Kiirendusmõõturi CubeSat õpetus: 6 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Kuubik on kosmoseuuringute jaoks mõeldud miniatuursete satelliitide tüüp, mis koosneb 10x10x10 cm kuupmeetri kordajatest ja mille mass ei ületa 1,33 kilogrammi ühiku kohta. Kuubikud võimaldavad kosmosesse saata suurel hulgal satelliite ja võimaldavad omanikul masinat täielikult kontrollida, olenemata nende kohast. Cubesats on ka taskukohasem kui ükski teine praegune prototüüp. Lõppkokkuvõttes hõlbustavad kuubikud kosmosesse sukeldumist ja levitavad teadmisi meie planeedi ja universumi väljanägemise kohta.

Arduino on platvorm või omamoodi arvuti, mida kasutatakse elektroonikaprojektide ehitamiseks. Arduino koosneb nii programmeeritavast trükkplaadist kui ka teie arvutis töötavast programmist, mida kasutatakse arvuti koodi kirjutamiseks ja tahvlile üleslaadimiseks.

Selle projekti jaoks lubati meie meeskonnal valida mis tahes andur, mida tahtsime Marsi koosseisu teatud aspekti tuvastada. Otsustasime minna kiirendusmõõturi või elektromehaanilise seadmega, mida kasutatakse kiirendusjõudude mõõtmiseks.

Et kõik need seadmed koos töötaksid, pidime kiirendusmõõturi kinnitama Arduino leivaplaadi külge ja mõlemad kuubiku siseküljele ning veenduma, et see peab vastu lennusimulatsioonile ja raputustestile. See juhend annab ülevaate sellest, kuidas me selle saavutasime, ja Arduinost kogutud andmed.

Samm: seadke eesmärgid (Alex)

Meie selle projekti peamine eesmärk oli kasutada CubeSati paigutatud kiirendusmõõturit (ärge muretsege, selgitame, mis see hiljem on), et mõõta Marsi gravitatsioonist tingitud kiirendust. Me pidime ehitama CubeSati ja katsetama selle vastupidavust mitmel viisil. Eesmärkide seadmise ja planeerimise kõige raskem osa oli aru saada, kuidas Arduino ja kiirendusmõõtur ohutult CubeSati sees hoida. Selleks pidime välja mõtlema hea CubeSat disaini, veenduma, et see oleks 10x10x10cm, ja veenduma, et see kaaluks alla 1,3 kilogrammi.

Otsustasime, et Legod osutuvad tegelikult vastupidavaks ja neid on ka lihtne ehitada. Legod olid ka midagi, mida keegi võiks juba omada, selle asemel, et kulutada raha ehitusmaterjalidele. Õnneks ei võtnud disaini väljatöötamine väga kaua aega, nagu näete järgmises etapis.

2. samm: kujundage Cubesat

Selle konkreetse kuubiku jaoks kasutasime legosid nende ehitamise, kinnitamise ja vastupidavuse hõlbustamiseks. Kuuplaat peab olema 10x10x10 cm ja kaaluma alla 1,33 kg (3 naela) ühe U. kohta. Legode abil on lihtne saada täpne 10x10x10 cm, kasutades samal ajal kahte Lego alust kuubiku põrandale ja kaanele. Võimalik, et peate Lego alused maha saagima, et saada need täpselt selliseks, nagu soovite. Kuubiku sees on teie arduino, leivaplaat, aku ja SD -kaardi hoidik kõik seintele kinnitatud, kasutades soovitud liimi. Kasutasime kleeplinti, et tükid ei jääks lahti. Kuubiku kinnitamiseks orbiidile kasutasime nööri, kummipaelu ja tõmblukku. Kummipaelad tuleb mähkida kuubiku ümber nii, nagu oleks lint ümber kingituse. Seejärel seotakse nöör kaane kummipaela keskele. Seejärel aheldatakse nöör läbi tõmbluku, mis seejärel haaratakse orbiidi külge.

Samm: konstrueerige Arduino

Meie eesmärk selle CubeSati jaoks, nagu varem öeldud, oli kiirendusmõõturiga määrata Marsil gravitatsioonist tingitud kiirendus. Kiirendusmõõturid on integraallülitused või moodulid, mida kasutatakse objekti kiirenduse mõõtmiseks, mille külge need on kinnitatud. Selles projektis õppisin kodeerimise ja juhtmestiku põhitõdesid. Ma kasutasin mpu 6050, mida kasutatakse elektromehaanilise seadmena, mis mõõdab kiirendusjõude. Tundes dünaamilise kiirenduse suurust, saate analüüsida seadme liikumist X-, Y- ja Z -teljel. Teisisõnu, saate aru, kas see liigub üles või alla või küljelt küljele; kiirendusmõõtur ja mõni kood võivad selle teabe määramiseks teile hõlpsalt andmeid anda. Mida tundlikum on andur, seda täpsemad ja üksikasjalikumad on andmed. See tähendab, et antud kiirenduse muutuse korral toimub signaali suurem muutus.

Pidin juhtmestiku, mis oli juba kiirendusmõõturiga ühendatud, ühendama SD -kaardi hoidjaga, mis salvestaks lennutesti ajal saadud andmed, et saaksime need seejärel arvutisse üles laadida. Nii saame vaadata X, Y ja Z telje mõõtmisi, et näha, kus kuup oli õhus. ou saate lisatud piltidelt vaadata, kuidas arduino kiirendusmõõturi ja leivalaua külge ühendada.

4. samm: lendamise ja vibratsiooni testid (Alex)

Selleks, et tagada kuubiku vastupidavus, pidime selle läbi viima mitmeid katseid, mis simuleeriksid keskkonda, mille kaudu see ruumis läbi viiakse. Esimest katset, mille pidime kuubiku istuma panema, nimetati lennutestiks. Me pidime arduino siduma seadmega, mida nimetatakse orbiidiks, ja simuleerima selle lennutrajektoori ümber punase planeedi. Proovisime kuubi istme kinnitamiseks mitmeid meetodeid, kuid lõpuks suutsime asuda kahekordsele kummipaelale, mis oli ümbritsetud kuubi istme ümber. Seejärel kinnitati kummide külge nöör.

Lennutest ei õnnestunud kohe, kuna meie esimesel katsel hakkas osa lindist maha tulema. Seejärel vahetasime disainilahendused eelmises lõigus mainitud kummipaelaga. Ehkki teisel katsel suutsime kutsika 30 sekundi jooksul nõutava kiirusega lennata, ilma et oleks probleeme esinenud.

Järgmine test oli vibratsioonitest, mis simuleeriks lõdvalt kuubi istumist planeedi atmosfääris. Me pidime kuubi vibratsioonilauale istuma ja teatud määral võimsust suurendama. Seejärel pidi kuubik sellel võimsustasemel taktis püsima vähemalt 30 sekundit. Meie õnneks suutsime esimesel katsel testi kõik aspektid läbida. Nüüd jäi üle vaid lõplik andmete kogumine ja testid.

Samm: andmete tõlgendamine

Pärast viimase testi tegemist saadud andmetega saate näha, kuhu kuup X, Y ja Z teljel liikus, ja määrata kiirenduse, jagades oma nihke ajaga. See annab teile keskmise kiiruse. Nüüd, kui objekt ühtlaselt kiireneb, peate lõpliku kiiruse saamiseks lihtsalt keskmise kiiruse korrutama 2 -ga. Kiirenduse leidmiseks võtate lõpliku kiiruse ja jagate selle ajaga.

6. samm: järeldus

Meie projekti lõppeesmärk oli kindlaks teha Marsi ümbritseva gravitatsiooni kiirenemine. Arduino abil kogutud andmete põhjal saab kindlaks teha, et Marsi orbiidil liikuv gravitatsioonikiirendus jääb konstantseks. Lisaks muutub Marsi ümber reisides orbiidi suund pidevalt.

Üldiselt olid meie meeskonna suurimad võtted koodide lugemise ja kirjutamise ladusus, meie arusaam kosmoseuuringute tipptasemel uuest tehnoloogiast ning meie tundmine Arduino sisemise töö ja paljude kasutusvõimaluste osas.

Teiseks, kogu projekti vältel ei õppinud meie meeskond mitte ainult eespool nimetatud tehnoloogia ja füüsika kontseptsioone, vaid õppisime ka projektijuhtimise oskusi. Mõned neist oskustest hõlmavad tähtaegadest kinnipidamist, projekteerimisjärelevalve ja ettenägematute probleemidega kohanemist ning igapäevaste püstijalakoosolekute läbiviimist, et anda meie rühmale vastutus ja omakorda hoida kõik õigel teel meie eesmärkide saavutamiseks.

Kokkuvõtteks võib öelda, et meie meeskond täitis kõik testimis- ja andmenõuded ning õppis hindamatuid füüsika- ja meeskonnajuhtimisoskusi, mida saame tulevikus koolis ja mis tahes rühmatööle suunatud erialal rakendada.