Vadnica za merilnik pospeška CubeSat: 6 korakov

2025 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2025-01-23 15:08

Kubasat je vrsta miniaturnega satelita za vesoljske raziskave, ki je sestavljen iz večkratnikov 10 x 10 x 10 cm kubičnih enot in mase največ 1,33 kilograma na enoto. Cubesat omogoča pošiljanje velike količine satelitov v vesolje in lastniku omogoča popoln nadzor nad strojem, ne glede na to, kje na zemlji so. Cubesat je tudi cenovno ugodnejši od vseh drugih trenutnih prototipov. Konec koncev kockasti olajšajo potopitev v vesolje in širijo znanje o tem, kako izgledata naš planet in vesolje.

Arduino je platforma ali neke vrste računalnik, ki se uporablja za gradnjo elektronskih projektov. Arduino je sestavljen iz programabilnega vezja in programske opreme, ki deluje v računalniku in se uporablja za pisanje in nalaganje računalniške kode na ploščo.

Za ta projekt je bilo naši ekipi dovoljeno izbrati kateri koli senzor, za katerega smo želeli zaznati določen vidik sestave Marsa. Odločili smo se za merilnik pospeška ali elektromehansko napravo za merjenje sil pospeševanja.

Da bi vse te naprave delovale skupaj, smo morali merilnik pospeška pritrditi na ploščo Arduina, oba pa pritrditi na notranjo stran kocke in se prepričati, da je zdržal simulacijo letenja in test tresenja. Ta navodila bodo zajemala, kako smo to dosegli, in podatke, ki smo jih zbrali pri Arduinu.

1. korak: Določite cilje (Alex)

Naš glavni cilj pri tem projektu je bil uporaba merilnika pospeška (ne skrbite, pojasnili bomo, kaj je to kasneje), nameščenega v CubeSat, za merjenje pospeška zaradi gravitacije na Marsu. Zgraditi smo morali CubeSat in na različne načine preizkusiti njegovo vzdržljivost. Najtežji del pri postavljanju ciljev in načrtovanju je bilo spoznanje, kako na varen način omejiti Arduino in merilnik pospeška v CubeSat. Da bi to naredili, smo morali izumiti dobro zasnovo CubeSat, se prepričati, da je 10x10x10cm, in paziti, da tehta manj kot 1,3 kilograma.

Ugotovili smo, da bi se Legos dejansko izkazal za trajnega in tudi enostavnega za gradnjo. Lego kocke so bile tudi nekaj, kar bi kdo že lahko imel, namesto da bi porabili denar za gradbeni material. Na srečo postopek oblikovanja modela ni trajal dolgo, kot boste videli v naslednjem koraku.

2. korak: Oblikujte Cubesat

Za to posebno kocko smo uporabili lego kocke za njihovo enostavno izdelavo, pritrditev in vzdržljivost. Kockasta garnitura mora biti velikosti 10x10x10 cm in tehtati manj kot 1,33 kg (3 lbs) na enoto. Lego kocke omogočajo enostavno postavitev natančno 10x10x10 cm med uporabo dveh podstavkov Lego za tla in pokrov kocke. Morda boste morali podreti lego kocke, da jih dobite točno tako, kot si jih želite. Znotraj kocke boste imeli arduino, ploščo, baterijo in držalo za kartico SD pritrjene na stene s poljubnim lepilom. Uporabili smo lepilni trak, da zagotovimo, da se v notranjosti noben kos ne zrahlja. Za pritrditev kocke na orbiter smo uporabili vrvico, gumijaste trakove in zadrgo. Gumijasti trakovi morajo biti oviti okoli kocke, kot da je trak ovit okoli darila. Vrvico nato privežemo na sredino gumijastega traku na pokrovu. Nato se vrvica vrvi skozi zadrgo, ki se nato pripne na orbiter.

Korak: Zgradite Arduino

Naš cilj za ta CubeSat, kot je bilo že rečeno, je bil določiti pospešek zaradi gravitacije na Marsu z merilnikom pospeška. Merilniki pospeška so integrirana vezja ali moduli, ki se uporabljajo za merjenje pospeška predmeta, na katerega so pritrjeni. V tem projektu sem se naučil osnov kodiranja in ožičenja. Uporabil sem mpu 6050, ki se uporablja kot elektromehanska naprava za merjenje sil pospeševanja. Z zaznavanjem količine dinamičnega pospeška lahko analizirate način, kako se naprava premika po osi X, Y in Z. Z drugimi besedami, lahko ugotovite, ali se premika navzgor in navzdol ali od strani do strani; merilnik pospeška in nekaj kode vam lahko preprosto podata podatke za določitev teh podatkov. Bolj občutljiv senzor, natančnejši in podrobnejši bodo podatki. To pomeni, da bo pri dani spremembi pospeška prišlo do večje spremembe signala.

Arduino, ki je bil že povezan z merilnikom pospeška, sem moral povezati z nosilcem kartice SD, ki bi shranil podatke, prejete med preizkusom letenja, da jih lahko nato naložimo v računalnik. Na ta način si lahko ogledamo meritve osi X, Y in Z, da vidimo, kje je bil kubat v zraku. Na priloženih slikah si lahko ogledate, kako priključiti arduino na merilnik pospeška in ploščo.

4. korak: Leteči in vibracijski testi (Alex)

Da bi zagotovili vzdržljivost kocke, smo morali opraviti vrsto preskusov, ki so simulirali okolje, v katerem bo potekala, v vesolju. Prvi test, ki smo ga morali postaviti, je bil imenovan test muhe. Arduino smo morali nanizati na napravo, imenovano orbiter, in simulirati pot letenja okoli rdečega planeta. Poskusili smo več načinov pritrditve kocke, vendar smo se sčasoma lahko usedli na dvojni gumijasti trak, ki je bil ovit okoli kocke. Nato je bila na gumijaste trakove pritrjena vrvica.

Test leta ni bil takoj uspešen, saj je pri prvem poskusu nekaj traku začelo odlepati. Nato smo modele preklopili na možnost gumijastega traku, omenjeno v prejšnjem odstavku. Čeprav smo pri drugem poskusu uspeli mladiča sedeti z zahtevano hitrostjo, 30 sekund, brez kakršnih koli težav.

Naslednji test je bil test vibracij, ki bi ohlapno simuliral kocko, ki potuje skozi atmosfero planeta. Kocko smo morali postaviti na mizo za vibracije in do neke mere povečati moč. Kocka je nato morala ostati pri takšni moči vsaj 30 sekund. Na srečo smo pri prvem poskusu uspeli opraviti vse vidike testa. Zdaj je ostalo le še končno zbiranje podatkov in testi.

5. korak: Razlaga podatkov

S podatki, ki smo jih dobili po opravljenem zadnjem testu, lahko vidite, kje je kocka potovala po osi X, Y in Z ter določite pospešek tako, da svoj premik delite s časom. To vam daje povprečno hitrost. Zdaj, dokler predmet enakomerno pospešuje, morate le povprečno hitrost pomnožiti z 2, da dobite končno hitrost. Če želite najti pospešek, vzemite končno hitrost in jo delite s časom.

6. korak: Zaključek

Končni cilj našega projekta je bil določiti pospešek gravitacije okoli Marsa. Na podlagi podatkov, zbranih z Arduinom, je mogoče ugotoviti, da gravitacijski pospešek med kroženjem okoli Marsa ostane konstanten. Poleg tega se smer potovanja okoli Marsa nenehno spreminja.

Na splošno so bili naši ekipi največji odvzemi naša rast tečnosti pri branju in pisanju kode, razumevanje nove tehnologije na najnovejšem področju raziskovanja vesolja in poznavanje notranjega delovanja ter številne uporabe Arduina.

Drugič, med celotnim projektom se naša ekipa ni le naučila prej omenjenih konceptov tehnologije in fizike, ampak smo se naučili tudi veščin vodenja projektov. Nekatere od teh spretnosti vključujejo spoštovanje rokov, prilagajanje glede načrtovalskih napak in nepredvidenih težav ter vodenje dnevnih sestankov, da bi naši skupini dali odgovornost in posledično vsem omogočili, da dosežejo svoje cilje.

Skratka, naša ekipa je izpolnila vse zahteve glede testiranja in podatkov ter se naučila neprecenljivih fizik in veščin vodenja ekipe, ki jih lahko uporabimo v prihodnjih prizadevanjih v šoli in v katerem koli poklicu, usmerjenem v skupinsko delo.