (neuztraucieties, mēs vēlāk paskaidrosim), kas ievietots CubeSat, lai izmērītu Marsa gravitācijas izraisīto paātrinājumu. Mums bija jāveido CubeSat un jāpārbauda tā izturība dažādos veidos. Mērķu noteikšanas un plānošanas grūtākā daļa bija saprast, kā drošā veidā ievietot Arduino un akselerometru CubeSat. Lai to izdarītu, mums bija jāizdomā labs CubeSat dizains, jāpārliecinās, vai tas ir 10x10x10cm, un jāpārliecinās, ka tas sver mazāk par 1,3 kilogramiem.

Mēs noskaidrojām, ka Lego patiesībā izrādīsies izturīgi un ar tiem ir viegli uzbūvēt. Lego bija arī kaut kas tāds, kas kādam jau varētu būt, nevis mēs tērējam naudu būvmateriāliem. Par laimi, dizaina izstrādes process neaizņēma ļoti ilgu laiku, kā redzēsit nākamajā solī.

2. darbība: noformējiet Cubesat

Šim īpašajam kubam mēs izmantojām legos, lai tos būtu viegli veidot, piestiprināt un izturēt. Kuba sēdekļa izmēram jābūt 10x10x10 cm un sver mazāk nekā 1,33 kg (3 mārciņas) uz U. Ar Lego palīdzību ir viegli iegūt precīzu 10x10x10 cm, vienlaikus izmantojot divas Lego pamatnes kubika grīdai un vākam. Jums, iespējams, būs jāzāģē Lego bāzes, lai tās iegūtu tieši tādas, kādas vēlaties. Kubatora iekšpusē jūsu arduino, maizes dēlis, akumulators un SD kartes turētājs būs piestiprināts pie sienām, izmantojot jebkuru vēlamo līmi. Mēs izmantojām līmlenti, lai nodrošinātu, ka iekšpusē nekļūst gabaliņi. Lai piestiprinātu kubiku pie orbītas, mēs izmantojām auklu, gumijas lentes un rāvējslēdzēju. Gumijas jāapvelk ap kubiku, it kā lente ap dāvanu. Pēc tam aukla ir piesieta pie gumijas joslas centra uz vāka. Tad aukla tiek izvilkta caur rāvējslēdzēju, kas pēc tam tiek piestiprināts pie orbītas.

3. darbība: izveidojiet Arduino

Mūsu mērķis šim CubeSat, kā jau minēts iepriekš, bija ar akselerometru noteikt Marsa gravitācijas izraisīto paātrinājumu. Akselerometri ir integrālās shēmas vai moduļi, ko izmanto objekta, kuram tie ir pievienoti, paātrinājuma mērīšanai. Šajā projektā es apguvu kodēšanas un elektroinstalācijas pamatus. Es izmantoju mpu 6050, ko izmanto kā elektromehānisku ierīci, kas mēra paātrinājuma spēkus. Uzzinot dinamiskā paātrinājuma apjomu, varat analizēt ierīces pārvietošanās veidu uz X, Y un Z ass. Citiem vārdiem sakot, jūs varat noteikt, vai tas pārvietojas uz augšu un uz leju vai no vienas puses uz otru; akselerometrs un kāds kods var viegli iegūt datus, lai noteiktu šo informāciju. Jo jutīgāks ir sensors, jo precīzāki un detalizētāki būs dati. Tas nozīmē, ka noteiktām paātrinājuma izmaiņām būs lielākas signāla izmaiņas.

Man bija jāpievieno arduino, kas jau bija pieslēgts akselerometram, pie SD kartes turētāja, kurā tiks glabāti lidojuma pārbaudes laikā saņemtie dati, lai mēs pēc tam varētu tos augšupielādēt datorā. Tādā veidā mēs varam apskatīt X, Y un Z ass mērījumus, lai redzētu, kur kubiks bija gaisā. ou pievienotajos attēlos varat redzēt, kā savienot arduino ar akselerometru un maizes dēli.

4. darbība. Lidošanas un vibrācijas testi (Alekss)

Lai nodrošinātu kuba izturību, mums tas bija jāveic virknē testu, kas imitētu vidi, kurā tas tiks izlaists, kosmosā. Pirmais tests, kas mums bija jānovieto kubā, tika saukts par lidojuma testu. Mums bija jāpievieno arduino ierīcei, ko sauc par orbītu, un simulēja tās lidojuma ceļu ap sarkano planētu. Mēs izmēģinājām vairākas metodes, kā piestiprināt kuba sēdekli, bet galu galā mēs varējām apmesties uz dubultas gumijas joslas, kas bija ietīta ap kubu sat. Pēc tam gumijas lentēm tika piestiprināta aukla.

Lidojuma pārbaude nebija uzreiz veiksmīga, jo mūsu pirmajā mēģinājumā daļa lentes sāka atdalīties. Pēc tam mēs nomainījām dizainu uz gumijas joslas opciju, kas minēta iepriekšējā punktā. Lai gan mūsu otrajā mēģinājumā mēs varējām panākt, lai kucēns 30 sekundes sēdētu lidot vajadzīgajā ātrumā, bez jebkādām problēmām.

Nākamais tests bija vibrācijas tests, kas brīvi simulētu kubu, kas pārvietojas pa planētas atmosfēru. Mums bija jāuzliek kubs, kas sēdēja uz vibrācijas galda, un zināmā mērā palielināja jaudu. Tad kubam šajā jaudas līmenī bija jāpaliek taktī vismaz 30 sekundes. Par laimi, mēs jau pirmajā mēģinājumā varējām izturēt visus testa aspektus. Tagad atlika tikai galīgā datu vākšana un testi.

5. darbība: datu interpretācija

Izmantojot datus, kas iegūti pēc galīgā testa veikšanas, jūs varat redzēt, kur kubs pārvietojās pa X, Y un Z asi, un noteikt paātrinājumu, dalot pārvietojumu ar laiku. Tas dod jums vidējo ātrumu. Tagad, kamēr objekts vienmērīgi paātrinās, jums vienkārši jāreizina vidējais ātrums ar 2, lai iegūtu galīgo ātrumu. Lai atrastu paātrinājumu, ņemiet galīgo ātrumu un sadaliet to ar laiku.

6. darbība. Secinājums

Mūsu projekta galvenais mērķis bija noteikt gravitācijas paātrinājumu ap Marsu. Izmantojot datus, kas savākti, izmantojot Arduino, var noteikt, ka gravitācijas paātrinājums Marsa orbītā paliek nemainīgs. Turklāt, ceļojot pa Marsu, orbītas virziens pastāvīgi mainās.

Kopumā mūsu komandas lielākās atrunas bija mūsu prasme lasīt un rakstīt kodu, mūsu izpratne par jaunu tehnoloģiju kosmosa izpētes jomā un mūsu zināšanas par Arduino iekšējo darbību un daudzajiem lietojumiem.

Otrkārt, visa projekta laikā mūsu komanda ne tikai apguva iepriekšminētās tehnoloģijas un fizikas jēdzienus, bet arī apguvām projektu vadības prasmes. Dažas no šīm prasmēm ietver termiņu ievērošanu, pielāgošanos dizaina pārraudzībai un neparedzētām problēmām, kā arī ikdienas stand -up sanāksmju rīkošanu, lai mūsu grupai būtu atbildība un, savukārt, visi varētu sekot mūsu mērķu sasniegšanai.

Visbeidzot, mūsu komanda izpildīja visas pārbaudes un datu prasības, kā arī iemācījās nenovērtējamas fizikas un komandas vadības prasmes, kuras mēs varam izmantot turpmākajos centienos skolā un jebkurā uz grupu darbu orientētā profesijā.